In diesem Artikel wird die niederländische Norm für Explosive Atmosphären (Teil 36) behandelt: Nicht-elektrische Ausrüstung für den Einsatz in explosiven Atmosphären. Dabei wird auf die grundlegenden Methoden und Anforderungen eingegangen, wie:

  • Der Ignition Hazard Assessment Bericht und die Dust Explosion Analysis
  • Der Einfluss von heißen Oberflächen auf Zündungen
  • Funken als Zündquelle
  • Entladungen von statischer Elektrizität
  • Vorschriften zur Kennzeichnung von Ausrüstungen

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Das Ignition Hazard Assessment Report und die Dust Explosion Analysis

Wenn von explosionsfähigen Atmosphären die Rede ist, ist die Unterscheidung zwischen einer potenziellen und einer effektiven Zündquelle von entscheidender Bedeutung. Eine potenzielle Zündquelle ist eine Quelle in der Ausrüstung, die die Möglichkeit hat, eine explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden. Eine effektive Zündquelle hingegen ist eine Zündquelle, die tatsächlich in der Lage ist, eine explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden. Bei der Bewertung der Zündgefahren muss daher berücksichtigt werden, dass die folgenden Quellen sowohl eine potenzielle als auch eine effektive Zündquelle sein können:

  • Heiße Oberflächen
  • Flammen und heiße Gase
  • Mechanisch erzeugte Funken
  • Elektrische Quellen
  • Kriechströme
  • Statische Elektrizität
  • Blitzeinschläge
  • Elektromagnetische Wellen von 10⁴ Hz bis 3 x 10¹² Hz aus Hochfrequenzstrahlung
  • Elektromagnetische Wellen einschließlich optischer Strahlung von 3 x 10¹¹ Hz bis 3 x 10¹⁵ Hz
  • Ionisierende Strahlung
  • Ultraschall
  • Adiabatische Kompression und Stoßwellen
  • Exotherme Reaktionen, einschließlich der Selbstentzündung von Stoffen

Dinnissen analysiert und überprüft all diese Faktoren in einer sogenannten Dust Explosion Analysis (DEA). Allgemein wird eine solche Untersuchung der Zündgefahren und deren Bewertung oft als Ignition Hazard Assessment (IHA) bezeichnet. Hierbei werden alle potenziellen Zündquellen identifiziert, die während des normalen Betriebs, einer vorhersehbaren Störung oder einer seltenen Störung auftreten könnten. Eine seltene Störung ist eine Störung, die nur in Kombination mit zwei unabhängigen vorhersehbaren Störungen eine Zündquelle bildet, jedoch nicht isoliert betrachtet. Abhängig vom Ergebnis der DEA wird die Ausrüstung einer der folgenden Equipment Protection Levels (EPL) zugeordnet:

  • Gruppe I: Geräte für den Einsatz in Bergwerken mit Grubengasgefahr, enthält zwei EPL-Stufen: Ma und Mb.
  • Gruppe II: Geräte für Bereiche mit explosionsfähiger Atmosphäre, die durch eine Mischung aus Luft mit Gas, Dampf oder Nebel entsteht. Diese Gruppe enthält drei EPL-Stufen: Ga, Gb und Gc. Darüber hinaus ist diese Gruppe entsprechend der Art der explosionsfähigen Gasatmosphäre unterteilt in: IIA (z. B. Propan)IIB (z. B. Ethylen) IIC (z. B. Wasserstoff)
  • Gruppe III: Geräte für Bereiche mit explosionsfähiger Atmosphäre, die durch eine Mischung aus Luft mit einem anderen brennbaren Stoff entsteht. Diese Gruppe enthält drei EPL-Stufen: Da, Db und Dc. Sie ist zusätzlich basierend auf der Art der explosionsfähigen Staubatmosphäre unterteilt in: IIIA (geeignet für brennbare schwebende Staubpartikel) IIIB (geeignet für brennbare schwebende Staubpartikel und nichtleitenden Staub) IIIC (geeignet für brennbare schwebende Staubpartikel, nichtleitenden und leitenden Staub) 

Geräte, die das Ignition Hazard Assessment bestehen und bei denen bestätigt wurde, dass unter normalen Betriebsbedingungen keine effektiven Zündquellen entstehen, können als EPL Gc oder Dc klassifiziert werden. Wenn die Analyse zeigt, dass das Gerät weder unter normalen Betriebsbedingungen noch bei erwarteten Störungen effektive Zündquellen aufweist, fällt es in die Kategorie EPL Mb, Gb oder Db. Falls nachgewiesen wird, dass neben normalem Betrieb und erwarteten Störungen auch bei seltenen Störungen keine effektiven Zündquellen entstehen, wird das Gerät als EPL Ga oder Da eingestuft. Abhängig von der EPL-Klassifizierung des Geräts können Maßnahmen zur Risikominderung an jeder potenziellen Zündquelle ergriffen werden, um die Wahrscheinlichkeit, dass diese zu einer effektiven Zündquelle wird, weiter zu minimieren.

