Flammenloses Entlastungssystem Zuverlässiger Schutz

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Bei der Planung eines flammenlosen Entlastungssystems müssen einige Variablen berücksichtigt werden. So können Flammenfilter die Entlastungseffizienz und den Sicherheitsabstand beeinflussen. Für eine sichere Planung müssen daher im Vorfeld die richtigen Fragen gestellt werden.

Trifft eine Zündquelle in einem geschlossenen Raum auf eine Staubwolke, z. B. in einem Staubabscheider oder Silo, kann es zu einer verheerenden Explosion kommen. Bei solchen Behältern wird häufig eine Druckentlastungsvorrichtung angebracht, die sich öffnet und den Druck sicher entlastet. Befindet sich diese Anwendungen jedoch in Innenräumen, ist diese freie Entlastung als Explosionsschutzmethode nicht möglich. Stattdessen kann eine flammenlose Entlastung erforderlich sein. Ein flammenloses Entlastungssystem besteht aus einer Berstscheibe, die in einem Gehäuse untergebracht und mit einem Flammenfilter versehen ist. Bei einer Explosion öffnet sich die Berstscheibe, und der Filter absorbiert die Hitze, so dass sich die Flamme nicht über die Vorrichtung hinaus ausbreiten kann.

Es entscheidet immer das Produkt!

Herr Lütkemeier, welchen Einfluss hat die flammenlose Druckentlastung auf die Effizienz und den Sicherheitsabstand?

Die Ausstattung des Filters/Silos mit einer flammenlosen Druckentlastung verringert die Effizienz des Systems stärker als eine reine Druckentlastung. Die Größe der Druckentlastung muss dann entsprechend angepasst werden. Außerdem muss ein angemessener Sicherheitsabstand zur Anlage eingehalten werden.

Gibt es einen Richtwert für die Auswirkung auf die Entlastungseffizienz durch den Einsatz der flammenlosen Druckentlastung?

Einen pauschalen Richtwert für die Effizienz/Wirkungsgrad gibt es nicht. Die Effizienz ist sehr abhängig vom Produkt. Bei 500 g/m³ Maisstärke ergibt sich ein guter Wirkungsgrad von ca. 70 Prozent. Bei 500 g/m³ Holzmehl mit größeren Staubpartikeln hat die flammenlose Druckentlastung nur einen Wirkungsgrad von ca. 40 Prozent. Somit muss immer von Produkt zu Produkt entschieden werden.

Welche Sicherheitsabstände müssen bei flammenlosen Druckentlastungen eingehalten werden?

Der Sicherheitsabstand hängt von der Leistung der flammenlosen Entlüftungsvorrichtung ab. Bei den Fike-Flamquench (flammenlose Druckentlastung) müssen max. 0,5 mal der größten Abmessungen des Flamquench eingehalten werden. Ohne Gehörschutz gilt ein Sicherheitsabstand von 10 mal der größten Abmessung.

Komplexes Problem der Strömungsmechanik

Für Benutzer flammenloser Explosionsentlastungssysteme ist es von zentraler Bedeutung zu verstehen, dass in diesen Vorrichtungen ein komplexes Problem der Strömungsmechanik vorliegt. Dazu gehören die Strömung von Flüssigkeit und Partikeln, die Übertragung von Wärme und der Austritt von Druck. Dies geschieht alles innerhalb von Millisekunden.

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Bei der Planung des Sicherheitssystems müssen daher all diese Variablen berücksichtigt werden, da sie sich entscheidend auf die Anzahl und Größe der erforderlichen flammen-losen Entlastungsvorrichtungen und auf den Sicherheitsabstand um sie herum auswirken.

Auswirkungen auf die Entlastungseffizienz

Ein wesentlicher Leistungsindikator für ein Explosionsentlastungssystem ist seine Entlastungseffizienz. Diese beschreibt, wie effektiv das System den Druck in einem Behälter entlastet. Je nach Art des in der flammenlosen Entlastungsvorrichtung verwendeten Filters wird ein Teil der unverbrannten Staubpartikel vom Filter zurückgehalten, um die Gefahr einer externen Wiederentzündung zu verringern. Wird der Flammenfilter jedoch durch unterschiedliche Mengen verbrannter und unverbrannter Partikel blockiert, verringert sich seine Entlastungseffizienz. So kann beispielsweise eine flammen-​lose Entlastungsvorrichtung einer bestimmten Größe bei 500 g/m³ Maisstärke sehr gut funktionieren und einen Wirkungsgrad von 70 Prozent aufweisen, bei 500 g/m³ Holzmehl jedoch sehr schnell belegt und einen Wirkungsgrad von nur 40 Prozent oder weniger aufweisen. Wird dieser kritische Faktor bei der Systemauslegung nicht beachtet und kommt es zu einer starken Verstopfung, besteht die Gefahr, dass die Vorrichtung ausfällt und es zum Bersten des Behälters kommt. Daher müssen verschiedene Variablen bei der Planung eines flammenlosen Entlastungssystems berücksichtigt werden. Dazu gehören:

