Ein Muss in jedem Schutzkonzept Vorbeugender Explosionsschutz bei brennbaren Stäuben

Um eine Explosion in einer Produktionsanlage oder Maschine zu erzeugen, müssen folgende Punkte erfüllt sein: Brennstoff (Staub), ausreichender Sauerstoffanteil, passendes Mischungsverhältnis (Staubwolke), effektive Zündquelle und geschlossener Behälter. Ist eine der Voraussetzungen eliminiert, wird bereits Explosionsschutz praktiziert. Falls dies jedoch nicht zu jeder Zeit und jedem Zustand im Betrieb möglich ist, besteht weiterhin Explosionsgefahr. Dies macht die Einteilung explosionsgefährdeter Bereiche in Zonen und darüber systematisch abgeleitete Schutzmaßnahmen erforderlich.

Üblicherweise landet man gerade bei staubführenden Anlagen schnell beim sogenannten konstruktiven Explosionsschutz, zum Beispiel der Explosionsdruckentlastung verbunden mit der explosionstechnischen Entkopplung, um verschiedene Maschinen voneinander abzusichern, Leben zu retten und Schäden zu begrenzen. Dieser Ansatz ist jedoch nicht ausreichend: Die Auswirkungen eines Unfalls werden reduziert, Unfälle aber dadurch nicht verhindert – zu vergleichen ist dies mit Gurt-Pflicht und Airbags in Kraftfahrzeugen.

Bleiben wir bei dem Beispiel, stellen wir fest, dass Unfälle mit Hilfe von Fahrassistenzsystemen mit einer höheren Zuverlässigkeit vermieden werden können. Es kommt damit also erst gar nicht mehr zu einem Unfall, vielmehr wird eine riskante Situation frühzeitig vorab erkannt und abgewendet. Um einen derartigen Umgang mit riskanten Situationen auch in der Schüttgutindustrie zu ermöglichen, haben die Rembe-Ingenieure sozusagen smarte und vorbeugende Fahrassistenzsysteme für unterschiedliche Zündgefahren und -szenarien entwickelt.

Elektrostatische Aufladung

Funkenentladungen, Gleitstielbüschelentladungen, Schüttkegelentladungen und gewitterblitzähnliche Entladungen sind dazu fähig, Staub/Luft-Gemische zu entzünden. Um dies zu vermeiden, ist stets auf eine ausreichende Erdung der unterschiedlichen Behälter, Anlagen und Maschinen zu achten. Im Fall einer pneumatischen Entladung eines Tankfahrzeuges können aufgrund der hohen Geschwindigkeiten auch hohe elektrostatische Potenziale entstehen, welche in der Lage sind, explosionsfähige Staubatmosphären zu entzünden. Dieses Risiko lässt sich durch die Erdung von Silo, Annahmestation und Fahrzeug ausschließen. Da keine konstante Erdverbindung am Fahrzeug möglich ist, werden hierfür Erdungsüberwachungssysteme als vorbeugende Assistenzsysteme eingesetzt.

Mit Hilfe dieser Systeme kann während der Entladung oder Befüllung eines Fahrzeugs sichergestellt werden, dass die Verbindung zur Erde ausreichend leitfähig ist. Die Erdungsklammer der Überwachungseinheit wird am Fahrzeug angeschlossen und anschließend der Leitungswiderstand gemessen. Liegt dieser unter zehn Ohm, gibt das Erdungssystem eine Freigabe und startet den Erdungsprozess. Freigabesignale können mittels integrierter Relais weitergeleitet werden.

Das selbstüberwachende Erdungssystem Farado II von Rembe geht hier noch einen Schritt weiter: Die intelligente Manipulationssicherung sorgt dafür, dass eine vorab eingestellte Objektgröße an der Erdungsklammer verbunden sein muss. Objektgrößen werden in diesem Fall anhand der elektrischen Kapazität festgestellt. Dies verhindert, dass Erdungsklammern an bereits geerdeten Stahlträgern oder kleinen Objekten wie Schraubendrehern angeschlossen werden.

Selbstentzündung und Glimmnester

Eine weitere Zündgefahr, die es frühzeitig zu erkennen gilt, ist ein Temperaturanstieg im geförderten oder bearbeiteten Material/Produkt. Häufig führt Reibung zu einem schleichenden Temperaturanstieg, der das Material entzünden und Glimmnester hervorrufen kann. Je nach Materialverhalten können ebenfalls Maillard-Reaktionen auftreten – bis hin zur Selbstentzündung.

