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Pulver: Fit für den Ex-Bereich

Flexibler und sicherer Pulvertransport
Pulver: Fit für den Ex-Bereich

Die richtige Wahl der Vakuumerzeugung hat einen entscheidenden Einfluss auf die sichere Förderung der unterschiedlichsten Pulver, Granulate und Schüttgüter im Ex-Bereich. In vielen Anwendungen haben sich für diesen Zweck modular konstruierte, druckluftbetriebene Mehrstufenejektoren etabliert. Sie sind flexibel einsetzbar und gewährleisten die nötige Sicherheit.

Die mehrstufigen Multijector-Vakuumpumpen erzeugen den zur pneumatischen Förderung erforderlichen Luftvolumenstrom bei einem optimalen Betriebsdruck von 5,5 bar (Fließdruck). Dabei werden Saugvolumen von bis zu 1256 m3N/h (freie Einsaugung) und – falls erforderlich – Unterdrücke bis zu -960 mbar erzielt. In manchen Anwendungsfällen ist es jedoch schwierig, einen Betriebsdruck von 5,5 bar während der pneumatischen Förderung aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn gleichzeitig mehrere Verbraucher gespeist werden müssen oder wenn werkseitig nur ein dynamischer Druck von 4 bar gewährleistet wird. Für diese Fälle steht ein alternatives Düsensystem von Volkmann zur Verfügung, das das maximale Vakuum schon bei einem Betriebsdruck von 3,5 bar erzielt. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Vakuumförderer auch zum Fördern von Flüssigkeiten und viskosen Medien eingesetzt wird.

