Konstruktiver Explosionsschutz Detektion und Explosionsentkopplung.

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1 Konstruktiver Explosionsschutz Detektion und Explosionsentkopplung

2 Gegründet 1945 vom Sohn deutscher Einwanderer in Blue Springs, MO, USA Weltweit 700 Mitarbeiter Niederlassungen und Produktionsstandorte weltweit Einziger Single Source Supplier auf dem Markt Forschung Entwicklung Herstellung Vertrieb

3 Eigenes Testgelände für Explosionsversuche und ASME zertifiziertes Flowlab (strömungstechnischer Prüfstand)

4 Prozessdruckentlastung mit Berstscheiben

5 Passiver Explosionsschutz mit Explosionsberstscheiben und Flammenloser Druckentlastung

6 Aktiver Explosionsschutz durch Explosionsunterdrückung/Entkopplung

7 Brandschutz – Fire Protection & Alarm

8 Warum Explosionsentkopplung? Welche Herausforderung stellt sich Detektion, Detektionsarten Entkopplungsmethoden Funktionale Sicherheit Themenübersicht

9 Warum Explosionsentkopplung? Um zu verhindern, dass sich eine Explosion durch Kanäle oder Rohrleitungen zu verbundenen Anlagen- oder Arbeitsbereichen fortpflanzt Um zu verhindern, dass einen Zündung in anderen Anlagenbereichen erfolgt Um eine Detonation zu verhindern  Der Anlagenbetreiber ist vom Gesetzgeber dazu verpflichtet, 99/92/EG, Artikel 3  Durch die Koordinationspflicht ist der Gerätehersteller involviert

10 Allgemeine Definition Deflagration: Verbrennungsreaktion, wobei die Flammenfront hinter der Druckwelle herläuft. Detonation: Verbrennungsreaktion, wobei Druckwelle und Flammenfront gemeinsam laufen und sich durch adiabatische Verdichtung mit einer Geschwindigkeit schneller als der Schall fortpflanzen.

11 Video Explosionsdruckentlastung-Screenshot Vorderansicht

12 Video Explosionsdruckentlastung-Screenshot Seitenansicht

13 Fortpflanzung der Explosion in einem Elevator

14 Beispiel Explosionsausbreitung Forschungsprojekt der FSA in Kappelrodek: Druckentlastung bei Elevatoren 2007 Erkenntnisse sind in die VDI 2263, Blatt 8 und Blatt 8.1 eingeflossen Aspirationsleitung Zum Zyklon Produktauswurf am Kopf in ein Fallrohr, das am Boden mündet

15 Explosionsfortpflanzung in einem Elevator Und in angeschlossenen Anlagenteilen Zündung im Kopf Fortpflanz- ung zur Mitte der Schächte und zum Ende der Auswurf- leitung Fortpflanz- ung zum Ende der Aspira- tionslei- tung Fortpflanz- ung zum Fluss Fortpflanz- ung aufwärts via Aufwärts- trum und wieder zum Ende der Auswurf- leitung

16 Explosionsversuch Zur Flammenausbreitung

17 Welche Herausforderung stellt sich? Rechtzeitiges Wirken der Enkopplungseinrichtung Unter verschiedenen worst case Szenarien Gründe: Niedrige oder variierende dp/dt, unterschiedliche Zündorte Funktionale Sicherheit des Schutzsystems, resp. dessen einzelner Komponenten

18 Welche Herausforderung stellt sich? Flammen- und Druckausbreitung als Funktion von s

19 Explosionsentkopplung- Herausforderung

20 Explosionsentkopplung- Einbauabstände

21 Entkopplung – optische Detektion

22 Entkopplung – optische Detektion

23 Detektion Berstindikator: Aktivieren des Schutzsystems beim Öffnen einer Explosionsberstscheibe Kann nur bei wenigen Anwendungen als alleiniger Signalgeber zur Aktivierung des Schutzsystems verwendet werden Erforderlich ist ein Signalgeber der funktionale Sicherheit bietet und Bestandteil des Systemzertifikats Meist Kombination mit optischem Detektor erforderlich

24 Auswahl Detektion Druckdetektion: Aktivieren des Schutzsystems bei Erreichen eines statischen und/oder dynamischen Schwellenwertes Optische Detektion: Aktivieren des Schutzsystems beim Auftreten von Flammen Berstindikator: Aktivieren des Schutzsystems beim Öffnen einer Explosionsberstscheibe

25 Detektion EPACO-System Modular aufgebautes Steuerungssystem Keramischer Druckdetektor Optischer Detektor zur Flammendetektion

26 Detektion Druckdetektion: Aktivieren des Schutzsystems bei Erreichen eines statischen und/oder dynamischen Schwellenwertes Nur dynamisch: hohe dp/dt, niedrige Behälterfestigkeit, Vakuumprozesse Nur statisch: mittlere bis hohe Festigkeiten Kombination statisch / dynamisch: Prozesse mit hohen Prozessdruckschwankungen und niedrigen Festigkeiten Problematisch bei niedrigen dp/dt, großen Volumina

27 Detektion Optische Detektion: Aktivieren des Schutzsystems beim Auftreten von Flammen Messprinzip: Erfasst Intensivitätsänderung von IR- Strahlen Mit optischer Detektion kann man erfassen:  Flammen, zu 100%  Funken, mit hoher Warscheinlichkeit  Glimmnester, mit der z.Zt. am Markt verfügbaren Technik nur bedingt möglich Weitere Limitierung: Verfälschung des Signals durch Partikel (Zusammenhang Partikeldichte und Entfernung)

