Stolpersteine umgehen

Andreas Bachmann

Generell geht es bei Atex darum sicherzustellen, dass explosionsfähige Atmosphären vermieden werden oder dass, falls dies nicht möglich ist, das Equipment, das in diesen Zonen zum Einsatz kommt, keine Zündquellen aufweist. Das Vermeiden von explosionsfähigen Atmosphären und die Definition von Atex-Bereichen liegt in der Verantwortung des Anlagenbetreibers. Er muss gemäss Atex 137 seine Anlage nach Risiken bewerten und entsprechend den auftretenden Gasen oder Stäuben in Zonen und Temperaturklassen einteilen. Das Vermeiden von Zündquellen an den Einrichtungen, die in diesen Zonen und Temperaturklassen eingesetzt werden, liegt dagegen in der Verantwortung des Lieferanten. Gemäß Atex 95 muss er an seinen Komponenten alle möglichen Zündquellen wie zum Beispiel zu hohe Oberflächentemperaturen, Funken, elektrostatische Aufladungen usw. vermeiden.

Ein wichtiger Teil der Auslegung, bei dem es immer wieder zu Missverständnissen kommt, ist die Auswahl der erforderlichen Temperaturklasse. Der Anlagenbetreiber definiert aufgrund der Risiken in seiner Anlage die Zone und die Temperaturklasse. Dabei werden die Gase und Stäube in Temperaturklassen von T1 (Zündtemperatur >450 °C) bis T6 (Zündtemperatur >85 °C) eingeteilt. Je höher die Temperaturklasse desto geringer sind die Zündtemperaturen der in der Zone vorhandenen Medien, das heißt desto tiefer müssen die maximalen Oberflächentemperaturen der eingesetzten Komponenten sein. Die Anforderungen steigen also mit der Temperaturklasse.

Nehmen wir folgendes Beispiel: Der Anlagenbetreiber hat Ethylen mit einer Zündtemperatur von 425 °C in seinem Atex-Bereich. Per Definition muss diese Anlage also mit Equipment der Temperaturklasse T2 (Zündtemperaturen >300 °C) betrieben werden. Hat dieser Betreiber nun in der gleichen Zone einen Drehstrommotor der Temperaturklasse T4 (Zündtemperaturen >135 °C) im Einsatz, dann passiert es, dass auch die Pumpe für die Temperaturklasse T4 bestellt wird. Ganz nach dem Moto: Was für den Motor stimmt, kann für die Pumpe nicht falsch sein. Das ist grundsätzlich auch richtig, denn höherklassiges Equipment darf immer auch in tieferen Temperaturklassen eingesetzt werden. Drehstrommotoren zum Beispiel werden häufig für die Temperaturklasse T4 zertifiziert, da bei richtiger Auslegung die maximal zulässige Oberflächentemperatur der Temperaturklasse T4 nie erreicht wird. Dadurch wird natürlich der Aufwand für den Hersteller und den Betreiber geringer, da für die Temperaturklassen T1 bis T4 ein einheitliches Produkt verwendet werden kann.

Bei einer Pumpe ist das leider etwas komplizierter. Die zulässige Temperaturklasse der Zahnradpumpe ist sehr stark abhängig von der Temperatur des geförderten Mediums. Wenn nun für das oben genannte Beispiel die Temperatur des Mediums 120 °C beträgt, dann kann die Pumpe bereits nicht mehr für die Temperaturklasse T4 angewendet werden, da die für diese Temperaturklasse definierte, maximal zulässige Oberflächentemperatur von 108 °C (Zone 1, Gase, Dauerbetrieb) bereits vom Medium überschritten wird. Dabei werden die im Betrieb auftretenden Temperaturerhöhungen in und an der Pumpe noch nicht einmal berücksichtigt. Es ist deshalb nicht ratsam, aufgrund bestehender Komponenten Rückschlüsse auf die erforderlichen Temperaturklassen einer Zone zu machen. Die in der Zone eingesetzten Komponenten sind meistens nur mit der maximal zulässigen und nicht mit der minimal erforderlichen Temperaturklasse bezeichnet. Nur die Gase und Stäube, welche in einem Bereich auftreten, geben Auskunft über die erforderliche Temperaturklasse.

