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19. September 2011 | ABGS GmbH | Kategorie Wissen

[Fachartikel] Die Technischen Regeln Betriebssicherheit (TRBS) konkretisieren die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) hinsichtlich der Ermittlung und Bewertung von Gefährdungen sowie der Ableitung von geeigneten Maßnahmen. Sie sind keine verbindlichen Rechtsnormen.

In den nachfolgenden Ausführungen soll keine Kurz- oder Zusammenfassung des Regelwerkes versucht werden. Vielmehr soll schwerpunktmäßig auf die Regeln hingewiesen werden, die im Zusammenhang mit dem Einsatz von Gaswarntechnik stehen.

TRBS 2152 Teil 2/TRGS 722 (06/06) Vermeidung oder Einschränkung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre

Diese Technische Regel konkretisiert die Anforderungen zur Vermeidung oder Einschränkung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre. Sie gilt sowohl für Arbeitsmittel als auch für überwachungsbedürftige Anlagen.

Zu den Explosionsschutzmaßnahmen, die gefährliche explosionsfähige Atmosphäre verhindern oder einschränken, gehören:

• Vermeiden oder Einschränken von Stoffen, die explosionsfähiger Atmosphäre zu bilden vermögen,
• Verhindern oder Einschränken explosionsfähiger Atmosphäre im Inneren von Anlagen und Anlagenteilen,
• Verhindern oder Einschränken gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in der Umgebung von Anlagen und Anlagenteilen,
• Überwachung der Konzentration in der Umgebung von Anlagen oder Anlagenteilen,
• Maßnahmen zum Beseitigen von Staubablagerungen in der Umgebung von staubführenden Anlagen und Anlagenteilen sowie Behältern.

Zur Vermeidung oder Einschränkung von Stoffen, die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen ist zu prüfen, ob brennbare Stoffe durch solche zu ersetzen sind, die keine explosionsfähigen Gemische zu bilden vermögen.

Lässt sich der Umgang mit Stoffen, die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen, nicht vermeiden, so kann die Bildung explosionsfähiger Atmosphäre in gefahrdrohender Menge innerhalb von Anlagen und Anlagenteilen durch Begrenzung der Menge oder der Konzentration oder durch Inertisierung verhindert oder eingeschränkt werden. Diese Maßnahmen sind in geeigneter Weise zu überwachen, sofern nicht die Einhaltung einer unbedenklichen Konzentration durch die Verfahrensbedingungen sichergestellt ist. Die Überwachung kann z. B. durch geeignete und hinreichend funktionssichere Vorrichtungen, wie Strömungswächter oder Gaswarngeräte mit der Auslösung von Alarmen, von automatischen Schutzmaßnahmen oder von automatischen Notfunktionen erfolgen. Druckabsenkung unter den atmosphärischen Druck kann die Explosionsheftigkeit oder -gefahr herabsetzen, da entweder der maximale Explosionsdruck abnimmt oder keine Explosion mehr stattfindet. Der zu erwartende Explosionsdruck beträgt üblicherweise das 8 – 10fache des Ausgangsdruckes. Durch Herabsetzung des Betriebsdruckes unter den Atmosphärendruck kann der zu erwartende Explosionsdruck minimiert werden. Der abgesenkte Druck ist messtechnisch zu überwachen.

Durch Maßnahmen der Konzentrationsbegrenzung soll die Konzentration der brennbaren Stoffe unterhalb der unteren oder oberhalb der oberen Explosionsgrenze gehalten werden. Beim Anfahren und Abstellen kann der Explosionsbereich durchfahren werden. Dieses ist in geeigneter Weise zu berücksichtigen. Bei brennbaren Flüssigkeiten wird die untere Explosionsgrenze sicher unterschritten, wenn die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche hinreichend weit unterhalb des Flammpunktes gehalten wird. Bei Stäuben ist die Vermeidung explosionsfähiger Gemische durch Begrenzung der Konzentration schwer zu erreichen, weil homogene Staub/Luft-Gemische äußerst selten auftreten. Bei inhomogener Staubverteilung kann in Teilen von Anlagen und Anlagenteilen sowie Behältern und Räumen auch dann Explosionsgefahr bestehen, wenn die auf das Gesamtvolumen bezogene Staubmenge außerhalb der Explosionsgrenze liegt.