• Größe und Morphologie der Partikel: Diese Faktoren beeinflussen die Menge der Ansammlungen, die auf der Filteroberfläche festgehalten werden; beispielsweise führen Faserstäube zu einer anderen Belegung der Filteroberfläche als Schmelzstäube wie Zucker.

• Staubkonzentration: Eine Konzentration von 250 g/m³ in einem Behälter mit einem bestimmten Volumen stellt für einen Filter eine andere Herausforderung dar als 2.000 g/m³. Im zweiten Fall kann der Filter schneller zugesetzt werden und aufgrund des erhöhten Drucks sogar ausfallen.

• Volumen und Geometrie des Behälters: Wenn es im Behälter auf der gegenüberliegenden Seite der flammenlosen Entlastung zu einer Deflagration kommt, wird mehr Staub aus dem gesamten Behälter in den Filter getrieben. Außerdem enthalten größere Volumina mehr Staubpartikel und können die Entlastungseffizienz verringern. Es sei denn, die Größe der flammenlosen Entlastungsvorrichtung wird entsprechend angepasst.

Die Leistung der flammenlosen Entlastung kann daher nicht anhand einer einzigen Effizienzkennzahl dargestellt werden, sondern muss vielmehr durch ein komplexes Modell beschrieben werden. Damit werden alle oben genannten Prozessfaktoren sowie die Eigenschaften des behandelten Staubs berücksichtigt.

Ohne genaue Entlastungskennzahlen besteht das Hauptrisiko darin, dass der resultierende Druck über den erwarteten maximalen reduzierten Explosionsdruck hinausgeht. Damit ist der Prozess möglicherweise nicht so zuverlässig geschützt, wie von den Betreibern angenommen.

Auswirkungen auf den Sicherheitsabstand

Bei einer Deflagration werden je nach Wirksamkeit der Partikelrückhaltung im Flammenfilter unterschiedliche Mengen an Partikeln und Gasen aus der Vorrichtung ausgestoßen. Daher sollte jede flammenlose Entlastungseinrichtung einen empfohlenen Sicherheits­abstand enthalten, um sicherzustellen, dass Mitarbeiter nicht von Fragmenten getroffen werden oder bei brennbaren Materialien in der Nähe keine sekundäre Explosion ausgelöst wird. Zur Bestimmung des erforderlichen Sicherheitsabstands sind vier Faktoren zu berücksichtigen:

• Unverbrannte Partikel: Wenn nicht genügend unverbrannte Staubpartikel im Flammenfilter zurückgehalten werden, muss außerhalb der Vorrichtung ein großer Gefahrenbereich der Zone 22 definiert werden, in dem (elektrische) Zündquellen während des normalen Betriebs nicht zulässig sind.Temperatur: Die freigesetzten Gase, einschließlich einiger Staubpartikel, können mitunter heiß sein. Aus diesem Grund gibt es eine bestimmte Sicherheitszone, in der sich kein Personal aufhalten darf.

• Lärmbelastung: Eine Explosion und die damit einhergehende Öffnung der Entlastungseinrichtung erzeugen teils intensiven Lärm, der zu Trommelfellschäden führen kann. Daher wird eine Zone für Gehörschutz empfohlen.

• Druckwelle: Die Druckwelle der sich ausdehnenden Gase aus der Entlastungsöffnung bedeutet ein Sturzrisiko für Personen in der Nähe.

Die richtigen Fragen stellen

Die Anwendung der flammenlosen Entastung zur Abschwächung einer Explosion erfordert mehr Informationen als eine herkömmliche Entlastung. Betreiber müssen daher die richtigen Fragen im Blick haben, um sicherzustellen, dass das System genau auf den speziellen Prozess abgestimmt ist und auch solche Faktoren berücksichtigt werden, die sich auf die benachbarten Zonen im Bereich der flammenlosen Entlastungsvorrichtung auswirken. (müh)

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