Verhinderung von Brand- und Explosionsgefahr

Verhinderung von Brand- und Explosionsgefahr

Technische Explosionsschutzmaßnahmen

Feuer auf einer Ölplattform

Was ist bei einer gefährlichen explosiven Atmosphäre zu tun?

Wenn betrieblich eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre entstehen kann, müssen Maßnahmen zum Schutz vor der Explosionsgefahr getroffen werden. Vorrangig geht es dabei darum, das Entstehen der explosionsfähigen Atmosphäre zu verhindern, z. B. durch Austausch des brennbaren Stoffes und durch die Verhinderung von Leckagen.

Wenn dies aus praktischen Gründen nicht möglich ist oder nicht in ausreichendem Maße umgesetzt werden kann, ist der Bereich in Zonen einzuteilen und die Entzündung der explosionsfähigen Atmosphäre muss verhindert werden.

In einigen Fällen kann auch dann die Möglichkeit einer Explosion nicht vollständig ausgeschlossen werden und die Folgen einer Explosion müssen soweit wie möglich reduziert werden, um die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer zu gewährleisten.

Vermeidung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphären

Gemäß Artikel 3 "Explosionsschutz" der Richtlinie 1999/92/EG soll die Verhinderung der Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphären Priorität haben.

Ersetzen von brennbaren Stoffen

Eine gefährliche explosive Atmosphäre kann durch den Austausch von brennbaren Stoffen verhindert werden. Folgende Sachverhalte sind dann zu prüfen:

• Ersetzen von brennbaren Löse- und Reinigungsmitteln durch wässrige Lösungen;
• Erhöhung der Partikelgröße der verwendeten Stoffe;
• Befeuchten Schüttgütern bzw. pulverförmigen Arbeitsstoffen oder verwenden von pastösen Produkten, um eine gefährliche Staubbildung zu verhindern.

Konzentrationsbegrenzung

Indem die Konzentration von Gasen und Stäuben außerhalb der Explosionsgrenzen gehalten wird, entsteht keine explosionsfähige Atmosphäre. In geschlossenen Behältern und Anlagen kann dies oft relativ einfach erreicht werden, indem die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche weit genug unter dem Flammpunkt gehalten wird, damit die untere Explosionsgrenze nicht überschritten wird.

In einer Staubumgebung ist es praktisch unmöglich, die Bildung explosionsfähiger Gemische durch Konzentrationsbegrenzung zu verhindern, da durch unkontrollierte Luftbewegungen jederzeit neue gefährliche Staubkonzentrationen entstehen können.

Inertisierung

Eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre kann auch durch Verdünnung des Luftsauerstoffs in Anlagen vermieden werden. Dazu muss die Sauerstoffgrenzkonzentration bekannt sein, bei der eine Explosion noch nicht stattfinden kann. Zur Inertisierung werden in der Regel Stickstoff, Kohlendioxid, Edelgase, Brenngase oder Wasserdampf verwendet.

Bei der Inertisierung müssen unsachgemäße Arbeitsabläufe oder Fehlfunktionen der Anlage berücksichtigt werden. Wenn Inertgas entweicht, kann dies zu einer Erstickungs- oder Vergiftungsgefahr für die Arbeitnehmer führen.

Vermeidung von Undichtigkeiten

Durch den Einsatz geschlossener Anlagen kann das Auftreten gefährlicher explosionsfähiger Atmosphären außerhalb der Anlage verhindert werden. Die Anlage muss so ausgelegt sein, dass unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen keine nennenswerten Leckagen auftreten. Dies kann unter anderem durch regelmäßige Wartung sichergestellt werden.

Belüftung

Wenn das Entweichen von brennbaren Stoffen nicht verhindert werden kann, lässt sich die Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre häufig durch eine angemessene Belüftung verhindern. Sie kann auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre verringern oder die Größe der gefährlichen Bereiche (Zonen) reduzieren. Dabei ist die maximale Menge der entweichenden Gase und Dämpfe und die Lage der Quelle zu berücksichtigen.

Luftführung in Gefahrstofflager

Beseitigung von Staub

Bei Staub bietet in der Regel nur die Quellenabsaugung ausreichenden Schutz. Gefährliche Staubablagerungen müssen ohnehin durch regelmäßige Reinigung verhindert werden. In den Reinigungsplan gehören immer die schlecht sichtbaren oder schwer zugänglichen Flächen, auf denen sich mit der Zeit viel Staub ansammeln kann. Werden durch eine Störung, z. B. eine Leckage, größere Staubmengen freigesetzt, sollten zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Staubablagerungen möglichst sofort zu entfernen.

