Zertifiziert für die Zukunft

Uli Merkle

Für die Baumusterprüfung einer Vakuumpumpe gemäß Atex 100a besteht die Notwendigkeit eines experimentellen Eignungsnachweises. Nur anhand des Wissens um die zugehörigen Versuchsbedingungen ist es einem Betreiber derzeit möglich, sich ein klares Bild über das Risikopotenzial einer Vakuumpumpe zu verschaffen. Abbildung 1 zeigt den Vakuumpumpenprüfling aus der Cobra NC-Baureihe nach den Explosionsversuchen. Man erkennt die erforderliche Verrohrung zwischen der Saug- und der Druckseite der Vakuumpumpe gemäß prEN 12874. Für die Versuche wird dem Kreislauf jeweils zündfähiges Gas zugeführt und sowohl bei stillstehender als auch bei eingeschalteter Pumpe zur Explosion gebracht. Anhand von Druck- und Temperaturmessungen für verschiedene Betriebszustände konnte damit nachgewiesen werden, dass die saug- und druckseitig installierten Schutzsysteme, hier Detonationssicherungen, auch im späteren Betrieb eine Ausbreitung der Explosion sicher verhindern. Eine weitere Problematik besteht in der Handhabung der Zündklassen verschiedener Fördermedien im Sinne der Atex 100a und der kürzlich fertiggestellten Richtlinie 1999/92/EG. So zeigt sich beispielsweise, dass es nur wenige Stoffe der Temperaturklasse T4 gibt, die in der chemischen Industrie oder angrenzenden Industrien Verwendung finden. Mit Ausnahme von Schwefelkohlenstoff weist Acetaldehyd mit einer Zündtemperatur von 140 °C den niedrigsten Wert auf. Aus diesem Grund wurden mit der Cobra NC über die Explosionsversuche hinaus Selbstentzündungsversuche mit Acetaldehyd durchgeführt. Die Untersuchungen ergaben in keinem Betriebszustand eine Selbstentzündung und gewährleisten damit umfassende Sicherheit gegenüber den verschiedensten Einflussgrößen. Auch das Zündrisiko infolge von Unsicherheiten bei der Temperaturmessung im Arbeitsraum kann auf diesem Wege als gering eingestuft werden.

Abbildung 2 zeigt ein Vakuumerzeugungssystem für ein Fördermedium in Zone 1 und Temperaturklasse T3. Dieses System, das ein Saugvolumen von 11 000 m³/h bei einem Arbeitsdruck von 9 mbar abs. erzeugt, benötigt keine Baumusterprüpfung. Dennoch sind Maßnahmen zum Explosionsschutz vorgesehen. Das gesamte System, in dem zwei Cobras installiert sind, ist für 10 bar druckstoßfest ausgelegt, dementsprechend wurden die Vakuumpumpen und Kondensatoren einer Druckprobe unterzogen.

Sowohl für die Betreiber als auch für die Hersteller von Vakuumpumpen stellt sich oft die Frage der Anlageneinschätzung zwischen Zone 0 oder Zone 1. Während sich die technischen Anforderungen und Schutzmaßnahmen für Fördermedien in Zone 0 zunehmend einheitlich darstellen, bleibt die Frage der Schutzmaßnahmen für Fördermedien in Zone 1 noch weitgehend einer individuell subjektiven Beurteilung überlassen. Es bleibt zu hoffen, dass zukünftig eine Lösung gefunden wird, bei der es vorrangig der Einschätzung des Betreibers überlassen wird, wie die Schutzmaßnahmen vor und hinter einer Vakuumpumpe für Fördermedien in Zone 1 gestaltet werden müssen.

Unabhängig von der weiteren Entwicklung der Prüfmodalitäten ist die Produktfamilie Cobra TC für Anwendungen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie prädestiniert. Das Spektrum der Anwendungen erreicht Saugdrücke bis 0,5 mbar abs. und deckt Volumenströme von 70 bis fast 1000 m³/h ab. Aufgrund der Profilierung der Schraubenverdränger mit innerer Verdichtung bleiben die Temperaturen im Arbeitsraum gleichmäßig verteilt und derart niedrig, dass auch die in der DIN 1127 geforderten maximalen Oberflächentemperaturen bis T4 ( 135 °C) im Arbeitsraum eingehalten werden. Auch die technisch maßgebliche Gastemperatur direkt vor den Flammsperren, die in jedem Fall einen Flammendurchschlag verhindern müssen, bleibt in den zulässigen Grenzen. Die Forderungen der Atex 100a sind daher für die gesamte Produktfamilie der Cobra TC gut zu erfüllen. Abbildung 3 zeigt beispielhaft die Baugröße TC 250 aus der Produktfamilie, deren Baugrößen von 70 über 160, 250, 400 und 630 den größten Teil üblicher Volumenströme bei Vakuumprozessen abdeckt.

