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1. Ex-Schutz-Forum 2013 Von Grundlagen bis zu rechtlichen Aspekten – Ex-Schutz-Forum beantwortet die wichtigsten Fragen

Autor / Redakteur: Sabine Mühlenkamp / Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Worin liegt der Vorteil bei der neuen Einteilung von Ex-Zonen? Warum wird die Explosionskopplung nicht häufiger eingesetzt und wo liegen die Fallstricke beim Umgang mit Richtlinien und Behörden? Das 1. Ex-Schutz-Forum auf der Festung Marienberg in Würzburg lieferte Antworten auf aktuelle Fragen rund um den Ex-Schutz.

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Klaus Meichle von Rembe präsentierte auf der Terrasse der Festung Marienberg eine Live-Explosion.
Klaus Meichle von Rembe präsentierte auf der Terrasse der Festung Marienberg eine Live-Explosion.
(Bild: PROCESS/Hüser)

Würzburg – „In Deutschland gibt es jeden Tag 1 bis 2 Staubexplosionen pro Tag und dies sind nur die gemeldeten. Zwar laufen die meisten glimpflich ab, trotzdem ist es nach wie vor wert, über das Thema zu diskutieren“, so Ulrich Lamerz, IEP Technologies (ehemals Kidde). Ein sicherer Explosionsschutz beginnt mit der Investition in den präventiven Ex-Schutz, um das Entstehen einer Explosion zu verhindern.

Es gibt aber Fälle, in denen man mit der Gefahr leben muss, dann gilt es die Auswirkungen zu begrenzen. Zu den Präventivmaßnahmen gehört das Vermeiden von explosionsfähiger Atmosphäre, in dem man die Konzentrationen von Staub begrenzt. Eine typische Anwendung ist die Staubabsaugung. „Das Reinhalten eines Betriebsraums ist die einfachste Art des Explosionsschutzes“, ist Lamerz überzeugt.

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Für das Entstehen einer zündfähigen Atmosphäre genügt bereits 1 mm Staub auf dem Boden. Wird dieser durch einen Luftzug aufgewirbelt und es gibt eine Zündquelle, kann es zur Explosion kommen. Mögliche Zündquellen sind in der EN 1127-1 niedergeschrieben, die häufigsten sind offene Flammen, heiße Gase, elektrische Anlagen, heiße Oberflächen, Funken, chemische Reaktionen oder Blitzeinschlag. Allerdings dürfe man die trivialen Zündquellen nicht vernachlässigen, so Lamerz. „Der Faktor Mensch ist als Risiko nicht zu unterschätzen, etwa Rauchen, offenes Licht, Schweißen oder Schleifen.“ Kenngrößen helfen, um die Gefahren einzuschätzen. Dazu gehört etwa die Brennzahl, mit der beurteilt wird, wie groß die Abbrandgeschwindigkeit oder die Zündtemperatur ist.

Einteilung von Ex-Zonen – gestern und heute

Tanja Wächter von Planting sprach über die Einteilung von explosionsgefährdeten Bereichen in Zonen. „Auch die Einteilung nach Ex-Zonen ist eine Form des sekundären Explosionsschutzes“, so die Expertin. Diese werden entsprechend der Dauer und der Häufigkeit des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre, in der chemischen Industrie sowie Petrochemie und Raffinerie hauptsächlich nach der BGR 104 (EX-RL) eingeteilt.

An einem Beispiel zeigte Wächter, wie sich die Zoneneinteilung verändert hat. Die Folge: Durch die Reduzierung der Ex-Zonen ergeben sich nun weitere Möglichkeiten hinsichtlich Anlagenerweiterungen, Neubau von Anlagen oder der Befahrbarkeit in bestehenden Betriebsbereichen, da bis dato ausgewiesene Ex-Bereiche nun unter Umständen keine Ex-Zone mehr aufweisen.

Ex-geschützte Steuerungstechnik – flexibel und wirtschaftlich

Über die Zündschutzarten sprach Klaus Marth, Produktmanager Steuerungstechnik bei Bartec. „Entscheidend für die Anwendung der passenden Zündschutzart ist, neben der Applikation, dem technischen Umfeld oder der gewünschten Technologie, die Wirtschaftlichkeit der Lösung“, erklärte Marth. Bei Stäuben kommt meist der Schutz durch Gehäuse (IEC/EN 60079-31) zum Einsatz. Dabei wird das Eindringen einer umgebenden Staubatmosphäre in das Gehäuse von elektrischen Betriebsmitteln verhindert, so dass ein hoher Staubschutzgrad staubdicht dauerhaft gewährleistet wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil , dass man jede gängige Steuerung einbauen kann.

