Maßnahmen des Explosionsschutzes

§ 10 VEXAT legt hinsichtlich der Zielbestimmung der VEXAT, die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer/innen zu gewährleisten, fest, dass die Maßnahmen zum Schutz gegen Explosionen in folgender Rangordnung zu treffen sind:

1. Primärer Explosionsschutz: Grundsätzlich soll die Bildung von explosionsfähigen Atmosphären verhindert werden.
2. Sekundärer Explosionsschutz: Falls Ersteres aufgrund der Art der Arbeitsvorgänge nicht möglich ist, sind wirksame Zündquellen in explosionsgefährdeten Bereichen zu vermeiden.
3. Konstruktiver Explosionsschutz: Falls die Maßnahmen des primären und sekundären Explosionsschutz aus technischen und/oder organisatorischen Gründen nicht die erforderliche Sicherheit bieten oder nicht wirksam werden, sind die schädlichen Auswirkungen einer möglichen Explosion zu begrenzen.

Aus dieser allgemeinen Beschreibung der Rangordnung leiten sich die nachfolgend näher behandelten relevanten Maßnahmen des Explosionsschutzes für brennbare Stäube ab.

Primärer Explosionsschutz

Aus sicherheitstechnischer Sicht kommt der Vermeidung des Entstehens explosionsfähiger Atmosphären oberste Priorität zu.

Bei Stäuben ist das Ziel, explosionsfähige Gemische allein durch Begrenzung der Staub-Konzentration mit Sicherheit zu vermeiden, im Allgemeinen nur schwer, in den meisten Fällan auch nicht zu erreichen. Insbesondere ist das Entstehen von gefährlichen (Betriebs-)Zuständen aus dem Wechselspiel zwischen abgelagertem Staub, aus diesem aufgewirbelten, in Schwebe befindlichen Staub und sich wieder absetzendem Staub faktisch nicht zu quantifizieren, da hierbei homogene Staub/Luft-Gemische äußerst selten und bestenfalls nur vorübergehend bzw kurzzeitig auftreten. In Teilen von Anlagen, Behältern oder Räumen kann somit auch dann Explosionsgefahr bestehen, wenn die auf das Gesamtvolumen bezogene Staubmenge rechnerisch außerhalb der Explosionsgrenze liegt.

Besondere Bedeutung im primären Explosionsschutz haben daher die Gestaltung der explosionsgefährdeten Betriebsbereiche, die Objektabsaugung und Reinigungsmaßnahmen.

Planung der Betriebsanlage

Bereits bei der Planung einer Anlage, in der brennbare Stäube in größeren Mengen zum Einsatz gelangen oder gebildet werden können, ist anzustreben, dass sich diese Stoffe stets in geschlossenen Apparaturen befinden. Toträume und Oberflächen in Arbeitsbereichen, in bzw auf denen sich Staub sammeln kann, sind strikt zu vermeiden. Das kann entweder dadurch erreicht werden, dass unnötige und auch waagrechte Flächen vermieden werden, oder indem nicht vermeidbare (Ablage-)Flächen verkleidet oder geneigt angeordnet werden. Die Oberflächen sollten glatt sein, damit der Staub nicht leicht anhaftet und in einfacher Weise die Reinigung vorgenommen werden kann.

Absaugen

Als Maßnahme des primären Explosionsschutzes, soweit brennbare Stäube nicht vermieden werden können, ist in erster Linie das Erfassen und gefahrlose Abführen der Stäube an ihrer Entstehungs- oder Austrittsstelle mittels Absauganlagen das Mittel der Wahl. Wichtig ist hierbei die Dichtheit der Absauganlage. Da Stäube – in Abhängigkeit vom Arbeitsverfahren bzw den Prozessabläufen – auch sehr feine Partikel beinhalten können, lässt sich der Austritt aus technisch bedingt undichten Anlagenteilen nicht immer vermeiden. Absaugungen sind jedenfalls in jenen Bereichen vorzusehen, wo Stäube vermehrt austreten können.

Dichtheit von Anlagen

Die Dichtheit von Förder- und Abscheideeinrichtungen von Staub wird vor allem von den verfahrenstechnischen Anforderungen an sie bestimmt. Hierbei spielen Förderrate, Fördergeschwindigkeit und der Druck eine große Rolle. Besteht die Möglichkeit, eine Anlage unter Umgebungsdruck zu betreiben, wird der Staubaustritt jedenfalls minimiert. Wesentlicher Aspekt ist weiters, mit wie vielen Maschinen oder Apparaturen die Anlage kombiniert ist und ob es in diesem Zusammenhang zu einer ungünstigen gegenseitigen Beeinflussung kommen kann. Schwachstellen in solchen zusammengesetzten Systemen sind oft prozessbedingte Öffnungen (wie zB Revisionsklappen, Probenahmeöffnungen, Befüll- und Entleeröffnungen etc). Die Anzahl solcher Öffnungen ist nach Möglichkeit auf das unbedingt erforderliche Ausmaß zu beschränken. Treten an einer,unvermeidlichen Leckstelle größer Mengen an Staub aus, so kann diese Stelle wiederum gezielt abgesaugt werden.

