Experimentelle Versuche zur explosionstechnischen Entkopplung

Für die Durchführung des folgenden Forschungsvorhabens wird ein Forschungsnehmer gesucht: Die in der DGUV Information 209 045 beschriebenen Druckentlastungen / Berstscheiben im Rückluftkanal (1x 90° Umlenkung mit Ventilator im Rückluftkanal, 2 x 90° Umlenkungen bzw. 1 x 180 ° Umlenkung) sind aus der DIN EN 12779:2016 03 „Sicherheit von Holzbearbeitungsmaschinen, Ortsfeste Absauganlagen für Holzstaub und Späne“ entnommen. Ein zentraler Kritikpunkt ist die Empfehlung von Bauteilen, die der explosionstechnischen Entkopplung dienen sollen und somit Schutzsysteme im Sinne der ATEX 2014/34/EU darstellen, jedoch nicht nach den Vorgaben einer nach ATEX harmonisierten Norm konzipiert und geprüft wurden. Bislang fehlen systematische Untersuchungen zur Wirksamkeit der empfohlenen Bauteile als Schutzsysteme. Druckentlastungssysteme / Berstscheiben dienen primär zur Reduzierung des maximalen Explosionsdruckes an Behältern (z. B. Silos, Filter). Der Einsatz an Rohrleitungen bzw. Kanälen ist ebenfalls zulässig und vorgesehen, aber ausschließlich als Druckentlastungssystem. In der vorliegenden DGUV Information 209 045 ist der Einsatz der Druckentastungseinrichtungen jedoch als autonomes Schutzsystem im Sinne einer explosionstechnischen Entkopplung (für Flamme und Druck) vorgesehen. Untersuchungen zu Explosionsschloten (s. DIN EN 16020:2011 10) zeigen ein prinzipielles Entkopplungsvermögen einer solchen Einrichtung auf. Die Wirksamkeit hängt aber von einer Vielzahl von Faktoren ab. Weiterhin stellen die aktuell in vielen Fällen verwendeten Rückschlagklappen (Pendelklappen) im Rohluftbereich des Filters am Anschlussstutzen ebenfalls keine Schutzmaßnahme / Bauteil / Komponente nach ATEX dar. Wenn Rückschlagklappen als Entkopplungseinrichtung (Schutzsystem) gegen Explosionsübertragung verwendet werden sollen, müssen sie geprüfte ATEX-Schutzsysteme (wie jedes andere Schutzsystem, z. B. Druckentlastung, Explosionsunterdrückung, Schnellschlussschieber, …) sein. Die Prüfgrundlage hierzu ist in der zur ATEX 2014/34/EU harmonisierten Norm DIN EN 16447:2014 09 beschrieben. Alle Rückschlagklappen, die als Schutzsystem zertifiziert sind, wurden im geöffneten Zustand geprüft. Das heißt, der entstehende Explosionsdruck veranlasst das Schutzsystem, die Rohrleitung zu verschließen. Die in der DGUV Information bzw. DIN EN 12779 :2016 03 erwähnten Rückschlagklappen (Pendelklappen) sind keine Schutzsysteme im Sinne der DIN EN 16447:2014 09, da sie über keinen nachgewiesenen, sicheren Einbauabstand verfügen und deren Wirksamkeit hinsichtlich der explosionstechnischen Entkopplung nicht geprüft wurde. Diese sind allenfalls flammendurchschlagsicher, wenn sie im Explosionsfall bereits geschlossen sind. Ob eine explosionstechnische Entkopplung damit garantiert werden kann, muss nachgewiesen werden, da es zu: Verformungen und Spalten Aufschwingen oder Pendeln kommen kann und damit Explosionsübertragungen möglich sind. Zur Bewertung des Brand und Explosionsverhalten von Holzstäuben werden unter anderem folgenden Kenngrößen herangezogen: Untere Explosionsgrenze UEG, max. zeitlicher Druckanstieg KSt Wert, max. Explosionsdruck Pmax, Mindestzündenergie MZE, Mindestzündtemperatur MZT. Die genannten Kenngrößen haben in Bezug auf die notwendigen Schutzsysteme an Filteranlagen einen relevanten Einfluss. Für Holzstäube wird in einer Worst Case Betrachtung ein KSt Wert von max. 200 bar m/s angesetzt. In der Praxis sind jedoch niedrigere Werte anzutreffen. Um realistische Werte zu erhalten, werden am IFA aktuell Holzstaubproben, die in unterschiedlichen bei der BGHM versicherten Unternehmen genommen wurden, untersucht. Wei-terhin findet eine statistische Auswertung der GESTIS STAUB EX-Datenbank beim IFA statt. Folgende Fragestellungen bzw. Ziele sollen durch die Untersuchungen