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Schüttguttransport im Ex-Bereich

Erhöhte Sicherheit mit Vakuumförderern
Schüttguttransport im Ex-Bereich

In der chemischen und pharmazeutischen Verfahrenstechnik ist generell mit dem Auftreten von zündfähigen Gemischen zu rechnen. Dabei kann es sich um Gas-/Luftgemische (Zonen 0, 1 und 2), aber auch um Staub-/Luftgemische (Zonen 10 und 11) handeln. Folglich muß auch das Feststofftransportsystem eine Ex-sichere Lösung darstellen.

Dipl.-Ing. Thilo Volkmann, Dipl.-Ing. B.Eng.(Hons.) Thomas Ramme

Speziell beim Schüttguthandling ist die zusätzliche Gefahr durch den zu fördernden, meist staubförmigen Feststoff selbst zu beachten. Deswegen muß zunächst das in Frage kommende Transportsystem und danach der Installationsort genauestens untersucht werden.
Die sicherlich bekannteste und auch in unseren Breitengraden leider immer noch häufig angewandte Art für die Beförderung pulveriger Roh- und Hilfsstoffe ist der manuelle Transport von Sackware durch die Mitarbeiter in der Produktion. Hierbei ergeben sich zahlreiche Gefahren, wobei an dieser Stelle auf die durch das schwere Tragen und Heben hervorgerufenen gesundheitlichen Risiken der Bediener nur hingewiesen werden soll. Unter Ex-Gesichtspunkten ist besonders das manuelle Entleeren der Gebinde problematisch. Es sind beispielsweise bei der Klebstoffherstellung Fälle bekannt, bei denen die elektrostatischen Aufladungen, die beim „Auskippen“ der Säcke über eine Schütte in Rührkessel auftreten, ausreichend für Verpuffungen waren.
Bei feinkörnigen und trockenen Pulvern ist darüber hinaus beim nicht automatisierten Beschicken die Explosionsgefahr durch aufgewirbelten Staub zu beachten. Zusätzlich bestehen zum Teil erhebliche Gesundheitsgefahren für das Produktionspersonal durch das Einatmen dieser Stäube. Gründe genug, ein spezielles, vollautomatisch arbeitendes Vakuumfördersystem zu entwickeln, das seinen Anwendern eine drastische Verbesserung hinsichtlich Prozeß- und Arbeitssicherheit bietet.
Vakuumförderer für den Ex-Bereich
Aus den oben aufgeführten Risiken ergeben sich die Anforderungen an das Pulvertransportsystem: Prinzipiell werden in der Vakuumfördertechnik mit Hilfe von Vakuumpumpen Abscheidebehälter evakuiert, in die dann über eine Förderleitung der Feststoff eingesaugt wird. Ist der Saugtakt abgeschlossen, entleert der Vakuumförderer über ein im unteren Bereich installiertes Austragsorgan direkt in die zu befüllende Einheit. Die Produktaufgabe erfolgt durch Absaugung entweder manuell mit Sauglanzen oder vollautomatisch beispielsweise über Big-Bag-Entleerstationen.
Bei speziell für den Ex-Bereich ausgelegten Vakuumfördersystemen befinden sich keine rotierenden Teile im Produktstrom. Anders als bei konventionellen Förderern üblich, ist eine große mechanische Reibung aufgrund Erhitzung und Zermahlung des Fördergutes bei Vakuumförderern ausgeschlossen.
Vakuumerzeugung – rein pneumatisch
Neben der noch zu betrachtenden Elektrostatik dürfen die einzelnen Baugruppen eines Vakuumförderers selbst keine Zündquelle darstellen. Zunächst soll die zur Erzeugung der Förderluft notwendige Pumpe untersucht werden. Multijector®-Vakuumpumpen verzichten vollständig auf elektrische Bauteile. Bei diesen kinetischen Pumpen wird das Vakuum über einen Gasstrahl, in der Regel komprimierte Luft, erzeugt, so daß kein elektrischer Anschluß nötig ist. Die Expansionskälte des Treibgasstrahls in dem mehrstufigen, energiesparenden Düsensystem sorgt auch bei hohen Unterdrücken und geringen Saugluftmengen (Pfropfenförderung) für eine gute Kühlung des Aggregats. Weiterhin kommen Multijectoren ohne drehende Teile, Lager und Schmierung aus. Heiße Oberflächen als Zündquelle für explosionsfähige Gemische scheiden also aus. Außerdem ist eine nach dem Multijector-Prinzip konstruierte Pumpe wartungsfrei.
Bei Vakuumförderern für den Ex-Bereich erfolgt die Verknüpfung der druckluftbetriebenen Vakuumpumpe mit den restlichen zur Förderung nötigen Baugruppen ebenfalls rein pneumatisch.
