Vorbeugender Explosionsschutz

In einer Produktionsanlage oder einer Maschine können Explosionen entstehen, wenn die folgenden Bedingungen gegeben sind: Brennstoff beispielsweise  Staub, ein ausreichender Sauerstoffanteil, das passende Mischungsverhältnis (Staubwolke) und eine effektive Zündquelle. Wird eine der Voraussetzungen eliminiert, wurde so gesehen bereits Explosionsschutz praktiziert. Ist dies jedoch nicht zu jeder Zeit und jedem Zustand im Betrieb möglich, bleibt die Explosionsgefahr bestehen, was erfordert, explosionsgefährdete Bereiche in Zonen einzuteilen und über diese, systematisch Schutzmaßnahmen zu verteilen.

Bei staubführenden Anlagen ist oft von konstruktivem Explosionsschutz die Rede. Beispielsweise die Explosionsdruckentlastung verbunden mit der explosionstechnischen Entkopplung mit dem Ziel verschiedene Maschinen voneinander abzusichern, Leben zu retten und Schäden zu begrenzen. Dieser Ansatz ist nicht verkehrt, dennoch als Vergleich: Bei Kraftfahrzeugen, lässt sich ein Unfall ebenfalls nicht zu 100 % verhindern, weswegen eine Gurtpflicht besteht und standardmäßig Airbags verbaut sind, um die Auswirkungen eines Unfalles zu reduzieren. Jedoch können Unfälle mittels Fahrassistenzsystemen wie Abbiege- und Spurhalteassistenten, mit einer höheren Wahrscheinlichkeit vermieden werden. Es kommt damit also erst gar nicht mehr zu einem Unfall, vielmehr wird eine riskante Situation frühzeitig vorab erkannt und abgewendet. Um einen derartigen Umgang mit riskanten Situationen auch in der Schüttgut-Industrie zu ermöglichen, haben die Rembe-Ingenieure smarte und vorbeugende Fahrassistenzsysteme für unterschiedliche Zündgefahren und -szenarien entwickelt.

Elektrostatische Aufladung durch Erdung verhindern

Funkenentladungen, Gleitstielbüschel-, Schüttkegel- und gewitterblitzähnliche Entladungen sind dazu fähig, Staub/Luft-Gemische zu entzünden. Um diese Szenarien zu vermeiden, müssen die unterschiedlichen Behälter, Anlagen und Maschinen ausreichend geerdet sein.

Im Fall einer pneumatischen Entladung eines Tankfahrzeuges können aufgrund der hohen Geschwindigkeiten auch hohe elektrostatische Potenziale entstehen, welche in der Lage sind, explosionsfähige Staubatmosphären zu entzünden. Dieses Risiko kann ausgeschlossen werden, indem Silo, Annahmestation und Fahrzeug geerdet sind. Da keine konstante Erdverbindung am Fahrzeug möglich ist, werden hierfür Erdungsüberwachungssysteme als vorbeugende Assistenzsysteme eingesetzt. Mit diesen Systemen kann, während ein Fahrzeug entladen oder befüllt wird, sichergestellt werden, dass die Verbindung zur Erde ausreichend leitfähig ist. Die Erdungsklammer der Überwachungseinheit wird am Fahrzeug angeschlossen und anschließend der Leitungswiderstand gemessen – liegt dieser unter 10 Ohm gibt das Erdungssystem eine Freigabe und startet den Erdungsprozess. Freigabesignale können mittels integrierter Relais weitergeleitet werden.

Die intelligente Manipulationssicherung des Farado II sorgt dafür, dass eine vorab eingestellte Objektgröße an der Erdungsklammer verbunden sein muss. Objektgrößen werden in diesem Fall anhand der elektrischen Kapazität, gemessen in Pikofarad, festgestellt. Dies verhindert, dass Erdungsklammern an bereits geerdeten Stahlträgern oder kleinen Objekten wie Schraubendrehern angeschlossen werden.

Risiken durch Temperatur und Gasüberwachung erkennen

Eine weitere Zündgefahr, welche frühzeitig erkannt werden sollte, ist ein Temperaturanstieg im geförderten oder bearbeiteten Material. Häufig führt Reibung zu einem schleichenden Temperaturanstieg, welcher das Material entzünden und Glimmnester hervorrufen kann. Je nach Materialverhalten können außerdem Maillard-Reaktionen auftreten, welche sich bis hin zur Selbstentzündung fortführen.

