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4. Oktober 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 3 (11/09) Gefährliche Explosionsfähige Atmosphäre-Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre

Diese Technische Regel konkretisiert die Anforderungen der Betriebssicherheitsverordnung zur Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in Folge des Wirksamwerdens von Zündquellen. Ferner findet sie Anwendung bei der Ermittlung der hierfür relevanten Inhalte des Explosionsschutzdokumentes nach § 6 BetrSichV.

Eine Zündquelle ist bedingt durch einen physikalischen, chemischen oder technischen Vorgang, Zustand oder Arbeitsablauf, der geeignet ist, die Entzündung einer explosionsfähigen Atmosphäre auszulösen.
Eine wirksame Zündquelle ist eine Zündquelle, die in der zu betrachtenden explosionsfähigen Atmosphäre eine Entzündung auslösen kann.

Zur Vermeidung der Entzündung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre sind mögliche Zündquellen zu identifizieren und Maßnahmen gegen das Wirksamwerden von Zündquellen zu treffen. Zu diesen Maßnahmen gehören:

• Bereitstellung von geeigneten Arbeitsmitteln einschließlich Anlagenteilen und Verbindungseinrichtungen
• Benutzung der Arbeitsmittel so, dass Zündquellen nicht wirksam werden
• Montage, Installation und Betrieb der überwachungsbedürftigen Anlagen so, dass Zündquellen nicht wirksam werden

Die Wirksamkeit von Zündquellen, d. h. die Fähigkeit explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden, hängt u. a. von der Energie der Zündquelle und von den Eigenschaften der explosionsfähigen Atmosphäre ab. Lässt sich die Wahrscheinlichkeit des Wirksamwerdens einer Zündquelle entsprechend der Zulässigkeit nach der Zoneneinteilung des Bereiches, in dem sie sich befindet, nicht abschätzen, ist die Zündquelle als dauernd wirksam zu betrachten. Für eine Reihe von Zündquellen sind Grenzwerte angegeben, bei deren Einhaltung eine Zündgefahr ausgeschlossen werden kann. Dies bedeutet aber nicht, dass bei Nichteinhaltung dieser Werte explosionsfähige Atmosphäre in jedem Fall entzündet wird. Vielmehr ist in diesen Fällen festzulegen, ob und in welchem Umfang andere Schutzmaßnahmen erforderlich sind.

Mögliche Zündquellen, die einzeln oder in Kombination auftreten können, sind

• heiße Oberflächen
• Flammen und heiße Gase
• mechanisch erzeugte Funken
• elektrische Anlagen
• elektrische Ausgleichsströme, kathodischer Korrosionsschutz
• statische Elektrizität
• Blitzschlag
• elektromagnetische Felder im Bereich der Frequenzen 9 x 10³ Hz bis 3 x 10¹¹ Hz
• elektromagnetische Strahlung im Bereich der Frequenzen 3 x 10¹¹ Hz bis 3 x 10¹⁵ Hz
• ionisierende Strahlung
• Ultraschall
• Adiabatische Kompression, Stoßwellen, strömende Gase
• chemische Reaktionen

Bei der Beurteilung möglicher Zündquellen im Hinblick auf die Gaswarntechnik sollen die Betrachtungen aus Gründen der Übersichtlichkeit auf „heiße Oberflächen“ und „elektrische Anlagen“ beschränkt werden. Die besondere Bedeutung von Ablagerungen brennbaren Staubes wird berücksichtigt. Der Zündschutzart „Eigensicherheit“ soll ein eigener Beitrag gewidmet werden.

Die zu treffenden Maßnahmen sollen Zündquellen unwirksam machen oder die Wahrscheinlichkeit ihres Wirksamwerdens verringer. Der Umfang der Schutzmaßnahmen richtet sich nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre. In explosionsgefährdeten Bereichen sind zu vermeiden:

• in Zone 2 und 22: Zündquellen, die ständig oder häufig auftreten können,
• in Zone 1 und 21: neben den für Zone 2 und 22 genannten Zündquellen auch Zündquellen, die gelegentlich auftreten können, z. B. bei vorhersehbaren Störungen eines Arbeitsmittels und
• in Zone 0 und 20: neben den für Zone 1 und 21 genannten Zündquellen auch Zündquellen, die selten auftreten können.

In explosionsgefährdeten Bereichen sind Geräte und Schutzsysteme entsprechend den Kategorien gemäß der Explosionsschutzverordnung (11. GPSGV) i. V. mit der Richtlinie 94/9/EG auszuwählen.

• Gerätekategorie 1, sehr hohes Sicherheitsmaß, Einsatz in Zone 0,1,2/20,21,22
• Gerätekategorie 2, hohes Sicherheitsmaß, Einsatz in Zone 1,2/21,22
• Gerätekategorie 3, normales Sicherheitsmaß, Einsatz in Zone 2/22

Der vom Gerätehersteller in der Betriebsanleitung der Geräte vorgesehene Einsatzbereich (z. b. bezüglich Umgebungstemperatur, Druck, Temperaturklasse, Explosionsgruppe usw. ) ist zu beachten.