Steuerungs- und Funktionsunterstützungen wie beispielsweise Entleerklappenbetätigung, Filterabreinigung, Fluidisierungshilfen, Saug-/Entleerzeitfunktionen u.a. werden mit vom Druckluftnetz gespeist. Folglich kann bei Multijector-Vakuumfördersystemen der Förderer selbst keine Zündquelle darstellen, da sich im System weder elektrische noch wärmegenerierende Bauteile befinden.
Da durch die gasstrahlbetriebene, mehrstufige Vakuumpumpe nur Luft strömt (keine Produktberührung), treten am Vakuumerzeuger selbst auch keine elektrostatischen Aufladungen auf. Bezüglich der Elektrostatik müssen dafür die Bereiche Produktabsaugung, Förderleitung, Abscheidebehälter mit Filter und Produktaustrag gesondert betrachtet werden.
Leitfähiges Modulkonzept
Bei der Konstruktion spezieller Abscheidebehälter für Vakuumförderer in Edelstahl-Modulbauweise wird insbesondere auf eine durchgehende elektrische Leitfähigkeit geachtet. Die fast unendlichen Kombinationsmöglichkeiten zur optimalen Lösung der fördertechnischen Aufgabenstellung stellen bei Erdung somit auch für den Ex-Bereich eine sichere Variante dar. Alle Module werden bei der Montage so miteinander verbunden, daß nur ein zentraler Erdungsanschluß benötigt wird.
Gegenüber einem „starren“ Behälterkonzept bestehen weiterhin die Vorteile des geringen Gewichts, der einfachen Zerlegbarkeit und Reinigung und der größeren Flexibilität. So können z.B. standardisierte Schleusen zur sicheren Einbringung des Fördergutes in Reaktoren einfach adaptiert werden.
Die Filteraufnahme ist ebenfalls elektrisch leitfähig in den Abscheidebehälter integriert. Das Baukastenprinzip ermöglicht den Einsatz der unterschiedlichsten Filterwerkstoffe und -bauformen, inklusive elektrisch leitfähiger Materialien.
Als Werkstoff für die Förderleitung kommt entweder Edelstahl oder ein elektrisch leitfähiger, vakuumfester Saugschlauch zum Einsatz. Bei Verwendung von Schläuchen mit Drahtspirale ist diese unbedingt an beiden Enden zu erden.
Sicherheit und Vorteiledurch Messungen
Die bisher beschriebenen konstruktiven Merkmale sind allgemeingültig und sollten bei jeder Installation berücksichtigt werden. Konkrete Aussagen sind jedoch nur für den individuellen Anwendungsfall möglich.
Zur Einschätzung des Explosionsrisikos durch statische Elektrizität ist eine genaue Kenntnis der Peripherie des Vakuumförderers nötig. Insbesondere spielen hierbei die Produktauf- und -abgabe eine Rolle. Der Hersteller führt zusammen mit unabhängigen Institutionen spezielle, anwendungsbezogene Messungen durch. Abbildung 2 zeigt die Ermittlung der elektrostatischen Aufladung eines Kunststoffgranulats vor der pneumatischen Vakuumförderung. Dieser Wert wird mit dem nach der Förderung verglichen.
Pulverige Feststoffe zur Klebstoffherstellung wurden zum Beispiel mit einem Multijector-Vakuumfördersystem VR 450 fünf Meter vertikal und zwanzig Meter horizontal transportiert. Bei Schüttdichten von 0,2 bis 0,8 kg/dm3 betrug die maximale Förderleistung 2800 kg/h. Nach diesem pneumatischen Transport wurden äußerst geringe Ladungsdichten ermittelt, die um den Faktor 55 unter den in der Literatur angegebenen kritischen Werten für die Durchschlagsfeldstärke lagen.
Ein weiteres interessantes Ergebnis dieser Untersuchungen ist auch, daß durch die Verwendung der Multijector-Technik der Abscheider nicht druckstoßfest ausgelegt sein muß. Dies birgt hohe Einsparungspotentiale bei der Anschaffung des Pulvertransportsystems.
In einem anderen Fall wurde zuvor palettenweise Sackware mit Gabelstaplern im Ex-Bereich transportiert und dann manuell in Rührkessel eingebracht. Neben der erhöhten Sicherheit und Sauberkeit in der Produktion konnte durch Verwendung der Multijector-Vakuumförderer die Investition drastisch reduziert werden, da nun der Pulvertransport direkt vom Lager zur Produktion mittels Vakuum erfolgt. Damit wurden die teuren, Ex-zugelassenen Gabelstapler überflüssig.
Um in ähnlicher Weise andere chemisch-pharmazeutische Produktionsprozesse zu optimieren, stellt der Hersteller Interessenten eine Förderversuch-Datenbank und Gutachten zum Einsatz der Vakuumförderer in explosionsgefährdeten Bereichen zur Verfügung.
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