Artikel Kennzahlen zur Anlagensicherheit

Die Auswahl der umzusetzenden Schutzprinzipien lässt sich durch eine systematische Risikobeurteilung, beispielsweise nach EN 1127-1 oder TRBS 2152, durchführen. Dabei sind folgende Aspekte zu diskutieren:

• Erkennen von Gefährdungen: Das Explosionsrisiko, welches von einer Anlage ausgeht, ist direkt mit den in ihr gehandhabten Stoffen verknüpft. Primär ist zu klären, ob die eingesetzten Stoffe explosionsfähig sind oder nicht.
• Bewerten, ob explosionsfähige Gemische oder Atmosphären möglich sind: Die Wahrscheinlichkeit für explosionsfähige Atmosphären ist für die verschiedenen Betriebszustände in einer Zoneneinteilung zu beschreiben. Zu betrachtende Prozesszustände sind neben dem Normalbetrieb auch der An- und Abfahrvorgang sowie häufige und seltene Betriebsstörungen
• Ermitteln relevanter Zündquellen: Abhängig von der Zoneneinteilung ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Zündquellen zu bewerten. Dabei sind für die Betriebsmittel häufige und seltene Fehler zu berücksichtigen. 
• Ermittlung potenzieller Explosionsauswirkungen: Ist das zeitgleiche Auftreten explosionsfähiger Atmosphären und wirksamer Zündquellen nicht ausreichend sicher auszuschließen, sind die potenziellen Explosionen in ihren Auswirkungen zu begrenzen.
• Bewertung der Maßnahmen zur Risikoreduzierung: Die vorgesehen Maßnahmen sind in ihrer Gesamtheit zu würdigen. Wurde keine ausreichende Risikoreduktion erreicht, beispielsweise das Auftreten einer Zündquelle bei seltenen Störungen in Zone 20, so ist die Bewertung erneut zu durchlaufen.

Vielfach begehen Betreiber den Fehler, ausgehend von punktuell hohen Zündgefahren - wie im Bereich von Hammermühlenaspirationen - das für diese High-Hazard-Bereiche erforderliche Explosionsschutzkonzept auf die gesamte Anlage auszudehnen, was erhebliche Aufwendungen nach sich ziehen kann. Gerade durch eine systematische Gefahrenquellenanalyse lassen sich jedoch Bereiche mit hohen Zündgefahren recht genau eingrenzen. Diese Bereiche kann der Anwender dann durch Maßnahmen der explosionstechnischen Entkopplung von anderen Betriebsteilen trennen. In diesen entkoppelten Bereichen ist dann kein konstruktiver Explosionsschutz mehr erforderlich, so dass der Verantwortliche weiterhin Konzepte zur Vermeidung von Zündquellen betreiben kann.

Basis sind Kennzahlen

Die sicherheitstechnischen Kennzahlen sind Grundlage für die Gefährdungsbeurteilung von Arbeitsplätzen nach GefStoffV. In der betrieblichen Praxis sind zu pauschale Ansätze zur Bewertung der Kennzahlen jedoch nicht zielführend, da Maßnahmen bei zu konservativer Auslegung oftmals nicht wirtschaftlich umzusetzen sind und eine phlegmatische Betrachtungsweise nicht alle Gefahren identifiziert und sachgerecht bewertet.

Für Vielstoff-Anlagen, wie sie in der Pharmazie oder Kunststoffindustrie vorkommen, bedeutet die Ermittlung der Kennzahlen einen nicht unerheblichen Aufwand. Nicht alle Kennzahlen sind in der Literatur veröffentlicht, und die in Normtestverfahren ermittelten Größen hängen von den vorliegenden Prozessbedingungen ab. Zudem sind die jeweiligen Kennzahlen neuer Stoffe vor deren Einsatz zu bestimmen.

Sicherheitstechnische Kennzahlen dienen zur Beschreibung des physikalisch-chemischen Verhaltens von Substanzen, um anhand der Kennzahlen potenzielle Explosionsgefahren zu bewerten. In den seltensten Fällen handelt es sich bei den Kennzahlen um reine Stoffkonstanten, und die Kennzahlen hängen auch von der jeweiligen Messmethode ab. Um eine vergleichende Nutzbarkeit der Kennzahlen zu ermöglichen, sind die Messmethoden hierfür normiert.

