Kalibrieren im Gefahrenbereich

Ex-Schutz-Bezeichnungen verstehen

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18.07.2014 Kann etwas passieren, oder bin ich geschützt? – Diese Frage sollte sich jeder, der einen Gefahrenbereich betreten muss, stellen. Bedarf eine Anlage oder ein Maschinenbestandteil in diesem Bereich einer Kalibrierung, so sollte sich der ausführende Mitarbeiter genau mit der möglichen Auswahl an Kalibriergeräten auskennen und wissen, welches für die zu betretende Zone geeignet ist.

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Entscheider-Facts Für Planer und Betreiber

  • Gefahrenbereiche gibt es in vielen Branchen - zu Kalibier- oder sonstigen Zwecken müssen Mitarbeiter diese von Zeit zu Zeit betreten. Um sich nicht in Gefahr zu bringen, müssen sie dabei Regeln befolgen.
  • Weltweit existieren verschiedene Richtlinien und Bezeichnungen, die das notwendige Verhalten in einer Gefahrenzone beschreiben.
  • Auch die Geräte, mit denen die Mitarbeiter im Gefahrenbereich arbeiten, müssen solchen Richtlinien gemäß ausgestattet sein. Ein Überblick hilft, die Bezeichnungen zu verstehen.
 

Dazu gehört auch die Kenntnis über den richtigen Umgang mit feuergefährlichen und brennbaren Flüssigkeiten und über die genaue Definition des Gefahrenbereichs sowie dessen unterschiedliche Stufen, Richtlinien, Geräteklassifizierungen und andere verwandte Aspekte. Gefahrenbereiche können in viele unterschiedliche Gefahrenstufen unterteilt sein. Passende Kalibriergeräte gibt es in entsprechend ebenso unterschiedlichen Ex-Schutzarten.

Gefahrenbereiche
erkennen

Ein Gefahrenbereich ist ein außen oder innen liegendes Gebiet, in dem feuergefährliche Substanzen wie Flüssigkeiten, Gase, Dämpfe oder Staub vorhanden sind oder sein können.  In Gefahrenbereichen kann es zu einer Explosion oder einem Brand kommen, wenn alle drei Bedingungen des sogenannten „Explosionsdreiecks“ gegeben sind: der Kraftstoff als feuergefährliche Substanz, eine Zündquelle oder Hitze und Sauerstoff, meist aus der Umgebungsluft.  Um einer Explosion vorzubeugen, müssen Betreiber eines oder mehrere dieser drei Elemente eliminieren. Häufig ist es nicht möglich, die feuergefährliche Substanz zu beseitigen, und auch die Luft zu eliminieren ist in den meisten Fällen schwer. Als praktischste Lösung gilt es demzufolge, die Zündquelle, also Funken oder Hitze, zu entfernen.
Gefahrenbereiche gibt es in vielen Industriesektoren. Die chemische und petrochemische Industrie, die Off- und Onshore-Anlagen der Öl- und Gasindustrie, die Pharmaindustrie sowie die Lebensmittel- und Getränkeindustrie zählen zu den typischen Gefahrenbranchen. In Werken betroffener Industrien müssen alle als gefährlich eingestuften Bereiche deutlich sichtbar mit dem Ex-Logo gekennzeichnet sein.

Feuergefährliche und brennbare
Flüssigkeiten

Flüssigkeiten, die brennen können,  sind an vielen Arbeitsplätzen vorhanden. Hierbei handelt es sich unter anderem um Benzin, Dieselkraftstoff, viele Lösungsmittel, Reinigungsmittel, Lacke sowie Chemikalien. Wichtig im Umgang mit solchen Flüssigkeiten ist das Wissen über den Flammpunkt und die Selbstentzündungstemperatur.  Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur einer Flüssigkeit, bei welcher diese ausreichend Dampf erzeugt, um zusammen mit Luft ein entflammbares Gemisch zu bilden. In Beisein eines Funkens oder ausreichend Hitze kommt es zur Entzündung. Die Selbstentzündungstemperatur ist die niedrigste Temperatur, bei der sich eine Flüssigkeit  ohne externe Zündquelle entzündet. In der Regel weisen feuergefährliche und brennbare Flüssigkeiten eine Selbstentzündungstemperatur zwischen 300 und 550 °C auf. Es gibt  auch Flüssigkeiten mit Selbstentzündungstemperaturen unter 200 °C. Flüssigkeiten werden auf Grundlage ihres jeweiligen Flammpunkts als feuergefährlich oder brennbar eingestuft. Feuergefährliche Flüssigkeiten können sich bei normalen Arbeitstemperaturen entzünden, wohingegen brennbare Flüssigkeiten erst bei höheren Temperaturen entflammen.  Der Temperaturgrenzwert liegt in der Regel bei 37,8 °C. Dabei brennt nicht die Flüssigkeit selbst, sondern das Gemisch aus Dämpfen und Luft. Zudem muss sich das Gemisch innerhalb bestimmter Konzentrationsgrenzwerte, der unteren und oberen Explosionsgrenze, bewegen, damit es überhaupt brennen kann. Manche Flüssigkeiten weisen einen recht niedrigen Flammpunkt auf; der von Benzin liegt beispielsweise bei -40 °C. Benzin generiert unter normalen Umgebungsbedingungen ausreichend Dampf, um zusammen mit Luft ein brennbares Gemisch zu bilden.

