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Gase und Staub im Atex-Bereich sicher fördern

Effektive Reaktionen mit vorbeugenden Maßnahmen verbinden
Gase und Staub im Atex-Bereich sicher fördern

Brennbarer Staub, räumliche Verteilung, Sauerstoffanteil, Zündquelle und der geschlossene Behälter sind die Bausteine einer Staubexplosion und bilden das sogenannte Explosionsfünfeck. Die wechselseitigen Beziehungen der fünf Bereiche lassen sich dazu nutzen, Explosionen wirksam zu verhindern. Ist ein Punkt des Fünfecks nicht vorhanden, gibt es keine Explosionen. Im Falle der Förderung von Staub oder brennbaren Gasen lässt sich hier nur an der Zündquelle ansetzen.

Bei der Druckförderung von Staub oder auch brennbaren Gasen lässt sich mit der Konzeption der passenden Gebläse- oder Verdichtertechnik im Grunde genommen nur an der Zündquelle des Explosionsfünfecks ansetzen (siehe Kasten). Hierbei muss ausgeschlossen werden, dass eine zündfähige Energiequelle in das Fördermedium eingebracht wird. Dieser Fall kann zum Beispiel eintreten, wenn aufgrund eines Defektes oder auch mangelnder Wartung Funken in der Gebläse- oder Verdichter-Stufe entstehen und diese unkontrolliert und im heißen Zustand in die Druckleitung gelangen.

Bei den Aggregaten mit Atex-Zulassung (2014/34/EU) hat Aerzen auf überaus effektive und elegante Weise im Schalldämpfer auf der Druckseite eine Funkensperre integriert. Der Clou dieser Lösung besteht darin, dass die Funkensperre gleichzeitig als wirksamer Schalldämpfer funktioniert. Im Vergleich zu Schalldämpfern mit Dämmmaterial, eliminiert bei den Reflexionsschalldämpfern ein geschlitztes Rohrsystem den Lärm durch ein zeitversetztes Überlagern von Schallkurven. Dieses Wirkprinzip arbeitet einerseits verschleißfrei mit Blick auf das sonst erodierende, sich lösende Filtergewebe und sorgt andererseits dafür, dass sich Funken oder heiße Metallspäne durch die lange Wegstrecke im Filter totlaufen und abkühlen.

Ursache für Funken

Bei allem Anspruch an hohe Fertigungsqualität, Langlebigkeit und Betriebssicherheit lassen sich potenzielle Risiken in Ex-Schutz-Bereichen auch bei einem Gebläse nicht ausschließen. Kommt es zu einem Eintrag von Funken in die Druckleitung, resultieren diese in der Regel aus einem Defekt in der Verdichterstufe. Ein zu hohes Lagerspiel kann etwa der Grund dafür sein, dass die Drehkolben im Inneren nicht mehr mit dem definierten Luftspalt drehen, sondern zusammenschlagen und dabei Funken erzeugen. In Einsatzgebieten, die unter die Atex-Regelungen fallen, stellt die Funkensperre innerhalb der Druckschalldämpfer dann eine wirksame Maßnahme dar, den Eintrag von Aktivierungsenergie in den Materialförderstrom sicher zu unterbinden. Der Schalldämpfer zählt damit zu den reaktiven Atex-Maßnahmen, weil er zum Einsatz kommt, wenn ein Schaden bereits vorhanden ist.

Frühwarnsysteme können helfen

Gerade in Atex-relevanten Einsatzgebieten können auch Frühwarnsysteme helfen, um gravierende und sicherheitsrelevante Schäden von vornherein zu verhindern. Hierbei sind es die Wirkmechanismen des Condition Monitorings, mit denen sich drohende Schäden verlässlich detektieren lassen – vor allem durch eine Schwingungsüberwachung. Aerzen bietet hier eine Ausbaustufe über drei Ebenen an. Die einfachste Möglichkeit, die Schwingungen einer Verdichterstufe zu überwachen, sind spezielle Messnippel, die in der Nähe der Lagerstellen eingebaut sind. Damit lassen sich Schwingungen vor Ort punktuell messen und sich anbahnende Lagerschäden erkennen. Mit PCH-Sensoren als zweite Ausbaustufe geht Aerzen den Schritt in Richtung Dauerüberwachungen. Die an den Seiten der Verdichterstufe angebrachten Sensoren messen kontinuierlich und geben dabei entsprechende 4…20 mA-Signale aus, die sich vom Leitsystem überwachen und auswerten lassen. Steht das Gebläse selbst in einer Atex-Zone, gibt es die Sensoren mit der entsprechenden Zulassung. Der Aerzen-Gebläsebaukasten ist so feingliedrig, dass unterschiedliche Anwendungen mit variierenden Atex-Anforderungen standardisiert bedient werden können. Das Fördern brennbarer Prozessgase ist häufig Bestandteil von Kundespezifikationen. Der wirksame Ex-Schutz samt den daraus folgenden Atex-Anforderungen gehört zur täglichen Praxis bei Aerzen.

