Einführung in brennbare Stäube

Von Koen Oostvogels, Application Development Engineer bei Donaldson

Der bei vielen Fertigungsprozessen entstehende Schwebestaub ist nicht nur ein Problem bezüglich der Raumpflege. Wenn sich diese Partikel erst einmal an schwer zugänglichen Stellen an einem Standort abgesetzt haben, kann ein nachfolgendes Aufwirbeln eine explosionsfähige Staubwolke erzeugen.

Die Erstellung eines Plans zur Risikominderung ist daher für die meisten Anlagen erforderlich − auch für solche, die traditionell nicht als „gefährlich“ eingestuft werden. Neben dem Studium der gesetzlichen Anforderungen in Ihrer Region ist die Verringerung der Wahrscheinlichkeit eines Zwischenfalls die bestmögliche Maßnahme. Beginnen Sie dabei mit der Frage: Ist mein Staub tatsächlich brennbar?

Dies herauszufinden ist nicht so einfach, wie es scheint. Nur wenige Menschen würden eine Zigarette rauchen, während sie ihr Auto auftanken, aber viele würden nicht weiter darüber nachdenken, sich eine Zigarette anzuzünden, während sie bei den Renovierungsarbeiten zu Hause eine Pause machen, obwohl jede Menge Sägespäne angefallen sind.

Jedes feine Material, das sich in Verbindung mit Luft entzünden kann, stellt ein potenzielles Risiko dar. Beispiele sind unter anderem die meisten festen organischen Materialien (Zucker, Mehl, Holz usw.) und Metalle. Tatsächlich kann sogar teiloxidierter Aluminiumstaub, der beim Plasmaschneiden entsteht, unter bestimmten Umständen als explosiv angesehen werden. Deshalb kann nur eine ordnungsgemäße Risikobewertung für Gewissheit sorgen.

Die Einsendung einer Staubprobe an ein qualifiziertes Labor ist ein guter Anfang. Wenn sich herausstellt, dass Ihr Staub brennbar ist, wird in weiteren Tests festgestellt, ob er explosiv ist, wie schnell es zu einer Explosion kommen kann und wie viel Kraft dabei freigesetzt werden kann. Diese Informationen helfen bei der Auswahl der Ausrüstung, die zur Eindämmung dieser Gefahr benötigt wird.

Das Explosionsfünfeck: Strategien für das Risikomanagement

Während die Regelung eines oder mehrerer der Elemente des bekannten Feuerdreiecks (Sauerstoff, Hitze und Brennstoff) das Brandrisiko verringern kann, müssen bei Strategien zum Management des Explosionsrisikos zwei weitere Elemente berücksichtigt werden. Staubverteilung und Staubeinschluss vervollständigen das Explosionsfünfeck − und erfordern möglicherweise eine separate Strategie, um verbleibenden Explosionsrisiken zu begegnen.

Das Brennstoffelement des Explosionsfünfecks ist die fein verteilte Staubwolke. Als Faustregel gilt, dass eine Wolke, die so dicht ist, dass sie Ihre Hand verdeckt, ein Risiko darstellt. Dies entspricht in der Praxis einer Staubschicht von nur 0,5 mm. Aber ähnlich wie bei Propangas, das nur in Konzentrationen in der Luft von 1,8 bis 8,4 % gefährlich ist, ist hier die Partikelgröße ein Schlüsselfaktor. In Dokumenten des deutschen Instituts für Arbeitsschutz¹ werden die Ergebnisse von Tests einer Reihe von Staubproben beschrieben, einschließlich der Partikelgröße und der für eine Verbrennung erforderlichen Konzentration.

Sägespäne beispielsweise stellen im Allgemeinen nur dann ein Risiko dar, wenn sie kleiner als 63 Mikrometer sind, denn je feiner der Staub, desto größer ist die Reaktionsfläche mit Sauerstoff, und in einer Konzentration von über 30g/m³ auftreten. Nehmen wir an, der oben erwähnte Raucher arbeitet in einem 150 m³ großen Raum und auf dem 50 m² langen Boden liegt eine 0,5 mm dicke Staubschicht. Dies bedeutet 0,025 m³ Staub, was bei einer typischen Dichte von 600 kg/m³ ganzen 15 kg entspricht, die, wenn sie in der Luft schweben würden, eine Staubkonzentration von 100 g/m³ ergeben würden, was eine offensichtliche Gefahr darstellt.