Bei der Inertisierung kann durch Zugabe von gasförmigen Inertstoffen (z. B. Stickstoff, Kohlendioxid, Edelgase, Wasserdampf) oder von pulverförmigen Inertstoffen die Bildung explosionsfähiger Gemische verhindert werden. Es ist zu unterscheiden zwischen partieller und totaler Inertisierung. Bei der totalen Inertisierung ist das Verhältnis des Anteiles von Inertgas zu dem des brennbaren Stoffes so hoch, dass das Gemisch auch nach Zumischung beliebig großer Luftmengen nicht explosionsfähig ist. Bei der partiellen Inertisierung wird dem Gemisch soviel Inertstoff zugeführt, dass die Sauerstoffgrenzkonzentration (siehe TRBS 5152/TRGS 720) sicher unterschritten wird. Wesentliche Voraussetzung für die Wirksamkeit der Inertisierung ist ihre Sicherstellung (z.B. durch Überwachung der Sauerstoffgrenzkonzentration, der Inertgaskonzentration, des Gesamtdruckes oder der Mengenströme von Inertgas und brennbarem Stoff). Weiterhin ist eine Alarmschwelle unterhalb der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration festzulegen. Bei Erreichen der Alarmschwelle müssen von Hand und automatisch Schutzmaßnahmen ausgelöst oder durchgeführt werden. Der Einsatz von Gaswarntechnik ist sinnvoll.

Die Inertisierung explosionsfähiger Atmosphäre lässt sich in drei Gruppen einteilen:

• aus brennbaren Gasen und Dämpfen
• aus brennbaren Stäuben
• aus hybriden Gemischen.

In der Umgebung von Anlagen und Anlagenteilen ist die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre zu verhindern oder einzuschränken, soweit das nach dem Stand der Technik möglich ist. Die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen sind geeignet, die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre zu Verhindern bzw. einzuschränken.

Schon bei der Planung einer Anlage zur Handhabung brennbarer Stoffe in großen Mengen ist anzustreben, dass sich die Stoffe stets in geschlossenen Anlagenteilen befinden. Kontinuierliche Verfahrensweisen sind diskontinuierlichen, chargenweisen Arbeitsabläufen in der Regel vorzuziehen. Arbeitsvorgänge in benachbarten Anlagen sollten so ablaufen, dass keine gefährliche Beeinflussung eintritt. Dies lässt sich z.B. durch räumliche Trennung oder gegenseitige Abschirmung erreichen. Die weitgehende Unterteilung der brennbaren Stoffe in kleinere Mengen und die gleichzeitige Anwesenheit jeweils nur kleinerer Mengen an einem bestimmten Ort – selbst bei großem Mengenstrom – kann sicherheitstechnische Vorteile bringen. Freianlagen sind Anlagen in Gebäuden im Allgemeinen vorzuziehen, vor allem in Hinblick auf die natürliche Luftbewegung.

Die Bildung von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre außerhalb von Anlagenteilen kann durch die Dichtheit des Anlagenteils verhindert oder eingeschränkt werden. Hierbei wird unterschieden in:

• Auf Dauer technisch dichte Anlagenteile

Bei Anlageteilen, die auf Dauer technisch dicht sind, sind keine Freisetzungen zu erwarten.

• Technisch dichte Anlagenteile

Bei Anlageteilen, die technisch dicht sind, sind seltene Freisetzungen zu erwarten.

Außerhalb von Anlagenteilen, die weder auf Dauer technisch dicht noch technisch dicht sind, ist mit der Bildung von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre durch betriebsbedingten Austritt brennbarer Flüssigkeiten, Gase, Dämpfe oder Stäube zu rechnen. Durch technische Maßnahmen können die Austrittsmengen, die Zonenausdehnung oder die Austrittswahrscheinlichkeit explosionsfähiger Atmosphäre verringert werden.