 

Explosieve atmosferen_Bliksem als ontstekingsbron.jpg

Blitz als Zündquelle

Das Ignition Hazard Assessment Report oder DEA enthält mindestens die folgenden Punkte:

  • Basisinformationen wie eine Beschreibung der Ausrüstung und der Materialien
  • Identifizierte Gefahren und deren Ursachen
  • Untersuchung der Zündgefahr
  • Maßnahmen zur Beseitigung oder Minimierung der Zündgefahren
  • Ergebnis der abschließenden Bewertung der Zündgefahr und gegebenenfalls die Begründung dafür
  • Andere Gefahren, die Maßnahmen erfordern
  • Die EPL als Ergebnis sowie die erforderlichen Einschränkungen im Hinblick auf die Sicherheit

Die von Dinnissen hergestellten Anlagen und Maschinen fallen hauptsächlich in die Gruppen II und III. 90 % der in den Maschinen von Dinnissen verarbeiteten Produkte gehören zur Kategorie IIIB. Daher werden im Folgenden nur die Anforderungen der Gruppen II und III behandelt.

Der Einfluss heißer Oberflächen auf Zündungen

Bei der Bewertung potenzieller Zündgefahren wird besonders auf heiße Oberflächen geachtet. Diese können eine Zündung verursachen, wenn sie mit einer explosionsfähigen Atmosphäre in Kontakt kommen. Selbst eine Staubschicht oder ein brennbarer Feststoff, der eine heiße Oberfläche berührt und sich selbst entzündet, kann eine Zündquelle darstellen. Die maximale Oberflächentemperatur jedes einzelnen Bauteils bestimmt, ob es zu einer Zündquelle wird oder nicht.

Wenn es um heiße Oberflächen geht, muss die Ausrüstung der Gruppe II:

  • In eine Temperaturklasse eingestuft sein, die von der maximalen Oberflächentemperatur abhängt, wie in der untenstehenden Tabelle angegeben. Die maximale Oberflächentemperatur darf die in der Tabelle angegebenen Grenzwerte nicht überschreiten.
  • Durch die maximale Oberflächentemperatur definiert sein.
  • Falls erforderlich, nur in der spezifischen explosionsfähigen Gasatmosphäre verwendet werden, für die sie vorgesehen ist. Dabei darf die maximale Oberflächentemperatur nicht höher sein als die Selbstzündtemperatur der explosionsfähigen Gasatmosphäre.
TemperaturklasseMaximale Oberflächetemperatur ℃
T1≥ 450
T2≥ 300
T3≥ 200
T4≥ 135
T5≥ 100
T6≥ 85
GasartZündtemperatur℃  Temperaturklasse
Erdgas670T1
Methan595T1
Schwefelkohlenstoff90T6
Benzin220T3

Wenn ein Gasgemisch oder eine Staubwolke mit einem Objekt in Berührung kommt, dessen Temperatur gleich oder höher als die Zündtemperatur dieses brennbaren Gases oder Staubs ist, kann eine Zündung erfolgen.

In der obigen Tabelle sind einige Beispiele für Gase mit ihren Zündtemperaturen aufgeführt. Diese Zündtemperatur bestimmt die Temperaturklasse.

Betrachtet man die Anforderungen für Gruppe III in Bezug auf heiße Oberflächen, gilt Folgendes:

  • Wenn keine Staubschicht vorhanden ist, darf die festgelegte maximale Oberflächentemperatur die zugewiesene maximale Oberflächentemperatur nicht überschreiten.
  • Wenn Staubschichten berücksichtigt werden müssen, kann die maximale Oberflächentemperatur auch für eine bestimmte Schichtdicke (TL) des Staubs um alle Seiten der Ausrüstung herum bestimmt werden.
  • Die auf der Ausrüstung angegebene maximale Oberflächentemperatur muss der tatsächlichen maximalen Oberflächentemperatur entsprechen