Gleichzeitig bleiben die gewohnten Vorteile wie Verschleiß- und Wartungsfreiheit, geringe Baugröße, niedriges Gewicht und die ohnehin durch die Mehrstufigkeit bedingte günstige Druckluftausnutzung erhalten. Durch die modulare Konstruktion der Multijector-Vakuumpumpen verdoppelt sich mit dem Niederdruck-Düsensystem die Anzahl der nutzbaren Modelle und ermöglicht damit eine auch in kritischen Fällen bessere Anpassung an die jeweilige Förderaufgabe.
Ein weiterer Vorteil liegt im taktweisen Betrieb der Vakuumpumpe, da in der Regel das Schüttgut diskontinuierlich gefördert wird. Wo konventionelle, mechanische Sauglufterzeuger aufgrund der langen Ansprechzeiten auch während der Ruhephasen durchlaufen müssen, steht beim Multijector das erforderliche Vakuum im Millisekundenbereich an. Hier wird also nochmals Energie gespart. Falls die zum pneumatischen Fördern nötige Druckluftversorgung nicht vorhanden ist, werden entweder Kompressorstationen oder gleich spezielle, elektromechanische Vakuumpumpen projektiert. Gleichzeitig stehen vorab die verschiedensten Arten der Vakuumerzeugung natürlich auch zu Testzwecken zur Verfügung.
Hygienisch einwandfrei
Insbesondere im chemisch-pharmazeutischen Bereich müssen alle produktberührenden Teile des Vakuumförderers ohne großen Aufwand zu reinigen und daher leicht zerlegbar sein. Volkmann stellt dieses durch den modularen Aufbau nach dem Baukastenprinzip sicher. Sollte jedoch beispielsweise die Reinigung in den Gesamtprozess der Anlage integriert sein, lassen sich auch WIP/CIP-Lösungen realisieren.
Bausteine für dieses Konzept sind einteilige Abscheidebehälter und spezielle, extern angesteuerte Armaturen für den Vakuumförderer. Die gesamte Pneumatik befindet sich dabei außerhalb des produktberührenden Bereichs. Zudem können wahlweise die verschiedensten Edelstähle eingesetzt werden. Im Innenraum ermöglicht die durchdachte Konstruktion ohne Spalten und Toträume eine gründliche Spülung. Darüber hinaus lässt sich auch bei dieser Variante der Vakuumförderer einfach und ohne Werkzeug in Sekundenschnelle manuell zerlegen und nachfolgend reinigen. Obwohl sich der gesamte Vakuumförderer schon problemlos transportieren lässt und auch mobil eingesetzt wird, sind die einzelnen Bauteile so leicht und klein, dass sie zum Beispiel in einer Waschmaschine gereinigt werden können.
In der Regel wird ein Vakuumförderer direkt über die zu beschickende Einheit montiert. Da bei bestehenden Anlagenkomponenten der verbleibende Freiraum zur Hallendecke oft relativ gering ausfällt, ist es besonders wichtig, die Gesamtbauhöhe des Förderaggregates flexibel zu gestalten. Durch den modularen Aufbau kann die Bauhöhe in mehreren Schritten reduziert und somit optimal den räumlichen Gegebenheiten angepasst werden.
Zusätzlich bietet sich der mobile Einsatz eines Vakuumförderers an. Aufgrund des geringen Gewichtes wird der Vakuumförderer dann entweder an der jeweiligen zu beschickenden Einheit (z. B. Mischer) direkt von einem Bediener von Hand aufgesetzt oder es erfolgt die Montage in einem höhenverstellbaren Gabelhubwagen. Mit diesem wird dann über den Pulver-Abgabeort gefahren und die Höhenverstellung erlaubt eine staubfreie Andockung. Die Hub- und Schwenkbewegungen können optional manuell oder automatisch ausgeführt sein. Der Fahrwagen wird praktischerweise zur Unterbringung aller für die Förderung nötigen Zusatzeinrichtungen genutzt. Das können beispielsweise Steuerung, Sauglanze, Förderschlauch, Hepa-Filter oder die Vakuumpumpe sein. Mitunter dient der höhenverstellbare Fahrwagen auch nur der einfachen Entnahme des Vakuumförderers im Waschraum.
Den Ex-Bereich meistern
Neben anderen möglichen Zündquellen können insbesondere elektrische Anlagen und Ströme in pneumatischen Förderanlagen zur Funkenbildung führen und damit Staubexplosionen mit weitreichenden Folgen erzeugen. Zunächst besteht gerade bei konventionellen Förderanlagen die Möglichkeit, dass elektrische Felder und Funken durch Bauteile wie Motoren, Spulen oder Ventile des Förderers selbst erzeugt werden. Es gilt folglich, diese Komponenten in der Nähe eines Fördersystems zu vermeiden. Des Weiteren sind elektrostatische Aufladungen durch Ladungstrennungen während des Fördervorgangs zu beachten.
Die pneumatische Vakuumförderung bietet prinzipiell größere Sicherheiten als die Druckförderung, da der Sauerstoffanteil, der zur Entstehung eines zündfähigen Gas-Luft-Gemisches erforderlich ist, im Unterdruckbereich geringer ist als bei Überdruck. Im Gegenteil, Überdruck bedeutet verhältnismäßig mehr Sauerstoff und falls der Anfangsdruck schon erhöht ist, fällt auch der Explosionsenddruck wesentlich höher aus. Es verwundert folglich nicht, dass die meisten explosionstechnischen Kenndaten von Stoffen im Unterdruckbereich weniger kritisch sind als bei der Anwendung von Überdruck. Zusätzlich lässt sich bei der Vakuumförderung einfach durch gezieltes Eindüsen eines Inertgases an der Saugstelle der Sauerstoffanteil weiter reduzieren. Neben der Analyse der jeweiligen physikalischen und chemischen Eigenschaften des zu fördernden Pulvers oder Schüttgutes, verlangen die einzelnen Baugruppen des Fördersystems eine genauere Untersuchung.
Rein pneumatisch
Die Multijector-Vakuumförderer werden ausschließlich mit Druckluft betrieben. Auch die Steuerung des Förderers erfolgt in der Regel rein pneumatisch. Somit werden keine elektrischen Felder durch Elektromotoren und Spulen erzeugt. Konventionelle Vakuumerzeuger generieren eine nicht unerhebliche Reibungs- und Strahlungswärme und erhöhen damit die Gefahr für eine mögliche Entzündung. Druckluftbetriebene Vakuumpumpen nach dem Multijector-Prinzip hingegen arbeiten mit expandierenden Luftströmen und kühlen sich folglich im Betrieb sogar ab.
