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Sicherheit beim Zuckerhandling Abgestimmte Explosionsschutzkonzepte von einfach bis komplex

Autor / Redakteur: Dr. Markus Roser / Sabine Mühlenkamp

Bei der Verarbeitung von Zucker in der Getränkeindustrie entstehen Stäube, die ebenso wie andere pulverförmige oder staubende Zutaten eine explosionsfähige Atmosphäre verursachen können. Wirkungsvolle und wirtschaftliche Explosionsschutzeinrichtungen und -systeme schützen effektiv vor den Auswirkungen einer möglichen Staubexplosion und sichern so die Produktivität.

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Die Löschkanone des Unterdrückungssystems besteht aus einer drucklosen, leicht austauschbaren Löschmittelpatrone und dem mit Stickstoff befüllten Druckbehälter.
Die Löschkanone des Unterdrückungssystems besteht aus einer drucklosen, leicht austauschbaren Löschmittelpatrone und dem mit Stickstoff befüllten Druckbehälter.
(Bild: Bormann & Neupert by BS&B)

Getränkehersteller gehören zu den wichtigsten Abnehmern der deutschen Zuckerfabriken. Bei der Verarbeitung können jedoch durch das Aneinanderreiben der Kristalle feine brennbare Stäube entstehen. Aufgewirbelt in Luft bilden die mikroskopisch kleinen Partikel dann schnell eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre. Auch andere Getränkegrundstoffe, die in Pulverform zugeliefert werden, etwa Süßstoffe, Bindemittel oder Stärke, können eine explosionsfähige Atmosphäre verursachen.

Entscheidend sind jeweils die Explosionskennwerte des verarbeiteten Stoffs und die Staubkonzentration in der Luft. Beispielsweise wird Zuckerstaub mit einem typischen maximalen Explosionsüberdruck Pmax von 8,5 bar und einem KSt-Wert von 138 bar · m/s in die Staubexplosionsklasse St 1 eingeordnet. Eine fundierte Risikobetrachtung und -einschätzung und ein darauf basierender wirkungsvoller Explosionsschutz ist darum unverzichtbar. Typische Stellen im Verarbeitungsprozess, wo Zuckerstäube auftreten sind etwa Filter, Silos oder Förderanlagen wie Becherelevatoren.

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Eine vorbeugende Maßnahme, also das Vermeiden der explosionsfähigen Atmosphären, lässt sich an solchen Orten kaum wirtschaftlich realisieren. In Silos werden die Stäube beim Einlagern und Umschichten immer wieder aufgewirbelt; in Becherelevatoren rieselt der überschüssige Zucker ab und reichert sich in der Luft an. Durch die Luftbewegung können die Staubanteile dort zudem länger als üblich in der Luft verweilen. Es sind also jeweils maßgeschneiderte konstruktive Schutzeinrichtungen gefragt, die einen wirkungsvollen und zugleich wirtschaftlichen Schutz gewährleisten.

Welche Variante in welchem Umfeld jeweils die bestmögliche ist, zeigt eine detailliertere Betrachtung: Explosionsschutz-Berstscheiben bilden als konventionelle Druckentlastungen überall dort einen effektiven Basisschutz, wo das Entweichen von brennenden Stäuben und Partikeln und Flammen aus sicherheitstechnischer Sicht akzeptiert werden kann. Zu beachten ist aber, dass das Volumen dieser Emission ein Vielfaches der eigentlichen Anlagengröße beträgt; es muss unbedingt eine ausreichende Sicherheitszone vorhanden sein.

Schäden vorbeugen

Explosionsschutz-Berstscheiben werden je nach Prozessdruck und des für Behälter oder Anlage zulässigen Drucks ausgelegt. Wird der vorab definierte Ansprechdruck erreicht, birst die Druckentlastung unmittelbar – in industriellen Anwendungen häufig bei Überdrücken von 100 mbar. Je nach Anwendung sind Ansprechdrücke ab 20 und bis 350 mbar mit Standard-Varianten der Druckentlastungen möglich. Dank der schnellen Reaktion und dem schlagartigen Freigeben einer großen Entlastungsöffnung sind die Anlagen und Behälter vor der Druckeinwirkung geschützt. Beschädigungen werden vermieden.

