Grundsätzlich sind Staub-Luft-Gemische explosionsfähig, wenn der Staub aus brennbarem Material besteht, eine Zündquelle vorhanden ist und entsprechend Sauerstoff zur Verfügung steht. Im sogenannten Explosionsfünfeck kommen noch der geschlossene Behälter und die räumliche Verteilung hinzu. Die pneumatische Förderung nutzt prinzipbedingt ein Rohrsystem für den Materialfluss.
Im Sinne des Explosions-Fünfecks handelt es sich hierbei um einen geschlossenen Behälter. Die von den Gebläsen bzw. Verdichtern erzeugte Prozessluft fördert feine Stäube und Pulver mit einem im Vorfeld präzise ausgelegten Druck und Volumenstrom durch das Rohrsystem zum Ziel. Dabei findet im Inneren der Leitung 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. Die wechselseitigen Beziehungen der fünf Bereiche des Explosions-Fünfecks lassen sich dazu nutzen, Explosionen wirksam zu verhindern.
Einfluss der Gebläsetechnik auf das Explosionsfünfeck
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 Explosions-Fünfecks ansetzen. 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 Verdichterstufe 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.
Bei allem Anspruch an hohe Fertigungsqualität, Langlebigkeit und Betriebssicherheit lassen sich potenzielle Risiken in Ex-Schutz-
Bereichen auch bei einem Gebläse nicht zu 100 % im Havariefall ausschließen. Kommt es zu einem Eintrag von Funken in die Druckleitung, resultieren diese meist 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 Atex-Einsatzgebieten stellt die Funkensperre innerhalb der Druckschalldämpfer eine wirksame Maßnahme dar, den Eintrag von Aktivierungsenergie in den Materialförderstrom sicher zu unterbinden. Der Schalldämpfer zählt damit zu den reaktiven Atex-Maßnahmen.
Er kommt zum Einsatz, wenn ein Schaden bereits vorhanden ist.
Frühwarnsystem über drei Ebenen
Gerade in Atex-relevanten Einsatzgebieten setzt Aerzen auch Frühwarnsysteme ein, 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. „Wir bieten eine Ausbaustufe über drei Ebenen an“, erklärt Fabian Pasimeni, Produktmanager für Gebläse und Delta
Hybrid bei Aerzen. Die einfachste Möglichkeit, die Schwingungen einer Verdichterstufe zu überwachen, sind spezielle Messnippel, die in der Nähe der Lagerstellen eingebaut sind. „Damit können wir die Schwingungen vor Ort punktuell messen und sich anbahnende
Lagerschäden erkennen.“ Mit Beschleunigungssensoren 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 von Aerzen selbst in einer Atex-Zone, gibt es die Sensoren mit der entsprechenden Zulassung. „Unser Baukasten an Gebläselösungen ist heute so feingliedrig, dass wir unterschiedliche Anwendungen mit variierenden Atex-Anforderungen standardisiert bedienen können“, macht Pasimeni deutlich. „Wir haben ständig damit zu tun, brennbare Prozessgase sicher zu fördern. Der wirksame Ex-Schutz samt den daraus folgenden Atex-Anforderungen gehört bei Aerzen deshalb zur täglichen Praxis.“
Auf Grundlage dieses umfassenden Know-hows hat Aerzen mit noch filigraneren Sensoren auch die dritte Stufe der Zustandsüberwachung entwickelt. „Mit den Sensoren können wir quasi ganz genau ins Innere schauen und feststellen, in welchem Zustand sich das jeweilige Lager befindet“, erklärt der Produktmanager. 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 können wir feststellen, was für ein Fehler auftritt und vor allem auch wo er entsteht“, erläutert Pasimeni. 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.
Saugförderung 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 machen wir für unseren Kunden den Abnahmeprozess der Gesamtanlage deutlich einfacher“, erklärt Pasimeni. Zudem hat
Aerzen eigene Zonentrennfilter entwickelt, die als sogenannte Polizeifilter eine weitere Entkopplung zwischen vorgelagertem Prozess und Aggregat darstellen. „Kommt es zu einem Filterbruch, können wir entsprechend schnell reagieren und das Aggregat herunterfahren, bevor sich in der Verdichterstufe eine explosive Atmosphäre
bilden kann.“
Sollte es nach einer Verkettung unglücklicher Umstände dennoch zur Explosion kommen, lassen sich die Auswirkungen auf die Umgebung durch den Einsatz spezieller Werkstoffe beim Bau der Verdichterstufe wirksam reduzieren. „Sind die Atex-Anforderungen und das Explosionsrisiko hoch, verwenden wir für das Gehäuse der Verdichterstufe keinen normalen Grauguss mehr, sondern spezielles Gusseisen mit Kugelgraphit.“ Diese Gusseisensorte besitzt dank des in Kugelform enthaltenen Kohlenstoffs stahlähnliche mechanische Eigenschaften. Kommt es zu einer Explosion, fliegt kein Teil durch den Raum, weil der Sphäroguss dämpfend wirkt. „Bei allem Streben nach Standardisierung, spielt gerade in Atex-relevanten Anwendungen die Sicherheit im Prozess immer noch die größte Rolle“, fasst Pasimeni zusammen.
Aerzen
Halle 4, Stand 271
Autor : Thorsten Sienk
Freier Fachredakteur
