Primäre Explosionsschutzmaßnahmen

Ersatz oder Verdünnung

Nach Möglichkeit sollten brennbare Stoffe durch nicht brennbare Stoffe oder durch Stoffe, die keine explosionsfähige Atmosphäre (exAt) bilden können, ersetzt werden. ZB kann der Ersatz von staubförmigem Material in sehr feiner Konsistenz durch weniger feine, körnige oder granulierte Materialformen, oder der Ersatz eines brennbaren Lösungsmittels durch eine wässrige Lösung zielführend sein. Sollte ein geeigneter Ersatz nicht möglich sein, lässt sich der Flammpunkt brennbarer Flüssigkeiten durch Zumischung von nicht oder schlechter brennbaren Flüssigkeiten oder weniger flüchtigen Stoffen erhöhen.

Konzentrationsbegrenzung

Ist der Umgang mit Stoffen, die eine explosionsfähige Atmosphäre (exAt) bilden vermögen, unvermeidlich, so kann die Bildung explosionsgefährdeter Bereiche sowohl innerhalb von Geräten als auch außerhalb in Räumen bzw an Arbeitsstellen durch Maßnahmen, die die Menge und/oder Konzentration regeln, verhindert oder eingeschränkt werden. Hierbei gelten folgende Grundsätze:

• Die Konzentration der brennbaren Stoffe muss ausreichend weit unterhalb der unteren oder oberhalb der oberen Explosionsgrenze (UEG, OEG) gehalten werden.
• Bei der Gefahrenbeurteilung des Normalbetriebes ist zu berücksichtigen, dass beim Anfahren oder Abfahren des Prozesses der Explosionsbereich durchschritten werden kann.
• Maßnahmen der Konzentrationsbegrenzung müssen überwacht werden (zB durch Gaswarngeräte oder Strömungswächter), jedenfalls dann, wenn die verfahrensbedingten Konzentrationen nicht genügend weit außerhalb des Explosionsbereiches liegen.
• Liegt die Konzentration des brennbaren Stoffes in einem Gerät über der oberen Explosionsgrenze, besteht im Inneren keine Explosionsgefahr (zu „fettes“ Gemisch, Mangel an Sauerstoff); kommt es jedoch zu einem Stoffaustritt, kann dies Explosionsgefahr außerhalb des Gerätes hervorrufen. Umgekehrt kann durch Eintreten von Luft in das Gerät auch innerhalb des Gerätes Explosionsgefahr entstehen. Daher sollte bei brennbaren Gasen und Flüssigkeiten angestrebt werden, die Konzentration des Gas- bzw Flüssigkeitsdampf-Luft-Gemisches möglichst unterhalb der unteren Explosionsgrenze zu halten.
• Bei brennbaren Flüssigkeiten in offenen Behältern soll die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche stets genügend weit (mindestens 5 K) unterhalb des Flammpunktes liegen um die Bildung von explosionsfähigen Dampf-Luft-Gemischen auszuschließen. Im Falle von Flüssigkeitsgemischen ist eine Temperaturdifferenz von mindestens 15 K unter dem Flammpunkt jener Gemischkomponente mit dem niedersten bekannten Flammpunkt einzuhalten.
• Bei Gemischen und Lösungen brennbarer Flüssigkeiten kann der Flammpunkt der brennbaren Flüssigkeit als Reinsubstanz nicht als Kennwert herangezogen werden, da er nicht aus dem Mischungsverhältnis der Komponenten abgeleitet werden kann. Der Flammpunkt ist auch dann nicht zur Beurteilung verwendbar, wenn Flüssigkeiten (zB Bitumen, schweres Heizöl) bei Temperaturen gelagert werden, bei denen Zersetzung oder langsame Oxidation stattfinden könnte.
• Bei Stäuben ist das Ziel, explosionsfähige Atmosphäre durch Begrenzung der Konzentration zu vermeiden, meist nur schwer zu erreichen, da Staub-Luft-Gemische gewöhnlich eine inhomogene Verteilung im Raum aufweisen. Es können in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen und der Raumgeometrie örtliche Staubkonzentrationen auftreten, die von den errechneten sehr verschieden sind.

Passivierung, Phlegmatisierung, Inertisierung

Staubförmige Stoffe, die im trockenen Zustand explosive Luft-Gemische bilden, lassen sich vielfach durch Beimischung von hygroskopischen Stoffen (zB Lösungen von Magnesiumchlorid) passivieren, indem diese genügend Luftfeuchtigkeit binden, um den brennbaren Stoff dauerhaft feucht zu halten und damit Aufwirbelungen verhindern. Zu berücksichtigen ist hierbei die Korrosivität derartiger Salzlösungen.