Schutztechniken bei elektrischen
Geräten

Bei elektrischen Geräten kommen unterschiedliche Techniken zum Einsatz, um diese sicherer für den Gebrauch in Gefahrenbereichen zu machen.  Sie sind in zwei Hauptkategorien unterteilt: Beseitigung der Zündquelle (Exe: erhöhte Sicherheit, Exi: eigensicher) und Isolierung der Zündquelle (Exd: zünddurchschlagsicher, Exp: Druckkapselung, Exq: Sandkapselung, Exo: Ölkapselung, Exm: Kapselung). Die Schutzart „Eigensicher“ (Exi) ist die am häufigsten genutzte Technik sowie auch die geeignetste Schutzart für elektrische Kalibriergeräte.  Eigensichere Geräte sind für alle Situationen geeignet, da sie nicht in der Lage sind, ausreichend Energie zu generieren, um Funken oder übermäßig heiße Oberflächentemperaturen zu erzeugen – nicht einmal, wenn das Gerät defekt ist. Innerhalb eines Exi-Geräts kann auch die Exm-Technik („Kapselung“) für bestimmte Gerätekomponenten, wie Batteriepakete, zur Anwendung kommen.

Internationale Bestimmungen
Es gibt zwei unterschiedliche Normierungen für Gefahrenbereiche und die Geräteklassifizierung für den Einsatz in solchen: einerseits die IEC-Norm und die Atex-Richtlinie, die international sowie im europäischen Raum gesetzliche Anwendung finden, und andererseits die nordamerikanischen Bestimmungen. Anhand der internationalen Normenfamilie IEC 60079 sind die Normen für zugehörige Bestimmungen festgelegt.
Das IECEx-Programm hat die internationale Zusammenarbeit auf Grundlage der IEC-Normen zum Gegenstand. Ziel dieses Systems ist es, den internationalen Handel mit Geräten und Dienstleistungen für den Gebrauch in explosionsgefährdeten Bereichen zu erleichtern sowie die erforderlichen Sicherheitsstandards aufrecht zu erhalten.
Die Atex-Richtlinie soll gefährliche Geräte und Arbeitsumgebungen innerhalb der EU vereinheitlichen. Sie basiert auf den gesetzlichen Bestimmungen der 90er Jahre.
Gefahrenbereichklassifizierung: Diese  Klassifizierung gibt an, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass eine bestimmte feuergefährliche Substanz in der Atmosphäre eines bestimmten Bereichs vorhanden ist. Die Einteilung wurde zum Klassifizieren der unterschiedlichen Gefahrenbereiche (Zonen) entwickelt. Die Zonen 0, 1 und 2 gelten dabei für Gas und Dampf, die Zonen 20, 21 und 22 für Staub. Zone 0 sowie 20 gilt dabei für Bereiche, in denen eine explosionsgefährliche Substanz dauerhaft, für lange Zeiträume oder häufig in der Atmosphäre vorhanden ist. Die Zonen 1 und 21 kennzeichnen Bereiche, in denen die Wahrscheinlichkeit besteht, dass solche Substanzen bei Normalbetrieb gelegentlich in der Atmosphäre vorhanden sind. Für die Zonen 2 und 22 gilt, dass eine explosionsgefährliche Substanz wahrscheinlich nicht bei Normalbetrieb in der Atmosphäre zu finden ist. Sollte dennoch Substanz austreten, ist der Gefahrenzeitraum nur kurz.
Produktkategorie und Betriebsmittelschutzgrad (EPL): In der Gruppe II der Atex-Richtlinie sind Betriebsmittel in Produktkategorien unterteilt sowie der Gebrauch der Betriebsmittel in unterschiedlichen Bereichen spezifiziert. Produktkategorie 1 zielt dabei auf ein sehr hohes Maß an Sicherheit. Die Geräte sind geeignet für den Gebrauch in allen drei Zonen. Kategorie 2 gewährt ein hohes Maß an Sicherheit und die Geräte eignen sich für die Zonen 1 und 2. Für die Produktkategorie 3 gilt ein normales Sicherheitsmaß und ein Gerätegebrauch in Zone 2. Die IEC-Normen beinhalten dieselben Vorgaben unter Angabe des jeweiligen