Fit für den Ex-Bereich

Schüttguttechnik SPECIAL Fit für den Ex-Bereich

08.02.2007Redakteur: Redaktion PROCESS

Auch im Schüttguthandling müssen Anlagenbetreiber und Hersteller die verschärften rechtlichen Bedingungen (Atex, MAK-Werte) berücksichtigen und insbesondere für einen staubfreien Pulvertransfer sorgen. Volkmann stellt zur Powtech die neueste Generation der Inex-Vakuumförderanlagen vor, die das Einfördern selbst in die Zone 0 erlauben. Damit liegt erstmalig eine Lösung für jede mögliche Pulver- und Gas-Ex-Zone vor.

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Volkmann GmbH

Vakuumförderer haben sich in den letzten Jahrzehnten einen festen Platz in zahlreichen Bereichen der Prozesstechnik erobert. Angesichts ihrer universellen Verwendbarkeit stellt sich zwangsläufig die Frage, wie man sie fit für den Einsatz in Ex-Bereichen machen kann. Am Anfang einer solchen Betrachtung steht zunächst eine umfangreiche Zündquellenanalyse. Nach Aufdeckung aller potentiellen Zündquellen müssen diese Schritt für Schritt eliminiert werden. Bezogen auf die pneumatische Feststoffförderung mit Vakuum sind dies zunächst die elektrischen Zündquellen. Die Fragen lauten also:

Wird die zur Förderung nötige Saugluft elektrisch erzeugt?
Wird das gesamte Förderaggregat elektrisch gesteuert?
Befinden sich darüber hinaus andere elektrische Bauteile am System?

Falls diese drei Fragen mit Nein beantwortet werden können, ist man einem wirtschaftlichen Konzept zur Feststoffförderung in explosionsgefährdeten Bereichen schon ein gutes Stück näher. Dies wird erreicht, indem ausschließlich pneumatisch arbeitende Komponenten zur Verwendung kommen. Druckluft lässt sich problemlos und verlustarm auch über größere Distanzen transportieren - z.B. von einer Nicht-Ex-Zone in einen ausgewiesenen Ex-Bereich - und stellt unter Verwendung der heute üblichen Filtrationstechnik und Werkstoffe keine Zündquelle dar. Damit liegt es nahe, sie auch zur Vakuumerzeugung zu nutzen.

Multijector macht’s möglich

In der Vergangenheit scheiterte dieses Vorhaben häufig an dem zu hohen Druckluftverbrauch und der für die pneumatische Saugförderung ungünstigen Charakteristik von einstufigen Ejektoren. Erst mit der mehrstufigen Multijector-Technik wurde dieses Manko behoben. Durch die viermalige Nutzung des Treibgasstrahls und die Wiederverwendung der schon eingesaugten Luftmengen in den Folgedüsenstufen wird die Kennlinie einer leistungsfähigen, mechanischen Vakuumpumpe erreicht. In Zahlen ausgedrückt bedeutet das ein Saugvolumen von bis zu 22 000 lN/min und Enddrücke von bis zu 40 mbar absolut.

Die reibungsfreien Gasstrahl-Vakuumpumpen sind aber auch im Nicht-Ex-Bereich von Vorteil, da sie keine Schmierung und Wartung benötigen, sehr klein und leicht bauen, problemlos zu takten sind (diskontinuierliche Förderung) und keine Wärme erzeugen. Durch die Expansion der Luft in den einzelnen Düsenstufen tritt im Betriebszustand sogar eine leichte Eigenkühlung auf. Da die Pumpen keine Zündquelle darstellen, entfällt eine aufwändige, bei mechanischen Pumpen übliche, druckfeste Kapselung.

Darüber hinaus bietet es sich an, zusätzlich die gesamte Steuerung der Vakuumförderanlage pneumatisch aufzubauen. Neben den für das Fördern nötigen Grundschaltfunktionen bieten die heute verfügbaren Pneumatik-Bausteine zahlreiche Möglichkeiten für kreative Verknüpfungen und Sicherheitsabfragen. Mit diesen Maßnahmen sind alle elektrischen Zündquellen eliminiert. Die verbleibenden Zündgefahren sind für die Multijector-Vakuumförderanlagen mit einer Ausnahme nicht relevant.

Es gibt z.B. keine heißen Oberflächen und keinen möglichen mechanischen Funkenschlag im System. Selbst die eingesaugte rostige Schraube stellt keine Gefahr dar. Die einzig verbleibende Zündquelle sind elektrostatischen Aufladungen, die erst dann auftreten, wenn die Anlage in Betrieb genommen und ein Schüttgut gefördert wird.