Ist der Einsatz von Arbeitsmitteln, die als Zündquelle wirksam werden können, in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich (z. b. Kraftfahrzeuge, Schweißgeräte, Messgeräte), so ist dafür zu sorgen, dass während des Einsatzes explosionsfähige Atmosphäre in gefahrdrohender Menge nicht auftreten kann. Dies kann bei Gasen und Dämpfen messtechnisch z. B. durch Gaswarngeräte überwacht werden.

Können innerhalb eines explosionsgefährdeten Bereiches mehrere Arten von brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäube (z. B. auch hybride Gemische) zeitgleich auftreten, sind die Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Zündquellen auf die Zündempfindlichkeit der jeweiligen Zusammensetzung abzustimmen.

Zur Vermeidung einiger der im Folgenden beschriebenen Zündgefahren bei Gasen und Dämpfen ist auch der Einsatz von Gaswarngeräten oder geeigneten prozessleittechnischen Einrichtungen (PLT) möglich. Bei entsprechender Auswahl des Alarm- und Schaltpunktes können vor der automatischen Schaltung zunächst Maßnahmen entsprechend Betriebsanweisung ausreichend sein.

Für die Verwendung von Gaswarngeräten wird auf TRBS 2152 Teil 2 (2.5 Überwachung der Konzentration in der Umgebung von Anlagenteilen) hingewiesen. Die Prüf-, Betriebs- und Wartungsbedingungen müssen erfüllt werden.

Elektrische Produkte für den persönlichen Gebrauch, z. B. Armbanduhren, Hörgeräte, Langzeit-EKG-Aufnehmer, müssen ebenfalls hinsichtlich ihrer Zündgefahr betrachtet werden.

Ziel der nachfolgend beschriebenen Schutzmaßnahmen ist die Verhinderung der Entzündung explosionsfähiger Atmosphäre durch das Wirksamwerden einer heißen Oberfläche als Zündquelle.
Kommt explosionsfähige Atmosphäre mit heißen Oberflächen (heiße Rohrleitungen, Heizkessel usw.) in Berührung, kann es zu einer Entzündung kommen. Grundlage der Gefährdungsbeurteilung ist die genormte Zündtemperatur der die explosionsfähige Atmosphäre bildenden Stoffe.
Neben betriebsmäßig heißen Oberflächen wie Heizkörpern, Trockenschränken und anderen können auch mechanische Vorgänge durch Reibung oder Spanabhebung (z. B. Bohren) im Bereich der beanspruchten Oberfläche zu gefährlichen Temperaturen führen. Auch an Arbeitsmitteln, die mechanische Energie in Verlustwärme überführen, d. h. alle Arten von Reibungskupplungen und mechanisch wirkenden Bremsen, kann es deshalb zu betriebsbedingten heißen Oberflächen kommen. Weiterhin können deshalb drehende Teile in Lagern, Wellendurchführungen, Stopfbuchsen usw. bei ungenügender Schmierung zu Zündquellen werden. Elektromagnetische Strahlung kann durch Adsorption zu gefährlicher Temperaturerhöhung z. B. eines Werkstücks oder Reaktionsprodukts führen.

Allgemeine Schutzmaßnahmen für alle Zonen:
In Abhängigkeit von der vorliegenden Zone darf die maximale Oberflächentemperatur von Anlagenteilen, die in Kontakt mit explosionsfähiger Atmosphäre stehen, einen bestimmten festgelegten Sicherheitsabstand zu der der Temperaturklasse zugehörigen Grenztemperatur (oder zur Zündtemperatur) nicht unterschreiten.
Die genannten Temperaturgrenzen dürfen in besonderen Fällen (z. B. bei sehr kleinen heißen Oberflächen) überschritten werden, wenn gesicherte Erkenntnisse vorliegen, dass keine Entzündung zu erwarten ist.
Wenn sich bei der Gefährdungsbeurteilung ergibt, dass unterhalb der genormten Zündtemperatur eine Entzündung der Atmosphäre nicht auszuschließen ist, müssen die zulässigen Temperaturen der Oberflächen, die mit explosionsfähiger Atmosphäre in Berührung kommen können, im Einzelfall festgelegt werden.
Bei Geräten und ggf. bei Komponenten und Schutzsystemen nach der Explosionsschutzverordnung (11.GPSGV) i. V. mit der Richtlinie 94/9/EG wird die maximale Oberflächentemperatur vom Hersteller bei seiner Zündgefahrenbewertung ermittelt. Wenn Geräte, Komponenten oder Schutzsysteme der Kategorie 1G bis 3G nach Explosionsschutzverordnung (11.GPSGV) mit Temperaturklasse, niedrigster zulässiger Zündtemperatur einer explosionsfähigen Atmosphäre oder den explosionsfähigen Atmosphären, für die sie geeignet sind, gekennzeichnet sind, sind Sicherheitsabstände bereits berücksichtigt, so dass sie ohne weitere Sicherheitsabstände in den entsprechenden explosionsfähigen Atmosphären eingesetzt werden dürfen. Im Gegensatz dazu sind Geräte der Kategorien 1D bis 3D mit der maximalen Oberflächentemperatur ohne Einrechnung eines Sicherheitsabstandes gekennzeichnet.
Brennbare Gase und Dämpfe werden nach ihrer Zündtemperatur in Temperaturklassen eingeteilt. Für explosionsfähige Atmosphären aus Stoffen einer Temperaturklasse ist in der Regel der jeweils untere Wert der Zündtemperatur ihrer Temperaturklasse die Grundlage für die Festlegung der maximal zulässigen Oberflächentemperaturen.