Die Kenntnis der Eigenschaften Ihres Staubs ist von größter Bedeutung. Drei Hauptparameter sollten geprüft werden: Der erste ist Pmax, d. h. der maximale Druck, der auf der Grundlage der Partikelgröße erreicht werden kann. Danach folgt die Geschwindigkeit des Druckanstiegs, wobei zu berücksichtigen ist, dass diese je nach Raum- oder Behältervolumen variiert. Multipliziert man diesen Druckanstieg mit dem Volumen, erhält man den Kst-Wert, der es uns ermöglicht, die Geschwindigkeit des Druckanstiegs zu standardisieren und vier Risikokategorien zu definieren: von St0 (explodiert nicht) bis St3 (sehr starke Explosion). Es ist jedoch zu beachten, dass eine schwächere St1-Explosion nicht weniger gefährlich ist als ein St3-Ereignis.

Der letzte wichtige Parameter ist die Kenntnis der erforderlichen Mindestzündenergie, die eine sicherere Handhabung ermöglicht. Weitere Parameter sind die Glimmtemperatur, die Leitfähigkeit des Staubes und die Möglichkeit der Selbstentzündung. All diese Faktoren sind sehr spezifisch für einen bestimmten Staub, der in einem bestimmten Verfahren erzeugt wird, sodass es immer empfehlenswert ist, professionellen Rat einzuholen.

Planung für Sicherheit

Sobald Sie die Brennbarkeit der Stäube bestimmt haben, können Sie einen Plan zur Minderung der Risiken in Ihrem Prozess entwickeln. Erstens: Obwohl eine gute Haushaltsführung nur eine Teillösung ist, sollten Sie Ihren Prozess überprüfen, um festzustellen, wo lästiger Staub entsteht, freigesetzt wird oder sich ansammelt, und ihn beseitigen. Dazu gehören häufig Ansaug- und Mischstellen, Sackabladestellen, Schweiß- oder Schneidestationen, Balken und Beleuchtungskörper. Analysieren Sie an jedem Standort die Produktionsprozesse, die Haushaltsführung, die Staubkontrollmaßnahmen und die vorhandenen potenziellen Zündquellen.

Wenn sich Staub an mehreren Stellen ansammelt, kann eine Flammenfront eine Druckwelle erzeugen, die zu einer Kettenreaktion führt, bei der noch mehr Staub aufgewirbelt wird, während er sich durch das Gebäude bewegt. Dies geschah bei der berüchtigten Explosion in der Imperial Sugar-Anlage², bei der 14 Menschen ums Leben kamen. Außerdem ist ein vermeintlich leeres Gefäß in der Regel gefährlicher als ein volles Gefäß. So kann z. B. das Öffnen einer Inspektionsluke an einem Silo dazu führen, dass verbleibende Ablagerungen an Vorsprüngen in die Luft gelangen und das Risiko erhöhen.

Selbst die Geräte, die zur Entschärfung des Problems eingesetzt werden, können zur Gefahrenzone werden: Staubabscheider sind für 30 % solcher Explosionen verantwortlich. Auch das Reinigen der Filtermedien oder das Entleeren von Staubbehältern kann lokal gefährliche Staubwolken erzeugen.

Viele Normen und Vorschriften können Entscheidungen über die Staubbekämpfung beeinflussen, darunter lokale, staatliche und europäische Bestimmungen. Es ist von entscheidender Bedeutung, die für Ihre Anlage geltenden Vorschriften zu kennen, und Prozessverantwortliche sollten sich stets über die gesetzlichen Anforderungen in ihrem Gebiet informieren.

Seit Juli 2003 gibt es zwei von der Europäischen Union erlassene Richtlinien zum Schutz von Arbeitnehmern und Geräten vor Gefahren durch explosionsfähige Atmosphären: 1999/92/EG und 2014/34/EU (ATEX-Richtlinien).

Die ATEX-Richtlinien machen deutlich, dass die Verantwortung für die Bewertung der Risiken und die Erstellung eines Explosionsschutzdokuments beim Arbeitgeber/Prozesseigentümer liegt. Die Prozessbetreiber sind für die Auswahl ihrer Strategie zum Umgang mit brennbaren Stoffen verantwortlich und müssen sicherstellen, dass alle geltenden Vorschriften und Normen eingehalten werden.

Donaldson verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Bereitstellung von qualitativ hochwertigen Staubabscheidern, die in vielen Anlagen zu einem integralen Bestandteil der Strategien zur Eindämmung von brennbarem Staub geworden sind. Donaldson kann bei der Überprüfung der Eindämmungsstrategien von Prozessbetreibern helfen und die optimale Entstaubungslösung für die gewählte Strategie anbieten.