Für den Einsatz bei schwankenden Prozessdrücken stellt Bormann & Neupert by BS&B seine Explosionsschutz-Berstscheiben Vent-Saf mit einer patentierten Gestaltung zur Verfügung, die sie auch gegenüber prozessseitigen Vakuumdrücken bis 500 mbar unempfindlich macht. Edelstahl- und Verbundwerkstoffe für die Berstscheibe und angepasste Materialien für Dichtungen und Dämmung mit FDA-Zulassung gewährleisten die notwendigen hygienischen Anforderungen beim Einsatz in der Lebensmittelverarbeitung.

Für Umgebungen, in denen keine ausreichend große Sicherheitszone zur Verfügung steht, sind flammenlose Druckentlastungen – Flamefree – eine Alternative. Ein mehrlagiges Edelstahl-Filtergewebe verhindert das Austreten von Flammen und brennenden Partikeln, erlaubt aber, dass die Druckwelle entweichen kann. Ein Mindestabstand zu Wänden, benachbarten Anlagen oder Aufenthaltsbereichen für Menschen ist auch hier zwingend notwendig. Für den Einsatz bei Zuckerstäuben ist zudem entscheidend, dass die Schutzeinrichtungen und -systeme auch für Zuckeranwendungen zugelassen und Atex-zertifiziert sind.

BS&B-Systeme verzichten auf pyrotechnische Auslöser

Wenn es darum geht, die Auswirkungen von Staubexplosionen noch weiter zu minimieren, werden aktive, schnellwirkende Löschsysteme zur Explosionsunterdrückung eingesetzt. Die Systeme ersticken jede Flamme einer anlaufenden Explosion innerhalb von Sekundenbruchteilen schon in der Entstehungsphase. Hochempfindliche Sensoren erkennen einen kritischen Druckanstieg – etwa in einem Silo – bereits im Millibarbereich und ermöglichen dem Unterdrückungssystem ein sofortiges Reagieren: Eine Löschkanone bringt in wenigen Millisekunden ein hochwirksames, zugleich lebensmitteltaugliches Löschmittel ein und unterdrückt die Explosion auf einen anlagenspezifisch reduzierten und akzeptablen Druck.

Die aktiven Systeme bieten einen hohen, zuverlässigen Schutz und erlauben zugleich ein prozessoptimiertes Anlagendesign in Gebäuden, wo kein Sicherheitsbereich für eine Entlastung zur Verfügung steht. Bei der Entscheidung für eine Unterdrückung gilt es allerdings einige relevante Kriterien zu beachten: So verzichten z.B. alle Systeme von BS&B bewusst auf pyrotechnische Auslöser. Als Auslöser fungiert ein Kraftschaltelement. Zudem besteht die Löschkanone aus einem Druckbehälter, der erst bei der Installation mit Stickstoff befüllt wird und einer leicht austauschbaren Löschmittelpatron. Besonderer Vorteil: Keines der Bauteile ist als Gefahrgut eingestuft. Dem gleichen technischen Funktionsprinzip wie Explosionsunterdrückungen folgen Systeme zur chemischen Explosionsentkopplung. Hier wird durch das Einbringen von Löschmittel eine Sperre errichtet, die das Ausbreiten der Flammen in verbundene Anlagenbereiche stoppt.

Fazit: Nicht immer lässt sich mit vorbeugenden Maßnahmen ein ausreichendes Schutzniveau erreichen. Das ist beim Handling staubender Stoffe wie Zucker sehr anspruchsvoll und aufwändig. Beispielsweise müssen Staubablagerungen von allen Oberflächen regelmäßig entfernt werden. Ansonsten können die Stäube durch Erschütterungen oder Luftbewegungen aufgewirbelt werden und so explosionsfähige Staubkonzentrationen entstehen. Werden vorhandene Staubablagerungen von einem Explosionsereignis aufgewirbelt und entzündet, kann eine Kettenreaktion mit heftigen Folgeexplosionen angestoßen werden.

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