Trotz aller Sorgfalt wird es unvermeidlich sein, dass sich jedenfalls in der näheren Umgebung (bei sehr feinen Stäuben auch in größeren Entfernungen) staubführender Apparaturen und Behälter in den meisten Fällen mit der Zeit trotzdem Staubablagerungen ansammeln.

Reinigen, Reinigungspläne

Zu den wichtigsten Maßnahmen des primären Explosionsschutzes gehört auch das regelmäßige und systematische Beseitigen unvermeidbarer Staubablagerungen. In Arbeitsräumen sind regelmäßige Reinigungsmaßnahmen durchzuführen. Hierzu haben sich Reinigungspläne bewährt, in denen Art, Umfang und Häufigkeit von Reinigungsmaßnahmen mit den jeweils dafür Verantwortlichen verbindlich geregelt werden. Zu beachten sind insbesondere auch schlecht einsehbare (zB höher gelegene) oder schwer zugängliche Oberflächen, auf denen sich über längere Zeiträume erhebliche Staubmengen ablagern können. Darüber hinaus ist sicherzustellen, dass bei besonderen Anlassfällen, dh größerer Staubfreisetzung infolge von Betriebsstörungen (zB Beschädigungen von Gebinden oder Platzen von Förderleitungen, unvorhergesehenen Leckagen etc), zusätzliche Maßnahmen zum möglichst unverzüglichen Beseitigen der Staubablagerungen vorgesehen und auch getroffen werden.

Für das Durchführen der Reinigungsmaßnahmen kommen mehrere Möglichkeiten infrage. Wenn dies die Stoffeigenschaften des Staubes (Benetzbarkeit, keine Reaktionen mit Wasser etc) sowie die apparativen und räumlichen Gegebenheiten zulassen, ist ein Nassreinigen sicherheitstechnisch von Vorteil. Hierbei ist gegebenenfalls das Problem der ordnungsgemäßen Entsorgung zu beachten. Andernfalls ist Absaugverfahren der Vorzug zu geben (Einsatz geeigneter zentraler Anlagen oder fahrbarer Industriestaubsauger der Gerätekategorie 1D).

Sekundärer Explosionsschutz

Lässt sich das Vorhandensein von brennbaren Stäuben nicht vermeiden, muss das Auftreten dieser Stoffe im Normalbetrieb in Behältern, Apparaturen und Leitungen quantifiziert werden. Als Normalbetrieb ist jener Betriebszustand zu verstehen, der innerhalb der Auslegungsparameter herrscht und in dem Geräte, Schutzsysteme und Komponenten ihre vorgesehene Funktion erfüllen. Zum Normalbetrieb kann durchaus der Ausritt geringfügiger Mengen an Staub gehören.

Die Maßnahmen des sekundären Explosionsschutzes sind an eine Einteilung nach Ausmaß, Häufigkeit und Dauer des Auftretens von explosionsfähigen Atmosphären in so genannte Explosionsschutzzonen geknüpft. Die Beschreibung der Zonen ist in § 12 Abs 1 Z 2 VEXAT erfolgt.

Zoneneinteilung

Aus der Zoneneinteilung ergibt sich der Umfang und der Aufwand der zu ergreifenden Maßnahmen, die zur Gewährleistung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Arbeitnehmer/innen notwendig sind.

• Zone 20 ist ein Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphären in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. Der Begriff „häufig” ist in diesem Zusammenhang im Sinne von „zeitlich überwiegend” zu verwenden. Diese Bedingungen sind im Allgemeinen nur im Inneren von Behältern, Rohrleitungen, Apparaturen usw anzutreffen.
• Zone 21 ist ein Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich explosionsfähige Atmosphären in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub bilden können. Hierzu können unter anderem Bereiche in der unmittelbaren Umgebung von zB Staubentnahmestellen oder Füllstationen gehören. Für eine Einteilung in Zone 21 kommen auch Bereiche in Betracht, in denen abgelagerter Staub in so großen Mengen vorliegt, dass es bereits im Normalbetrieb gelegentlich durch Aufwirbelung zu gefährlichen explosionsfähigen Staub/Luft-Gemische kommen kann.
• Zone 22 ist ein Bereich, in dem bei Normalbetrieb explosionsfähige Atmosphären in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig auftreten. Hierzu können auch Bereiche in der Umgebung von Staub enthaltenden Apparaturen gehören, wenn Staub nur in nicht explosionsfähiger Konzentration austritt und sich längerfristig Staubablagerungen bilden, die kurzzeitig zu gefährlichen explosionsfähigen Staub/Luft-Gemischen aufgewirbelt werden können.