im Projekt geklärt werden: 1. Identifizierung und Festlegung von Randbedingungen (z.B. Pred und ggf. weitere), unter denen eine explosionstechnische Entkopplung der Absauganlage nicht erforderlich ist. Es ist zu ermitteln, ab welchen Randbedingungen (z.B. Predmax) eine Entkopplung notwendig ist. (Details siehe auch folgende Punkte 3 + 4) 2. Überprüfung der Wirksamkeit zur explosionstechnischen Entkopplung der in der DGUV Information 209 045 vorgeschlagenen Maßnahmen a. Identifizierung und Festlegung von Randbedingungen, unter denen eine explosionstechnische Entkopplung durch die unten genannten Maßnahmen gegeben ist. 3. Verhinderung einer Explosionsübertragung gegen die Förderrichtung „zurück“ in den Arbeitsbereich über die Rohluftzufuhr (Absaugleitung); Ist die Rückschlagklappe (Pendelklappe) nach DIN EN 12779 :2016 03 ausreichend? Rahmenbedingungen für den Weiterbetrieb von Bestandsfilteranlagen, welche ggf. mit geringem Aufwand nachgerüstet werden. Es muss ggf. zwischen Anlagen mit folgenden Abreinigungszyklen unterschieden werden: die kontinuierliche Abreinigung (Hinweis: Der Weiterbetrieb bei diesen Anlagen wird ohne zusätzliche Maßnahmen nicht gelingen. Es kommt bei dem Abreinigungsprozess zu solch hohen Staubkonzentrationen (incl. aller Ablagerungen), dass von einer Ausbreitung gegen die Förderrichtung auf jeden Fall auszugehen ist. Eine (offene) Rückschlagklappe (Pendelklappe) im Stutzen kann das nicht verhindern, Anlagen mit Abreinigung bei Stillstand (geschlossene Pendelklappe) Ein Nachweis zur möglichen Wirksamkeit der Entkopplung wird zumindest an typischen Rückschlagklappen (Pendelklappe) mit annähernd DN 600 durchgeführt. Bei Abweichungen vom DN muss eine Rücksprache mit dem Forschungsgeber erfolgen. Wenn die Untersuchungen zeigen, dass eine explosionstechnische Entkopplung gegeben ist, sind die Rahmenbedingungen zu spezifizieren, bei denen die verwendeten Rückschlagklappen (Pendelklappen) eine explosionstechnische Entkopplung gewährleisten. 4. Verhinderung einer Explosionsübertragung in Förderrichtung in den Reingasbereich, sind die Entkopplungsmaßnahmen nach DIN EN 12779:2016 03 bzw. DGUV Information 209 045 ausreichend? Wird eine Explosion im Abscheider bei Einbau einer 1x 90° Umlenkung mit Berstscheibe und einem Ventilator, der im Rückluftkanal nach der ersten 90° Umlenkung eingebaut ist, entkoppelt (Flamme und Druck)? Unter welchen Randbedingungen? Besteht Aussicht, dass eine Übertragung auf Bestandsanlagen der Holzindustrie durch weitere Untersuchungen erhärtet werden kann? Wird eine Explosion im Abscheider bei Einbau einer 2x 90° Umlenkung mit Berstscheiben im Rückluftkanal entkoppelt (Flamme und Druck)? Unter welchen Randbedingungen? Besteht Aussicht, dass eine Übertragung auf Bestandsanlagen der Holzindustrie durch weitere Untersuchungen erhärtet werden kann? Wird eine Explosion im Abscheider bei Einbau einer 1x 180° Umlenkung mit Berstscheiben im Rückluftkanal entkoppelt (Flamme und Druck)? Unter welchen Randbedingungen? Besteht Aussicht, dass eine Übertragung auf Bestandsanlagen der Holzindustrie durch weitere Untersuchungen erhärtet werden kann? 5. Die Ergebnisse der Versuche sollen vom Forschungsgeber in notwendige normative Anpassungen der DIN EN 12779 :2016 03 in Abhängigkeit der Versuchsergebnisse einfließen. 6. Erkenntnisgewinn über die Auswirkungen von unterschiedlichen Staubarten (mit verschiedenen KSt Werten) auf die Flammen und Explosionsdruckausbreitung über die in der Praxis typischen oben beschriebenen Fallkonstellationen. Das Forschungsvorhaben soll in 2 Arbeitspaketen (erläutert in Ziffer 2 des Dokuments 03 Leistungsverzeichnis) abgearbeitet werden. Der Projektbeginn ist für den 01.07.2024 vorgesehen. Anzustreben ist ein Durchführungszeitraum von ca. 3 Monaten ab Projektbeginn. Das geschätzte Auftragsvolumen beträgt ca. 180.000 € netto.