Eine Auslegung von Zahnradpumpen gemäß Atex wird generell nach der folgenden Formel vorgenommen:

TFluid + DTPumpe = Tmax # Tmax.zul. = TZünd – DTSicher

wobei TFluid die Fluidtemperatur beim Eintritt in die Pumpe, DTPumpe die Temperaturerhöhung in und an der Pumpe (Sicherheitszuschlag), Tmax die maximal auftretende Oberflächentemperatur der Pumpe, Tmax. zul. die maximal zulässige Oberflächentemperatur der Pumpe, TZünd die minimale Zündtemperatur der definierten Temperaturklasse und DTSicher die Sicherheitsmarge (gemäß Richtlinie) abhängig von der Zone, der Betriebsdauer und der Art der explosionsfähigen Atmosphäre (Gas, Staub) ist.

Durch die Sicherheitsfaktoren und die erwarteten Temperaturerhöhungen kann die maximal zulässige Fördermediumstemperatur stark unter der effektiven Zündtemperatur der Atmosphäre liegen. Nehmen wir noch einmal das Beispiel Ethylen mit einer Zündtemperatur von 425 °C: Da als minimale Zündtemperatur für die Klasse T1 450 °C gefordert wird, muss für Ethylen die nächst höhere Temperaturklasse T2 (> 300 °C) gewählt werden. Per Defini- tion beträgt nun die maximale Oberflächentemperatur für die Temperaturklasse T2 240 °C (Zone 1, Gase, Dauerbetrieb). Wird nun ohne weitere Angaben für diese Temperaturklasse eine Zahnradpumpe mit Magnetkupplung bestellt, beträgt die maximale Temperatur für das zu pumpende Medium ca. 160 °C, da innerhalb der Magnetkupplung Erwärmungen von bis zu 80 °C auftreten können. Bei dieser Erwärmung handelt es sich um einen maximalen Wert ohne Berücksichtigung von Applikationsdaten wie Drücke, Drehzahlen oder Viskosität des Mediums. Das heißt, die zulässige Mediumstemperatur liegt schlussendlich 265 K unter der effektiven Zündtemperatur der Umgebung. Dieser Wert stößt natürlich bei jedem Betreiber auf Unverständnis. Der Grund für die große Temperaturdifferenz liegt in der Verwendung der Temperaturklassen und der standardisierten Sicherheitsfaktoren, die eine schnelle Auslegung für unkritische Anwendungen ermöglichen.

Ist diese erste Auslegung wie im Beispiel beschrieben unbefriedigend und liegen alle relevanten Betriebsdaten vor, dann kann die maximal zulässige Fördermediumstemperatur durch folgende Maßnahmen erhöht werden:

Für das oben genannte Beispiel bedeutet dies, dass die maximal zulässige Fördermediumstemperatur auf ca. 300 °C erhöht werden könnte. Um solche Optimierungen zu erreichen, ist es aber unbedingt erforderlich, dass sich der Anlagenbetreiber und der Pumpenhersteller gemeinsam an einen Tisch setzen um die effektiven Prozessdaten und die technischen Möglichkeiten ausführlich zu diskutieren.

cav 427

cav: Der Explosionsschutz in industriellen Produktionsanlagen ist heute europaweit einheitlich geregelt. Welche Komponenten aus dem Produktprogramm von Maag Pump Systems Textron eignen sich für Atex-Anwendungen?

