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Staubexplosion: Leitfaden zur Vermeidung und Minderung

Lösungen zur Vermeidung und Minderung von Staubexplosionen (DHA, DSEAR, ATEX)

Frage oder Anmerkung? Bitte kontaktieren Sie uns unter admin@powderprocess.net

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Zusammenfassung des Abschnitts
1. Einführung
2. Explosionsvermeidung (Zündquellen- und Staubkontrolle)
3. Explosionsminderung (Schadensbegrenzung)

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1. Einführung

Eine Risikoanalyse für Staubexplosionen (häufig als ATEX-Risikobewertung in Europa oder "Facility Dust Hazard Assessment" (DHA) in den USA bezeichnet) zielt darauf ab, Bereiche zu identifizieren, in denen eine Explosion auftreten kann (ATEX-Zonen-Einstufung), definiert die mit jeder potenziellen Zündquelleverbundenen Risiken und schlägt Maßnahmen vor, um das Risiko zu vermeiden oder zu mindern, um die Anlage zu schützen.

Diese Seite erläutert die Lösungen, um eine Explosion von brennbarem Staub zu vermeiden oder, falls sie auftritt, deren Auswirkungen zu mindern.

2. Explosionsvermeidung (Zündquellen- und Staubkontrolle)

Eine Staubexplosion kann auftreten, wenn die fünf im Staubexplosions-Fünfeck definierten Bedingungen erfüllt sind:

• Vermeidung von Zündquellen

Wenn ein potenzielles Staubexplosionsgebiet (ATEX-Bereich) identifiziert wurde, was bedeutet, dass zu jedem Zeitpunkt eine Staubwolke in explosiver Konzentration vorhanden sein kann, sollte der erste Ansatz des Anlagenplaners oder Betreibers sein, das Explosionsrisiko zu vermeiden. Meistens basiert der Ansatz darauf, sicherzustellen, dass keine Zündquelle im Bereich vorhanden ist.

Die Zündquellenund mögliche Maßnahmen zu deren Vermeidung sind in der folgenden Tabelle detailliert aufgeführt:

Tabelle 1: Zündquellen und Maßnahmen zu deren Vermeidung

Zündquelle	Hauptmaßnahmen zur Vermeidung der Zündquelle Details finden Sie in den verlinkten Seiten
Elektrostatische Aufladung	Funken: Sicherstellen der elektrischen Durchgängigkeit entlang der gesamten Anlage. Kein leitfähiger Teil darf isoliert bleiben. Kegelentladung: Begrenzung des Durchmessers von Trichtern/Silos Fortschreitende Büschelentladung: Bei nicht leitfähigen Materialien Material mit niedriger Durchschlagspannung < 4 kV auswählen
Mechanische Funken oder heiße Oberflächen	Mechanische Funken: Bei Edelstahlausrüstung sicherstellen, dass die Umfangsgeschwindigkeit rotierender Teile < 1 m/s beträgt Heiße Oberflächen: Wenn Teile aneinander reiben, wird die entstehende Wärme in der Regel begrenzt, wenn die Umfangsgeschwindigkeit < 1 m/s beträgt
Elektrische Geräte	Bei der Auswahl elektrischer Geräte für ATEX-Bereiche sicherstellen, dass das Gerät für die entsprechende Zone 20, 21 oder 22 zertifiziert ist. Bei Motoren muss die maximale Temperatur niedriger sein als die mindeste Zündtemperatur der Staubwolke (MIT) und die mindeste Zündtemperatur der Staubschicht (SIT) des Staubs, der damit in Kontakt kommen könnte
Offene Flammen	Arbeiten wie Schweißen und Schneiden müssen in ATEX-Bereichen klar geregelt und einer Arbeitserlaubnis unterworfen sein

• Verwendung eines Inertgases

Wenn die oben genannten Maßnahmen nicht sichergestellt werden können, ist es dennoch möglich, die Zündung durch Inertisierung des Prozesses zu vermeiden. Die Sauerstoffkonzentration ist dann zu niedrig, um eine Verbrennung zu ermöglichen. Der Prozess kann zu diesem Zweck mit Stickstoff oder Kohlendioxid begast werden. Dies kann jedoch kostspielig sein und erfordert spezifische Prozessmaßnahmen und Sicherheitsketten, um sicherzustellen, dass der Prozess tatsächlich inertisiert ist.

Dies funktioniert zudem nur innerhalb der Prozessausrüstung, nicht jedoch in der unmittelbaren Umgebung des Prozesses, die ebenfalls eine ATEX-Zone sein kann.

