Thermodynamisches Prinzip zur Luftstrommessung

Staubexplosionen rechtzeitig vermeiden

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Um Staubexplosionen zu verhindern und den Schutz für die erweiterte Ex-Zone zu gewährleisten, kann Mehlstaub direkt am Ort seiner Entstehung abgesaugt werden. Die Funktionsfähigkeit der Absauganlage überwacht dabei ein für explosionsgefährdete Bereiche zugelassener Strömungssensor STS 215.

Bereits eine Staubschicht von weniger als 1 mm Dicke auf dem Boden eines normal hohen Raumes genügt, um beim Aufwirbeln ein explosionsfähiges Gemisch entstehen zu lassen. Die Glimmtemperatur, d.h. die niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche, auf der eine Staubschicht von 5 mm Dicke entzündet wird, liegt für Mehl bei etwa 300 °C und sinkt bei dickeren Staubschichten noch weiter ab. Wenn diese Temperatur erreicht wird, entstehen so genannte Glimmnester, die zur Zündung und nachfolgenden Explosion von Staub-Luft-Gemischen führen können. Das Mehl selbst entzündet sich bei einer Temperatur jenseits von 380 °C, zum Beispiel durch elektrostatische Aufladung, Feuer, heiße Oberflächen, mechanische Funken, Schweißarbeiten oder elektrische Geräte.

Die eigentliche Staubexplosion ist eine aufgrund der großen Oberfläche des feinen Staubes und der Durchmischung mit Sauerstoff blitzartig ablaufende Reaktion, die durch die freigesetzte Druckwelle verheerende Auswirkungen hat. Da diese Druckwelle in der Regel weiteren Staub aufwirbelt, kann es zu einer Kette von Explosionen kommen.
Ex-Zonen vor Ort
An einer Sackentleerstation, wo Mehl in einen Einfülltrichter umgefüllt wird, lassen sich die unterschiedlichen Ex-Zonen exemplarisch verdeutlichen, wobei man drei Gefahrenzonen unterscheidet: Ein Zone-20-Bereich (Kategorie 1D) befindet sich direkt am Einfüllstutzen. Der Zone 21 (Kategorie 2D) muss der Bereich, in dem der eigentliche Entladevorgang stattfindet, einschließlich der Säcke selbst, zugerechnet werden. Neu berücksichtigt wird auch die unmittelbare Umgebung der Sackentleerstation: Hier erfasst die Zone 22 (Kategorie 3D) die durch den Einfüllvorgang entstehenden Stäube in der nahen Umgebung. Diese Zone beginnt an der Außenhaut der Säcke und erstreckt sich so weit, wie noch ein explosionsfähiges Staub-Luftgemisch gemessen werden kann. Nach der neuen Definition sind also nicht nur die Anlagen und die erforderlichen Betriebsmittel explosionssicher zu gestalten: Auch die unmittelbare Umgebung, die je nach gemessener Staubkonzentration und Entzündungsgefahr bis zu mehreren Metern weit reichen kann, ist nun Ex-Zone.
Sensoren für die Ex-Überwachung
Eine Möglichkeit, um Staubexplosionen zu verhindern und den Schutz für die erweiterte Ex-Zone zu gewährleisten, ist die Absaugung des Staubs direkt am Ort seiner Entstehung. Die Funktionsfähigkeit der Absauganlage überwacht dabei ein Strömungssensor. Hierfür eignen sich Luftstromwächter wie der für explosionsgefährdete Bereiche zugelassene STS 215 von EGE, der auch speziell für die Montage in Rohrleitungen und Abluftkanälen dimensioniert ist (Abb. 1). Die zulässigen Sollwerte werden vorher am Sensor eingestellt. Bewegt sich während des laufenden Betriebes der Staubdurchfluss außerhalb der zulässigen Toleranzen oder fällt die Absaugung ganz aus, reagiert der Strömungssensor sofort und schaltet die Anlage ab.
Die EGE-Strömungswächter arbeiten nach dem thermodynamischen Prinzip, bei dem der Messfühler an der Spitze des Sensors von innen heraus um einige Grade erhitzt wird (Abb. 2). Strömt das Medium am Sensor vorbei, wird er wieder um einige Grade abgekühlt. Die sich am Fühler einstellende Temperatur wird gemessen und mit der gleichfalls gemessenen Medientemperatur verglichen. Aus der Temperaturdifferenz lässt sich für jedes Medium der Strömungszustand und somit auch der Durchfluss ermitteln. Ein großer Vorteil dieser Messmethode besteht im Wegfall mechanischer Teile, so dass die Funktionssicherheit auch bei rauen Umgebungsbedingungen gewährleistet ist. Als Werkstoff wird korrosionsbeständiger Edelstahl eingesetzt.
Der im Absaugkanal (Zone 20) montierte Sensor muss dabei der Kategorie 1D entsprechen. Offen ist nach dem neuen Norm-entwurf allerdings die Frage, welche Zone direkt außerhalb des Rohres liegt: 21, 22 oder gar keine. Wenn hier Zone 21 vorliegt, müssten dort anders als heute Betriebsmittel der Kategorie 2D eingesetzt werden, was einen erheblichen Mehraufwand bedeuten würde.
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