Flammendurchschlagsichere Armaturen zur …

1 Flammendurchschlagsichere Armaturen zur Absicherung verfahrenstechnischer Anlagen Lutz Nestmann erschienen in Vulkan-Verlag Huyssenallee 52-56 45128 Essen Tel. 0201/82002-0 Fax 0201/82002-40. 2. Flammendurchschlagsichere Armaturen zur Absicherung verfahrenstechnischer Anlagen Lutz Nestmann Der folgende Beitrag will Grundlagen und Ansatzpunkte zur Ermittlung der geeigneten Flammen- durchschlagsicherungen vermitteln und den explosionstechnisch unerfahrenen Anwender bei der Arbeit unterst tzen. Der Beitrag behandelt im wesentlichen die Absicherung von Industrieanlagen, die der Lagerung, Bef llung, Entleerung und Verarbeitung von brennbaren Fl ssigkeiten und Gas/Luftgemischen dienen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass Explosionsschutzsysteme, die f r Staub- explosionen zugelassen sind, auf Grund der h heren Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit bei Gasexplosionen nicht geeignet sind.

2 Staubexplosionen werden daher im weiteren nicht betrach- tet. Was verbirgt sich hinter der ATEX? Im Rahmen der europ ischen Harmonisierung wurden die Gesetze bez glich des Einsatzes von Ger ten und Schutzsystemen unter dem Oberbegriff ATEX berarbeitet. Hierbei handelt es sich vorrangig um die beiden EG-Richtlinien 94/9/EG (Beschaffenheitsanforderungen f r Ger te und Schutzsysteme) [1] sowie 99/92/EG (Betriebsanforderungen) [2]. Mit der CE-Konformit tserkl rung bescheinigt der zugelassene Hersteller die bereinstimmung seiner Produkte sowie der Produktion mit der 94/9/EG, auf der Basis der zugeh rigen Normen EN. 12874 [3] f r Flammensperren und EN 1127-1 [4] f r allgemeine Grunds tze und Methoden des Ex-Schutzes. Ab dem 1. Juli 2003 d rfen nur noch Flammendurchschlagsichere Armaturen mit CE-Konformit ts- erkl rung auf den Markt gebracht werden.

3 Bestehende Anlagen, die mit flammendurchschlagsicheren Armaturen nach altem Regelwerk ab- gesichert sind, m ssen auf Grundlage der neuen Richtlinien hinsichtlich des Sicherheitsstandards berpr ft werden. Der Betreiber hat f r Altanlagen bis zum 30. Juni 2006 und f r Neuanlagen sofort ein Explosionsschutzdokument zu erstellen. Soweit m glich begr ndet der Betreiber darin, aus welchen sicherheitstechnischen Gr nden die installierten flammendurchschlagsicheren Armaturen (Schutzsysteme) ohne CE-Konformit tser- kl rung in der Anlage verbleiben k nnen. Um sich gerade in gro en Anlagen rechtzeitig vorzubereiten, empfiehlt sich aus heutiger Sicht: 1. Bei Bedarf von flammendurchschlagsicheren Armaturen nur noch Beschaffung von Armaturen mit CE-Konformit tserkl rung. 2. Bestandsaufnahme der installierten flammendurchschlagsicheren Armaturen im Rahmen der betriebsm igen Wartungsarbeiten.

4 3. Ermittlung der jeweiligen Betriebsdaten wie Produkte, Druck, Temperatur, Volumenstrom etc. Die Bestandsaufnahme der eingesetzten flammendurchschlagsicheren Armaturen und der Be- triebsdaten dient als Basis f r die Bewertung des Sicherheitsstandards und somit der Erstellung des Explosionsschutzdokuments. Die Kombination aus eingesetzten flammendurchschlagsiche- ren Armaturen und den Betriebsdaten muss einen der 94/9/EG gleichwertigen Sicherheitsstandard gew hrleisten, ansonsten sind weitere Ma nahmen erforderlich. Dies k nnen z. B. Einschr nkung der Betriebsbedingungen, Austausch der Einbauteile oder Austausch der flammendurchschlagsi- cheren Armaturen in solche mit CE-Konformit tserkl rung sein. 3. Das Explosionsschutzdokument ist kein Formular und besteht auch nicht aus einem einzigen Dokument.

5 Vielmehr handelt es sich um eine Dokumentation, in der der Betreiber das Sicher- heitskonzept und den Sicherheitsstandard f r die Anlage nachvollziehbar und pr fbar darstellt. Welche grunds tzlichen Arten von Flammendurchschlagsicherungen gibt es? Grunds tzlich werden Flammendurchschlagsicherungen folgenderma en eingeteilt: 1. Flammendurchschlagsicherungen mit statischen Flammensperren 2. Flammendurchschlagsicherungen mit dynamischen Flammensperren 3. Flammendurchschlagsicherungen mit Fl ssigkeitsvorlage 4. Tauchsicherungen Funktionsweise der Flammendurchschlagsicherungen Statische Flammensperren (Bild 1) basieren auf der Funktionsweise des flammenl schenden Spalts: Der Flamme wird durch das den Spalt erzeugende Material soviel W rme entzogen, dass die Flamme erlischt. Hieraus wird ersichtlich, dass die Spaltweite, wie bereits erw hnt, aber auch die Spaltgeometrie, die Spaltl nge und die Gas-Konzentration (brennbares Gas im Gemisch mit Luft) Einfluss auf die flammenl schende Wirkung haben.