Auch elektrische Steuerungen zum Einsatz in Staub- und Gas-Ex-Bereichen müssen explosionstechnische und umweltspezifische Einsatzbedingungen erfüllen. Bei der Projektierung werden zudem funktions- und applikationsspezifische Maßgaben berücksichtigt. Ein modulares Bausteinsystem ermöglicht es, einzelne steuerungstechnische Module durchgängig mit Blick auf die Anwenderbedürfnisse zu kombinieren. Voraussetzung hierfür sind Funktionsbausteine, die für eine Explosionsgruppe und Temperaturklasse geprüft sind und über die notwendige Zulassung verfügen. Auf Basis der Kombination „Erhöhte Sicherheit (Ex e)“ und „Druckfeste Kapselung (Ex d)“ kann daraus eine komplette und bedienerfreundliche Steuerung projektiert und generiert werden.

Ausbreitung verhindern

Um das Explosionsereignis räumlich zu begrenzen und Ausbreitung zu verhindern, muss explosionstechnisch entkoppelt werden. Beispielhaft für entsprechende Schutzsysteme sind Entkopplungsventile, Löschmittelsperren, Entkopplungsschlote und Rückschlagklappen. Die entsprechenden Richtlinien und Verordnungen schreiben die Verwendung vor, aber in der Praxis wird das Thema Entkopplung stiefmütterlich behandelt, so die Erfahrung von Matthias Welsch von Fike Deutschland.

„Obwohl es diese Technologie seit Jahren bekannt ist, handelt es sich um einen oft übersehenen Bestandteil des Explosionsschutzes“, so Welsch. Diese verhindert, dass sich eine Explosion über Kanäle oder Rohrleitungen in andere Anlagenteile fortpflanzt. Das Problem ist, dass die Drücke exponentiell ansteigen und Detonationen entstehen können.

Bei den mechanischen Entkopplungsmethoden ist der Schnellschutzschieber eine sehr effektive Methode, auch wenn der Einbau sehr aufwändig ist. Eine andere Methode ist die Löschmittelsperre oder der Bersttopf. Auch Rückschlagklappen haben eine lange Tradition, insbesondere in der Holzindustrie. Heute werden sie in staubfreien Leitungen oder Aspirationsleitungen eingesetzt. „Häufig funktionieren sie jedoch nicht zuverlässig, da die Klappe beim Ereignis pendelt“, begründet Welsch die Entwicklung eines neuen passives mechanisches Explosionsentkopplungssystems, das dieses Problem nicht aufweist.

Sichere Lösung bei Metallstäuben

Der stetige technologische Wandel bedingt auch eine ständige Anpassung des Explosionsschutzes. Ausgehend von einer Problemstellung in der Automobilbranche in 2010 (Oberflächen Strahlanlagen) stellte sich Rembe die Aufgabe, eine funktionale und sichere Lösung zur flammenlosen Druckentlastung nach EN 16009 bei Metallstäuben zu realisieren. „Herkömmliche Kenndaten wie der maximale zeitliche Druckanstieg KSt-Wert und der maximale Explosionsdruck Pmax sagen bei Metallstäuben nicht immer etwas über die Auswirkungen einer Explosion aus“, erklärte Klaus Meichle von Rembe.

„Vielmehr müssen Verbrennungstemperaturen und kalorische Verbrennungsenergien mitbetrachtet werden.“ Bei Untersuchungen für Schutzsysteme zeigen z.B. Stahlstrahlstäube mit geringen Explosionskenndaten (Konzentration lag bei 4000 g/m3, pmax: 3,5 bar; KSt-Wert: circa 85 bar x m / s) ein extremes thermisches Verhalten, das sogar zum Durchschweißen an Apparatebauteilen führt. Gründe hierfür sind u.a. hohe Sauerstoffaffinitäten und relativ große Partikel, die lange Flammenstandszeiten generieren. Ähnliche gilt für Leichtmetalle. „Während Holzstäube bei 800 °C abbrennen, sind bei Aluminium Temperaturen zwischen 2500 und 3000 °C möglich“, nennt Meichle den Unterschied.