Blick auf die Lager

Auf Grundlage dieses umfassenden Know-hows wurde mithilfe von IFM-Sensoren auch die dritte Stufe der Zustandsüberwachung entwickelt. Mit bis zu vier Sensoren pro Verdichterstufe können die Aerzen-Mitarbeiter quasi ganz genau ins Innere schauen und feststellen, in welchem Zustand sich das jeweilige Lager befindet. Hierzu zählt die Zustandsüberwachung von Innenringen, Pitting (lokale Materialschäden) sowie das Anschlagen des Rotors gegen die innere Gehäusewandung als Folge von thermischen Verformungen. Durch die exakte Analyse der gemessenen Frequenzen lässt sich feststellen, was für ein Fehler demnächst auftritt und vor allem auch, wo er entsteht. Während die geschilderten Maßnahmen vor allem darauf ausgerichtet sind, den Ex-Schutz gerade bei Druckleitungen zu gewährleisten, betrachtet Aerzen auch bei der Saugförderung die Atex-Anforderungen als integralen Bestandteil einer Gebläselösung aus einer Hand.

Saugfördern von Gasen und Pulvern

Besteht beim Ex-Schutz von Druckförderanlagen das Ziel darin zu verhindern, dass Aktivierungsenergie in die Förderatmosphäre gelangt, ist bei der Saugförderung das Eindringen des Materials in das Gebläse sicher auszuschließen. Dafür finden vor allem Filtereinsätze Verwendung, die eine Barriere schaffen zwischen dem zu transportierenden Material und dem Aggregat, das in diesem Fall für den Unterdruck sorgt. Stehen die Aggregate dabei selbst in einer Atex-Zone, bedient Aerzen diese Anwendung mit Motoren unterschiedlicher Leistung sowie weiteren Komponenten mit Atex-Zulassung. Damit ist für Kunden der Abnahmeprozess der Gesamtanlage deutlich einfacher. Zudem hat Aerzen einen eigenen Zonentrennfilter entwickelt, der als sogenannte Polizeifilter eine weitere Entkopplung zwischen vorgelagerten Prozess und Aggregat darstellt. Kommt es zu einem Filterbruch, lässt sich entsprechend schnell reagieren und das Aggregat herunterfahren, bevor sich in der Verdichterstufe eine explosive Atmosphäre bilden kann.

Bei allem Streben nach Standardisierung, spielt gerade in Atex-relevanten Anwendungen die Sicherheit im Prozess immer noch die größte Rolle.

Aerzener Maschinenfabrik GmbH, Aerzen


Autor: Thorsten Sienk

Freier Fachredakteur


Faktoren des Explosionsfünfecks
cav/abert84 – stock.adobe.com

Im Überblick:   Das Explosionsfünfeck

Damit eine Explosion in der pneumatischen Förderung stattfinden kann, müssen fünf Voraussetzungen erfüllt sein:

1. Brennstoff

Staub-Luft-Gemische in der pneumatischen Förderung sind dann explosionsfähig, wenn der Staub aus brennbarem Material besteht. Hierzu zählen neben Holz, Mehl und Zellulose auch Kakao, Kaffee, Stärke sowie anorganische Stoffe wie Magnesium, Aluminium und Eisen.

2. Geschlossener Behälter

Im Vergleich zu den klassischen Förderbändern für Schüttgüter, nutzt die pneumatische Förderung ein Rohrsystem für den Materialfluss. Hier handelt es sich im Sinne des Explosionsfünfecks um einen geschlossenen Behälter, ohne den eine Explosion nicht möglich ist.

3. Staubverteilung

Im Inneren der Förderleitung findet eine Durchmischung der Förderluft mit dem Produkt statt. Die feine Verteilung fördert das Risiko einer Staubexplosion, weil sich der brennbare Stoff durch seine große Oberfläche und die maximale Verfügbarkeit von Sauerstoff sehr gut entzünden kann.

4. Sauerstoff

Verbrennt ein Stoff, steckt dahinter eine Oxidation. Die erfolgt bei einem Feuer recht langsam, bei einer Explosion hingegen schockartig. Beide haben gemeinsam, dass Sauerstoff notwendig ist, um sowohl ein Feuer, als auch eine Explosion zu erzeugen.

5. Zündquelle

Um ein Staub-Luft-Gemisch zur Explosion zu bringen, ist ein Energieeintrag in das System notwendig, die sogenannte Aktivierungsenergie. In der pneumatischen Förderung
kann dies durch mechanische Reibung, elektrostatische Aufladungen oder auch heiße Funken passieren.



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