Zur Entfernung von Staubablagerungen ist die Nassreinigung und der Einsatz von Staubsaugern vorzuziehen. Methoden die Staub aufwirbeln und das Wegblasen von abgelagertem Staub sollten vermieden werden.

Entfernen von Staub

Reinigungsmaßnahmen sollten mittels Betriebsanweisungen für alle verwendeten, brennbaren Feststoffe geregelt werden.

Vermeidung von Zündquellen

Wenn eine explosionsfähige Atmosphäre nicht verhindert werden kann, muss ein Zonenplan erstellt werden. Durch die Einteilung eines explosionsgefährdeten Bereichs in Explosionszonen können die Sicherheitsmaßnahmen für jede Zone auf die jeweiligen Risiken zugeschnitten werden. Dadurch kann auch bestimmt werden, welche Anforderungen die Geräte in der jeweiligen Zone erfüllen müssen. Die Einteilung der Gefahrenzonen basiert auf den Eigenschaften der in dem Bereich vorhandenen Flüssigkeiten, Gase und Stoffe und der Wahrscheinlichkeit dass eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen kann.

Zunächst muss festgestellt werden, ob die Menge der vorhandenen brennbaren Stoffe und die Freisetzung dieser Stoffe eine Zoneneinteilung rechtfertigen.

Die Zoneneinteilung des Gebiets hängt von einer Reihe von Faktoren ab:

• Ort und Anzahl der Gefahrstoffquellen;
• Auftrittswahrscheinlichkeit (dauerhaft, gelegentlich, selten);
• Freigesetzte Menge;
• Art und Umfang von Belüftungsmaßnahmen (natürlich, künstlich);
• Explosionsgrenzen (UEG, OEG);
• Gasdichte im Vergleich zu Luft (aufsteigend, absinkend);
• Temperatur des Gases oder Dampfes im Verhältnis zu seinem Flammpunkt;
• Qualität der Umschließung durch einen Behälter, Tank oder Rohrleitung.

Die Zoneneinteilung von Bereichen, in denen brennbare Stäube und / oder Fasern vorhanden sind, verläuft zum Teil anders als bei Gasen und Dämpfen. Gründe dafür sind:

• Gase und Dämpfe bestehen aus Molekülen, die diffundieren und frei zirkulieren können. Stäube und Fasern sind jedoch viel größer und haben ein viel höheres Gewicht, so dass sie normalerweise als Staubschicht vorliegen. Um sie (vorübergehend) in der Luft zu zerstreuen, ist eine äußere Kraft (Windstoß oder Schüttung) erforderlich;
• Einige Stäube sind leitfähig (Metallstaub, Kohlenstaub). Diese können beim Eindringen in elektrische Geräte Kurzschlüsse verursachen;
• Staub und Fasern neigen dazu abzusacken und Staubschichten zu bilden. Sie können dann auf elektrischen- oder mechanischen Betriebsmitteln dicke Staubschichten bilden, die hervorragende Wärmeisolatoren darstellen und zu einer Überhitzung der Geräte führen können.

Arten von Zündquellen

Eine Explosionsgefahr besteht nur dann, wenn neben einem explosiven Gemisch auch eine Zündquelle vorhanden ist. Tatsächlich gibt es nur zwei Möglichkeiten ein explosives Gemisch zu entzünden, nämlich durch einen Funken oder durch eine heiße Oberfläche. Diese können jedoch auf sehr unterschiedliche Weise entstehen.

Um die Lesbarkeit dieses Buches zu verbessern, sind die dreizehn möglichen Zündquellen, die in EN 1127-1 aufgelistet sind, und die Maßnahmen, die zur Vermeidung einer Entzündung ergriffen werden können, in in unserem Artikel über Zündquellen.

Einschränkung der Auswirkungen (konstruktiver Explosionsschutz)

Manchmal lassen sich explosionsfähige Atmosphären nicht verhindern und es ist auch nicht möglich, alle potentiellen Zündquellen zu beseitigen. In solchen Fällen müssen Maßnahmen getroffen werden, die die Auswirkungen einer Explosion auf ein ungefährliches Maß reduzieren. Solche Maßnahmen sind:

• Explosionsdruckfeste Konstruktionen (§ 4.3.1);
• Explosionsdruckentlastung (§ 4.3.2);
• Explosionsunterdrückung (§ 4.3.3);
• Verhinderung der Ausbreitung von Flammen und Druckwellen (§ 4.3.4).

Diese Maßnahmen beziehen sich meist auf die Begrenzung der gefährlichen Folgen von Explosionen in der Anlage. In der Regel geht es dabei um den Einsatz von Geräten und Schutzsystemen, die den Anforderungen der Richtlinie 2014/34/EU (ATEX 114) entsprechen. Auch bauliche Maßnahmen wie Wände zum Schutz vor Druckwellen können ergriffen werden.