Bislang sind nahezu alle Unterdrückungssysteme für Metallstaubexplosionen ungeeignet. Insbesondere bei flammenlosen Druckentlastungseinrichtungen schreibt die Prüfnorm DIN EN 16009 inzwischen Untersuchungen mit den vorliegenden Stäuben unter realen, praxisnahen Einsatzbedingungen vor. Rembe hat daher das Q-Rohr gemäß der neuen Bedingungen so erweitert, dass die Vorgaben der DIN EN 16009 in verschiedenen Prüfszenarien erfüllt werden. Rembe ist derzeit weltweit der einzige Hersteller, der Schutzsysteme für Metallstaubexplosion im Programm hat.

Durchblick im Paragraphendschungel

Dipl. Ing. Ursula Aich vom Regierungspräsidium Darmstadt informierte über die rechtliche Entwicklung in Deutschland und Europa, sprich Normungen im Explosionsschutz und das System der Benannten Stellen. Die Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen decken ein breites Spektrum an Produkten ab, darunter Geräte, die in petrochemischen Fabriken, Bergwerken, Mühlen und in anderen Umgebungen, in denen explosionsgefährdete Bereiche vorkommen können, eingesetzt werden.

Die Richtlinie 94/9/EG über Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen (Atex) legt die einzuhaltenden technischen Anforderungen an diese Produkte sowie die entsprechenden Konformitätsbewertungsverfahren vor dem Inverkehrbringen in Europa fest. Diese Anforderungen werden in "Harmonisierten Normen" der europäischen Normungsgremien CEN (für nichtelektrische Geräte) und CENELEC (für elektrische Geräte) zusammengefasst, die im offiziellen Amtsblatt der EU veröffentlicht werden.

„Es sind schon eine ganze Reihe an Regeln, die beachtet werden müssen. Daher muss sich auch der Betreiber damit auseinander setzen“, so Aich. Ihre Empfehlung lautet weiter: „Entscheidungen im Explosionsschutz sollte man nie alleine treffen, sondern am besten berät man zu dritt über die beste Verfahrensweise“, appellierte Aich. Einen weiteren Tipp, den sie aus ihrer langjährigen Praxis weitergab: „Wenn man Papiere und Dokumente zu einer Maschine bekommt, sollte man diese nicht einfach abheften, sondern genau prüfen, ob diese sachlich richtig sind. Gibt es hier Ungereimtheiten, können einem diese spätestens im Schadensfall um die Ohren fliegen.“

Bei bestimmten Produkten ist eine Drittprüfung des Produktes selbst durch die notifizierte Stelle „Notified Body“ oder eine Überwachung des QS-Systems erforderlich, die von den Mitgliedsstaaten der europäischen Union gemeldet werden. Diese Prüfstellen erhalten eine Prüfstellen-Nummer und sind im NANO-Informations-System der EU-Kommission gelistet. Bei Produkten, die auch noch in den Anwendungsbereich anderer Richtlinien, z.B. der Maschinenrichtlinie fallen, muss der Hersteller auch die Bestimmungen dieser Richtlinien anwenden. Mit der Anbringung des CE-Kennzeichens wird dann auch bestätigt, dass alle Anforderungen der zutreffenden Richtlinien eingehalten werden.

Parallel zur Atex-Richtlinie 94/9/EG beschäftigt sich die Richtlinie 1999/92/EG mit den Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können. Diese Richtlinie wurde in Deutschland über die Gefahrstoff- und die Betriebssicherheitsverordnung umgesetzt. Derzeit ist im Zusammenhang mit dem Neuen Rechtsrahmen ein Kommissionsvorschlag für eine Novellierung der Richtlinie 94/9/EG im Gesetzgebungsverfahren, die voraussichtlich im Jahr 2015 in Kraft treten wird. Dabei werden die materiellen Anforderungen beibehalten.

Was passiert nach dem Knall?

Über rechtliche Fragen berichtete Dr.Ing. Frank Hamelmann von Protectum. In seinem Vortrag erklärte er anhand der rund 8000 Biomasseanlagen in Deutschland die Problematik. „In Niedersachsen fallen rund 90 % davon unter die Störfallverordnung. Allerdings ist vielen Betreibern das nicht bewusst“, so seine Erfahrung. Und im Schadensfall wird die Lage nicht einfacher. Neben den Schwierigkeiten, die eine Explosion in Bezug auf Lieferengpässe und vertragliche Strafen nach sich zieht, rücken nicht selten auch rechtliche Fragen bei Schadensereignissen in den Mittelpunkt der Betrachtung.