Schutzmaßnahmen für Zone 0:
In Zone 0 dürfen sich Oberflächen – selbst bei selten auftretenden Betriebsstörungen – nicht gefährlich erwärmen. Dazu muss durch wirksame Überwachung und Begrenzung sichergestellt und durch Kontrolle der Wirksamkeit nachgewiesen sein, dass die Temperaturen der Oberflächen, die mit explosionsfähiger Atmosphäre in Berührung kommen können, 80 % der Zündtemperatur oder des zur Temperaturklasse gehörigen unteren Wertes der Zündtemperatur nicht überschreiten. Dabei sind auch Temperaturerhöhungen durch z. B. Wärmestau und chemische Reaktionen zu beachten.

Schutzmaßnahmen für Zone 1:
In Zone 1 sind Oberflächentemperaturen so zu begrenzen, dass sie nur selten 80 % der Zündtemperatur überschreiten können.

Schutzmaßnahmen für Zone 2:
In Zone 2 darf beim Normalbetrieb die Temperatur von Oberflächen die Zündtemperatur nicht überschreiten.

Schutzmaßnahmen für Zone 20:
In Zone 20 muss die Temperatur sämtlicher Oberflächen, die mit Staubwolken in Berührung kommen können, ausreichend niedrig sein. Dies ist erfüllt, wenn 2/3 der Mindestzündtemperatur der betreffenden Staubwolke nicht überschritten wird, auch nicht bei selten auftretenden Betriebsstörungen.
Darüber hinaus muss die Temperatur von Oberflächen, auf denen sich Staub ablagern kann, um einen Sicherheitsabstand niedriger sein als die Mindestzündtemperatur der dicksten Schicht, die sich aus dem betreffenden Staub bilden kann; dies muss auch bei selten auftretenden Betriebsstörungen gewährleistet sein. Falls die Schichtdicke unbekannt ist, muss die dickste vorhersehbare Schicht angenommen werden. Wenn in der Gefährdungsbeurteilung nichts anderes festgelegt wurde, ist ein Sicherheitsabstand von 75 K zwischen der Mindestzündtemperatur einer Staubschicht und der Oberflächentemperatur des Arbeitsmittels ausreichend.

Schutzmaßnahmen für Zone 21:
In Zone 21 muss die Temperatur sämtlicher Oberflächen, die mit Staubwolken in Berührung kommen können, ausreichend niedrig sein. Dies ist erfüllt, wenn 2/3 der Mindestzündtemperatur in °C der betreffenden Staubwolke nicht überschritten wird, auch nicht bei Betriebsstörungen.
Darüber hinaus muss die Temperatur von Oberflächen, auf denen sich Staub ablagern kann, um einen Sicherheitsabstand niedriger sein als die Mindestzündtemperatur der dicksten Schicht, die sich aus dem betreffenden Staub bilden kann; dies muss auch bei Betriebsstörungen gewährleistet sein.
Wenn in der Gefährdungsbeurteilung nichts anderes festgelegt wurde, ist ein Sicherheitsabstand von 75 K zwischen der Mindestzündtemperatur einer Staubschicht und der Oberflächentemperatur des Arbeitsmittels ausreichend

Schutzmaßnahmen für Zone 22:
In Zone 22 muss bei Normalbetrieb die Temperatur von Oberflächen, die mit Staubwolken in Berührung kommen können, ausreichend niedrig sein. Dies ist erfüllt, wenn 2/3 der Mindestzündtemperatur nicht überschritten wird.
Darüber hinaus muss die Temperatur von Oberflächen, auf denen sich Staub ablagern kann, um einen Sicherheitsabstand niedriger sein als die Mindestzündtemperatur der dicksten Schicht, die sich aus dem betreffenden Staub bilden kann. Wenn in der Gefährdungsbeurteilung nichts anderes festgelegt wurde, ist ein Sicherheitsabstand von 75 K zwischen der Mindestzündtemperatur einer Staubschicht und der Oberflächentemperatur des Arbeitsmittels ausreichend.

wird fortgesetzt

Gastautor: Dipl.-Ing. Dieter Seyfert

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