Zur Bewertung einer sicherheitstechnischen Aufgabenstellung sind nicht alle ermittelbaren Kenngrößen nötig, sondern abhängig vom verfolgten Schutzprinzip zu ermitteln: Um explosionsfähige Gemische zu vermeiden, benötigt der Anwender beispielsweise lediglich Kenntnis über die untere Explosionsgrenze (UEG) sowie die Sauerstoffgrenzkonzentration (SGK). Im Falle der Begrenzung von Explosionsauswirkungen reicht es, den maximalen Explosionsdruck pmax sowie die maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit KSt zu bestimmen.

Diese genannten Kennzahlen weisen unter anderem Abhängigkeiten von den Prozess- und Stoffparametern auf:

• Temperatur: Bei höherer Temperatur befindet sich das System auf einem höheren Energieniveau. Die zur Fortpflanzung bzw. Aufrecherhaltung der Explosion benötigte Energie ist geringer.
• Druck: In einer Volumeneinheit sind bei höherem Druck mehr Moleküle vorhanden, die an der Reaktion teilnehmen können.
• Feinheit: Bei höherer Feinheit ergibt sich ein für eine Explosionsfortpflanzung günstigeres Volumen/Oberflächenverhältnis.
• Feuchtigkeit: Um eine Explosion aufrechtzuerhalten, ist bei trockeneren Stoffen weniger Wasserballast zu verdampfen. 

Die Untersuchungsmethoden zur Ermittlung der Kennzahlen sind historisch gewachsen. Sie sind dahingehend optimiert, dass die Kennzahlen, die die Entzündungswilligkeit eines Stoffes beschreiben, Minimalwerte annehmen und die Kennzahlen, die die Auswirkungen von Explosionen beschreiben, Maximalwerte annehmen. Durch diese Parametervariation sind die ermittelten Kennzahlen aus Explosionsschutz-Sicht stehts konservativ.

Die gesetzlichen Grundlagen und Normen im Überblick:

• ArbSchG: Gesetz über die Durchführung von Maßnahmen des Arbeitsschutzes zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten bei der Arbeit (Arbeitsschutzgesetz - ArbSchG) vom 7. August 1996, Fassung von 2009
• GefStoffV: Verordnung zum Schutz vor Gefahrstoffen (Gefahrstoffverordnung) vom 26. November 2010, Fassung vom 28. Juli 2011
• BetrSichV: Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Bereitstellung von Arbeitsmitteln und de-­ren Benutzung bei der Arbeit, über Sicherheit beim Betrieb überwachungsbedürftiger Anlagen und über die Organisation des betrieblichen Arbeitsschutzes (Betriebssicherheitsverordnung - BetrSichV) vom 27. September 2002, Fassung vom 8. November 2011
• DIN EN 1127-1: Explosionsschutz, Teil 1: Grundlagen und Methodik, Februar 2008
• TRBS 2152/TRGS 720: Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre - Allgemeines, vom 15. März 2006, Bundesanzeiger Nummer 103 vom 02.06.2006 Seite 4

Fallbeispiel: Stofftrennung in einer Sieb-Filter-Kombination

Stoffströme weisen in der Regel ein mehr oder weniger großes Kornspektrum auf. Bei der Klassierung von Stoffströmen kann der Feinanteil Eigenschaften aufweisen, die im Gesamtstoffstrom nicht zu Tage getreten sind. Insbesondere die determinierende Eigenschaft „Explosionsfähig" ist von der Korngröße abhängig. So ist es für eine Feststoff-Umschlaganlage mit Filtereinheit nicht ausreichend, nur den eingehenden Rohstoff zu untersuchen. Vielmehr ist der erwartete Feinanteil aus dem Filter auf Explosionsfähigkeit zu testen. Sofern erforderlich, sind auch die Kennwerte KST und pmax des Filterstaubes für die Dimensionierung konstruktiver Explosionsschutzmaßnahmen am Filter heranzuziehen.

Entscheider-Facts
Für Anwender

Im Rahmen seiner Fürsorgepflichten gegenüber seinen Beschäftigten hat der Arbeitgeber Schutzmaßnahmen vor Explosionen zu ergreifen. Dazu sind die betreffenden Anlagen hinsichtlich potenzieller Explosionsgefahren zu bewerten. Um eine risikogerechte Bewertung vornehmen zu können, sind die sicherheitstechnischen Kenngrößen der Stoffe unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen, wie z.B. Korngröße oder Temperatur, heranzuziehen. Damit werden schlüssige Explosionsschutzkonzepte möglich, die sowohl den rechtlichen als auch wirtschaftlichen Belangen genügen.