Wo in der industriellen Fertigung mit Pulvern gearbeitet wird, gibt es auch Staub. Das ist in vielen Industrien ein Sicherheitsproblem, denn bei allen organischen oder organisch beschichteten Pulvern sowie bei einigen Metallpulvern ist dieser Staub prinzipiell brennbar oder explosionsfähig.
Ob es zu einer Explosion kommen kann, hängt davon ab, wie hoch die Staubkonzentration in der Luft ist. Liegt diese Konzentration genau zwischen oberer und unterer Explosionsgrenze, dann spricht man von einem zündfähigen Staub-Luft-Gemisch. Ein zündfähiges Gemisch kann sogar mit einem nicht brennbaren und nicht explosionsfähigen Pulver entstehen, und zwar dann, wenn dieses Pulver in einem hybriden Gemisch unter Anwesenheit von brennbaren Gasen und Dämpfen verarbeitet wird. In diesem Fall bewirkt die brennbare Gas-Atmosphäre zwischen den Pulverpartikeln das Risiko.
Besonders gefährlich wird es, wenn Pulver von oben in einen Prozessbehälter mit entzündlichen Gasen und Dämpfen geschüttet wird. Dann durchläuft das Pulver in jedem Fall die Zone, in der das Gemisch zündfähig ist. Letztlich fehlt nur noch eines, um eine Staubexplosion auszulösen: eine Zündquelle mit ausreichender Zündenergie.
Eine unterschätzte und oft übersehene Gefahrenquelle ist dabei das Risiko einer elektrischen Entladung im fließenden Pulver. Pulver lädt sich auf, wenn es aus einem Sack oder Trichter oder aber einfach durch eine Rohrleitung strömt. Riskant ist also bereits das Fördern und Ausschütten von Pulver. Was vielen Anwendern und sogar Armaturenherstellern gar nicht bewusst ist, ist das Risiko, das von durchströmten Kugelhähnen oder Ventilen im Pulverweg ausgeht, da die Kugel oder Klappe in der Regel elektrisch isoliert von der Rohrleitung montiert ist. Strömendes Pulver lädt diese Teile unterschiedlich auf und es entstehen Funken. Selbst einfache Ventile im Pulverweg müssen daher Staub-Ex-Anforderungen erfüllen und zertifiziert sein.
Staubwolken vermeiden
Zur Sicherheit in der Produktion muss die Staubentwicklung also vermieden werden. Außerhalb einer pulververarbeitenden Anlage kann man eine kritische Staubkonzentration durch geeignete Absauganlagen zuverlässig vermeiden. Beim Fördern und Verarbeiten von Pulvern in einem Prozessbehälter oder beim Entleeren von Säcken auf eine Flüssigkeit tritt eine kritische Staub-Luft-Konzentration jedoch immer auf. Die Größe des explosionsfähigen Volumens hängt unter anderem von der Geschwindigkeit der Zugabe und der Staubentwicklung des Pulvers ab – ist also nicht zuverlässig kontrollierbar.
Mit den TDS-Systemen von Ystral werden Pulver staubfrei in die Flüssigkeit eingesaugt. Das Saugvakuum wird dabei direkt in der Flüssigkeit erzeugt. Sobald das Pulver in die Flüssigkeit eingemischt ist, besteht kein Staub-Ex-Risiko mehr. Der TDS-Saugmischer wird in den Behälter eingebaut. Er erzeugt in seinem Mischkopf ein Vakuum, mit dem er das Pulver direkt unter die Flüssigkeitsoberfläche saugt.
Weitaus universeller ist die Conti TDS. Sie ist außerhalb des Behälters aufgebaut, fördert die Flüssigkeit im Kreis und saugt das
Pulver staubfrei ein. Die Maschine kann mit wesentlich höheren Viskositäten und unterschiedlichen Behältergrößen oder Füllständen arbeiten. Sie kann entfernt vom Prozessbehälter aufgestellt und auch mit mehreren Behältern verbunden werden.
Beide Maschinen sind nach allen Staub- bzw. Gas-Ex-Richtlinien konstruiert, zertifiziert und verwenden ausschließlich zugelassene und für Staub- und Gas-Ex geeignete Komponenten. Die Systeme gibt es in verschiedenen Atex-Klassifikationen, natürlich auch in IEC-Ex und nach NEC.
Verarbeitung in Nicht-Ex-Bereichen
Eine besondere Variante richtet sich an Anwender, die Staub-Ex-Pulver in Nicht-Ex-Zonen verarbeiten müssen. Dies kommt in der chemischen Industrie selten vor, ist aber bei der Herstellung von Lebensmitteln, Kosmetika und Pharmazeutika die Regel. Dort werden unzählige organische Pulver verarbeitet, die potenziell Staub-Ex-gefährdend sind. Ein Staub-Ex-Risiko außerhalb der verarbeitenden Prozesssysteme kann durch geeignete Maßnahmen ausgeschlossen werden. Im Inneren der Anlage jedoch, kurz bevor das Pulver in die Flüssigkeit gelangt, können kritische Staub-Ex-Atmosphären auftreten. Für diese Anwendung stehen geeignete TDS-Maschinen zur Verfügung, die innen komplett Staub-Ex-klassifiziert, außen aber für die Aufstellung im Nicht-Ex-Bereich vorgesehen sind. Die Ex-Klassifikation lautet dann zum Beispiel: II 2D/– c T200°C wobei die Zonenspezifikation vor dem Schrägstrich für innen und nach dem Schrägstrich für außen gilt. Mit diesen Maschinen dürfen Staub-Ex-Pulver auch in Nicht-Ex-Bereichen verarbeitet werden.
Hauben lösen das Problem nicht
Die im Lebensmittel- oder Pharmabereich so beliebten Edelstahlabdeckungen für Elektromotoren oder ganze Maschinen sind in Bezug auf Ex-Anwendungen äußerst kritisch. Die Ex-Zulassungen für Motoren und andere elektrische Betriebsmittel gelten im Allgemeinen für den Temperaturbereich von -20 bis +40 °C. Messungen an Pumpen und anderen Aggregaten haben ergeben, dass auch unter relativ offen gestalteten Abdeckhauben über Motoren oft Temperaturen von 60 bis 80 °C herrschen. Die Temperatur innerhalb der Abdeckung muss somit überwacht werden und darf 40 °C während des Betriebs nicht überschreiten, da sonst die Ex-Zulassungen für innerhalb installierte elektrische Komponenten keine Gültigkeit haben. Prinzipiell das Gleiche gilt für Schalldämmhauben, wobei diese noch wesentlich dichter und stärker isoliert sind, als einfache Abdeckhauben.
Um Hygieneabdeckungen und Schallisolierungen im Ex-Bereich einsetzen zu können, muss die Haube also im Inneren gekühlt werden. Interne Kühler sind aufgrund der nur begrenzt zur Verfügung stehenden Kühlfläche oft nicht ausreichend. In diesem Fall muss hier mit einer Ventilation gearbeitet werden.
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Halle 3, Stand 431
Autor: Dr.-Ing. Hans-Joachim Jacob
Verfahrens- und
Anwendungstechnik,
Ystral
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