Auf Dauer technisch dichte Anlagen sind vor der ersten Inbetriebnahme sowie nach längeren Betriebsunterbrechungen, Veränderungen und Reparatur- oder Umbauarbeiten größeren Ausmaßes als Ganzes oder in Abschnitten auf Dichtheit zu prüfen.
Technisch dichte Anlagen sind zusätzlich regelmäßig entsprechend einem Prüfplan auf ihre Dichtheit zu prüfen.

Durch Lüftungsmaßnahmen soll so weit wie möglich die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre verhindert oder eingeschränkt werden.
Die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre kann nur dort durch Lüftungsmaßnahmen sicher vermieden werden, wo eine Abschätzung der maximalen Menge (Quellstärke) evtl. austretender Gase und Dämpfe, die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen, möglich ist und die Lage der Quelle sowie die Ausbreitungsbedingungen ausreichend bekannt sind. Sind die lokalen Lüftungsverhältnisse in den betrachteten lüftungstechnischen Bereichen stark inhomogen, so muss bei der Beurteilung im Fall fehlender weiterer Zusatzinformationen von den Bedingungen der lokal niedrigsten Lüftung ausgegangen werden.

Natürliche Lüftung ist Luftaustausch ohne gezielte technische Mittel. Der Luftaustausch erfolgt auf Grund von Dichte- bzw. Druckdifferenzen der Luft räumlich benachbarter Bereiche, ausgelöst durch Temperaturdifferenzen innerhalb/außerhalb eines Raumes oder durch Wind.
Natürliche Lüftung kann als Explosionsschutzmaßnahme nur in Anspruch genommen werden, wenn die notwendigen treibenden Kräfte der natürlichen Lüftung einen ausreichenden Luftaustausch gewährleisten.

Technische Lüftung ist der Luftaustausch mit gezielten technischen Mitteln (z.B. Ventilatoren, Luftinjektoren). Sie führt zu einer Reduzierung brennbarer Stoffe innerhalb des betrachteten lüftungstechnischen Bereiches. Die Wirksamkeit der Lüftung ist in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit, mit der explosionsfähige Atmosphäre entstehen kann oder deren Auftreten eingeschränkt werden soll, zu überwachen. Sofern die Überwachung der Lüftung automatisch erfolgt, muss sie sich auf das Auftreten gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre selbst (z.B. durch Gaswarngeräte) oder zumindest auf den zu überwachenden Luftstrom (z.B. Strömungswächter) beziehen.

Von Objektabsaugung wird gesprochen, wenn eine Austrittsstelle brennbarer Gase, Dämpfe oder Stäube aus einem Anlagenteil bekannt (z.B. Entlüftungs- und Beschickungsöffnungen) ist. Dort können die austretenden Stoffe gezielt erfasst und abgeführt werden, z.B. durch Randabsaugung an offenen Behältern. Die Absaugung ist auf der Grundlage der spezifischen Parameter der zu erfassenden Stoffe, der anlagen- und prozesstechnischen sowie der betrieblichen Gegebenheiten auszulegen. Mögliche Störungen sind zu berücksichtigen.

Zur Erkennung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in der Umgebung von Anlagen oder Anlagenteilen können Gaswarngeräte verwendet werden. Sie dienen als Grundlage für die Einleitung von Schutzmaßnahmen. Sie werden verwendet zur manuellen oder automatischen Auslösung von Schutzmaßnahmen oder auch von Notfunktionen zur Stilllegung der Anlage.
Für den Einsatz von Gaswarngeräten gilt:

Gaswarngeräte für den Einsatz im Rahmen von Explosionsschutzmaßnahmen sind hinsichtlich der messtechnischen Funktionsfähigkeit und der funktionalen Sicherheit für den vorgesehenen Einsatzfall geeignet auszuwählen. Die Anforderungen an die messtechnische Funktionsfähigkeit von Gaswarngeräten sind im Anhang II der Richtlinie 94/9/EG beschrieben. Die in der von der Berufsgenossenschaft der Chemischen Industrie herausgegebene „Liste des Verzeichnisses der durch anerkannte nationale Prüfstellen auf Funktionsfähigkeit geprüften Gaswarngeräte“ aufgeführten Gaswarngeräte gelten als geeignet.