Wirksame Zündquellen

Grundsätzlich sind in Bereichen, die als Explosionsschutzzonen eingestuft wurden, wirksame Zündquellen zu vermeiden. Die Wirksamkeit einer Zündquelle richtet sich einerseits nach der Energie der Zündquelle und ist andererseits von den spezifischen Eigenschaften der explosionsfähigen Atmosphäre abhängig.

Im Folgenden werden Zündquellen genannt, welche für Staubexplosionen typisch sind, und deshalb beim Auftreten von brennbaren Stäuben besondere Relevanz haben. Zündquellen, welche auch bei explosiblen Flüssigkeitsdämpfen oder Gasen von Bedeutung sind, werden hier nicht berücksichtigt, diese Aufzählung ist daher nicht vollständig.

Folgeexplosion

Infolge einer Primärexplosion wird abgelagerter Staub oftmals aufgewirbelt, was kettenreaktionsartig gegebenenfalls zu einer Vielzahl von Folgeexplosionen mit teils verheerenden Wirkungen führen kann.

Glimmnester

In einer zB durch Funken oder Schweißperlen entzündeten Staubschicht können sich Glimmnester bilden, die nicht immer sofort bemerkt werden. So entstandene Glimmnester stellen aber eine langlebige Zündquelle dar und sind daher besonders gefährlich.

Wärmestau, Selbstentzündung

Ein besonders zu beachtender Aspekt ist die isolierende Wirkung von Staubschichten. Dadurch kann die Oberflächentemperatur von wärmefreisetzenden oder beheizten Apparaturen, Geräten od Arbeitsmitteln durch abgelagerten Staub deutlich erhöht werden und kann damit eine Zündquelle gebildet werden. Wenn in derartigen Fällen die Dicke der Staubschicht groß genug ist und weniger Wärme abgeführt werden kann als durch Wärmestau entsteht, besteht die Gefahr von Selbsterhitzungsvorgängen, die bis zur Selbstentzündung führen können.

Oberflächentemperatur

Als Mindeststandard der Sicherheit bei Stäuben gilt, dass Oberflächen lediglich nur so heiß werden dürfen, dass maximal 2/3 der Zündtemperatur des Staub/Luft-Gemisches bzw bei Staubablagerungen eine um 75 °C niedrigere Temperatur als die Glimmtemperatur erreicht werden dürfen.

Arbeitsmittel (Geräte, Schutzsysteme)

Werden in explosionsgefährdeten Bereichen Geräte und Schutzsysteme im Sinne der Explosionsschutzverordnung 2016 – ExSV 2016, BGBl II 52/2016, verwendet, müssen die in den jeweils ermittelten Explosionsschutzzonen eingesetzten Geräte der Gerätegruppe II nach Maßgabe der in Anhang I zur ExSV 2016 angeführten Kennzeichnung entsprechen (Anm: Geräte der Gerätegruppe I sind ausschließlich für den Untertagebergbau und deren zugeordnete obertägige Anlagen bestimmt, wenn ein Gefährdung durch Grubengas und/oder brennbare Stäube besteht). Geräte müssen die in Anhang I zur ExSV 2016 beschriebenen Allgemeinen Anforderungen erfüllen und sind im Zuge des Konformitätsbewertungsverfahrens den in Anhang II zur Verordnung festgelegten Prüfverfahren hinsichtlich der wesentlichen Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen zu unterziehen. Diese Prüfverfahren sind auch auf Schutzsysteme anzuwenden. Die Zuordnung von Geräten zur Eignung in den für Stäube (Kennbuchstabe „D“ für „dust“) festgelegten Zonen ist durch folgende Kennzeichnung gegeben:

Tabelle: Gerätekennzeichnung für den Einsatz in den unterschiedlichen Zonen.

Elektrische Anlagen

Elektrische Anlagen können ebenfalls zur wirksamen Zündquelle werden, die Anlagen und deren Installation müssen daher gem § 15 Abs 1 VEXAT in ihrer Ausführung den Anforderungen des Anhanges zur VEXAT entsprechen.

Konstruktiver Explosionsschutz

Sind primäre oder sekundäre Explosionsschutzmaßnahmen nicht durchführbar, nicht zielführend oder bieten diese keine ausreichende Sicherheit, müssen konstruktive Maßnahmen getroffen werden die geeignet sind, die Auswirkung einer Explosion auf ein unbedenkliches Maß zu beschränken.