Phlegmatisierungsmittel gelangen vor allem bei Sprengstoffen und bei Stoffen zum Einsatz, die spontan reagieren können (zB Reaktionen durch Selbstzersetzung). Sie verhindern als sog „Radikalfänger“ das Auftreten von Radikalkettenmechanismen, die durchwegs zu heftigen Reaktionen führen.

Unter Inertisierung versteht man die Zuführung von nicht brennbaren, nicht reaktiven bzw reaktionsträgen Stoffen (Inertstoffen) in Form von Gasen (zB Stickstoff, Kohlendioxid, Edelgasen, Wasserdampf) oder von pulverförmigen anorganischen Stoffen (zB Calciumcarbonat), die mit dem Brennstoff nicht reagieren, um die Bildung explosionsfähiger Atmosphäre zu verhindern.

Die Inertisierung mit Inertgasen beruht auf der Verringerung der Sauerstoffkonzentration in der explosionsfähigen Atmosphäre, sodass diese nicht mehr zündfähig ist. Entscheidende Kenngröße zur Bestimmung der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration ist die Sauerstoffgrenzkonzentration (SGK, LOC). Sie ist eine von der Temperatur und vom Druck abhängige Kennzahl. Eine vollständige Verdrängung der Umgebungsluft durch Inertgas ist in der Regel nicht notwendig, wobei aber folgende Voraussetzungen zu erfüllen sind:

• Gasdichte Anlage
• Überwachung der Einhaltung der Inertisierungsbedingungen
• Vorsehen spezieller Maßnahmen für allfällige Störungen:
  • Bei der Inertisierung mit Wasserdampf ist zu berücksichtigen, dass dieser kondensieren und damit für die Inertisierung verloren gehen kann.
  • Bei Gemischen aus verschiedenen brennbaren Stoffen ist der Ermittlung der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration die Komponente mit der niedrigsten Sauerstoffgrenzkonzentration zugrunde zu legen.
  • Explosionsfähige Staub-/Luft-Gemische können auch durch Zugabe von nicht reagierendem Staub inertisiert werden; im Allgemeinen ist dies erreicht, wenn der Masseanteil an Inertstaub größer als 50 % ist, in einigen Fällen können jedoch auch mehr als 80 % erforderlich sein.
  • Inertisierung kann als Explosions- und Brandschutzmaßnahme nicht angewendet werden, wenn in der explosionsfähigen Atmosphäre andere Sauerstoff freisetzende Quellen als Luft vorhanden sind, zB das zu schützende Medium selbst Sauerstoffträger ist.

Die Sauerstoffgrenzkonzentrationen (SGK) von ausgewählten gas- bzw dampfförmigen Stoffen in Stickstoff (N₂) und Kohlendioxid (CO₂) sowie von staubförmigen Stoffen in N₂ sind in Kap 2.1.5 wiedergegeben.

Verringerung von Leckagen

Um die Bildung explosionsgefährdeter Bereiche außerhalb von Geräten, die brennbare Stoffe enthalten, durch ungewollt austretende brennbare Stoffe zu verringern, müssen Geräte so entworfen, konstruiert und in ihrer Bauart ausgeführt sein, dass sie leckagefrei sind und unter den Beanspruchungen der Betriebs- bzw Verwendungsbedingungen auch bleiben.

Erfahrungsgemäß treten jedoch vielfach an bestimmten Stellen, wie zB Probenahmestellen, Verschlüssen, Blindflanschen, Rohransätzen udgl, trotzdem Undichtigkeiten auf. Es ist daher erforderlich, Vorkehrungen zur Verringerung der Leckraten und zur Verhinderung des Ausbreitens austretender brennbarer Stoffe zu treffen. Eine Überwachung kann zweckmäßiger Weise mittels stoffspezifischer Detektoren (zB IR-Detektoren) vorgenommen werden.