Explosionsdruckfeste Konstruktion

Anlagenteile wie Tanks, Apparate und Rohrleitungen werden so gebaut, dass sie einer Explosion im Inneren standhalten, ohne aufzureißen. Im Allgemeinen wird zwischen den folgenden explosionsgeschützten Ausführungen unterschieden:

• Ausführung für den maximalen Explosionsdruck;
• Ausführung für reduzierten Explosionsdruck in Kombination mit Explosionsdruckentlastung oder Explosionsunterdrückung.

Dabei kann die Bauweise der Anlage explosionsdruckfest (EN 13445-1 bis -6) oder explosionsdruckstoßfest sein (EN 14460).

Explosionsdruckfeste Behälter und Geräte halten dem zu erwartenden Explosionsdruck stand, ohne sich dauerhaft zu verformen. Als Berechnungsdruck wird der zu erwartende Explosionsdruck zugrunde gelegt.

Explosionsdruckstoßfeste Behälter und Geräte sind so konstruiert, dass sie der auftretenden Druckwelle mit einer Höhe, die dem zu erwartenden Explosionsdruck entspricht, standhalten. Dauerhafte Verformungen sind dabei zulässig. Nach einer Explosion müssen die betroffenen Anlagenteile auf Verformungen überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden.

Explosionsdruckentlastung

Der Begriff "Explosionsdruckentlastung" umfasst alles, was erforderlich ist, um die Druckwelle im Falle einer Explosion durch z. B. Entlastungsklappen oder Berstscheiben in eine nicht gefährliche Richtung abzuleiten. Der Druck, bei dem die Ableitung aktiviert wird, wird als Auslösedruck bezeichnet.

Die Explosionsentlastungseinrichtung muss durch die Reduzierung des auf die Anlage einwirkenden Explosionsdrucks sicherstellen, dass die Anlage nicht über ihre Explosionsfestigkeit hinaus belastet wird.

Explosionsdruckentlastung ist nicht zulässig, wenn dadurch Personen gefährdet oder die Umwelt geschädigt wird.

Explosionsunterdrückung

Eine Explosionsunterdrückungseinrichtung verhindert, dass im Falle einer Explosion der maximale Explosionsdruck erreicht wird, indem Löschmittel in Behälter und Geräte eingeblasen werden. Das bedeutet, dass die geschützten Geräte nur für einen reduzierten Explosionsdruck ausgelegt und gebaut werden müssen.

Im Gegensatz zur Explosionsdruckentlastung bleiben die Auswirkungen einer Explosion auf das Innere der Geräte begrenzt. Je nach Ausführung kann der Explosionsüberdruck auf etwa 0,2 bar begrenzt werden.

Verhinderung der Ausbreitung von Explosionen

Wenn sich eine Explosion in einer Anlage ereignet, kann sie auf verbundene Anlagenteile übergreifen und dort weitere Explosionen verursachen. Beschleunigungseffekte innerhalb von Anlagenteilen oder die Ausbreitung in Rohrleitungen können die Auswirkungen deutlich verstärken. Der dabei entstehende Explosionsdruck kann weit über dem maximalen Explosionsdruck unter Normalbedingungen liegen und auch bei explosionsdruckfester oder explosionsdruckstoßfester Bauweise zur Zerstörung von Komponenten führen. Deshalb ist es wichtig, mögliche Explosionen auf einzelne Anlagenteile zu begrenzen. Dies wird durch die explosionstechnische Entkopplung erreicht.

Für die explosionstechnische Entkopplung von Anlagenteilen stehen zum Beispiel folgende Systeme zur Verfügung:

• mechanische Schnellverschlüsse;
• Löschen von Flammen in engen Zwischenräumen oder mit Löschmitteln;
• Zurückhalten der Flammen durch hohe Gegenströmung;
• Flüssigkeitsvorlagen;
• Luftschleusen.

Anforderungen an Arbeitsmittel

In Bereichen, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphären auftreten können, müssen Geräte und Schutzsysteme grundsätzlich nach den Kategorien der Richtlinie 2014/34/EU ausgewählt werden. Hiervon kann nur abgewichen werden, wenn dies auf der Grundlage einer angemessenen Gefährdungsbeurteilung erfolgt und im Explosionsschutzdokument dokumentiert ist.

