Vorbeugender Explosionsschutz Im Cockpit des Kohlenmonoxid-Piloten: Kohlenmonoxid in Echtzeit messen

Ein Gastbeitrag von Alexander Kemmling, Sales Executive Explosion Prevention, Key Accounts D-A-CH und Marcus Kendik, Senior Consultant Explosion Prevention, Global Sales Explosion Safety bei REMBE GmbH Safety+Control

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Der Anstieg der Kohlenmonoxid-Konzentration in der Abluft von Trocknungsprozessen ist ein Hinweis auf eine drohende Selbstzündung. Wie ein neues Echtzeit-Messsystem für Kohlenmonoxid Sicherheit und Effizienz im Prozess auf ein neues Niveau heben.

Der obere Teil des Rembe CO.Pilot Schaltschrank
Der obere Teil des Rembe CO.Pilot Schaltschrank
(Bild: Rembe)

Das Thema „Explosionsschutz“ ist für Anlagenbetreiber und Maschinenhersteller allgegenwertig, sobald es um die Bearbeitung oder den Transport von brennbaren und/oder explosionsfähigen Stäuben geht. Im Gegensatz zur gesellschaftlichen Annahme, wonach ein erhöhtes Explosionsrisiko nur bei Gasen besteht, können auch bei brennbaren Stäuben durchaus enorme Kräfte freigesetzt werden.

Um das Explosionsrisiko bei der Handhabung brennbarer Feststoffen und Stäube zu minimieren, werden im Folgenden die Voraussetzungen für eine Explosion und die jeweiligen Staub-Charakteristiken beschrieben. Grundsätzlich wird hierbei das sogenannte Zünddreieck oder auch Zündfünfeck betrachtet.

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Um eine Explosion in einer Produktionsanlage oder Maschine zu erzeugen, müssen nämlich folgende Punkte erfüllt sein:

  • Vorhandensein von Brennstoff, Sauerstoff und einer Zündquelle,
  • Geschlossener Behälter,
  • Staubverteilung.

Wird eine der oben genannten Voraussetzungen eliminiert, wurde so gesehen bereits Explosionsschutz praktiziert. Ist dies jedoch nicht zu jeder Zeit und jedem Zustand im Betrieb möglich, bleibt Explosionsgefahr bestehen, was die Einteilung explosionsgefährdete Bereiche in Zonen und darüber systematisch abgeleitete Schutzmaßnahmen erfordert.

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Gerade Trocknungsprozesse sind in vielen Industrien angesiedelt, um Produkte für eine vereinfachte Lagerung, einen effizienteren Transport und eine längere Haltbarkeit vorzubereiten. Der Feuchtigkeitsentzug und die hohen Temperaturen sorgen jedoch für ein gesteigertes Brand- und Explosionsrisiko.

Kommt es in solchen, meist groß ausgelegten, Trocknungsanlagen zu einem Brand und/oder zu einer Explosion, ist die Situation nicht nur für Maschinen und Betrieb, sondern auch für die Mitarbeiter vor Ort höchst riskant.

Maillard-Reaktion im Sprühtrockner

Betreiber von Sprühtrocknern kämpfen mit einer speziellen Art von Zündquelle – nämlich Glimmnester durch Selbstentzündung bei zu starken Materialanbackungen. Durch eine nicht optimale Trocknung des Materials und der anfangs hohen Feuchtigkeit im Produkt, kommt es zu Anbackungen, welche von außen durch immer mehr feuchtes Material isoliert werden.

Die hohen Temperaturen sorgen für ein stetiges Erhitzen der Anbackungen bis hin zu einer biologischen Reaktion zwischen Eiweiß, Kohlenhydrat und Wasser – auch Maillard Reaktion genannt. Bei der Maillard Reaktion entsteht weitere Hitze, welche aufgrund der isolierenden Schicht der Verklumpung nicht abgeführt werden kann. Der Vorgang steigert sich, bis es Schlussendlich zur Selbstentzündung kommt.