6 Mit Hilfe von dynamischen Flammensperren (Bild 2) wird im Freistrahl sichergestellt, dass die Gas- geschwindigkeit wesentlich gr er als die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit ist. Beispiele f r die Funktionsweise aus dem Alltag sind der Bunsenbrenner, der Gasherd, der Schwei brenner. Dieses Prinzip wird f r Flammendurchschlagsichere Armaturen , z. B. bei Hochgeschwindigkeits- ventilen oder auch bei Membranventilen der Braunschweiger Flammenfilter GmbH, angewandt, in- dem der Austrittsquerschnitt in Abh ngigkeit vom Volumenstrom soweit reduziert wird, dass die Gasgeschwindigkeit am Austrittsquerschnitt immer mit Sicherheit ber der Flammenfortpflan- zungsgeschwindigkeit liegt. Bild 1: Beispiel einer Flammendurchschlagsicherung mit statischer Flammensperre: PROTEGO . Typ DR/ES.

7 4. Bild 2: Beispiel einer Flammendurchschlagsiche- Bild 3: Beispiel einer Flammendurch- rung mit dynamischer Flammensperre: schlagsicherung mit Fl ssigkeitsvorlage: PROTEGO Typ UB/SF PROTEGO Typ FU/S. Fl ssigkeitsdetonationssicherungen (Bild 3) werden in Fl ssigkeit f hrenden Leitungen eingesetzt und verhindern durch einen ausreichend hohen, gepr ften und im Betrieb aufrecht zu haltenden Fl ssigkeitsverschluss ( hnlich einem Siphon) einen Flammendurchschlag. In einer Tauchsicherung (Bild 4) wird das Gas durch kleine Bohrungen in eine Wasservorlage ge- leitet. Durch die ffnungen entstehen Blasen, die auf Grund des nicht durchg ngigen Gasstroms einen Z nddurchschlag verhindern. Tauchsicherungen werden oft bei polymerisierenden Stoffen und vor Abgasverbrennungsanlagen (auf Grund ihres enormen Leistungsverm gens hinsichtlich des m glichen Volumenstroms) eingesetzt.

8 Ein weiterer gro er Vorteil ist, dass Abgasstr me aus unterschiedlichen Anlagenteilen getrennt eingeleitet und r ckw rtig nicht vermischt werden. Bild 4: Beispiel einer Tauchsicherung: PROTEGO Typ TS/W. 5. Die Funktionsweise aller Flammendurchschlagsicherungen muss mit Pr fungen nach EN 12874. durch eine Benannte Stelle nachgewiesen werden. Sicherheitstechnische Vorgehensweise zur Absicherung von explosions- gef hrdeten Anlagen Die sicherheitstechnische Vorgehensweise zur Absicherung einer explosionsgef hrdeten Anlage basiert u. a. auf der EG-Richtlinie 99/92/EG und der EN 1127-1. Die Technischen Regeln f r brenn- bare Fl ssigkeiten (TRbF) legen die Mindestanforderungen f r die Ausr stung der Anlagen im Geltungsbereich fest. F r die Gesamtanlage ist vom Betreiber ein Sicherheitskonzept zu erstellen.

9 Zun chst wird gepr ft, welche Verbrennungsvorg nge an welchen Orten auftreten k nnen, um Tabelle 1: Absicherung von explosionsgef hrdeten Anlagen 6. danach den geeigneten Flammendurchschlagstyp auszuw hlen. Des weiteren werden die Stoffe klassifiziert, wobei die Betriebsbedingungen wie Temperatur, Druck und Volumenstrom ber ck- sichtigt werden m ssen. Au erdem wird die Anlage in explosionsgef hrdete Zonen eingeteilt. Auf dieser Basis werden die zugelassenen flammendurchschlagsicheren Armaturen ermittelt. Die Anzahl der zu treffenden Schutzma nahmen wird nach einer Z ndquellenbeurteilung im Rahmen der Risikobetrachtung festgelegt (Tabelle 1). Verbrennungsvorg nge Folgende Verbrennungsvorg nge werden n her betrachtet Atmosph rische Deflagration Dauerbrand Rohrdeflagration Rohrdetonation Was ist eine atmosph rische Deflagration?

10 Eine atmosph rische Deflagration ist die schlagartige Verbrennung einer Gas/Luftgemisch-Wolke im nicht abgeschlossenem Raum, zum Beispiel ber einem mit brennbaren Gas/Luftgemisch ge- f llten Beh lter. Atmosph rische Deflagrationen mit relativ geringer Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit und ohne nennenswerten Druckaufbau werden allgemein auch Verpuffung genannt. Die Wolke kann aus dem betrachteten oder aus einem benachbarten Beh lter ausgetreten sein. Bei unsachgem ausgelegter oder sogar fehlender Flammensperre erfolgt ein Flammendurch- schlag in den Beh lter und zerst rt diesen und oftmals weitere Anlagenteile. Eine geeignete Flammendurchschlagsicherung verhindert, dass die Flamme in den Beh lter ein- dringt und ihn zerst rt. Was ist ein Dauerbrand? Es liegt dieselbe Ausgangssituation wie bei der atmosph rischen Deflagration vor, nur dass im Zeitraum der Z ndung kontinuierlich brennbares Gas/Luftgemisch aus dem Beh lter austritt und sich somit nach der Entz ndung ein stabilisierter Abbrand, der sogenannte Dauerbrand, auf der Flammendurchschlagsicherung einstellen kann.