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Wirtschaftlicher Explosionsschutz von Sprühtrocknern

Es geht auch sparsam und wirtschaftlich
Explosionsschutz von Sprühtrocknern

Bei der Explosionsunterdrückung wird die Explosion bereits in der Entstehungsphase eliminiert. Rembe hat für diese konstruktive Schutzmaßnahme die Löschmittelsperre Q-Bic entwickelt und dabei insbesondere die hygienischen Anforderungen von Sprühtrocknungsanlagen berücksichtigt. Wie sich mit Q-Bic unter Beachtung aktueller Forschungserkenntnisse wirtschaftliche Konzepte für anspruchsvolle Einsatzbereiche erstellen lassen, zeigt ein Beispiel aus der Praxis.

Voraussetzung für die Unterdrückung von Explosionen ist der Einsatz von Detektoren, die über Sensoren Druck oder Flammen erkennen und das sofortige Öffnen der ebenfalls an der Anlage installierten Löschmittelbehälter auslösen. Diese bringen binnen Millisekunden hochwirksames Löschmittel ein und ersticken die Explosion bereits im Keim. Ein solches System zur Explosionsunterdrückung kann auch zur explosionstechnischen Entkopplung verwendet werden.

Rembe hat die Löschmittelsperre Q-Bic unter strenger Berücksichtigung der insbesondere hygienischen Anforderungen von Sprühtrocknungsanlagen entwickelt. Mit der konvex gewölbten Schmutzschutzkappe können sich weder Wasser noch Staubablagerungen auf der Löschmittelsperre ansammeln. Das blau-grüne Löschmittelpulver QXP beugt Kreuzkontaminationen vor und die patentierte SJX-Düse sorgt für eine optimale Ausbringung des Löschpulvers. Das Q-Bic eignet sich besonders für den Einsatz an großen Rohrleitungen von Trocknern und Filtern oder komplexen Schachtgeometrien wie z. B. an Förderern und Elevatoren.

Ein Beispiel aus der Praxis

In einer Produktionsanlage von Pharmazeutika sollte ein Sprühtrockner und ein angeschlossener Zyklon, über den der Produktaustrag erfolgt, geschützt werden. Die wichtigsten technischen Daten der Anlage sind:

  • Trocknungstemperatur: 90 ˚C
  • Staubspezifikationen: organischer Staub St1, KSt-Wert: 150 bar*m/s, Pmax: 8 bar
  • untere Explosionsgrenze: 255 g/m3
  • Festigkeit aller Anlagenelemente: geprüfter Pdesign von min. 0,3 bar

Der Anlagenbetreiber stellte die Anforderung, ein Schutzkonzept zu entwerfen, das mit möglichst wenigen Explosionsschutzprodukten auskommt – eine an sich übliche Anforderung, die jedoch nur erfüllt werden kann, wenn die Anlage als Gesamtes betrachtet wird und alle ihre technischen Spezifikationen sowie neueste Forschungserkenntnisse bedacht werden.

Im vorliegenden Fall konnte auf eine Entkopplung zwischen Sprühtrockner und Zyklon verzichtet werden. Dies widerspricht auf den ersten Blick der Aussage, dass Entkopplung unbedingt notwendig ist, um eine Ausbreitung der Explosion zu verhindern. Allerdings zeigen wissenschaftliche Erkenntnisse, dass sie sich einsparen lässt, wenn ein Pred der gesamten Anlage von max. 0,3 bar gegeben ist, da dann eine gefährliche Vorkompression in den benachbarten Behältern ausgeschlossen werden kann.

Schutz des Sprühtrockners

Die VDI Richtlinie 2263, genauer Blatt 7.1. besagt, dass unter den folgenden Umständen ein reduziertes Volumen zur Berechnung der notwendigen Entlastungsflächen/Schutzsysteme angenommen werden kann:

  • Kein integriertes Fließbett
  • Keine Feinstaubrückführung in den Kopf des Sprühtrockners
  • Die durchschnittliche Staubkonzentration innerhalb des Sprühtrockners ist geringer als die untere Explosionsgrenze des Staubs.

Sind diese drei Bedingungen wie im vorliegenden Fall erfüllt, kann entweder ein reduziertes Volumen von 1/3 des Gesamtvolumens oder das Volumen des Konus angenommen werden. Dabei muss das jeweils größere Volumen gewählt werden.

