Zusammenfassung
Unter dem Begriff Explosionstechnische Entkopplung versteht man ein Prinzip des konstruktiven (tertiären) Explosionsschutzes. Hierbei werden die Auswirkungen einer Explosion in Form von Explosionsdruck bzw. Flammen an der Ausbreitung gehindert und ein Durchschlag in andere Anlagenteile verhindert.
Gemäß § 6 Abs. 4 GefStoffV muss der Arbeitgeber das Ausmaß der zu erwartenden Auswirkungen von Explosionen ermitteln. Dies beinhaltet, die Möglichkeit einer Explosionsübertragung auf andere Anlagenteile zu prüfen. Die Anforderungen werden in der TRGS 724 (ersetzt TRBS 2152 Teil 4) konkretisiert. Für den Bereich Staubexplosionsschutz finden sich detaillierte Beispiele in der VDI 2263.
1 Aktive und passive Systeme
Bei der explosionstechnischen Entkopplung wird zwischen aktiven und passiven Systemen unterschieden: Passive Systeme verhindern durch die Art ihrer baulichen Konstruktion einen Flammen- oder Druckdurchschlag, während aktive Systeme Detektions- und Steuerungseinrichtungen beinhalten. Durch Detektoren, die auf Druck oder Flammen ansprechen, wird eine Explosion erkannt und Schutzmaßnahmen wie z. B. Schieber werden ausgelöst.
2 Explosionstechnische Entkopplung bei Gasen, Dämpfen und Nebeln
In Anlagenteilen, in denen explosionsfähige Atmosphäre in Form von Gasen, Dämpfen und Nebeln auftreten kann, sind zur Entkopplung Flammendurchschlagsicherungen und strömungsüberwachte rückzündsichere Einrichtungen geeignet.
2.1 Flammendurchschlagsicherungen
Flammendurchschlagsicherungen sind meist passive Einrichtungen, die den Durchschlag von Flammen unter verschiedensten Bedingungen verhindern, ein Durchströmen von Medien aber gleichzeitig gewährleisten.
Die DIN EN ISO 16852 unterscheidet bei den Flammendurchschlagsicherungen zwischen
- Deflagrationsendsicherungen,
- Deflagrationsrohrsicherungen,
- Deflagrationsvolumensicherungen,
- Detonationsrohrsicherungen,
- Detonationsendsicherungen.
Der Unterschied zwischen Deflagration und Detonation liegt in der Ausbreitungsgeschwindigkeit (Deflagration unter, Detonation über Schallgeschwindigkeit). Dementsprechend ist mit stark unterschiedlichen Druckbelastungen zu rechnen, die von den Durchschlagsicherungen auszuhalten sind und die ingenieursmäßig berechnet werden müssen.
Deflagrationssicherungen verhindern den Flammendurchschlag bei Deflagration, Detonationssicherungen dementsprechend bei Detonation.
Eine Endsicherung ist nur mit einem Rohranschluss versehen und verhindert den Durchschlag vom Rohr in einen anderen Anlagenabschnitt, während eine Rohrsicherung auf beiden Seiten über Rohranbindung verfügt und somit den Durchschlag innerhalb von Rohrleitungen verhindert.
Volumensicherungen verhindern den Durchschlag aus dem Inneren eines definierten, explosionsdruckfesten Behälters nach außen oder in eine angeschlossene Rohrleitung.
Die Funktionsweise von Flammendurchschlagsicherungen beruht auf verschiedenen Prinzipien:
- durchschlagsicherer Spalt (sog. statische Flammendurchschlagsicherung), wobei Explosionsgruppe und Normspaltweite der durchströmenden Stoffe berücksichtigt werden müssen;
- Tauchsicherung – Durchschlag wird durch eine Wasservorlage verhindert;
- Flüssigkeitsdetonationssicherung – das flüssige Medium selbst wird zur Verhinderung eines Durchschlags verwendet. Dies entweder mit Rückschlagventil (sog. Fußventil) oder ohne (sog. Flüssigkeitsverschluss).
Zusätzlich zu den o. g. Unterscheidungskriterien existieren sowohl Sicherungen, die gegen kurzzeitige Einwirkungen schützen, als auch sogenannte Dauerbrandsicherungen, die bei einem längeren Brand gegen einen Durchschlag aufgrund der Hitze schützen.
2.2 Strömungsüberwachte rückzündsichere Einrichtungen
Die strömungsüberwachte, rückzündsichere Einrichtung stellt eine Sonderform der Flammendurchschlagsicherung dar – die sog. dynamische Flammendurchschlagsicherung.
Hier wird durch ein Hochgeschwindigkeitsventil die Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Mediums stets oberhalb der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit gehalten, sodass ein Rückschlag ausgeschlossen ist.
Die Strömungsgeschwindigkeit ist durch elektronische Maßnahmen zu überwachen, die bei Unterschreiten der geforderten Geschwindigkeit den Stoffzustrom sofort unterbrechen.
3 Explosionstechnische Entkopplung bei Stäuben
Im Staubexplosionsschutz wird bei der Entkopplung nach TRGS 724 (ersetzt TRBS 2152 Teil 4) unterschieden zwischen
- vollständiger Entkopplung, die sowohl Druck- als auch Flammenausbreitung verhindert,
- Teilentkopplung, die nur gegen die Ausbreitung einer Explosionswirkung schützt und bei der zusätzliche Maßnahmen notwendig sind.
Die geeigneten Einrichtungen sind:
- Schnellschlussschieber,
- Schnellschluss- bzw. Explosionsschutzventile,
- Zellenradschleusen,
- Materialpuffer,
- Doppelschieber,
- Löschmittelsperren,
- Entlastungsschlote.
3.1 Schnellschlussschieber
Schnellschlussschieber sind aktive Einrichtungen, die zur vollständigen Entkopplung geeignet sind.
Hierbei wird durch Sensorik eine auftretende Explosion erkannt und der Schnellschluss des Schiebers wird durch Gasdruck (Druckluft, Stickstoff o. Ä.) eingeleitet.
Aufgrund der Ansprechzeit ist ein geeigneter Abstand zwischen Sensor und Schieber einzuhalten.
3.2 Schnellschlussventil
Ein Schnellschlussventil sorgt ähnlich dem Schnellschlussschieber durch schnelles V...