Dennoch gibt es viele Anwendungen, bei denen zugleich eine Mindesttemperatur nicht unterschritten werden darf. Beispielsweise kann bei einem Prozessgas eine Zündtemperatur gemäß T3 ( 200 °C) und ein Taupunkt um 120 °C die Einhaltung eines Temperaturfensters in der Vakuumpumpe erfordern. Eine zu geringe Temperatur bedeutet Kondensatbildung in der Pumpe und möglicherweise Korrosion.

Aus diesen Gründen wurde für die Cobra TC eine unkomplizierte und hocheffektive direkte Temperierung von Verdränger und Gehäuse realisiert. Ein flüssiges Kühlmedium durchströmt beide medienberührten Maschinenteile und erzielt sowohl einstellbare Arbeitsraumtemperaturen als auch konstante Spaltgeometrien zwischen Rotoren und Gehäuse. Für die Anwender bedeutet dies

• hohe Betriebssicherheit und kurze Warmfahrzeiten

• minimale Spaltgrößenschwankungen und einstellbare Temperaturen im Arbeitsraum

• freier Abfluss von mitgeförderten Flüssigkeiten und Partikeln

• einfache und servicefreundliche Konstruktion mit bewusst einfachem Teileaustausch

• keine zusätzliche Gaskühlung bzw. Kondensatoren zur Vermeidung von Kondensation oder für den Betrieb bei niedrigsten Saugdrücken erforderlich (enddruckfest)

• zukunftssicher, d. h. konform zur Richtlinie 94/9/EG (Atex 100a/137)

E cav 302

Bereits 1980 wurden die Regelungen für den Explosionsschutz in Europa vereinheitlicht. Das ermöglicht es, Geräte, die in einem Land der EU zugelassen sind, in allen anderen Mitgliedstaaten einzusetzen. Im Jahr 1994 wurde die EG-Richtlinie RL 94/EG Atex 100a erlassen. Diese Richtlinie regelt die Zulassung von Ex-Betriebsmitteln neu und stellt erweiterte Anforderungen an das Qualitätsmanagement-System der Hersteller von Ex-Betriebsmitteln. Ab 1. Juli 2003 dürfen nur noch Ex-Betriebsmittel mit einer Zulassung nach Atex in Verkehr gebracht werden. Aber auch heute ist es in Sonderfällen schon notwendig, ein nach Atex zertifiziertes Gerät zu verwenden, beispielsweise bei der Einleitung von brennbaren Gasen in ein überdruckgekapseltes Gehäuse.

Der Explosionsschutz für elektrische Geräte ist in den Normen DIN EN 50014 bis 50028 und EN 60079 festgelegt. Dabei beschreibt die DIN EN 50014 die Grundlagen des Explosionsschutzes und die nachfolgenden Normen die einzelnen Zündschutzarten. Die EN 60079 beschreibt die Installation von Ex-Betriebsmitteln vor Ort.

Nicht alle Gas- oder Staub-Luftgemische sind gleich explosionsgefährlich. Daher gibt es auch unterschiedliche Anforderungen an den Aufwand, der zur Vermeidung einer Explosion getrieben werden muss. Um für einen bestimmten Anwendungsfall die passende Art des Ex-Schutzes auszuwählen, werden in den Normen verschiedene Kriterien zur Charakterisierung der Anforderungen beschrieben.

Ein Kriterium ist die Einteilung in Zonen unterschiedlicher Explosionsgefahr. Es werden die Zonen 0, 1 und 2 für Gase und die Zonen 20, 21, 22 für Stäube unterschieden. Explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel werden in zwei Gruppen eingeteilt:

Gruppe I: Elektrische Betriebsmittel für schlagwettergefährdete Grubenbaue,

Gruppe II: Elektrische Betriebsmittel für alle explosionsgefährdeten Bereiche, außer schlagwettergefährdeten Grubenbauen.

Die Betriebsmittel der Gruppe II werden entsprechend den Eigenschaften der explosionsfähigen Atmosphäre, für die sie bestimmt sind, weiter unterteilt in IIA, IIB und IIC. Eine explosionsfähige Atmosphäre mit der Einstufung IIC ist dabei am leichtesten zu entzünden, eine mit IIA am schwersten. Daher darf z.B. ein Betriebsmittel mit einer Zulassung für IIC auch für IIB und IIA eingesetzt werden. Eine weitere Einteilung von elektrischen Betriebsmitteln ist die Einteilung in Temperaturklassen. Jedes Gas/Luftgemisch hat eine andere Zündtemperatur. Um eine einfache Zuordnung von Betriebsmittel und Zündtemperatur zu ermöglichen, wurden sechs Temperaturklassen (T1 bis T6) geschaffen. Das bedeutet z.B. für eine Atmosphäre mit Schwefelwasserstoff, der eine Zündtemperatur von 270 °C besitzt, dass ein darin betriebenes Betriebsmittel mindestens der Temperaturklasse T3 entsprechen muss. Geräte der Temperaturklassen T4 bis T6 wären natürlich auch zulässig.