von Dr. Albrecht Vogl | aus Akzente 12
Becherelevatoren werden in großer Anzahl für die Senkrechtförderung brennbarer Schüttgüter eingesetzt, z. B. für die Befüllung von Silos. Die Schüttgüter können dabei in staubförmiger Form, als Granulate oder auch als Pellets vorliegen. Relativ geringe Feinstaubanteile können bereits dazu führen, dass im Innern der Elevatoren aufgrund der Verwirbelung durch das laufende Becherwerk explosionsfähige Staub/Luft-Gemische entstehen.
In Abhängigkeit der Betriebsbedingungen können wirksame Zündquellen nicht sicher ausgeschlossen werden, so dass zusätzliche konstruktive Schutzmaßnahmen ergriffen werden müssen. Diese Schutzmaßnahmen haben die Aufgabe, die Auswirkungen einer Explosion auf ein für die Beschäftigten ungefährliches Maß zu begrenzen sowie Umwelt- und Sachschäden so gering als möglich zu halten.
Explosionsversuche mit systematischer Parametervariation
Bisher gab es aber keine ausreichende Grundlage
für die Auslegung der beiden, alternativ anzuwendenden
konstruktiven Schutzmaßnahmen:
Deshalb führte die bgn im Rahmen eines Forschungsprojekts auf ihrem Versuchsgelände in Kappelrodeck Explosionsversuche im Großmaßstab durch. Das Projekt wurde zusätzlich von der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BG RCI) und der Privatwirtschaft finanziell gefördert.
Durch systematische Parametervariation ist es erstmals gelungen, praktikable Regeln für die Auslegung solcher Schutzkonzepte zu entwickeln. Insbesondere gibt es jetzt Antworten auf folgende Fragen:
Einige wesentliche Erkenntnisse sind nachfolgend zusammengefasst.
Explosionsfeste Bauweise mit Explosionsdruckentlastung Für unterschiedliche Druckentlastungskonfigurationen wurden die maximal zu erwartenden Explosionsüberdrücke in Abhängigkeit vom KSt-Wert (= charakteristische Explosionskenngröße des Schüttguts, siehe Kasten) ermittelt.
Besitzen die Feinstaubanteile des geförderten Schüttgutes einen KSt-Wert kleiner als 100 bar·m·s-1, so kann auf eine Explosionsdruckentlastung vollständig verzichtet werden, wenn der Elevator mit einer Festigkeit von zumindest 1 bar (Überdruck) gebaut wird. Eine explosionstechnische Entkopplung zur Vermeidung einer Flammenübertragung in angeschlossene Anlagenteile muss jedoch gewährleistet werden.
Explosionsfeste Bauweise mit Explosionsunterdrückung
Die Explosionsunterdrückung spielt dann eine
wichtige Rolle, wenn aufgrund der örtlichen Gegebenheiten
oder aufgrund der Aufstellung des Elevators
im Innern von Gebäuden keine Explosionsdruckentlastung
realisiert werden kann. Explosionsunterdrückungsanlagen
bestehen aus einem
Detektionssystem, einer Steuereinheit und Löschmittelbehältern
an verschiedenen Stellen des Elevators.
Das Detektionssystem muss in der Lage
sein, eine anlaufende Explosion in einem sehr
frühen Stadium zu erkennen und innerhalb weniger Millisekunden die Löschmittelbehälter zu aktivieren.
Diese schießen mit hohem Druck Löschmittelpulver,
z. B. Sodiumbicarbonat, in die zu schützende
Apparatur ein, wodurch die Explosion erstickt
wird.
Ziel der Untersuchungen war es insbesondere, die erforderliche Anzahl an Löschmittelbehältern, Löschmittelmengen und Einbauabstände in Abhängigkeit von Schüttguteigenschaften (KSt-Wert) sowie Art und Einstellungen des Detektionssystems zu ermitteln. Es galt außerdem zu ermitteln, welche Festigkeit das Elevatorgehäuse bei Anwendung dieser Schutzmaßnahme besitzen muss.
| KSt – WERT |
| Der KSt-Wert ist eine staubspezifische Explosionskenngröße, die im Labor, z. B. im Staublabor der bgn, ermittelt wird und ein Maß für die Explosionsheftigkeit darstellt. Der Großteil der Feinstaubanteile von in Elevatoren geförderten brennbaren Schüttgütern der Nahrungs- und Futtermittelindustrie besitzt KSt-Werte im Bereich von 80 bis 150 bar·m·s-1. |
Zu Beginn der Untersuchungen gab es sehr überraschende Ergebnisse. Es zeigte sich rasch, dass die Auslegung der Schutzsysteme, wie sie sich in zahlreichen Anwendungen der Industriepraxis bewährt hatte, im Elevator nicht zum Erfolg führt. Der Grund lag darin, dass zum Zeitpunkt der Aktivierung des Schutzsystems die Explosionsflammen bereits zu weit aus dem Elevatorkopf oder -fuß in die lang gestreckten Elevatorschächte gelaufen waren. Die in den Elevatorschächten installierten Löschmittelsperren reagierten zu spät und wurden von den Explosionsflammen überlaufen. Aus diesem Grunde traten zu hohe Explosionsdrücke auf, die inakzeptable Festigkeitsanforderungen zur Folge hätten.
Fazit Durch das Forschungsprojekt ist es gelungen, Dimensionierungsgrundlagen für die erforderliche Mindestfestigkeit der Becherelevatoren in Abhängigkeit von Schüttguteigenschaften (KSt-Wert) und Detektionssystem zu entwickeln.
Prinzipiell muss je ein Löschmittelbehälter im Elevatorkopf und -fuß installiert werden sowie je ein Löschmittelbehälter im Förder- und Rücklaufschacht in definiertem Abstand l oberhalb des Elevatorfußes und unterhalb des Elevatorkopfes.