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Explosionsschutz und Betriebssicherheit

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01.12.2016 Die Gefahr lauert vielerorts: Explosionen können überall dort auftreten, wo brennbare Stäube, Gase oder Dämpfe entstehen oder zum Einsatz kommen. Um den Schutz der Personen, die in explosionsgefährdeten Bereichen arbeiten, zu gewährleisten, müssen Betreiber sicherstellen, dass die dort eingesetzten Geräte und Systeme sicher sind und keine wirksamen Zündquellen besitzen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Gerade in der chemischen Industrie treten viele sogenannte explosionsgefährdete Bereiche auf. Hier müssen Betreiber ihre Mitarbeiter besonders schützen. Die Atex-Produktrichtlinie 2014/34/EU gibt Orientierung.
  • Der Hersteller nahm diese Richtlinie in sein Lastenheft auf, als er seine Drehschieber- und Wälzkolbenpumpen-Serien überarbeitete.
  • Am Ende standen Aggregate, die nicht nur ein erhöhtes Maß an Sicherheit ermöglichen, sondern durch ihre konstruktiven Eigenschaften auch die Effizienz im Betrieb steigern können.

Aus diesem Grund hat die Europäische Union die Atex-Produkt­richtlinie 2014/34/EU verabschiedet. Sie befasst sich mit Geräten und Schutzsystemen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Richtlinie beinhaltet auch die Regeln für das Inverkehrbringen von Produkten, die in explosionsgefährdeten Bereichen zum Einsatz kommen, und ist ebenso für nichtelektrische Geräte gültig.

Die Atex-Richtlinie im Überblick

Basis für die Umsetzung der Atex-Richtlinie an den Produkten ist eine umfassende Risikoanalyse. Diese besteht hauptsächlich aus der Bewertung der Zündgefahren entsprechend der Norm EN 13463-1. Dabei ist der Hersteller eines nichtelektrischen Geräts verpflichtet, zu beurteilen, ob in dem Gerät eine oder mehrere der folgenden Zündquellen auftreten können:

  • Heiße Oberflächen
  • Flammen und heiße Gase (einschließlich heißer Partikel)
  • Mechanisch erzeugte Funken
  • Elektrische Zündquellen
  • Elektrische Streuströme
  • Statische Elektrizität
  • Elektromagnetische Wellen
  • Ionisierende Strahlung
  • Ultraschall
  • Adiabatische Kompression und Druckwellen
  • Exotherme Reaktionen

Bei diesen in EN 1127-1 aufgeführten Zündquellen handelt es sich um mögliche Zündquellen. Eine mögliche Zündquelle, die ein Gerät besitzt, wird als gerätebezogene Zündquelle bezeichnet. Im Rahmen der Zündgefahrenbewertung wird betrachtet, ob die gerätebezogenen Zündquellen potentielle Zündquellen darstellen und unter welcher Wahrscheinlichkeit diese wirksam werden. Sogenannte wirksame Zündquellen verursachen im Zusammenspiel mit Sauerstoff und dem brennbaren Material eine Explosion. Nach der Bewertung der Zündgefahren muss der Hersteller geeignete Maßnahmen ergreifen, um das Eintreten wirksamer Zündquellen zu vermeiden. Zur Beurteilung des Sicherheitsgrads eines Geräts existieren verschiedene Kategorien, die definieren, wann und in welchem Umfang das jeweilige Gerät sicher sein muss.

Kategorie 3: Die Sicherheit des Geräts muss im Normalbetrieb gewährleistet sein. In den Einsatzbereichen dieser Kategorie ist nicht oder nur kurzzeitig mit einer explosionsfähigen Atmosphäre zu rechnen.
Kategorie 2: Die Sicherheit des Geräts muss beim Auftreten einer zu erwartenden Störung gewährleistet sein. In den Einsatzbereichen dieser Kategorie ist damit zu rechnen, dass eine explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich auftritt.
Kategorie 1: Die Sicherheit des Geräts muss beim Auftreten zweier unabhängiger zu erwartender Störungen oder beim Auftreten einer seltenen Störung gewährleistet sein. In den Einsatzbereichen dieser Kategorie ist damit zu rechnen, dass eine explosionsfähige Atmosphäre ständig oder häufig vorhanden ist.