Betriebsmittelschutzgrades. Die Spezifizierung der EPLs folgt ähnlichen Regeln. Dabei beschreibt EPL a entsprechend der Produktkategorie 1 ein sehr hohes Maß an Sicherheit, EPL b ein hohes und EPL c ein erhöhtes Maß. Die Gebrauchseinteilungen entsprechen denen der Produktkategorien. Eine Vorrichtung der Produktkategorie 1/EPL a (geeignet für die Zonen 0, 1 und 2) ist auch im Falle von zwei gleichzeitig auftretenden Defekten an der Vorrichtung sicher. Alle Schutzkreise sind dreifach abgesichert. Eine Vorrichtung der Kategorie 2/EPL b ist mit doppelt abgesicherten Schutzkreisen ausgestattet und geeignet für den Gebrauch in Zone 1 und 2. Vorrichtungen der Kategorie 3/EPL c sind mit einfachen Schutzkreisen ausgestattet und nur für den Gebrauch in Zone 2 geeignet. Ist in einem Gefahrenbereich, der als Zone 1 klassifiziert ist, der Einsatz von elektrischen  Geräten erforderlich, können Betreiber Geräte der Produktkategorie 1 und 2 benutzen. Ist der Bereich als Zone 0 deklariert, dürfen ausschließlich Geräte der Produktkategorie 1 zum Einsatz kommen. Die Atex-Kennzeichnung von Produkten der Kategorie 1 weist die Ziffer 1 auf, beispielsweise „II 1 G“. Darüber hinaus ist auch der Buchstabe „a“ für den EPL zu sehen, beispielsweise „Ex ia“. Demzufolge ist es für die Auswahl des passenden Geräts wichtig zu wissen, in welchen Bereichen das Kalibriergerät zum Einsatz kommen soll.
Geräteklassifizierung: Elektrische Geräte für explosionsgefährdete Umgebungen sind gemäß der Norm IEC 60079-0 in die Gruppen I bis III unterteilt: Gruppe I beinhaltet elektrische Geräte für den Gebrauch in Bergwerken, die durch Grubengas gefährdet werden können. Zu Gruppe II gehören elektrische Geräte, für den Gebrauch an Orten mit explosionsgefährdeter Gasatmosphäre, die keine Bergwerke sind, wo jedoch Grubengas auftreten kann. Gemäß der Art der explosionsgefährdeten Gasatmosphäre, in der diese Geräte zum Einsatz kommen, sind sie in die Bereiche IIA (typisches Gas: Propan), IIB (typisches Gas: Ethylen) und IIC (typisches Gas: Wasserstoff) unterteilt. Dies basiert auf der Grenzspaltweite (MESG) beziehungsweise dem Mindestzündstromverhältnis (MIC) der explosionsgefährdeten Gasatmosphäre, in der das Gerät zum Einsatz kommen kann (siehe IEC 60079-20-1). Elektrische Geräte der Gruppe III sind bestimmt für den Gebrauch an Orten mit explosionsgefährdeter Staubatmosphäre, die keine Bergwerke sind, wo jedoch Grubengas auftreten kann. Die Geräte lassen sich gemäß der Art von explosionsgefährdeter Staubatmosphäre, in welcher sie zum Einsatz kommen, unterteilen. Die Bezeichnung IIIA steht dabei für brennbaren Flugstaub, IIIB für nicht leitenden Staub und IIIC für leitenden Staub.
Temperaturklasse: Die Temperaturklasse gibt die jeweilige maximale Oberflächentemperatur des Geräts an. Anwender müssen die Temperaturklasse in jedem Fall berücksichtigen. Es muss sichergestellt sein, dass die Klasse dem feuergefährlichen Gas, das in den Gefahrenbereichen des Werks vorhanden sein kann, entspricht. Die Temperaturklassen reichen von T1 mit 450 °C bis T6 mit 85 °C. Bei manchen Geräten kann die Angabe der maximalen Oberflächentemperatur als Wert zwischen zwei bestimmten Klassen erfolgen. Je nach Art der feuergefährlichen Substanz können Flammpunkt und Selbstentzündungstemperatur in einem bestimmten Bereich unterschiedlich sein. Das für den Einsatz in einem bestimmten Gefahrenbereich gewählte Gerät muss eine Temperaturklasse aufweisen, die den betroffenen Substanzen entspricht.