Bachmann: Wir sind in der Lage alle Pumpen aus unserem Produktprogramm gemäß Atex-Richtlinie als Equipment der Kategorien 2G/2D und 3G/3D, das heißt für die Zonen 1 und 2, anzubieten. Als Produzent von Pumpensystemen stellen wir jedoch fest, dass es bezüglich der Auswahl von Komponenten im Atex-Umfeld noch immer häufig zu Missverständnissen kommt. Durch die langjährige Erfahrung in chemischen und industriellen Anwendungen sowie in der Kunststoffindustrie ist Maag Pump Systems Tex-tron der perfekte Partner für Problemstellungen wie diese. Durch die Verwendung von optimalen Materialpaarungen, Spielklassen und Geometrien, die kundenspezifisch aus einem modularen Baukasten ausgewählt werden, ist Maag in der Lage solche und auch viele andere spezielle und anspruchsvolle Anforderungen zu erfüllen. Ob es sich nun dabei um Anwendungen mit tiefen Zulaufdrücken, hochviskosen Medien, korrosiven Medien, großen Druckdifferenzen, hohen Temperaturen oder um eine Kombination dieser Anforderungen handelt, spielt keine Rolle.

cav: Wie wichtig ist für Maag das Thema Ex-Schutz bei der Achema 2006?

Bachmann: Ex-Schutz ist für einen Produzenten von Komponenten für die Prozessindustrie grundsätzlich ein wichtiges Thema. Spätestens seitdem die Atex-Richtlinie zwingend anzuwenden ist, muss ein Hersteller dafür Sorge tragen, dass so viele seiner Produkte wie möglich in Atex-Bereichen betrieben werden können. Trotzdem möchten wir auf unserem Messestand den Ex-Schutz nicht besonders in den Vordergrund stellen, da Atex-Produkte heute schon zum Standard gehören. Wir achten jedoch darauf, dass auch alle neuen Produkte in Atex-Ausführung lieferbar sind. Dies betrifft aktuell vor allem die neue Magnetkupplung, die wir auf der Achema vorstellen werden. Diese neue Dichtung soll eine preiswerte Alternative zu unserer bisherigen Magnetkupplung werden. Bedingt durch die ständig steigenden Anforderungen im Umweltschutz werden für immer mehr Anwendungen Pumpen mit Magnetkupplungen vorgesehen. Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten, werden wir pünktlich zur Achema die Kupplung vorstellen, die auch für preissensiblere Anwendungen, zum Beispiel als Alternative zu einer Gleitringdichtung, eingesetzt werden kann.

cav: Welche weiteren Produkte wird Maag vom 15. bis 19. Mai in Frankfurt in den Blickpunkt stellen?

Bachmann: Weitere Schwerpunkte unseres Messeauftritts bilden vor allem neue Produkte aus dem Bereich Polymer Processing. Als Marktführer im Bereich Pumpensysteme für Polymeranwendungen werden wir zum Beispiel eine Verbesserung unseres bewährten Dichtungssystems vispac zeigen. Bei der vispac handelt es sich um eine Kombination aus dynamischer Dichtung und einer Stopfbüchsendichtung, die als Dichtungssystem für Austragspumpen von hochviskosen Polymerschmelzen verwendet wird. Durch die Verbesserung wird die Einstellung der Dichtung maßgebend vereinfacht und somit die Prozesssicherheit erhöht. Ein weiteres Highlight ist eine neue Filtrationstechnik für Polymerprozesse. Hier ist es Maag gelungen, die Vorteile der Filtration mit Siebwechslern mit den Vorteilen der Großflächenfiltration zu kombinieren. Mittelpunkt des Standes soll zudem unser stetig wachsendes, weltweites Produktions-, Verkaufs- und Servicenetzwerk sein. In diesem Zusammenhang möchten wir aber auch auf unsere 24-h-After-Sales-Organisation aufmerksam machen. Wer sich im Detail über diese wirklich interessanten Neuheiten informieren will, ist natürlich herzlich eingeladen, uns auf unserem Achema-Messestand in der Halle 8, Stand R10/R12, zu besuchen.

Weitere Informationen zu den Zahnradpumpen

Pumpenrechner

Atex-Richtline

Achema 2006