Folgende Punkte sind dabei besonders zu beachten:

• Auswahl der Werkstoffe, einschließlich der für Umhüllungen, Dichtungen, Stopfbuchsen und Wärmedämmungen im Hinblick auf mögliche Korrosion, Verschleiß und gefährliche Wechselwirkungen mit den eingesetzten Stoffen
• Betriebssicherheit von Armaturen und Anschlussstücken
• Beschränkung der Anzahl und der Abmessungen demontierbarer Verbindungsstücke auf das erforderliche Mindestmaß
• Wahrung der Unversehrtheit von Rohrleitungen zB durch geeigneten Schutz gegen Schlagwirkung oder durch geeignete räumliche Anordnung
• Vermeidung flexibler Rohrverbindungen soweit dies möglich ist
• Gezielte Erfassung und Ableitung von Stoffaustritten anstellen mit geringfügigen Undichtigkeiten oder Objektabsaugung bei größeren Aggregaten
• Abdichtung demontierbarer Anschlüsse mit Abschlussstücken
• Minimierung der betriebsbedingten Anzahl an Öffnungen von Befüll- und Entnahmeeinrichtungen
• Reduzierung der Größe und Dimensionierung von Befüll- und Entleerungsöffnungen auf das erforderliche Ausmaß

Lüftungsmaßnahmen

Die Bildung explosionsgefährdeter Bereiche kann durch eine ständige, konstante und wirksame Lüftung von Betriebsräumen nur dann sicher vermieden werden, wenn eine Abschätzung der maximal austretenden Menge an brennbaren Gasen und Dämpfen möglich ist und ausreichende Kenntnis über die Ausbreitungsverhältnisse gegeben sind.

Bei Stäuben kann mit Lüftungsmaßnahmen im Allgemeinen keine ausreichende Schutzwirkung erzielt werden, sondern muss der Staub an der Entstehungsstelle abgesaugt und zusätzlich verhindert werden, dass sich gefährliche Staubablagerungen bilden können.

Mechanische Lüftung, Absaugung

Mit mechanischen Lüftungseinrichtungen können durchwegs höhere Luftwechselzahlen und ein konstanter Luftstrom erreicht werden als durch alleiniges Lüften. Auch ist eine gezielte Luftführung in umschlossenen Räumen oder an den Apparaturen möglich. Absaugeinrichtungen werden vor allem unmittelbar an Entstehungs- und Austrittsstellen vorgesehen, um eine direkte Erfassung bei möglichst geringem Absaugvolumen zu ermöglichen.

Mechanische Zwangsentlüftung und Absaugung können ggf in Kombination mit einem Gasdetektorsystem betrieben werden, das bei Erreichen von etwa 25 % bis höchstens 50 % der unteren Explosionsgrenze die Lüftungs- bzw Absauginrichtung aktiviert.

Dabei ist Folgendes zu beachten:

• Die Wirksamkeit der Lüftung ist zu überwachen. Dabei muss entweder das Auftreten explosionsgefährdeter Bereiche selbst (zB durch Gaswarngeräte) oder der Luftstrom (zB durch Strömungswächter) überwacht werden. Die Überwachung der Funktion von Teilen der Lüftungsanlage (zB der Ventilatordrehzahl) ist in der Regel nicht ausreichend.
• Die Abluft muss in Bereiche ohne Zündgefahren abgeführt werden, ist dies nicht möglich, müssen Maßnahmen gegen das Wirksamwerden von Zündquellen (entsprechend der im Abluftsystem ermittelten Zone) in diesen Bereichen getroffen oder ein Flammenrückschlag zB durch flammendurchschlagsichere Einrichtungen verhindert werden (Explosions-Entkopplung).
• Wird Abluft aus explosionsgefährdeten Bereichen abgeführt, sind an und in den Ventilatoren entsprechend der bei der Positionierung des Ventilators vorliegenden Zone Maßnahmen gegen Zündgefahren zu treffen; die verwendeten Geräte müssen für die Zone geeignet sein (entsprechend der Konformitätserklärung des Herstellers).
• Die Zuluft darf nicht aus explosionsgefährdeten Bereichen stammen.
• Vorhersehbare Betriebsstörungen (zB Leckagen) sind nach Art, Ausmaß und Stelle ihres Auftretens zu berücksichtigen.
• Die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die relative Gasdichte (Dichte im Verhältnis zur Dichte von Luft, die mit ρ_Luft = 1 festgesetzt ist) der brennbaren Gase und Dämpfe, stellen eine wesentliche Kenngröße dar. Je nachdem, ob sich Gase bzw Dämpfe bei der Umgebungstemperatur in Bodennähe oder im Deckenbereich ansammeln, ist die von der Lüftungsanlage erzeugte Strömung darauf abzustimmen.
• Strömungshindernisse, die Toträume schaffen, in denen die Luftbewegung nur schwach oder nicht ausgebildet ist, sind unbedingt zu vermeiden bzw zu beseitigen.