Derartige Temperaturanstiege ohne Flammen- oder Funkenerscheinungen können im Produkt nicht von allen Infrarotdetektoren und auch nicht von PT100-Temperatur-Sensoren zuverlässig und frühzeitig erkannt werden. Im Sinne vorbeugender Fahrassistenzsysteme ist es möglich, smarte Infrarot-Kameras mit einem längeren Wellenbereich einzusetzen: Der Hotspot X20 misst Oberflächentemperaturen und setzt hierbei auf eine intelligente Auswertung, welche das Sichtfeld in Detektionszonen unterteilt. Jede einzelne dieser Zonen kann mit einem eigenen Temperatur-Grenzwert versehen werden, um die Detektion so gut wie möglich auf den Prozess anzupassen. Der Hotspot X20 kann selbst geringe Temperaturanstiege von einem Grad erkennen und den Betreiber bereits frühzeitig in der Entstehungsphase eines Brands oder einem vorhandenen Glimmnest warnen. Auch in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 20 und unter hoher Staubbelastung überwacht der Hotspot X20 zuverlässig einen Temperaturbereich von  0 bis 200 °C – höhereTemperaturen sind ebenfalls möglich.

Bevor sich Rauch entwickelt oder es zu einem Brand kommt, gerät das Material in der Regel in einen „Röstprozess“, welcher diverse Brandgase freisetzt. Die Phase der Erwärmung bis hin zur Röstung kann sehr langwierig sein und unterbreitet damit den Rembe-Ingenieuren die Möglichkeit, Pyrolysegase frühzeitig zu detektieren.
Viele Stoffe stoßen Kohlenwasserstoff-Verbindungen aus, wenn sie sich thermisch zersetzen. Liegt eine unvollständige Verbrennung ohne Flamme und geringer Sauerstoffzufuhr vor, entsteht Kohlenmonoxid. Um diese Gase bereits in der Entstehungsphase zu detektieren, eignet sich beispielsweise der Pyrolysegas-Detektor GSME X20. Neben Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff-Verbindungen werden auch Stickoxide und Wasserstoff erkannt. Mit einem intelligenten Auswertealgorithmus lässt sich ein Prozessverhalten abbilden. Steigt eine Konzentration über das gewohnte Niveau, signalisiert der Pyrolysegas-Detektor dies unverzüglich. Ebenfalls in Zone 20 einsetzbar, überwacht der Detektor Konzentrationsbereiche von 0 bis 100 ppm und wird damit zu einem smarten, vorbeugenden Fahrassistenzsystem.

Wie geht es nach der Detektion weiter?

Jede Situation benötigt eine maßangefertigte Lösung vorbeugender Assistenzsysteme. Wenn Einsatzort und Montageposition in einem Explosionsschutzkonzept ideal ausgelegt sind, können die Melder Hotspot X20 und GSME X20 durch eine frühe Detektion Explosionen und Bränden vermeiden. Wurde eine riskante Situation erkannt und der Betrieb gestoppt, kommt jedoch eine weitere Herausforderung zum Vorschein. Wie kann nun wieder eine sichere Umgebung für einen sicheren Betrieb hergestellt werden?

Um Mitarbeitenden in Notsituationen schnelle Handlungsmöglichkeiten zu geben, bieten sich Prozessleitfäden an. Diese müssen sich jedoch transparent und gut erreichbar gestalten. Das Rembe iQ Safety Cockpit kann helfen, die Brand- und Explosionsschutz-Komponenten gut verständlich zu visualisieren und verschiedene Arten der detektierbaren Risiken mit Prozessabläufen und Leitfäden zu verbinden. Analog zur Schaltzentrale in modernen Kraftfahrzeugen mit den zuvor genannten Beispielen ermöglicht das Safety Cockpit als vorbeugendes Assistenzsystem, zu einem sicheren Zustand der Anlage hinzunavigieren.

Sind erst einmal alle Komponenten mit dem Netzwerk verbunden, können Signale aufgenommen und daraus resultierende Nachrichten automatisiert an diverse Empfänger wie SMS, E-Mail oder Pager verteilt werden. Um nicht nur die Geräte, sondern auch die gefährlichen Bereiche identifizieren zu können, kann das
Safety Cockpit zudem Anlagen- und Gebäudepläne darstellen.

Powtech 2023 Halle 1 – 429