Artikel Schutzsysteme einsetzbar für KSt-Werte bis 1000bar·m/s

08.04.2009

Damit's nicht knallt

Explosionen in geschlossenen Systemen können erfolgen, wenn durch Verteilung brennbarer Stäube mit Korngrößen <0,5mm in einem Luftgemisch bei Überschreiten spezifischer Konzentrationen eine explosionsfähige Atmosphäre entsteht. Um derartige Explosionen zu vermeiden, sind hohe Anforderungen an Hersteller von Schutzgeräten und Schutzsystemen, aber auch an die Betreiber von Anlagen gestellt.

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Die Anforderungen sind mit der Einführung einer Normung zum Explosionsschutz vorgegeben, die mit EN50014 begann und seit dem Jahr 2003 mit den Richtlinien 94/9/EG (Atex95) für Hersteller von Geräten und Schutzsystemen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen bzw. 99/92/EG (Atex137) für Betreiber elektrischer Anlagen mit explosionsgefährdeter Atmosphäre festgeschrieben sind.

Explosionsgefährdete Bereiche werden je nach Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosiver Atmosphären durch brennbare Stäube in die Zonen 20 bis 22 eingeteilt, die das Auftreten von „ständig“ über „gelegentlich“ bis „selten“ dokumentieren. In der Beurteilung von explosionsgefährdeten Bereichen sind die stoffspezifischen Eigenschaften der Stäube, wie Zündtemperatur, Zündenergie und maximaler Explosionsüberdruck, ebenso zu berücksichtigen wie die Einteilung in entsprechende Staubexplosionsklassen St1 bis St3 unter Einbeziehung der maximalen Druckanstiegsgeschwindigkeit (KSt-Wert) in bar·m/s zu berücksichtigen:

  • St1 >0 bis 200bar·m/s;
  • St2 >200 bis 300bar·m/s;
  • St3 >300bar·m/s.

Doppelklappensysteme bestehen aus einer Kombination zweier Absperrklappen der GS-Baureihen (druckstoßfest und flammendurchschlagsicher), einem dazugehörigen Zwischenbehälter sowie einer mit den Klappen EG-baumustergeprüften Ansteuerung. Diese Steuerung soll dafür sorgen, dass immer eine Klappe geschlossen ist, da die Flammendurchschlagsicherheit nur bei geschlossener Klappenscheibe und intaktem Dichtsitz gegeben ist.

Pneumatische Verriegelung fürFunktionssicherheit

Um hier die notwendige Funktionssicherheit zu gewährleisten, wurde eine spezielle pneummatische Verriegelung entwickelt, die in Kombination mit einer präzise zu justierenden Endschaltereinheit (Schalthysterese kleiner 1° bzw. 2°) sicher stellt, dass der geschlossene Zustand der jeweiligen Absperrklappe sicher erkannt wird und nur eine Klappe sicher geöffnet werden kann. Diese Verriegelung arbeitet unabhängig von den elektrischen Signalen der SPS, so dass hier eine sicherheitstechnische Betrachtung der elektrischen Steuerung nicht erforderlich ist. Alternativ wäre gewiß auch eine sicherheitsgerichtete Steuerung einsetzbar – hier wäre der Aufwand zur Realisierung einer vergleichbaren Funktionssicherheit aber ungleich höher.

Die Absperrklappen der Standard-Baureihen DKZ 103 GS sind zünddurchschlagsicher gegenüber Explosionen brennbarer Gase, deren Explosionsverhalten das von Propanexplosionen nicht überschreitet sowie zünddurchschlagsicher gegenüber organischen Stäuben der Staubexplosionsklasse St1 und St2 sowie metallischen Stäuben der Staubexplosionsklasse St3, deren Explosionsverhalten das von Aluminiumstaubexplosionen mit KSt-Wert von 500bar·m/snicht überschreitet. Die weiteren Einsatzgrenzen sind durch eine Explosionsdruckstoßfestigkeit von 10bar und einem Nennweitenbereich von DN50 bis DN500 gekennzeichnet.
Im Vergleich zu üblicherweise eingesetzten Zellradschleusen sind hier insbesondere Eignung für Gas und für St-3-Stäube hervorzuheben. Trotz dieser doch recht universellen Einsetzbarkeit ließen sich leider mit der Standardbaureihe nicht alle Praxisanforderungen lösen. So lautete eine Vorgabe: Temperatur bis 150°C, Explosionsdruckstoßfestigkeit 13bar, geeignet für KSt-Werte von bis zu 800 bar·m/s.
Hieraus entstand die Baureihe DKZ 103 GS-St3. Speziell entwickelt für Metallstäube, die das Explosionsverhalten von Aluminiumstäuben mit KSt-Werten von bis zu 1000bar·m/s nicht überschreiten. Die weiteren Einsatzgrenzen lauten hier: Explosionsdruckstoßfestigkeit bis 14bar, Temperatur bis 150°C, Nennweitenbereich DN 50 bis DN 200.

FDA-Konformität gegeben

Aus einer Kundenanforderung resultierte die Entwicklung der Baureihe DKZ 103 GS-0,3 bis 200°C. Hier war die Temperatur von 200°C problematisch. Der Explosionsdruck war durch Berstscheiben reduziert auf 0,2bar. Der Nennweitenbereich startet hier bei DN50 und endet bei DN 250. Im Normalfall sind die Dichtungen innerhalb der Absperrklappen in leitfähiger bzw. ableitfähiger Ausführung gefertigt. Diese Qualitäten sind bedingt durch den leitfähigen Ruß schwarz und waren in der Vergangenheit nicht FDA-konform. Mittlerweile sind spezielle Qualitäten, die ableitfähig und FDA-konform sind, verfügbar. Eine Besonderheit gilt für Stäube mit einer Mindestzündenergie größer 3mJ. Hier ist der Einsatz nicht leitfähiger Dichtungen zulässig. Somit können hier auch weiße FDA-konforme Qualitäten eingesetzt werden.

Die qualitative Ausführung der Abdichtungen ist unter anderem abhängig von den Betriebsbedingungen für diese Sicherheitssysteme. Diese Technologie hat sich in mehrjährigen erfolgreichen Einsätzen bestätigt und häufig als die verfahrenstechnisch bessere bzw. einzige Lösung gegenüber mechanischen Geräten, wie beispielsweise Zellenradschleusen, besonders im Nieder- oder Unterdruckbereich erwiesen.
Ein häufig anzutreffender Einsatzfall ist der Austrag aus Filtern, Zyklonen und Sichtern. Insbesondere beim Einsatz der Schleusensysteme im Vakuumbereich ist diese Aufgabenstellung mit den standardmäßig vorgesehenen Zellenradschleusen nicht immer zufriedenstellend zu lösen. So haben Versuche von verschiedenen Anwendern ergeben, dass sich der Abscheidegrad beim Einsatz von Doppelpendelklappen bzw. Taktschleuse – bedingt durch die geringere Leckluft – deutlich verbessern lässt.

Auf diese Weise kann sich auch die nachträgliche Umrüstung von Zellradschleusen auf Doppelklappensysteme innerhalb sehr kurzer Laufzeiten von weniger als einem Jahr rechnen. Bei einigen Produkten ist es wichtig, einen nahezu kontinuierlichen Austrag zu simulieren. Hier unterliegen die Klappen mit Zyklen von 12 bis 14Takten/min höchsten Beanspruchungen.

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