ATEX: Gebläsetechnik und Explosionsschutz

AERZEN verbindet effektive Reaktionen mit vorbeugenden Maßnahmen

Als Spezialist in der Gebläse- und Verdichtertechnik für die Förderung von Luft- und Gasmedien gehört der AERZEN Ex-Schutz innerhalb der unterschiedlichen ATEX-Zonen zur täglichen Praxis.

Brennbarer Staub, räumliche Verteilung, Sauerstoffanteil, Zündquelle und der geschlossene Behälter sind die Bausteine einer Staubexplosion und bilden das sogenannte Explosions-Fünfeck.

Brennstoff

In ATEX-relevanten Einsatzgebieten wie der Chemieindustrie sind Technologien von AERZEN die richtige Wahl.

Staub-Luft-Gemische sind dann explosionsfähig, wenn der Staub aus brennbarem Material besteht. Hierzu zählen neben Holz, Mehl und Zellulose auch Kakao, Kaffee, Stärke sowie anorganische Stoffe wie die Elemente Magnesium, Aluminium und Eisen. Diese Grundstoffe sind auch typisch, wenn pneumatische Förderanlagen im Einsatz sind, bei denen Gebläse oder Verdichter von AERZEN die kontinuierliche Versorgung der Produktion aus dem Silo heraus sicherstellen.

Geschlossener Behälter

Die pneumatische Förderung nutzt ein Rohrsystem für den Materialfluss. Hier handelt es sich im Sinne des Explosions-Fünfecks um einen geschlossenen Behälter, ohne den eine Explosion nicht möglich ist – ohne den aber auch ein pneumatisch angetriebener Materialstrom nicht funktionieren würde.

Staubverteilung

Die von den Gebläsen bzw. Verdichtern erzeugte Prozessluft fördert unter anderem feine Stäube und Pulver durch das Rohrsystem zum Ziel, dann findet im Inneren der Leitung eine Durchmischung der Förderluft mit dem Produkt statt. Die feine Verteilung fördert das Risiko einer Staubexplosion, weil sich der brennbare Stoff durch seine große Oberfläche und die maximale Verfügbarkeit von Sauerstoff sehr gut entzünden kann.

Sauerstoff

Verbrennt ein Stoff, steckt dahinter eine Oxidation. Die erfolgt bei einem Feuer recht langsam, bei einer Explosion hingegen schockartig. Beide haben gemeinsam, dass Sauerstoff notwendig ist, um sowohl ein Feuer als auch eine Explosion zu erzeugen. Sprengstoffe tragen deshalb immer ihr eigenes Oxidationsmittel. Ob Holz oder Sprengstoff: Beide benötigen eine von außen zugeführte Aktivierungsenergie, um brennen oder explodieren zu können.

Zündquelle

In der pneumatischen Förderung reichen mechanische Reibung, elektrostatische Aufladungen oder auch heiße Funken als Aktivierungsenergie häufig aus, um ein Staub-Luft-Gemisch zur Explosion zu bringen.

Einfluss der Gebläsetechnik auf das Explosions-Fünfeck

Bei der Druckförderung von Staub oder auch brennbaren Gasen lässt sich mit der Konzeption der passenden Gebläse- oder Verdichtertechnik im Grunde genommen nur an der Zündquelle des Explosions-Fünfecks ansetzen. Hierbei muss ausgeschlossen werden, dass eine zündfähige Energiequelle in das Fördermedium eingebracht wird. Bei den Aggregaten mit ATEX-Zulassung (2014/34/EU) hat AERZEN auf überaus effektive und elegante Weise im Schalldämpfer auf der Druckseite eine Funkensperre integriert. Der Clou dieser Lösung besteht darin, dass die Funkensperre gleichzeitig als wirksamer Schalldämpfer funktioniert. Im Vergleich zu Schalldämpfern mit Dämmmaterial eliminiert bei den Reflexionsschalldämpfern ein geschlitztes Rohrsystem den Lärm durch ein zeitversetztes Überlagern von Schallkurven (Interferenzverfahren). Dieses patentierte Wirkprinzip arbeitet einerseits verschleißfrei mit Blick auf das sonst erodierende, sich lösende Filtergewebe und sorgt andererseits dafür, dass sich Funken durch die lange Wegstrecke im Schalldämpfer totlaufen und löschen.

Ursache für Funken

Die Funkensperre innerhalb der AERZEN Druckschalldämpfer ist eine wirksame Maßnahme, um den Eintrag von Aktivierungsenergie in den Materialförderstrom sicher zu unterbinden.

