Konstruktiver Explosionsschutz So finden Sie das richtige Schutzkonzept

Von Anke Geipel-Kern

Konstruktiver Explosionsschutz ist ein Muss in jeder verfahrenstechnischen Anlage. Wichtiger Bestandteil ist dabei die explosionstechnische Entkopplung, die eine Ausbreitung einer Explosion in weiter entfernte Anlagenteile verhindert. Wir stellen die gebräuchlichsten Systeme vor.

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Klappen, Ventile, Löschmittelsperren - konstruktiver Explosionsschutz bietet vielfältige Möglichkeiten
Klappen, Ventile, Löschmittelsperren - konstruktiver Explosionsschutz bietet vielfältige Möglichkeiten
(Bild: Rembe [M]-Ludwig)

Stäube und Gase sind unterschätzte Gefahren. In der Chemieindustrie, aber auch in anderen Industriebereichen. Immer wenn organische Materialien wie Holz, Mehl, Cellulose oder Metallpulver (z B. Aluminium- oder Magnesiumpulver) hochkonzentriert in geschlossenen Räumen verarbeitet werden, entstehen Stäube, und oft reicht der sprichwörtliche Funke, um die feinen Partikel zur Explosion zu bringen. In Mühlen, Filteranlagen, Sieben, Förderern u. v. m. lauern diese Gefahren, denn die Voraussetzungen für eine Staubexplosion stimmen: Staub, geschlossene Behälter und eine hinreichende Menge an Sauerstoff.

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Am Besten sind selbstverständlich vorsorgende Explosionsschutz-Maßnahmen oder die sogenannte inhärente Sicherheit von Prozessen. Trotzdem können Betreiber in Anlagenteilen, in denen Stäube und Gase verarbeitet werden, die Entstehung eines zündfähigen Gemisches manchmal nicht sicher ausschließen – ein Restrisiko bleibt, und das muss in der Risikoabschätzung mit betrachtet werden. Zu einem integrierten Explosionschutzkonzept gehört deshalb auch der konstruktive Explosionsschutz mit dazu. Doch was genau verbirgt sich dahinter?

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Druckfeste Kapselung, Druckentlastung und Explosionsunterdrückung

Der Klassiker ist die explosionsfeste Bauweise, die mit Druckbehältern u. a. Wände so stark macht, das sie einer Druckwelle standhalten können. Zusätzliche Sicherheit bietet die Druckentlastung z. B. durch Berstscheiben, Ex-Klappen oder Entlastungsklappen, die bei einem definierten Druck entweder an einer Sollbruchstelle zerbersten oder sich nach außen öffnen. Auch die Explosionsunterdückung wird häufig eingesetzt. Dabei reagieren Explosionsdruckdetektoren binnen Millisekunden auf den charakteristischen Druckanstieg, der auf eine Explosion folgt, und aktivieren ein Löschsystem, das Wasser, Pulver oder ein chemisches Unterdrückungsmittel in die Flammen sprüht.

Funkenerkennungs- und Funkenlöschsysteme nutzen IR- und UV-Sensoren, die Funkenflug und Glimmnester an den punktuell erhöhten Temperaturen erkennen. Entsprechende Systeme in kritischen Stellen der Anlage verhindern den Transport der Funken in andere Anlageteile und so oft größere Schäden.

Der Blick aufs Ganze

Ein absolutes Muss eines jeden Explosionsschutzsystems sei die explosionstechnische Entkopplung, betonen eigentlich alle Unternehmen, die entsprechendes Equipment anbieten. Ob aktiv oder passiv, ohne Entkopplung gäbe es keinen ganzheitlichen Explosionsschutz, sagen auch die Sicherheitsexperten von Rembe, Konzepte ohne Entkopplung seien nicht nur unvollständig, sondern auch für Betreiber herausgeworfenes Geld. Warum das so ist, wird klar, wenn man sich vergegenwärtigt, wie eng verknüpft die einzelnen Betriebsbereiche innerhalb einer Chemieanlage sind. Rohrleitungen sind wie Autobahnen: Eine örtlich begrenzte, kleine Explosion kann durch Vorkompressionen und Flammenstrahlzündungen Sekundärexplosionen auslösen, die noch katastrophalere Schäden anrichten können als die Erstexplosion. Es kommt also darauf an, über Entkopplungssysteme die Ausbreitung zu stoppen und so angrenzende Anlagenteile zu schützen. Welches System zum Einsatz kommt, hängt von vielen Faktoren ab, ob Gase oder Stäube entstehen können oder ob es sich um Druckleitungen, Silos, Mühlen, Abscheider, gekapselte Behälter oder noch anderes handelt.

Aktiv oder passiv?

Konstruktiv unterscheidet man je nach Auslösemechanismus des Ex-Schutz-Systems die aktive von der passiven Entkopplung:

  • Passive Entkopplungssysteme reagieren rein mechanisch auf Druck oder Druckverlust und verhindern durch ihre bauliche Beschaffenheit eine Flammen- und Druckausbreitung.Beispiele sind: Explosionsschutzschieber oder Rückschlagklappen.
  • Aktive Systeme nehmen über Detektoren oder Sensoren, die den Druck oder Flammen registrieren, eine Explosion wahr und lösen dann an dem dazu gehörigen Entkopplungsorgan Gegenmaßnahmen, wie z. B. das Schließen eines Ventils, aus.

Quenchventile, Schieber, Klappen und Löschmittelsperre

Ein Quenchventil ist ein Beispiel für ein aktives System. Es registriert über Sensoren den ansteigenden Druck oder sich bildende Flammen und schließt innerhalb von Millisekunden miteinander verbundene Anlageteile. Ein integrierter Druckspeicher und eine selbst überwachenden Steuerung sollen beispielsweise das von Rembe entwickelte Quenchventil Exkop ausfallsicher machen. Das System empfehlen die Experten für die Absicherung von Füll-, Aspirations- und Rohrleitungen, pneumatische Förderleitungen und Luftansaugöffnungen.

Explosionsschutzschieber entkoppeln Silos, Mühlen oder Absauganlagen und sind auch für CIP-, Staub- oder Gas-Anwendungen erhältlich. Wenn Druck- und/oder Infrarotdetektoren eine Explosion erkennen, senden sie ein Signal an einen Gasgenerator, der mit einem Gasstrom den Schieber schließt.

Rückschlagklappen werden dort benötigt, wo zwei oder mehr Prozessbehälter durch Luftkanäle miteinander verbunden sind: wie etwa in Entstaubungsanlagen und Zyklonen. Ähnlich wie beim Schieber wird eine im Kanal installierte Rückschlagklappe durch die Druckwelle einer Explosion schnell geschlossen und verhindert somit, dass die Flamme verbundene Anlagenbereiche erreicht.

Um Rohrleitungen zu entkoppeln, werden oft Löschmittelsperren eingesetzt. Ein Sensor detektiert die Flammen und aktiviert Düsen in der Rohrleitung, die das Löschpulver verteilen und so die Weiterleitung der Flammen verhindern. Eine gesicherte Entkopplung ist garantiert. Die Rembe-Experten empfehlen die Löschmittelsperre besonders für die Entkopplung von Elevatoren und Sprühtrocknern. n

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