Konstruktiver Explosionsschutz

Hierzu zählt die explosionsfeste Bauweise - allein oder in Kombination mit einer Druckentlastung oder Explosionsunterdrückung. Man unterscheidet bei explosionsfesten Apparaturen zwischen explosionsdruckfest und explosionsdruckstoßfest. Bei der explosionsdruckfesten Bauweise ist nicht mit einer bleibenden Verformung der Apparatur zu rechnen; es muss der Ausgangsdruck (maximaler Explosionsüberdruck) und, falls Teilvolumina bestehen, ggf. das Auftreten von Druckspitzen berücksichtigt werden.

Explosionsdruckstoßfeste Behälter und Apparate sind so gebaut, dass sie beim Auftreten einer Explosion im Innern dem entstehenden Explosionsüberdruck widerstehen, ohne aufzureißen. Bleibende Verformungen sind hierbei zulässig; sie bedingen jedoch in vielen Fällen den Austausch der Apparatur. Lässt sich die Explosionsdruckstoßfestigkeit rechnerisch nicht nachweisen, muss entweder eine Wasserdruckprobe oder ein Explosionsversuch durchgeführt werden.

Unter Explosions-Druckentlastung fallen alle Schutzmaßnahmen, die eine Apparatur bei einer Explosion kurzfristig oder bleibend öffnen. Die Entlastungseinrichtung soll bewirken, dass die Apparatur nicht über ihre Druckstoßfestigkeit hinaus beansprucht wird. Als Entlastungseinrichtungen können z. B. Berstscheiben oder Explosionsklappen verwendet werden. Sicherheitsventile sind ungeeignet. Von Bedeutung für die Dimensionierung solcher Entlastungseinrichtungen sind die zeitlichen Beziehungen, die zwischen dem Ansprechen der Druckentlastung und dem Fortschreiten einer Explosion bestehen. Je geringer die maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit des explosionsfähigen Gemisches in einem Behälter ist, und je früher und wirksamer die Entlastung einsetzt, umso schneller können Verbrennungsprodukte und unverbranntes Gemisch entweichen, ohne zu einer unzulässigen Druckerhöhung in der Apparatur beizutragen. Die erforderlichen Druckentlastungsöffnungen können berechnet werden, wenn die explosionstechnischen Kenndaten des Gemisches für eine bestimmte Behältergröße bekannt sind.

Ausgehend vom K~St-Wert oder von der Staub-Explosionsklasse des betreffenden Staubes kann die Größe der erforderlichen Druckentlastungsflächen bei Staubexplosionen in der Norm VDI 3673 abgelesen werden.

Von den Festlegungen in der Norm kann abgewichen werden, wenn durch Explosionsversuche sichergestellt ist, dass kleinere Druckentlastungsflächen ausreichend sind. Die Druckentlastungseinrichtung sollte unmittelbar an der zu schützenden Apparatur angebracht sein. Nach Möglichkeit soll sie an einer ungefährlichen Stelle unmittelbar ins Freie führen. Ist dies aus betrieblichen Gegebenheiten nicht möglich, ist ein Ausblasrohr vorzusehen. Da bei jeder Explosion mit starker Flammenausbreitung zu rechnen ist, sollte eine Druckentlastung in den Arbeitsraum grundsätzlich vermieden werden. Die Explosionsdruckentlastung ist unzulässig, wenn die freigesetzten Stoffe Personen gefährden oder die Umwelt schädigen.

Anlagen zur Explosionsunterdrückung sind Einrichtungen, die eine Explosion im Anfangsstadium erkennen und durch schnelles Einblasen von Löschmitteln abbrechen. Hierdurch wird der Aufbau eines unzulässig hohen Druckes verhindert und die Auswirkungen einer Explosion werden auf das Innere des geschützten Behälters begrenzt. Der bei einer anlaufenden Explosion in einem Behälter entstehende Druck wird von einem Detektorsystem erkannt. Über eine Steuereinheit werden die Ausströmquerschnitte der Löschmittelbehälter freigegeben und Löschmittel in kurzer Zeit in den Behälter eingeblasen. Die anlaufende Explosion wird abgelöscht. Je nach Ausführung lässt sich der Explosionsüberdruck auf ca. 0,2 bar reduzieren. Als Löschmittel werden typischerweise pulverförmige Löschmittel (z. B. auf der Basis von Monoammoniumphosphat) oder Wasser verwendet. Die Wirksamkeit der Löschmittel muss für den entsprechenden Anwendungsfall nachgewiesen sein.

Um das Übergreifen einer Explosion aus einem Anlagenteil in einen benachbarten zu verhindern, muss eine explosionstechnische Entkopplung erfolgen. Hierzu werden bei einer Gefährdung durch brennbare Gase oder Dämpfe Flammendurchschlagssicherungen verwendet. Bei brennbaren Stäuben oder hybriden Gemischen werden Schnellschlussschieber, - klappen und -ventile sowie Zellradschleusen eingesetzt.

Die genannten Einrichtungen sind Schutzsysteme im Sinne der Richtlinie 94/9/EG (ATEX) und müssen der "11. Verordnung zum Geräte- und Produktsicherheitsgesetz - Explosionsschutz-Verordnung" (11. GPSGV) entsprechen, sofern sie nicht bereits vor dem 30. Juni 2003 verwendet wurden (dann: Mindestanforderungen im Anhang 4 Abschnitt A der Betriebssicherheitsverordnung).

Die so geschützten Anlagen sind überwachungsbedürftige Anlagen, für die die besonderen Vorschriften des dritten Abschnitts der Betriebssicherheitsverordnung gelten.