Da bei einer Explosion enorme Überdrücke auftreten können und eine explosionsdruckfeste Bauweise von Geräten und Schutzsystemen schwierig ist, sind als konstruktive Maßnahme Explosionsdruckentlastungseinrichtungen vorzusehen, wenn das Auftreten von Explosionen nicht mit Sicherheit auszuschließen ist. Alternativ sind in ihrer Wirkung vergleichbare sicherheitstechnische Lösungen, zB das Quenchrohr oder Explosionsunterdrückungsanlagen, möglich. Das Verhindern der Flammen- und Explosionsübertragung durch explosionstechnische Entkoppelung bietet Schutz gegen Folgeexplosionen oder -brände.

Zu beachten ist, dass gem § 20 VEXAT Abs 1 für Silos oder Bunker mit Schüttgütern sowie für Rohrleitungen, in welchen sich explosionsfähige Atmosphären bilden können und wirksame Zündquellen nicht mit Sicherheit auszuschließen sind, jedenfalls Maßnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes oder zur Verhinderung der Flammen- und Explosionsübertragung bzw zur explosionstechnischen Entkopplung vorzusehen sind.

Explosionsdruckentlastung

Unter Explosionsdruckentlastung versteht man das sehr schnelle Öffnen des gefährdeten Raumes oder Behälters im Explosionsfall an bestimmten, dafür eingerichteten Stellen. Dazu sind Öffnungen in das Behältnis bzw den Raum eingebaut, die im Normalbetriebszustand mit Reissfolien, Berstscheiben oder Explosionsklappen verschlossen sind. Diese „Sollbruchstellen“ wirken als Druckentlastungseinrichtungen und soll bei ihrem Ansprechen der Explosionsdruck so weit reduziert werden, dass der Behälter (Silo, Bunker, oder zB Filtergehäuse) bzw Raum nicht über seine mechanische Festigkeit beansprucht wird.

Maximaler reduzierter Explosionsüberdruck

Der noch verbleibende Überdruck nach Explosionsdruckentlastung (als maximaler reduzierter Explosionsüberdruck bezeichnet) ist wesentlich kleiner als der maximale Explosionsdruck, der im Gegensatz dazu den bei einer Explosion im geschlossenen Zustand eines Behälters oder Raumes auftretenden Druck darstellt. Die Räume und Behälter können in diesem Fall so dimensioniert sein, dass sie jedenfalls diesem maximalen reduzierten Explosionsüberdruck standhalten.

Druckentlastungseinrichtungen dürfen niemals in Richtung Arbeitsplätze oder Verkehrswege angeordnet sein. Bei einer Explosion und beim Ansprechen der Berstscheiben dürfen Personen durch fortgeschleuderte oder herabfallende Teile und durch mögliche Druck- und Flammenauswirkungen nicht gefährdet werden. Bei der Verwendung von Explosionsklappen muss das Herabfallen der gesamten Entlastungseinrichtung oder das Fortschleudern von Klappen, zB durch eine ausreichende Rahmenbefestigung und geeignete Ausführung der Scharniere, verhindert werden.

Explosionstechnische Entkopplung

Staubexplosionen können sich über Rohrleitungen und Kanäle in andere Bereiche ausbreiten und dort Personen gefährden. Als Schutzmaßnahme muss das System explosionstechnisch entkoppelt werden um auf diese Weise eine Flammen- und Explosionsübertragung zu verhindern.

Absaugrohrleitungen können zB von einer Filteranlage durch Zellenradschleusen oder Schnellschlussschieber entkoppelt werden. In letzterem Fall müssen Absaugrohrleitungen vor der Filteranlage mit einer Umlenkung (bye-pass) oder einem Entlastungsschlot ausgestattet sein. Zellenradschleusen müssen eine ausreichende Zünddurchschlagsicherheit und Druckbelastbarkeit aufweisen.

Explosionsunterdrückung

Explosionsunterdrückung wird durch das schnelle Einblasen od Eindüsen von geeigneten Löschmitteln in das durch Explosion gefährdete Behältnis erreicht. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der maximale Explosionsdruck entwickeln kann und können Behältnisse auf den so reduzierten Explosionsdruck ausgelegt werden. Die Auswirkungen der Explosion bleiben auf das Innere des Behälters beschränkt. Zur Realisierung der Explosionsunterdrückung ist ein Detektorsystem (in der Regel Druckdetektoren) erforderlich, das die Austrittsöffnungen eines unter Druck stehenden Löschmittelbehälters ansteuert und frei gibt. Das Löschmittel muss möglichst rasch eingeblasen werden und sollte dabei möglichst gleichmäßig im zu schützenden Behältnis verteilt werden. Damit lässt sich der Explosionsdruck bis auf 0,2 bar reduzieren. Als Löschmittel kommen vielfach Pulverlöschmittel aber auch Wasser zum Einsatz, hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Löschmittel für die jeweilige Art des Staubes geeignet ist.