Potenzielle Risiken in Ex-Schutz-Bereichen lassen sich auch bei einem Gebläse nicht ausschließen. Kommt es zu einem Eintrag von Funken in die Druckleitung, resultieren diese in der Regel aus einem Defekt in der Verdichterstufe. Ein zu hohes Lagerspiel, beispielsweise aufgrund mangelnder Wartung, kann etwa der Grund dafür sein, dass die Drehkolben im Inneren nicht mehr mit dem definierten Luftspalt drehen, sondern zusammenschlagen und dabei Funken erzeugen. In Einsatzgebieten, die unter die ATEX-Regelungen fallen, stellt die Funkensperre innerhalb der Druckschalldämpfer dann eine wirksame Maßnahme dar, den Eintrag von Aktivierungsenergie in den Materialförderstrom sicher zu unterbinden. Der Schalldämpfer zählt damit zu den reaktiven ATEX-Maßnahmen, weil er zum Einsatz kommt, wenn ein Schaden bereits vorhanden ist.Während die geschilderten Maßnahmen vor allem darauf ausgerichtet sind, den Ex-Schutz gerade bei Druckleitungen zu gewährleisten, betrachtet AERZEN auch bei der Saugförderung die ATEX-Anforderungen als integralen Bestandteil einer Gebläselösung aus einer Hand. Bei der Saugförderung ist das Eindringen des Materials in das Gebläse sicher auszuschließen. Dafür finden vor allem Filtereinsätze Verwendung, die eine Barriere schaffen zwischen dem zu transportierenden Material und dem Aggregat, das in diesem Fall für den Unterdruck sorgt. Zudem hat AERZEN eigene Zonentrennfilter entwickelt, die als sogenannte Polizeifilter eine weitere Entkopplung zwischen vorgelagertem Prozess und Aggregat darstellen. „Kommt es zu einem Filterbruch, können wir entsprechend schnell reagieren und das Aggregat herunterfahren, bevor sich in der Verdichterstufe eine explosive Atmosphäre bilden kann“, erklärt Fabian Pasimeni, Produktmanager für Gebläse und Drehkolbenverdichter bei AERZEN. Sollte es nach einer Verkettung unglücklicher Umstände dennoch zur Explosion kommen, lassen sich die Auswirkungen auf die Umgebung durch den Einsatz spezieller Werkstoffe beim Bau der Verdichterstufe wirksam reduzieren. Fabian Pasimeni: „Sind die ATEX-Anforderungen und das Explosionsrisiko hoch, verwenden wir für das Gehäuse der Verdichterstufe keine normalen Grauguss mehr, sondern spezielles Gusseisen mit Kugelgraphit.“ Gerade in ATEX-relevanten Einsatzgebieten setzt AERZEN auch Frühwarnsysteme ein, um gravierende und sicherheitsrelevante Schäden von vornherein zu verhindern. Hierbei sind es die Wirkmechanismen des Condition Monitorings, mit denen sich drohende Schäden verlässlich detektieren lassen – vor allem durch eine Schwingungsüberwachung. „Wir bieten eine Ausbaustufe über drei Ebenen an“, so Fabian Pasimeni. Die einfachste Möglichkeit, die Schwingungen einer Verdichterstufe zu überwachen, sind spezielle Messpunkte, die in der Nähe der Lagerstellen eingebaut sind. Mit Sensoren als zweite Ausbaustufe geht AERZEN den Schritt in Richtung Dauerüberwachungen. Die an den Seiten der Verdichterstufe angebrachten Sensoren messen kontinuierlich und geben dabei entsprechende 4-20 mA Signale heraus, die sich vom Leitsystem überwachen und auswerten lassen. Steht das Gebläse von AERZEN selbst in einer ATEX-Zone, gibt es die Sensoren mit der entsprechenden Zulassung. „Unser Baukasten an Gebläselösungen ist mittlerweile so feingliedrig, dass wir unterschiedliche Anwendungen mit variierenden ATEX-Anforderungen standardisiert bedienen können“, macht Pasimeni deutlich. Auf Grundlage dieses umfassenden Know-hows hat AERZEN auch die dritte Stufe der Zustandsüberwachung entwickelt. Mit bis zu vier Sensoren pro Verdichterstufe „können wir quasi ganz genau ins Innere schauen und feststellen, in welchem Zustand sich das jeweilige Lager befindet“, erklärt der Produktmanager. Hierzu zählen die Zustandsüberwachung von Innenringen, Pitting (lokale Materialschäden) sowie das Anschlagen des Rotors gegen die innere Gehäusewandung als Folge von thermischen Verformungen. Stehen die Aggregate dabei selbst in einer ATEX-Zone, bedient AERZEN diese Anwendung mit Motoren unterschiedlicher Leistung sowie weiteren Komponenten mit ATEX-Zulassung.