Staubexplosionen vorbeugen durch Staubkonzentrationsmessung

Staubexplosionen entstehen, indem gleichzeitig Sauerstoff, eine Zündquelle und brennbarer Staub in Form einer Staubwolke auftreten. Neben einer hinreichend energiereichen Zündquelle muss die Konzentration des brennbaren Staubes in der Luft ebenfalls ausreichend hoch sein. Die Staubkonzentration muss dafür zwischen der unteren Explosionsgrenze (UEG) und der oberen Explosionsgrenze (OEG) also innerhalb des Explosionsbereichs liegen. Kann ein Anlagenbetreiber nicht sicher verhindern, dass explosionsfähige Staub-Luft-Gemische entstehen, muss er in der Gefährdungsbeurteilung die Wahrscheinlichkeit und die Dauer einer explosionsgefährlichen Atmosphäre ermitteln.

Sowohl Anlagenbetreiber als auch -hersteller kennen häufig die von den Betriebsbedingungen abhängigen Verhältnisse im Innern ihrer Maschinen nur unzureichend. Eine Fehleinschätzung kann schwerwiegende Folgen haben. Sei es, dass einerseits gefährliche Betriebszustände nicht erkannt werden oder andererseits aufgrund einer zu konservativen Einschätzung hohe Kosten für unnötige Maßnahmen verursacht werden. Wenn Risikobetrachtungen bezüglich Staubexplosionen angestellt werden sollen, ist es deshalb fundamental wichtig, in industriellen Anlagen die Staubkonzentration in der Luft zu kennen.

Zur Messung von Staubexplosionen im relevanten Messbereich von etwa 1 g/m³ bis 1 kg/m³ kann das Staubkonzentrations-Messgerät SKG verwendet werden. Das Messgerät wurde ursprünglich von der Forschungsgesellschaft für angewandte Systemsicherheit und Arbeitsmedizin (FSA) für eigene Forschungszwecke entwickelt. Damit kann festgestellt werden, ob in Anlagenteilen die Zonen 20, 21 oder 22 vorherrschen oder nicht. Je nach Zone sind bestimmte Sicherheitsanforderungen definiert, die im Falle von Zone 20 besonders anspruchsvoll sind. Das neueste Modell des Staubkonzentrations-Messgerätes trägt die Bezeichnung SKG 7-18 und ist für den Einsatz in Zone 20 zertifiziert. Betriebliche Messungen können damit sicher durchgeführt werden.

Um die Staubkonzentration zu ermitteln, wird die Lichtabschwächung gemessen, die in der Luft dispergierter Staub in einem bestimmten Luftvolumen hervorruft. Die gemessene Lichtschwächung gelangt in Form eines Stromsignals in einen Mikrocontroller, wird in einen Staubkonzentrations-Messwert umgerechnet und auf dem Touchscreen des Gerätes angezeigt. Damit diese Umrechnung möglich ist, muss für jeden Staub, der gemessen werden soll, eine Gerätekalibration durchgeführt und der Extinktionskoeffizient des Staubes für die verwendete Lichtwellenlänge bestimmt werden. Dafür hat die FSA eine spezielle Kalibrierstation entwickelt.

Das Gerät verfügt über eine interne Datenbank, in der die Extinktionskoeffizienten der verschiedenen Stäube gespeichert werden. Weiterhin werden Klimadaten während der Messung erfasst. Über eine integrierte Schnittstelle können die Messdaten – beispielsweise mithilfe eines Datenloggers – aufgezeichnet werden. Die Anwendungsmöglichkeiten des Gerätes sind vielfältig. Für verschiedene Messaufgaben wurden spezielle Gerätevarianten entwickelt, wie zur Staubkonzentrationsmessung in pneumatischen Förderleitungen oder für Messungen an räumlich beengten Orten.

Zahlreiche Erkenntnisse wurden bereits mithilfe des Gerätes gewonnen: Beispielsweise gelangen erstmals Staubkonzentrationsmessungen in einem Horizontalmischer. Es konnte gezeigt werden, dass – entgegen der gängigen Meinung – durchaus explosionsfähige Atmosphären in solchen Mischern auftreten können. Ähnliches gilt für Entstauber. Bei Messungen an modernen Entstaubertypen mit vergleichsweise großem Volumen wurde festgestellt, dass nicht selten Staubkonzentrationen auftreten, die heftige Staubexplosionen nach sich ziehen können. Anwender können die FSA mit der Messung der Staubkonzentration in ihren Betrieben beauftragen, es ist jedoch ebenso möglich, das Staubkonzentrations-Messgerät zu erwerben.