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Funken als Zündquelle

Auch Funken können eine Zündquelle sein. Sie entstehen durch Reibung, Stoß- oder Verschleißprozesse, bei denen kleine Partikel vom festen Material abgelöst und durch die im Prozess eingesetzte Energie erhitzt werden. Diese Funken können brennbare Gase, Dämpfe und bestimmte Staub/Luft-Gemische entzünden. Sie können auch dazu führen, dass eine Staubschicht zu glimmen beginnt, was ebenfalls eine Zündquelle für eine explosionsfähige Atmosphäre darstellen kann. Einige Kollisionen zwischen Metallteilen, aus denen Funken entstehen, müssen jedoch nicht als potenzielle Zündquellen betrachtet werden, sofern eine der folgenden Kombinationen von Bedingungen erfüllt ist:

  1. Wenn die Aufprallgeschwindigkeit weniger als 1 m/s beträgt und die maximale potenzielle Aufprallenergie weniger als 500 J beträgt, plus
  • Aluminium, Titan und Magnesium nicht in Kombination mit ferritischem Stahl verwendet werden oder
  • Aluminium in Kombination mit Edelstahl oder nur Aluminium verwendet wird, wenn der Edelstahl nicht korrodieren kann und keine Eisenoxid- oder Rostpartikel auf der Oberfläche zurückbleiben können oder
  • Hartstahl nicht in Kombination mit Hartstahl verwendet wird oder
  • Hartstahl nicht verwendet wird, wenn er mit Granit in Berührung kommen könnte.

Oder

    2. Wenn eine Kombination aus nicht-funkenden Metallen verwendet wird und die Aufprallgeschwindigkeit ≤ 15 m/s beträgt sowie die maximale potenzielle Energie weniger als 60 J     für Gas/Dampf-Atmosphären oder weniger als 125 J für Staubatmosphären beträgt.

Funken, die durch den Aufprall kollidierender Objekte entstehen, müssen also nicht als effektive Zündquellen betrachtet werden, wenn die Aufprallgeschwindigkeit weniger als 15 m/s beträgt und die maximale potenzielle Energie unter den Werten in den folgenden Tabellen liegt. Diese Tabellen helfen bei der Entscheidung, ob die potenzielle Zündquelle eine effektive Zündquelle werden kann oder nicht. Liegt die Aufprallenergie unter den in den Tabellen angegebenen Werten, besteht keine effektive Zündquelle. Überschreitet die Energie jedoch die Werte in den Tabellen, bedeutet dies nicht automatisch, dass die Zündquelle tatsächlich effektiv wird. Das Ignition Hazard Assessment muss dann nachweisen, dass die Wahrscheinlichkeit eines Aufpralls ausreichend gering ist und keine Gefahr darstellt.

GruppeEnergiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse 
bei nicht-funkenden Metallen		Energiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse bei 
anderen Materialien
ICC60 J5 J (Wasserstoff) 
3 J (Kohlenwasserstoffe einschließlich Acetylen)
IIB125 J10 J
IIA125 J20 J
GruppeEnergiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse 
bei nicht-funkenden Metallen		Energiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse bei 
anderen Materialien
ICC125 J10 J
IIB250 J20 J
IIA500 J40 J
GruppeEnergiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse 
bei nicht-funkenden Metallen		Energiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse bei
anderen Materialien
ICC250 J20 J
IIB500 J40 J
IIA500 J80 J
EPLEnergiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse 
bei nicht-funkenden Metallen		Energiegrenzen für einzelne Aufprallereignisse bei
anderen Materialien
Da125 J20 J
Db en Dc500 J80 J

Es gibt jedoch einige Vorbehalte zu diesen Tabellen. Die Kriterien aus Tabelle 3, 4 und 5 gelten nämlich nicht für Atmosphären mit brennbaren Gasen wie Kohlenstoffdisulfid, Kohlenstoffmonoxid und Ethylenoxid. Außerdem gilt für Tabelle 6, dass diese Werte nicht für explosive pyrotechnische oder selbstzerstörende Stoffe zutreffen, die nicht im Anwendungsbereich der entsprechenden Norm liegen.

Metalle, die keine Funken erzeugen, sind Kupfer, Zink, Zinn, Blei, Bronze und einige Messingarten. Dies sind Beispiele für Nichteisenmetalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die schwer oxidieren. Nur wenn sie in Kombination mit Materialien mit extrem hoher Härte verwendet werden, können sie Funken erzeugen.