Derartige Temperaturanstiege ohne Flammen- oder Funkenerscheinungen können im Produkt nicht von allen Flammenmeldern und auch nicht von PT100-Temperatursensoren zuverlässig und frühzeitig erkannt werden. Im Sinne vorbeugender Fahrassistenzsysteme besteht jedoch die Möglichkeit, smarte Infrarotkameras mit einem längeren Wellenbereich einzusetzen: Der Hotspot X20 misst Oberflächentemperaturen und setzt hierbei auf eine intelligente Auswertung, welche das Sichtfeld in Detektionszonen unterteilt. Jede einzelne dieser Zonen kann mit einem eigenen Temperaturgrenzwert versehen werden, um die Detektion so gut wie möglich auf den Prozess anzupassen.

Der Hotspot X20 kann selbst geringe Temperaturanstiege erkennen (1 °C) und den Betreiber bereits frühzeitig in der Entstehungsphase eines Brands oder einem vorhandenen Glimmnest warnen. Auch in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 20 und unter hoher Staubbelastung überwacht der Hotspot X20 zuverlässig einen Temperaturbereich von 0 °C bis 200 °C (höhere Temperaturen möglich).

Bevor es zu einer Rauchentwicklung oder einem Brand kommt, gerät das Material in der Regel in einen „Röstprozess“, der diverse Brandgase freisetzt. Die Phase der Erwärmung bis hin zur Röstung kann sehr langwierig sein und ermöglicht es den Rembe-Ingenieuren, Pyrolysegase frühzeitig zu detektieren: Bei thermischer Zersetzung vieler Stoffe kommt es zum Ausstoß von Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Liegt eine unvollständige Verbrennung ohne Flamme und geringer Sauerstoffzufuhr vor, entsteht Kohlenmonoxid.

Um diese Gase bereits in der Entstehungsphase zu detektieren, eignet sich beispielsweise der GSME X20 Pyrolysegas-Detektor. Neben Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff-Verbindungen werden auch Stickoxide und Wasserstoff-Verbindungen erkannt. Mit Hilfe eines intelligenten Auswerte-Algorithmus lässt sich ein Prozessverhalten ideal abbilden. Steigt eine Konzentration über das gewohnte Niveau, alarmiert der GSME X20 unverzüglich. Ebenfalls in Zone 20 einsetzbar, überwacht der Detektor Konzentrationsbereiche von 0 bis 100 ppm und wird damit zu einem smarten, vorbeugenden Fahrassistenzsystem.

Wie geht es nach der Detektion weiter?

Jede Situation benötigt eine maßangefertigte Lösung vorbeugender Assistenzsysteme. Bei idealer Auslegung von Einsatzort und Montageposition in einem Explosionsschutzkonzept erlauben Hotspot X20 und GSME X20 durch eine frühe Detektion die Vermeidung von Explosionen und Bränden. Wurde eine riskante Situation erkannt und der Betrieb gestoppt, gilt es eine weitere Herausforderung zu bewältigen: Wie kann nun eine sichere Umgebung für einen sicheren Betrieb wiederhergestellt werden?

Schutzkomponenten visualisieren

Um Mitarbeitern in Not-Situationen schnelle Handlungsmöglichkeiten zu bieten, eignen sich Prozessleitfäden an. Diese müssen transparent und gut erreichbar sein. Das Rembe iQ Safety Cockpit kann helfen, die Brand- und Explosionsschutzkomponenten gut verständlich zu visualisieren und verschiedene Arten der detektierbaren Risiken mit Prozessabläufen und Leitfäden zu verbinden. Analog zur Schaltzentrale in modernen Kraftfahrzeugen ermöglicht das Rembe iQ Safety Cockpit als vorbeugendes Assistenzsystem die Navigation hin zu einem sicheren Zustand der Anlage.

Sind erst einmal alle Komponenten mit dem Netzwerk verbunden, können Signale aufgenommen und daraus resultierende Nachrichten automatisiert an diverse Empfänger verteilt werden. Um nicht nur die Geräte, sondern auch die gefährlichen Bereiche zu identifizieren, kann das Rembe iQ Safety Cockpit ebenfalls Anlagen- und Gebäudepläne darstellen.