Konzentrationsüberwachung

Die Konzentrationsüberwachung mittels Gaswarneinrichtungen oder stoffspezifischen Detektoren steht in unmittelbarem Zusammenhang mit Lüftungsmaßnahmen aber auch anderen Maßnahmen, wie insbesondere Warn- und Alarmeinrichtungen zum Schutz der ArbeitnehmerInnen.

Für den effektiven Einsatz von Gaswarngeräten sind folgende Voraussetzungen maßgeblich:

• Genügende Kenntnis über die Art und Eigenschaften der brennbaren Stoffe, die Lage ihrer Austrittsquellen, die maximal zu erwartenden Konzentrationen und die Ausbreitungsbedingungen
• Die Festlegung der Position der Messstellen mit dem Ziel, Austritte brennbarer Stoffe schnell und sicher zu erfassen (Messstelle möglichst dicht an der Quelle)
• Eine den gegebenen Verhältnissen entsprechende Ansprechzeit
• Die ausreichende Empfindlichkeit gegenüber dem zu messenden Gas bzw Dampf
• Eine hinreichend geringe Querempfindlichkeit gegenüber anderen vorhandenen Stoffen
• Die Absicherung gegenüber Ausfall einzelner Funktionsorgane, zB durch Parallelschaltung oder ggf Redundanz
• Die Abschätzung jenes Bereiches, der bis zum Wirksamwerden der durch das Gerät auszulösenden Schutzmaßnahmen als explosionsgefährdet anzusehen ist. In diesem Bereich sind, entsprechend der sich ergebenden Zone, sekundäre Explosionsschutzmaßnahmen erforderlich.
• Die Anströmeinrichtungen der Gaswarngeräte (Gassonden, Messköpfe) sind möglichst nahe an der Austrittstelle brennbarer Stoffe anzubringen.
• Der Alarmpunkt des Gerätes muss auf eine Konzentration eingestellt sein, die mindestens so weit unterhalb der unteren Explosionsgrenze liegt, dass bei Auslösen einer Warnung bzw eines Alarms die Bildung explosionsgefährdeter Bereiche noch sicher verhindert ist und die sich in diesen Bereichen aufhaltenden Personen die in der Betriebsanweisung festgelegten Maßnahmen ergreifen können.

Vermeidung von Staubansammlungen bzw Ablagerungen

Ablagerungen und Ansammlungen von Stäuben brennbarer Stoffe können explosionsgefährdete Bereiche durch Aufwirbelung hervorrufen. Apparative Einrichtungen und Geräte müssen daher konstruktiv und baulich so gestaltet sein, dass das Zustandekommen solcher Anhäufungen weitestgehend vermieden ist.

Folgende Gesichtspunkte sind besonders zu beachten:

• Nach strömungsdynamischen Prinzipien ausgelegte Fördereinrichtungen und Abscheider für Staub unter besonderer Berücksichtigung der Rohrführung, der Strömungsgeschwindigkeit und der Oberflächenrauigkeit
• Beschränkung der Oberflächen von Konstruktionselementen wie T-Trägern, Kabelbahnen, Fensterbänken sowie von Toträumen in staubführenden Geräten, auf ein Mindestmaß (zB Verringerung der Ablagerungsflächen durch Verkleidung der Konstruktionselemente, oder geneigte Anordnung unvermeidbarer Flächen, auf denen Ablagerungen stattfinden können), glatte Oberflächen (zB Fliesen, Anstriche, Beschichtungen), die ein Anhaften von Staub zumindest teilweise verhindern und leicht zu reinigen sind
• Leichte Durchführbarkeit von Reinigungsmaßnahmen (zB glatte Oberflächen, leichte Zugänglichkeit für Reinigungszwecke, zentrale Staubabsaugsysteme, Netzanschlüsse für mobile Staubsauger) unter Bedachtnahme auf erhitzte Oberflächen, wie zB von Rohren, Heizkörpern, elektrischen Geräten, von denen Staubablagerungen zu entfernen sind
• Beachtung der Eignung der Bauweise gemäß Konformitätsnachweis von Trocknern, Granulatoren, Staubabscheide- und Austragungseinrichtungen sowie anderen apparativen Ausstattungen für die Zone, in der sie verwendet werden sollen. Ebenso sind Silos auf die Belastungen der Zone, die sich im Inneren ausbilden kann, auszulegen.