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Entladung statischer Elektrizität

Explosieve atmosferen_Geschikt m.jpg

Geeignete Materialwahl, z. B. Edelstahl

Entladungen statischer Elektrizität

Unter bestimmten Umständen können Entladungen von statischer Elektrizität auftreten, die Brandgefahr mit sich bringen. Die Entladung von geladenen und isolierten leitfähigen Teilen kann leicht zu brandgefährlichen Funken führen. Zudem können bei geladenen Komponenten aus nichtleitendem Material, wie vielen Kunststoffarten, Bürstenentladungen entstehen. Diese Bürstenentladungen können sich in einigen Fällen auch ausbreiten, beispielsweise bei schnellen Trennprozessen oder bei einer Kombination aus leitenden und nichtleitenden Materialien. Diese sich ausbreitenden Bürstenentladungen entstehen durch das effiziente Aufladen nichtleitender Schichten oder anderer Beschichtungen auf Metalloberflächen. Sie können verhindert werden, indem eine Durchschlagspannung über die Schichten erreicht wird, die weniger als 4 kV beträgt, oder indem jedes andere Ladeverfahren ausgeschlossen wird, das stärker ist als manuelles Reiben über Oberflächen.

Spitzenentladungen und blitzartige Entladungen werden nicht als Entzündungsquelle betrachtet, da Spitzenentladungen keine Brandgefahr für explosive Atmosphären darstellen und blitzartige Entladungen noch nie in geladenen Wolken in einem Ausmaß beobachtet wurden, wie es bei industriellen Prozessen vorkommt. Auf der anderen Seite kann die Entladung des Schüttkegels von Schüttgut auftreten und wird auch als Entzündungsquelle betrachtet. Je nach Entladeenergie kann eine Schüttkegelentladung wie eine Bürsten- oder Funkenentladung eine explosive Atmosphäre entzünden. Bürstenentladungen können nahezu alle explosiven Gasatmosphären entzünden, jedoch keine brennbaren Stoffe (abhängig von deren minimaler Zündenergie), wenn keine brennbaren Gase oder Dämpfe vorhanden sind.

Für die Gruppen II und III gelten verschiedene Bedingungen in Bezug auf statische Elektrizität. Die Ausrüstungen und Teile der Gruppe II, die elektrostatisch aufgeladen werden können, müssen so konstruiert sein, dass während des Gebrauchs, der Wartung und der Reinigung eine Entzündung durch elektrostatische Aufladung vermieden wird. Dies kann erreicht werden durch:

  • Geeignete Materialwahl.
  • So große, gestaltete Formen und Designs, dass gefährliche elektrostatische Aufladungen nicht auftreten können.
  • Begrenzung der Oberfläche. Dies gilt für jedes Teil der Ausrüstung, das nicht leitende Teile enthält, die elektrostatisch aufgeladen werden können, vorausgesetzt, dass sich Bürstenentladungen nicht ausbreiten können.
  • Das nicht leitende Material in der Ausrüstung wird mit einem geerdeten Metall oder einer anderen leitfähigen Oberfläche bedeckt.
  • Wenn das Entzündungsrisiko durch elektrische Entladungen nicht durch das Design der Ausrüstung verhindert werden kann, muss die Markierung das Symbol X und ein Warnetikett enthalten.

Für Geräte der Gruppe III können Bürstenentzündungen keine explosive Staubatmosphäre entzünden. Aus diesem Grund gibt es keine Vorschriften zur Dicke der Oberfläche oder der Beschichtungen, die erforderlich sind, um sich ausbreitende Bürstenentladungen zu verhindern.

Explosieve atmosferen_Machineplaat.jpg

Dinnissen-Maschinenplakette

Vorschriften für die Kennzeichnung von Geräten

Nach Abschluss der Ignition Hazard Assessment oder DEA erhält das Gerät ein Etikett, auf dem die folgenden Informationen angegeben sein müssen:

  • Der Name des Herstellers oder das eingetragene Markenzeichen
  • Identifikationstyp des Herstellers
  • Ex-Symbol
  • Buchstabe „h“
  • Falls erforderlich, das Symbol der Gerätegruppe I, II oder III einschließlich der zusätzlichen Unterteilungen (IIA, IIB, etc.). Wenn das Gerät speziell für den Einsatz in einem bestimmten Gas entwickelt wurde, muss die chemische Formel oder der Name des Gases in Klammern auf dem Etikett angegeben werden
  • Für Geräte der Gruppe II gilt ein Symbol, das die Temperaturklasse und/oder die maximale Oberflächentemperatur in Grad Celsius angibt
  • Für Geräte der Gruppe II muss die maximale Oberflächentemperatur in Grad Celsius angegeben werden, vorangestellt mit dem Buchstaben T (T90℃)
  • Falls erforderlich, die EPL-Kategorien: Ma, Mb, Ga, Gb, Gc, Da, Db oder Dc
  • Falls erforderlich, eine Kennzeichnung der Umgebungstemperatur
  • Eine Seriennummer
  • Der Name des Ausstellers des Zertifikats
  • Falls spezifische Benutzerbedingungen gelten, das Symbol X
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