Bei besagtem Sprühtrockner wurde 1/3 des Gesamtvolumens, also 19,85 m3 gewählt.

Die Beachtung der VDI Richtlinie 2263, Blatt 7.1. erlaubt neben dem Volumen eine weitere Reduzierung, die zu geringeren benötigten Entlastungsflächen führt: Wenn davon ausgegangen werden kann, dass prozessbedingt niemals die für eine Explosion optimale Staubkonzentration vorliegt, kann die Auslegung der Schutzsysteme mit einem reduzierten KSt-Wert erfolgen. Prozessbedingt – das Produkt soll schließlich getrocknet werden – ist wissenschaftlich belegt, dass in der Sprühtrocknungsanlage eine maximale Konzentration von 250 g/m³ auftreten kann.

Das Einbeziehen von neuesten Forschungsergebnissen und aktuellen Richtlinien in die Auslegung führte also zu einer Reduzierung des zu berücksichtigenden Volumens und des KSt-Werts. Ohne die Berücksichtigung dieser Reduzierungen wären die Entlastungsflächen für den zu schützenden Sprühtrockner um bis zu 340 % größer. Aus Betreibersicht käme das einem Over-Engineering gleich, denn größere Entlastungsflächen bedeuten immer mehr Aufwand bei der Modifikation der Anlagenteile und nicht zuletzt höhere Anschaffungskosten.

Die Tabelle zeigt, wie das Schutzsystem für den hier betrachteten Sprühtrockner mit und ohne die vorangegangenen Ausführungen aussehen kann. Für runde Behälter wie Sprühtrockner können ausgewählte Systeme der flammenlosen Druckentlastung, z. B. Q-Box, mittels Adapterflansch installiert werden. Da sich die gesamte Anlage innerhalb eines Gebäudes befindet und der Betreiber einen möglichst wartungsarmen konstruktiven Schutz angestrebt hat wurde im vorliegenden Beispiel die flammenlose Druckentlastung gewählt.

Schutz des Zyklons

Für den zugehörigen Zyklon müssen die ursprünglichen Sicherheitskennzahlen des vorhandenen Staubes berücksichtigt werden. Üblicherweise werden Zyklone auf dem Tauchrohr entlastet, das in der Auslegung als Entlastungskanal berücksichtigt werden muss. Deshalb ist es auch hier entscheidend, alle Abmessungen der Anlagenkomponente genau zu kennen. Im konkreten Fall wird der Zyklon mit einem Q-Rohr DN 800 geschützt, das mit einer ERO-Hygieneberstscheibe ausgestattet ist. Mit der glatten, dem Prozess zugewandten Oberfläche der Berstscheibe werden alle Hygieneanforderungen der Produktion erfüllt.

Der Produktaustrag unterhalb des Zyklons sollte ferner mit einer explosionsdruckfesten und flammendurchschlagsicheren Zellenradschleuse ausgerüstet sein.

Manipulationsgefahren vorbeugen

Selbst die hochwertigsten Schutzsysteme erfüllen nur dann ihre Aufgabe, wenn sie richtig eingebaut und vor Manipulationen geschützt sind. Die Ingenieure von Rembe finden bei Anlagenbegehungen in der letzten Zeit verstärkt Hinweise auf gefährliche Eingriffe. Schutzeinrichtungen werden außer Funktion gesetzt, elektronische Signalisierungen und Warneinrichtungen überbrückt, mechanische Elemente mit zu wenig Verbindungselementen und Schrauben gesichert. Die Schutzsysteme von Rembe sind daher so ausgeführt, dass ein hohes Maß an Sicherheit durch die Konstruktion vorgegeben und nicht manipulierbar ist. Beispielsweise sind Schraubverbindungen durch unlösbare Nietverbindungen ersetzt, Schrauben sind selbstsichernd und unverlierbar gestaltet.

Besonders bei komplexeren Komponenten wie Einrichtungen zur flammenlosen Druckentlastung ist das essenziell, da sie an Stellen verbaut sind, bei denen eine freie Entlastung, z. B. durch Berstscheiben, nicht möglich ist. Wenn allerdings der Teil, der die Entlastung zu einer flammenlosen macht, versagt oder Schwachstellen aufweist, hat das verheerende Folgen für die Umgebung.

REMBE GmbH Safety + Control, Brillon


Autor: Gerrit Fikse

Senior Consultant Explosion Safety, Global Sales
Explosion Safety,

Rembe Safety + Control

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