Lösungen für den Atex-Bereich

Unter Beachtung der strengen Vorgaben der Richtlinie 2014/34/EU entstand die Atex-Produktsparte von Pfeiffer Vacuum. Sie umfasst die magnetgekuppelte Drehschieberpumpe Duo 11 Atex sowie die magnetgekuppelte Wälzkolbenpumpe Okta Atex. Beide Pumpen entwickelte das Unternehmen für Prozesse in explosionsgefährdeter Umgebung oder zum Fördern von explosiven Gasen gemäß Atex-Richtlinie: Die Drehschieberpumpe ermöglicht ein Saugvermögen von 9 m3/h bei 50 Hz und 10,5 m3/h bei 60 Hz; ihre Atex-Zulassung gilt sowohl für den Innen- als auch für den Außenbereich der Pumpe. Das Aggregat entspricht der Gerätekategorie 3G und der Temperaturklasse T4. Es können alle Gase und Dämpfe bis einschließlich Explosionsgruppe IIC gefördert werden. Die Pumpe ist hermetisch dicht, was eine sogenannte Zonenverschleppung von explosiven Gasen vermeidet. Der Begriff der Zonenverschleppung beschreibt das Risiko, dass beispielsweise durch Undichtigkeiten explosive Gemische aus der Pumpe nach außen dringen können. Dadurch wird die innere Explosionszone nach außen verschleppt, wo der Betreiber der Anlage in der Regel nicht mit explosiven Gemischen rechnet. Entsprechend erhöht ist daher das Gefahrenpotenzial. Für den Antrieb der Pumpe hat der Hersteller einen explosionsgeschützten Drehstrommotor verbaut, durch den die Pumpe vibrations- und geräuscharm arbeitet. Zudem ist sie mit einer berührungslosen Magnetkupplung ausgestattet, wodurch Wellendichtringe, wie sie bei anderen Drehschieberpumpen nötig sind, entfallen. Dies ermöglicht auch eine zusätzliche Sicherheit, die beim Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen wichtig ist: Da die Wellendichtringe fehlen, können keine Medien durch defekte Wellendichtringe aus dem Inneren der Pumpe nach außen dringen. Diese kommen üblicherweise in Anlagen zum Einsatz, die in explosionsgefährdeten Umgebungen arbeiten, um im Falle einer Explosion die Auswirkungen so gering wie möglich zu halten.

Keine Dichtung – kein Problem

Die Aspekte der Atex-Richtlinie sowie die Herstellerverpflichtungen zur Risikoanalyse und Bewertung der Zündgefahren hat der Hersteller auch bei der Weiterentwicklung seiner Wälzkolbenpumpe in den Fokus gestellt, die nun erstmals eine Magnetkupplung mit einem Explosionsschutz der Kategorie 2 oder 3 kombiniert. Bei der Konstruktion von Vakuumpumpen lassen sich potenzielle Zündquellen jedoch nicht völlig vermeiden. So ist beispielsweise aufgrund der praktisch in jeder Pumpe auftretenden Kompressionswärme nicht zu verhindern, dass sich die Oberflächen der Pumpe während des Betriebs erhitzen. Die Konstrukteure hatten es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, die nicht auszuschließenden potenziellen Zündquellen so zu gestalten, dass sie nicht wirksam werden; beispielsweise darf die Oberflächentemperatur die Grenzwerte der jeweiligen Temperaturklasse nicht überschreiten. Dazu verfügt die Wälzkolbenpumpe über einen Temperatursensor, der es durch kontinuierliche Messungen ermöglicht, die Grenzwerte einzuhalten. Außerdem sind die Aggregate mit einem Gehäuse ausgestattet, das bis zu 1.600 kPa an Innendruck standhält. Ein Aspekt, den der Hersteller bei jeder Pumpe vor der Auslieferung testet. Durch den Einbau der Magnetkupplung sind die Geräte außerdem hermetisch dicht – die Leckrate beträgt maximal 1 x 10-6 Pa m3/s – und verhindern wie auch die Atex-Drehschieberpumpen des Unternehmens eine Zonenverschleppung. Gleichzeitig entfallen Wellendichtringe, die Schwachstellen bei Druckstößen darstellen und sehr wartungsintensiv sind. Ein weiterer effizienter Nebeneffekt: Durch das berührungslose Arbeiten der Wälzkolben ist ein technisch trockener Betrieb möglich. Die Luftkühlung benötigt deutlich weniger Energie als eine Wasserkühlung, was die Betriebskosten für Unternehmen signifikant verringert.

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Heftausgabe: Dezember 2016

Über den Autor

Steffen Herrmann, Product Management, Pfeiffer Vacuum
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