Solche Anbackungen können sowohl an den Düsen der Sprühtrockner als auch an der Innenwand entstehen. Kommt es zu einer Fehlfunktion der Düse können Tropfen hinab in das Fließbett fallen und dort weitere Verklumpungen erzeugen. Wird das Stadium eines Glimmnests erreicht, kann dieses die explosionsfähige Atmosphäre im inneren des Trockners oder der nachgeschalteten Maschinen zünden.

Wie können Betreiber vorbeugen?

Alles beginnt mit dem Faktor Mensch, demnach also entsprechend geschultem Personal für den jeweiligen Prozess. Ebenso bedarf es einer optimalen Prozesssteuerung, um Verklumpungen gar zu vermeiden. Doch ohne präzise und zuverlässige Informationen/Messungen ist dies selbst für Spezialisten kaum möglich.

Als Indikator für einen reibungslosen und somit sicheren Prozess dienen heutzutage die Luftfeuchtigkeit und ein Beiprodukt von Selbstentzündungen – Kohlenmonoxid (CO). Problematisch ist jedoch, dass kombinierte Messsysteme nicht klar zwischen diesen beiden Indikatoren unterscheiden können und somit die Messung ungenau wird. Der „REMBE CO.Pilot“ macht genau diese Symbiose möglich.

Durch einen permanenten Abgleich erfasster Daten mit einer Datenbank von hinterlegten Referenzgasen die als Fingerabdrücke der selektierten Gase dienen, ist eine einmalige Echtzeitkontrolle und somit eine permanente Überprüfung auf Messgenauigkeit möglich. Gleichzeitig wird mit Hilfe der Echtzeit-Fingerprint-Analyse, die bei handelsüblichen Gasanalysatoren anzutreffende Querempfindlichkeit zu anderen im Messspektrum liegenden Gasen, ausgeschlossen.

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Zur zuverlässigen Messung des Betriebszustandes, werden Proben im sehr hohen Vakuum aus allen relevanten Zu- und Abluftkanälen des Trockners gesaugt. Aus den daraus absolut gemessenen Werten der einzelnen Messpunkte, bildet Rembe den Delta CO-Wert. Dieser Wert ist die mathematische Differenz aus dem CO-Gehalt der Abluft – zum-CO Gehalt der Zuluft(e). Somit werden nur Ereignisse erkannt, die tatsächlich im Prozess entstehen. Störfaktoren, welche dem Prozess von außen zugetragen werden, können hiermit ausgeblendet werden.

Der speziell entwickelte Auswerte-Algorhytmus, ermöglicht einen Abgleich der gemessenen Zu- und Abgasluftwerte in Echtzeit und erlaubt es – als erstes System am Markt – die Alarmgrenzen und Gaslaufzeiten der einzelnen Messstellen ohne Verzögerungen, an die verschiedenen Luftdurchsätze des Trockners anzupassen. Die Ratio-Verhältnisse der verschiedenen Zu-Lüfte und das Gleitzeitverhalten werden über die Software ausgeglichen und entsprechend in der SPS berechnet.

Wird also ein Anstieg der Kohlenmonoxid Konzentration durch eine Selbstentzündung im Prozess erkannt, kann unverzüglich mit Gegenmaßnahmen eingegriffen werden.

Doch was bedeutet das im Detail?

Durch die spezielle Beprobung fällt eine aufwendige und fehleranfällige Gasaufbereitung weg, sodass der CO.Pilot weniger störanfällig und wartungsfreier ist. Das Messverfahren ermöglicht es auf wiederkehrende Kalibrierungen zu verzichten. Aufgrund der präzisen Messtechnik und den daraus reproduzierbaren Ergebnissen können Fehlalarme und Stillstände vermieden werden. Kombiniert mit der Feuchtigkeitsmessung kann der Trocknungsprozess optimal gesteuert werden, wodurch die Energieeffizienz der Anlage erheblich erhöht wird.

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