28 Detektion Explosionsberstscheibe mit integriertem Berstindikator

29 Detektion Berstindikator: Aktivieren des Schutzsystems beim Öffnen einer Explosionsberstscheibe Kann nur bei wenigen Anwendungen als alleiniger Signalgeber zur Aktivierung des Schutzsystem verwendet werden Erforderlich ist ein Signalgeber der funktionale Sicherheit bietet und Bestandteil des Systemzertifikats Meist Kombination mit optischem Detektor

30 Auswahl Detektionsart Standard-Detektion: Druckdetektion Ggf. Zusätzlich optische Detektion wenn X min > X max (bei Druckdetektion) Niedrige dp/dt max Wenn X min nach Druckdetektion nicht möglich ist (Einbausituation) Ggf. Berstindikator, meist in Kombinationmit opt. Detektion

31 Entkopplungsmethoden Mechanisch:  Explosionsschnellschlussschieber (aktiv)  Quetschventil (aktiv)  Zellenradschleuse (passiv)  Ventex Ventil (passiv)  Flammensperre (passiv)  Rückschlagklappe? (passiv)  Entlastungsschlot? (passiv) Chemisch  Löschmittelsperre (aktiv)

32 Entkopplungsmethoden EignungEIVSRDVentexQuetsch- ventil Entkop- plungs- schlot Geschützter Behälter (P red,max <2bar) XXXXX Ungeschützter Behälter (P max <12bar) XX Flammenent- kopplung XXXX Druckent- kopplung XXXX Staubfreie Leitungen XXXXX Staubführende Leitungen XXXx

33 Passive mechanische Explosionsentkopplung Ventex-Ventil

34 Passive mechanische Explosionsentkopplung Einsatz in staubfreien oder staubarmen Leitungen Kurze Einbaudistanzen möglich Auch bei Metallstäuben einsetzbar Typischer Einsatz: Zuluft von Trocknern aller Art, Abluft bei Entstaubern Nicht geeignet bei Produktführenden Leitungen und hohen Strömungs- geschwindigkeiten Ventex-Ventil

35 Passive mechanische Explosionsentkopplung Druckentkopplung mit Bersttopf (Enkopplungsschlot) Wirksame Druckentkopplung Entkopplung von Flamme nicht gewährleistet

36 Passive mechanische Explosionsentkopplung

37 Beispiel – Unsichere Lösung Bersttopf, Eigenbau, nicht zertifiziert Druckentlastung in Bereich mit Personenverkehr

38 Aktive mechanische Explosionsentkopplung mit Schnellschlussschieber

39 Aktive mechanische Explosionsentkopplung mit Schnellschlussschieber Containment – Automobil, Pharma, Chemie Bei hohen K ST -Werten einzige Entkopplungsmethode Abrasive Medien, hohe Produktbeladung Oft in Verbindung mit Unterdrückung/Containment, selten mit Druckentlastung Auch bei Metallstäuben Kann meistens noch eingesetzt werden, wenn alle anderen Methoden nicht mehr greifen Kostenintensivste Entkopplungsmethode Typische Anwendungen

40 Beispiel Entkopplung pneumatische Förderleitung an Silo

41 Aktive chemische Explosionsentkopplung mit SRD Löschmittelbehälter

42 Aktive chemische Explosionsentkopplung mit SRD Löschmittelbehälter In Verbindung mit druckentlasteten Behältern In Verbindung mit Ex- Unterdrückung Unabhängig von der Produktbeladung in der Leitung Verwendung bei horizontaler/vertikaler Leitung Typische Anwendungen Druckentlastung / hohe Volumina Rohrleitung führt zu Arbeitsplätzen Vorgeschaltete Anlagenteile sind nicht für den reduzierten Explosionsdruck ausgelegt Nicht einsetzbar:

43 Software mit funktionaler Sicherheit Überwachte Kabelwege von Detektoren und Aktoren “Sichere” Schnittstelle zu Anlagensteuerung/Notaus Stromversorgung mit Notstromfunktion Explosionsentkopplung- Systemsteuerung unter dem Hintergrund „Funktionale Sicherheit“

44 Explosionsentkopplung Aktive mechanische Explosionsentkopplung mit Schnellschlussschieber

45 Explosionsgefahren sind industrielle Realität. Zerstörung und Beschädigungen von Anlagen, Stillstandzeiten, Umweltver- schmutzung und Gefahren für Personen können vermieden werden durch die Auswahl und den Einsatz der bestmöglichen Schutzmaßnahmen. Mit moderner Explosionsschutztechnologie stehen den verantwortlichen Mitarbeitern eine breite Vielfalt von zuverlässigen Schutzmaßnahmen zur Verfügung. FIKE ist ein weltweit aktiver und führender Hersteller von Druckentlastungseinrichtungen und Explosionsschutzsystemen. Alleinstellungsmerkmal am Markt ist, dass die Produkte für den passiven und den aktiven Explosionsschutz selbst entwickelt und hergestellt werden. FIKE ist mit seinen Produkten weltweit vertreten. Produktions- und Vertriebsstandorte unter anderem in den USA, in Kanada, Brasilien, Malaysia und verschiedenen EU- Ländern machen FIKE zum anerkannten Partner der Industrie in Fragen der Prozesssicherheit.

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