• Gute Haushaltsführung

Sicherzustellen, dass sich außerhalb des Prozesses kein Staub ablagert, ist ebenfalls eine Maßnahme, um in bestimmten Zonen und Situationen zu verhindern, dass Staub aufgewirbelt wird und eine gefährliche Atmosphäre entsteht.

3. Explosionsminderung (Schadensbegrenzung)

In bestimmten Fällen können Explosionsrisiken nicht einfach durch Beseitigung der Zündquelle kontrolliert werden, oder eine Inertisierung ist zu komplex und kostspielig. In diesem Fall sollte die Risikobewertung für Staubexplosionen zeigen, dass das Risiko gemindert werden muss.

Natürlich MÜSSEN NACH WIE VOR ALLE BEST PRACTICES UMGESETZT WERDEN, UM DIE EXPLOSION ZU VERMEIDEN, auch wenn Minderungsmaßnahmen vorhanden sind.

• Einschließung – Explosionsdruckfestigkeit

Die erste Möglichkeit zur Minderung der Auswirkungen einer Explosion besteht darin, ein System zu haben, das dem bei einer Explosion auftretenden Druckanstieg standhält und die Explosion innerhalb eines Prozessbereichs isoliert. Dies kann typischerweise für Stäube mit einem Pmax < 10 bar (ü) eingesetzt werden und wird häufig in Mahlanlagen verwendet.

Die Ausrüstung muss für Pmax ausgelegt und zertifiziert sein, und physische Barrieren wie Ventile müssen verwendet werden, um die Explosion zu isolieren. Diese Lösung ist wirksam, aber die Ausrüstung kann durch die Explosion beschädigt werden und muss möglicherweise ersetzt werden.

• Explosionsdruckentlastung

Die zweite Lösung besteht darin, einen Teil der Anlage zu Beginn der Explosion öffnen zu lassen und die Explosion außerhalb der Prozessausrüstung abzuleiten. Eine solche Entlastung erfolgt in der Regel durch eine Berstscheibe oder ein Explosionsentlastungspanel, das an einem Trichter oder Silo angebracht ist.

Die Größe und der Öffnungsdruck der Entlastungseinrichtung sind von entscheidender Bedeutung, um einen wirksamen Schutz im Explosionsfall zu gewährleisten, und sollten von einem renommierten Unternehmen auf der Grundlage der Explosionseigenschaften des Staubs berechnet werden. Wie bei anderen Explosionsschutzsystemen ist es notwendig, die Explosion im Falle ihres Auftretens zu isolieren und im Bereich der Entlastung zu halten. Die Explosion darf sich nicht auf mehrere Prozessabschnitte ausbreiten.

Es besteht eine potenzielle Gefahr an der Stelle, an der die Explosion entlastet wird, aufgrund der Druckwelle und Flammen. Die Entlastung der Explosion muss in einem sicheren Bereich erfolgen, in dem sich keine Personen aufhalten. In einigen Fällen kann ein Flammendurchschlagsicherungsventil installiert werden, wenn die Entlastung innerhalb eines Gebäudes erfolgen muss.

• Explosionsunterdrückung

Die letzte Strategie zur Minderung einer Explosion ist deren Unterdrückung. Die Unterdrückung erfolgt durch chemische Substanzen, die in den Prozess injiziert werden und die Explosion stoppen, bevor gefährliche Drücke erreicht werden.

Die Installation eines solchen Systems erfordert spezifisches Fachwissen. Ein renommiertes Unternehmen muss mit dem Design und der Installation beauftragt werden.

Ein solches System sollte zudem mit einem Isolationssystem kombiniert werden.

• Explosionsisolierung

Wie bereits erwähnt, ist es erforderlich, die in einem Bereich der Anlage auftretende Explosionvon anderen Bereichen zu isolieren, um zu verhindern, dass eine Explosion in einem Bereich eine weitere Explosion an anderer Stelle auslöst.

Aktive Isolationssysteme: Schnellschussventile

Passive Isolationssysteme: Ventex-Ventile, Schleusenzellenradschleusen

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Die Maßnahmen zur Vermeidung von Zündquellen sowie die gewählte Explosionsschutzstrategie, müssen in der ATEX-Risikoanalyse beschrieben werden, und die umzusetzenenden Maßnahmen müssen erläutert werden. Die Schlussfolgerungen der Risikoanalyse müssen durch die Anlage umgesetzt werden.