Besondere Gefahrenquellen für die Entstehung einer klassischen Funkenentladung stellen in Fördersystemen isolierte, aber leitfähige Teile dar. Das können beispielsweise nicht geerdete und durch eine Dichtung isolierte Revisionsklappen, nicht geerdete Filterstützkörbe, isolierte Förderleitungen oder Entkopplungen sein. Zwei Kenngrößen für das elektrische Aufladungspotenzial sind die Kapazität und der Luftspalt zwischen aufgeladenen Teilen im System, da diese Bauteile wie ein Kondensator wirken können. Je größer der Luftabstand, desto größer die gespeicherte Energie. Erreicht die Aufladung dann einen gewissen Wert, kann in Abhängigkeit von der gespeicherten Energie ein Funke zwischen den beiden leitfähigen Bauteilen überspringen. Diese sogenannte Funkenentladung hat eine sehr hohe Zündwirksamkeit für Stäube und somit natürlich auch für Gase und hybride Gemische (Gas-/Staubgemische).
Die spezielle Bauweise der Multijector-Vakuumförderer verhindert die Entstehung dieser Ladungsnester, weil alle produktberührenden Teile elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind und Ladungen über einen gemeinsamen Erdungsanschluss abfließen. Bei der Verwendung von Saugschläuchen bieten sich elektrisch ableitfähige und antistatische Varianten an, wobei auch die in den Schlauch eingearbeitete Drahtspirale geerdet wird.
Klein, aber oho
Ein weiteres Kriterium zur Beurteilung des Gefahrenpotenzials ist das innere Volumen des Förder- und Empfangsbehälters. Untersuchungen haben gezeigt, dass unterhalb einer bestimmten Behältergröße bei der Vakuumförderung nur sehr geringe Aufladungen auftreten können. Dies gilt nicht nur für die Betrachtung von eventuell möglichen Schüttkegelentladungen. Bedingt durch die äußerst geringe Baugröße und das zyklische Fördern (Einsaugen – Entleeren) vergleichsweise geringer Pulvermengen, haben sich Multijector-Vakuumfördersysteme als besonders sicher erwiesen. Belegt wird dieses beispielsweise durch Vakuumförderversuche gemeinsam mit einem bedeutenden chemischen Unternehmen und durch Messungen des TÜV. Als Fördergut wurde ein PE-Granulat-/Pulvergemisch verwendet, das sich extrem gut statisch aufladen ließ. Das Schüttgut wurde aus einem Metall-Vorlagebehälter über eine Distanz von 25 m in ein Kunststofffass gefördert. Während des gesamten Fördervorganges wurde das elektrische Feld E (kV/m) gemessen. Zunächst an der Saugstelle, dann entlang der Förderleitung, am Vakuumförderer selbst und schließlich an der Produktabgabestelle. Alle gemessenen Werte lagen um den Faktor 100 niedriger als die in der Literatur angegebenen kritischen Werte.
Flugförderung vermeiden
Wichtig ist natürlich auch die Fördergeschwindigkeit. In kritischen Fällen sollten die Bereiche der Flugförderung (niedrige Gutbeladung) mit 20 bis 30 m/s vermieden werden. Gerade hier bieten Multijector-Vakuumpumpen besondere Vorteile, da sie im Bedarfsfall ein für Luftstrahlpumpen hohes Endvakuum von rund 90 mbar absolut erzeugen. Folglich kann hiermit die Pfropfenförderung (hohe Gutbeladung) realisiert werden und die Luftgeschwindigkeit reduziert sich dann auf weit unterhalb von 9 m/s auf bis zu 1 m/s.
Falls im Fördersystem Teile aus aufladbaren, jedoch selbst nicht leitfähigen Materialien vorhanden sind, ist auch die Möglichkeit einer Büschel- oder Gleitstielbüschelentladung zu betrachten. Neuere Erkenntnisse haben gezeigt, dass für reine Stäube Büschelentladungen nicht zündwirksam sind. Dies hat durchaus Auswirkungen auf konstruktive Details des Vakuumförderers. So können beispielsweise bestimmte Materialien, die vorzugsweise in der pharmazeutischen Produktion erwünscht sind, im produktberührenden Bereich eingesetzt werden. Dies wird in den Atex-Zertifikaten und Baumusterprüfbescheinigungen des Herstellers verbrieft. Falls zündwillige Schüttgüter oder hybride Gemische zu fördern sind, kann optional schon der eigentliche Fördervorgang unter inerten Bedingungen erfolgen.
Die Grundlage für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb einer Vakuumförderanlage liegt somit eindeutig auf der Seite des präventiven Explosionsschutzes. Aus explosionstechnischer Sicht macht es wenig Sinn, den Abscheidebehälter druckfest aufzubauen, da aufgrund der kleinen Volumina eine wirksame Explosionsunterdrückung während des Fördervorganges nicht praxisgerecht ist. Im Förderbetrieb sind immer mindestens zwei Leitungen geöffnet. Das heißt, dass sich eine bei druckfesten Systemen in Kauf genommene Explosion ungehindert ausbreiten kann. Die Folgen einer Flammen- und Druckbeschleunigung in Rohren und Übertragung auf z. B. vorgeschaltete Silos sind bekanntermaßen fatal. Der Aufwand für eine vollständige Entkopplung ist in der Regel zu groß. Dies wird in der Praxis nur bei Großförderanlagen angewandt oder falls das Pulver gegen einen im Reaktor existierenden Überdruck eingeschleust werden muss.
prozesstechnik-online.de/dei0614416

Neun Tipps zur Reduzierung des Explosionsrisikos

> Pneumatische Förderanlagen <

  • 1. Vermeiden Sie alle unnötigen, für den Materialtransport nicht erforderlichen Zündquellen.
  • 2. Verwenden Sie nach Möglichkeit das Multijector-Verfahren (rein pneumatisch, zündquellenfrei & zertifiziert nach Atex).
  • 3. Erstellen Sie eine genaue Analyse der Aufladungsmechanismen und möglicher Entladungsformen.
  • 4. Eliminieren Sie strikt leitfähige, nicht geerdete Bauteile.
  • 5. Sorgen Sie für eine durchgängige Erdung aller Bauteile.
  • 6. Ziehen Sie für sehr kritische Fälle eine Inertisierung in Betracht.
  • 7. Setzen Sie, wenn möglich, Vakuumförderung anstatt Druckförderung ein.
  • 8. Verwenden Sie bevorzugt eine diskontinuierliche Förderung.
  • 9. Übergehen Sie eine Sicherheitsbetrachtung nicht einfach durch eine druckfeste Bauweise. Im Betrieb sind immer mindestens zwei Armaturen des Förder-behälters geöffnet (Ausbreitung der Explosion wird beschleunigt).
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