Werden ortsveränderliche Arbeitsmittel an Orten mit unterschiedlichem Gefährdungspotential (unterschiedliche Zoneneinteilung) eingesetzt, müssen sie für den ungünstigsten Einsatz ausgewählt werden. Werden also Arbeitsmittel in Zone 2 und in Zone 1 eingesetzt, müssen sie die Anforderungen für den Einsatz in Zone 1 erfüllen. Hiervon kann abgewichen werden, wenn durch geeignete organisatorische Maßnahmen ein sicherer Betrieb gewährleistet werden kann. Diese Maßnahmen müssen in der Arbeitsgenehmigung (Erlaubnisschein) und / oder im Explosionsschutzdokument beschrieben werden.

Bei der Auswahl von Arbeitsmitteln und -vorrichtungen sollten für eine sichere Verwendung die folgenden Punkte berücksichtigt werden:

• Gerätegruppe;
• Gerätekategorie;
• Explosionsgruppe;
• Temperaturklasse.

Die erste Auswahl betrifft den Verwendungszweck, wobei zwischen zwei Gerätegruppen unterschieden wird:

Gruppe I        Ausrüstungen für den Einsatz in untertägigen Bergwerken;

Gruppe II      Ausrüstungen für alle anderen (oberirdischen) Standorte.

Anschließend wird die Beziehung zwischen der Zone (Risiko) und der erforderlichen Kategorie (Sicherheitsniveau) der Ausrüstung oder des Arbeitsmittels hergestellt. Wie in § 4.2.1 erläutert, wird zwischen drei Zonen für gasgefährdete Bereiche und drei Zonen für staubgefährdete Bereiche unterschieden.

 Zone, Risiko und ATEX-Gerätekategorie

Jede Kategorie ist noch mit dem Buchstaben 'G' und / oder 'D' versehen, wobei das 'G' für Gas und das 'D' für Staub steht. Einige Beispiele:

• ein mit 1D gekennzeichnetes Gerät ist ein Produkt der ATEX-Kategorie 1, das für die Verwendung in einer staubexplosionsgefährdeten Umgebung der Zone 20 geeignet ist;
• ein mit 2G gekennzeichnetes Gerät gehört zur ATEX-Kategorie 2 und ist für den Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung der Zone 1 geeignet.

Alle brennbaren Gase werden in eine der folgenden Gruppen (Gasgruppen) eingeteilt. Die Bezeichnung wird sowohl für die Kennzeichnung Ausrüstung / Geräte als auch zur Angabe der Gase verwendet, die in der Zone vorhanden sein können.

Gasgruppen und repräsentative Gase

Damit Geräte in einer Umgebung mit explosiven Gasen verwendet werden können, muss die Klassifizierung der Geräte gleich oder höher sein als die Klassifizierung des Gases. Geräte, die für den Einsatz in einer Umgebung mit Gasen der Gruppe IIC geeignet sind, können daher auch für Gase der Gruppe IIA und IIB verwendet werden. Der umgekehrte Fall ist nicht zulässig!

Geräte für den Einsatz in staubexplosionsgefährdeten Bereichen werden in ähnlicher Weise klassifiziert, allerdings auf der Grundlage der Partikelgröße und der Leitfähigkeit. Hier werden die Staubgruppen IIIA, IIIB und IIIC unterschieden.

Stoffgruppen, Partikelgröße und Leitfähigkeit

Auch hier sollte die Einstufung des Geräts gleich oder höher sein als die Einstufung des vorhandenen Staubs.

Schließlich muss auch die maximale Oberflächentemperatur des Geräts für die Umgebung zulässig sein.

Die Temperaturklasse dient sowohl zur Klassifizierung von brennbaren Gasen / Dämpfen als auch zur Auswahl von Geräten, die in den jeweiligen Bereichen eingesetzt werden können.

Temperaturklasse und maximal auftretende Temperaturen

Bei Geräten, die für eine staubige Umgebung geeignet sind, wird die Temperatur direkt angegeben, zum Beispiel mit der Kennzeichnung T80°C oder T210°C. In § 1.7 werden Erläuterungen zu Zünd- und Glimmtemperaturen und zum Verhältnis zwischen der maximal auftretenden Oberflächentemperatur und der für bestimmte Gas- und Staubarten zulässigen Temperatur gegeben.

In der Praxis können die Mitarbeiter leicht von zum Beispiel Zone 2 in Zone 1 gehen. Die Wahrscheinlichkeit ist sehr hoch, dass sie dabei vergessen, eine für Zone 2 geeignete Taschenlampe bzw. Mobiltelefon in dieser Zone zu lassen und nicht mit in den Bereich der Zone 1 zu nehmen. Es wird daher dringend empfohlen, tragbare Arbeitsgeräte der höheren Kategorie 2 zu wählen.