Die Gaswarngeräte sind nach Ihrer Errichtung und in angemessenen Zeitabständen auf ihre Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Darüber hinaus sind sie regelmäßig instand zu halten.

Gaswarnanlagen müssen so installiert und betrieben werden, dass jederzeit ein Eingreifen von Hand in den von der Gaswarnanlage gesteuerten automatischen Ablauf möglich ist. Dieser Eingriff darf nicht zum Verlust der Explosionssicherheit führen und darf nur von hierfür befugten Personen vorgenommen werden.

– Gaswarnanlagen mit Alarmierung
Die Sensoren oder Detektierungsstellen der Gaswarngeräte sind in der Nähe der Stellen anzubringen, an denen mit dem Auftreten explosionsfähiger Atmosphäre zu rechnen ist. Die Alarmschwelle des Gerätes muss auf eine Konzentration mindestens so weit unterhalb der unteren Explosionsgrenze eingestellt sein, dass nach Alarmierung die in der Betriebsanleitung festgelegten Maßnahmen wirksam werden können.
Es ist zu prüfen, ob allein organisatorische Maßnahmen zur Vermeidung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre ausreichend sind.

– Gaswarnanlagen mit automatischer Schaltfunktion
Gaswarnanlagen können neben der Alarmierung noch zusätzliche Funktionen übernehmen. Die Anlage bleibt dabei in Betrieb. Beispielsweise können beim Erreichen einer Schaltschwelle bei noch unbedenklicher Konzentration besondere Lüftungseinrichtungen in Betrieb gesetzt werden. Diese Maßnahmen haben damit in der Regel einen Einfluss auf die Ausdehnung der gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre oder auf die Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphäre.

– Gaswarnanlagen mit automatischer Auslösung von Notfunktionen
Erreicht die Konzentration eine festzulegende Schaltschwelle, werden durch die Gaswarnanlage automatische Schaltvorgänge ausgelöst, die ein gefahrloses Abfahren der gefährdeten Anlagen oder Anlagenteile bewirken. Diese Maßnahmen haben damit in der Regel einen Einfluss auf die Ausdehnung der gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre oder auf die Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphäre.

Staubablagerungen in der Umgebung staubführender Anlagenteile und Behälter sind nach Möglichkeit zu vermeiden. Unvermeidbare Staubablagerungen sind regelmäßig zu beseitigen.

Sofern es nicht gelingt, gefährliche explosionsfähige Atmosphäre völlig zu vermeiden, ist eine Einteilung explosionsgefährdeter Bereiche in Zonen erforderlich. Aus der Zoneneinteilung ergibt sich der Umfang der zu ergreifenden Maßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten, die durch gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gefährdet werden können. Bezüglich der Zonendefinition wird auf TRBS 2152/TRGS 720 verwiesen.
Bestehen bei der Einteilung in Zonen Zweifel, muss sich in dem gesamten explosionsgefährdeten Bereich der Umfang der Schutzmaßnahmen nach der jeweils höchstmöglichen Wahrscheinlichkeit des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre richten. Aus diesem Grunde ist in den Fällen, in denen Stäube mit Gasen, Dämpfen oder Nebeln gemeinsam gefährliche explosionsfähige Atmosphäre bilden können (hybride Gemische), die Einteilung des explosionsgefährdeten Bereiches sowohl nach den Zonen 0, 1 und 2 als auch nach den Zonen 20, 21 und 22 in Erwägung zu ziehen.

Anhang:
Auslegung einer Inertisierung (Beispiele)
Erkenntnisquellen für die Zoneneinstufung (Beispielsammlung zu den Explosionsschutzregeln der BG RCI (BG Chemie), Anlage 4 zur BGR 104)

wird fortgesetzt

Gastautor: Dipl.-Ing. Dieter Seyfert

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