Problem Elektrostatik

Beim Transport von Pulvern und anderen Feststoffen durch eine Förderleitung treten fortwährend Trennvorgänge auf, die zu mehr oder weniger großen elektrostatischen Aufladungen führen. Beim Studium der einschlägigen Literatur erscheint die pneumatische Förderung zunächst ungünstig, da relativ hohe Massenaufladungsdichten von bis zu 103 µC/kg erreicht werden. Der Vergleich mit anderen gängigen Werten, z.B. für Sieben (ca. 10-3 µC/kg) oder Mahlen (ca. 1 µC/kg), lässt eine größere Gefahr vermuten.

In der Literatur wird jedoch nur die pneumatische Druckförderung mit sehr hohen Durchsatzraten und hohen Luftgeschwindigkeiten (Flugförderung) betrachtet. Diese Werte können bei Großsilo-Beschickungen durchaus realistisch sein. Die Saugförderung und insbesondere die Vakuumförderung (hohe tbeladung/schonender Transport) hingegen finden eher in anderen Bereichen Verwendung: Förderhöhen bis 30 m, Förderstrecken bis 80 m und Förderleistungen bis 8000 kg/h. Häufig liegen die Einzelkriterien sogar deutlich unter diesen Werten. Niedrige Geschwindigkeiten und Pfropfen oder Strähnen erzeugen weniger Trennvorgänge und damit weniger Aufladungen.

Ausbaufähig für Gas-Ex

Die Multijector-Vakuumfördersysteme der Baureihen VR und PPC können in allen Staub-Ex-Zonen eingesetzt werden. Da sie im Anlieferungszustand zündquellenfrei sind, kann eine Gefahr nur vom zu fördernden Feststoff selbst oder von äußeren Einwirkungen ausgehen. Wichtig ist hier die enge Kooperation zwischen Hersteller und Betreiber.

Ist mit dem Auftreten von brennbaren Flüssigkeiten, Aerosolen oder Dämpfen zu rechnen oder treten gar Mischungen von Staub und Gas auf (hybride Gemische), bieten die Vakuumförderer zusätzliche Ausbaumodule. Die Standardförderer VR und PPC können ohnehin in ihrer Grundbauform in der Gas-Ex-Zone 1 aufgestellt werden. Darüber hinaus wird während der Powtech ein Vakuumförderer der neuen Inex-Baureihe auf einem Reaktordeckel im Betrieb gezeigt.

Nach dem eigentlichen Fördervorgang verbleibt der Feststoff zunächst in einer Evakuierungskammer (Reduzierung des Sauerstoffanteils), und nachfolgend wird das Material unter inerten Bedingungen ausgeschleust. Dieses System eignet sich zur Pulverbeschickung von Mischern, Reaktoren oder Rührkesseln, in welchen brennbare Flüssigkeiten vorgelegt sind. Mit den Inex-Vakuumförderern ist somit auch das Einfördern in die Zonen 0 und 1 erlaubt. Sind besonders zündwillige Schüttgüter zu fördern, so kann optional schon der eigentliche Fördervorgang unter inerten Bedingungen erfolgen.

Druckfest muss nicht sein

Der Abscheider muss bei den Multijector-Vakuumförderern nicht druckfest ausgeführt werden. Im Gegenteil täuscht ein druckfester Abscheider nicht nur eine falsche Sicherheit vor, sondern erhöht die Gefahr der Folgen eine Explosion. Dadurch, dass im Betrieb immer eine oder mehrere Armaturen geöffnet sind, schlägt die Druck- und Flammfront durch und wird in den engen und langen Rohrleitungen stark beschleunigt. Damit kann sich der Effekt selbst einer kleinen Verpuffung extrem potenzieren.

Dies führt nicht nur zu fatalen Auswirkungen an den Enden dieser Leitungen, z.B. in Silos, Big-Bags oder Sack-Aufgabestationen. Durch weitere Aufwirbelungen kann eine regelrechte Kettenreaktion stattfinden und den gesamten Produktionsbereich zerstören. Deswegen wurde bewusst auf eine druckfeste Bauweise verzichtet. Die Anlagen- und Betriebssicherheit wird durch die weiter oben beschriebenen konstruktiven Merkmale und Verfahren erreicht und über die Baumusterprüfbescheinigung nach Atex bestätigt.

Die nicht-druckfeste Bauweise bringt noch weitere Vorteile wie einfache Installation, geringes Gewicht, leichte Reinigung bei Produktwechsel, mobiler Einsatz an mehreren Stellen sowie höhere Flexibilität. Die druckfeste Bauweise findet daher nur noch Verwendung, wenn der Feststoff nach dem eigentlichen Fördervorgang in einen Raum (z.B. Reaktor) eingeschleust werden soll, der selbst unter Überdruck steht

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