Unterschiede zu den
nordamerikanischen Bestimmungen

Während die Gefahrenbereiche gemäß den IEC-Normen in Zonen unterteilt sind, ist im Rahmen des nordamerikanischen Systems von Sektoren die Rede. Bei der Zoneneinteilung kommen die Ziffern 0 bis 2 zur Anwendung, bei den Sektoren nur die Ziffern 1 und 2. Sektor 1 umfasst sowohl Zone 0 als auch Zone 1. Die Zonen 0 und 1 entsprechen dabei Sektor 1. Zone 2 entspricht Sektor 2.
Die nordamerikanische Gesetzgebung verfügt im Vergleich zur IEC über eine weitere Explosions- oder Gerätegruppe. Die im IEC-Gruppe IIC für Acetylen und Wasserstoff ist im Nordamerikanischen aufgeteilt in die Gruppen A für Acetylen und B für Wasserstoff. IIB für Ethylen enspricht der nordamerikanischen Gruppe C, IIA für Propan der Gruppe D. Das nordamerikanische System umfasst weiterhin eine größere Anzahl von Zwischentemperaturklassen. Zusätzlich zur Temperaturklasse T2 sind im amerikanischen System noch die Klassen T2A bis T2D aufgeführt. Klasse T3 ist durch T3A bis T3C ergänzt und Klasse T4 enthält zusätzlich die Unterteilung T4A. Die Klassen T1, T5 und T6 bleiben deckungsgleich.

Für die Umgebungsbedingungen
geeignet?

Zuletzt muss sichergestellt sein, dass die Geräte für die jeweiligen Bedingungen der Einsatzumgebung geeignet sind.  Die sichere Betriebstemperatur einer Vorrichtung muss jener Temperatur entsprechen, bei der das Gerät im Werk zum Einsatz kommt. In nassen und staubigen Bedingungen muss der Anwender die Schutzart des Gerätegehäuses berücksichtigen. Hierbei kommen die Klassifizierungen IP (Schutz gegen Eindringen) oder Nema (Schutz von Personen gegen unbeabsichtigte Berührung mit Ausrüstungsgegenständen sowie Schutz durch äußere Einflüsse auf einen Schaltschrank) zur Anwendung. Unterschiedliche Schutztechniken können unterschiedliche Klassifizierungen auf dem Gehäuse erfordern. Zudem darf der Anwender nicht vergessen, dass die Gehäuse mancher Ex-Geräte aus antistatischem beziehungsweise halbleitendem Material bestehen, um ein Ansammeln von Reibungselektrizität zu vermeiden. In Abhängigkeit von der Klassifizierung gibt es Vorgaben in Bezug auf die Größe der Kennzeichnungen an den Geräten. Ein Gerät der Gruppe I für Zone 0 mit Gasgruppe IIC verfügt beispielsweise über einen maximalen Kennzeichnungsbereich von 4 cm2.
Beachtet der Anwender diese Vorgaben und nutzt den Umgebungsbedingungen entsprechende Geräte, kann er auch in gefährlichen Bereichen mit dem richtigen Schutz und mit Aufmerksamkeit Kalibrationsarbeiten vornehmen.

Hot Work Permit
Freigabeschein für Arbeiten in Ex-Bereichen

Der Gebrauch von Kalibriergeräten ohne Ex-Schutz in Gefahrenbereichen ist möglich, hierfür ist jedoch eine spezielle Genehmigung des werkseigenen Sicherheitspersonals erforderlich. Häufig müssen zudem Sicherheitsvorrichtungen eingesetzt werden, wie persönliche tragbare Gasdetektoren, die bei der Arbeit im Feld verpflichtend sind. Desweiteren ist bei Einsatz von Kalibriergeräten ohne Ex-Schutz zu beachten, daß die Grenzwerte der zu prüfenden Geräte nicht überschritten werden. Der Einsatz von geeigneten Ex-Geräten ist einfacher, da hierfür keine speziellen Genehmigungen erforderlich sind.

 

Heftausgabe: Juli 2014
Heikki Laurila, Produktmanager, Beamex Group

Über den Autor

Heikki Laurila, Produktmanager, Beamex Group

Heikki Laurila, Product Manager, Beamex

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