Außerdem gilt bei Versicherungen, dass erst nach der Erstellung aufwendiger und langfristiger Gutachten die Entscheidung in den Versicherungen getroffen wird, inwieweit Schäden und Produktionsausfälle erstattet werden. „Und hier stellt sich die Frage, ob Maßnahmen in der Betriebssicherheitsverordnung ausreichend sind, wenn die VDI-Richtlinien strenger sind. Rein rechtlich ist es zwar ausreichend, die Betriebssicherheitsverordnung zu beachten. Die Versicherungen sehen das unter Umständen aber ganz anders“, nannte Hamelmann nur einen Fallstrick.

Gerade bei Personen- und Umweltschäden stellen sich juristische Fragen nach der Verantwortung der Betreiber und ihrer Erfüllungsgehilfen. Neben technischen Fragen, inwieweit eine Anlage dem Stand der Technik entspricht, der hier als Maßstab anzusetzen ist, richtet sich das Interesse auf die betriebliche Organisation. Neben den Forderungen aus dem Arbeitsschutzgesetz und der BetrSichV sind die stofflich bedingten Belange, z.B. aus der GefStoffV zu berücksichtigen. Besondere Betreiberverantwortung ergibt sich hierbei auch aus dem BImSchG. Hier sind eindeutige Aufgaben an das Betreiben von Anlagen zum Schutz der Umwelt definiert.

Der Betreiber hat die Pflicht, ein ordentliches Pflichten- und Lastenheft zu erstellen, dass technische, bauliche und organisatorische Maßnahmen dokumentiert. Zu den technischen Maßnahmen gehört die Auslegung der Anlage, die Explosionsunterdrückung oder die Verhinderung einer explosionsfähigen Atmosphäre. Neben den baulichen Maßnahmen sind organisatorische Maßnahmen obligatorisch. Diese enthalten Gefährdungsbeurteilungen, das Festlegen von Zuständigkeiten und Anforderungen, Unterweisung der Mitarbeiter sowie das Prüfen der Anlagen und Arbeitsmittel. „Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen vernachlässigen diesen Punkt häufig“, berichtet Hamelmann.

„Die Erfahrung zeigt, dass für die Beherrschung einer solchen Krise an dieser Stelle fachlicher und kompetenter Rat nicht nur von anwaltlicher Seite aus gefragt ist, sondern gleiches für die fachliche Unterstützung auf Sachverständigenebene gilt. Wer hier über kein gut funktionierendes Team aus Anwalt und Sachverständigen verfügt, wird schnell in schwieriges Fahrwasser geraten“, so Hamelmann abschließend.

Erstellung eines Ex-Schutz-Dokuments

Im abschließenden Vortrag erklärte Klaus Rabenstein von Herding Filtertechnik anhand einer Filteranlage, wie ein Explosionsschutzdokument umgesetzt wird. Dafür müssen die staubexplosionsgefährdeten Bereiche als Zonen für den zu betrachtenden Betriebsbereich festgelegt werden. Rabenstein stellte die Zündquellen gemäß den einschlägigen Vorschriften vor und führte eine Zündquellen- und Zündgefahrenanalyse nach der EN 13463 durch. So war ersichtlich, welche vorbeugenden und konstruktiven Schutzmaßnahmen zu ergreifen sind, um die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Explosion zu reduzieren. Abschließend ging Rabenstein auf organisatorische Maßnahmen ein, um ein Explosionsschutzdokument zu erstellen.

Abgerundet wurde das Forum mit einer Live-Explosion von Rembe, in der eindrucksvoll demonstriert wurde, welche Auswirkungen eine Staubexplosion haben kann, wenn die Anlage nur mit einer einfachen Berstscheibe geschützt wird. Noch immer lag die Ausbreitung der Stichflamme bei 1 bis 2 Metern. Wesentlich ruhiger verlief die Explosion dann mit einem Q-Rohr als Schutz.

* Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS.E-Mail-Kontakt: sabine.muehlenkamp@vogel.de

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