Fachwissen

/Fachwissen
Anfrage senden

Technische Artikel zur Vermeidung von Gefährdungen durch Elektrostatik

Dieser Bereich enthält Technische Artikel mit detaillierten Informationen, die Ihnen helfen sich über verschiedene Produktlösungen zur Kontrolle von Elektrostatik als Zündgefahr für Produktions- und Transportprozesse zu informieren.

Wenn Sie Fragen zu den angesprochenen Themen haben oder andere Aspekte der Kontrolle elektrostatischer Gefährdungen mit uns besprechen möchten, können Sie uns telefonisch unter der oben angegebenen Telefonnummer erreichen, uns eine E-Mail schreiben oder unser Kontaktformular nutzen.

In den Gesetzen Europas, Amerikas und Kanadas werden elektrostatische Ladungen im Zusammenhang mit Tätigkeiten in entzündlichen und brennbaren Atmosphären explizit als potentielle Zündquelle und bedeutendes Problem im Bereich Arbeitsschutz genannt. Elektrostatische Ladungen stellen jedoch nicht nur ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko dar. Vielmehr können sie umfassende Betriebsunterbrechungen und in einigen Fällen sogar die Schließung von Standorten verursachen und sich negativ auf das öffentliche Ansehen von Unternehmen auswirken, wenn es aufgrund von elektrostatischen Ladungen zu Bränden oder Explosionen kommt.

Es können jedoch branchenweit anerkannte Richtlinien in Bezug auf die Zündgefahren durch elektrostatische Ladungen befolgt werden, um die Zündgefahren zu identifizieren und geeignete Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen. Führende internationale Leitfäden mit besonderer Bedeutung für die Gefahrstoff- und Prozessindustrie sind CLC/TR 60079-32-1 „Explosionsfähige Atmosphäre – Teil 32-1: Elektrostatische Gefährdungen – Leitfaden“ (2015) von CENELEC und NFPA 77 „Recommended Practice on Static Electricity“ (Empfehlungen für den Umgang mit statischer Elektrizität) der National Fire Protection Association.

In beiden Dokumenten werden diverse risikobehaftete EX/HAZLOC-Prozesse sowie praktische Maßnahmen zur Risikoentschärfung aufgeführt. Das am besten geeignete Verfahren zur Verhinderung des Ladungsaufbaus und der daraus folgenden Entladung eines Zündfunkens besteht in der wirksamen Erdung und dem effektiven Potentialausgleich der Geräte und Anlagen. Durch Erdung und Potentialausgleich wird gewährleistet, dass sich bei Kontakt der Anlagenteile mit elektrostatisch aufgeladenen Flüssigkeiten, Pulvern und Gasen, oder wenn sich die Anlagenteile im Nahbereich von anderen elektrostatisch aufgeladenen Objekten befinden, keine Ladungen anhäufen können.

Für die sichere Ladungsableitung von elektrostatisch aufgeladenen Anlagenteilen zur Erde ist im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der Erdungs- und Potentialausgleichskreise besonders wichtig, dass der Gesamtwiderstand des Ableitungspfads vom Anlagenteil, für das Erdungsschutz benötigt wird, bis zu einem überprüften Erdungspunkt bekannt ist. Sowohl in CLC/TR 60079-32-1 als auch in NFPA 77 wird ein maximaler Widerstandswert von 10 Ohm in Metallkreisen gefordert. Für Unternehmen, die in der EX/HAZLOC-Branche tätig sind, ist dies ein eindeutiger Benchmark-Wert, der für die Gewährleistung der Sicherheitsfunktion in Situationen, in denen Erdung und Potentialausgleich als Schutzmaßnahmen gegen Brände und Explosionen gefordert werden, anzustreben ist.

Sollwert 10 Ohm

Systemspezifikatoren wie auch Endnutzer können das Earth-Rite® MULTIPOINT II an verschiedenste EX/HAZLOC-Prozesse, bei denen Metallobjekte geerdet werden müssen, anpassen. Ganz gleich, ob es sich bei den zu erdenden Metallobjekten um Eisenbahnwaggons, IBCs (Schüttgutbehälter) oder möglicherweise elektrisch isolierte Komponenten von miteinander verketteten Prozessanlagen handelt: Earth-Rite MULTIPOINT II zeigt nur dann eine intakte Erdverbindung an, wenn der Widerstand innerhalb des Erdungskreises 10 Ohm oder weniger beträgt.Earth-Rite MULTIPOINT II - Überwachungs- und Steuereinheit.

Einer der größten Kostenvorteile des Earth-Rite MULTIPOINT II ergibt sich durch die Tatsache, dass das System den Erdungsstatus von bis zu acht eigenständigen Anlagenteilen oder Objekten überwachen kann. Während normalerweise pro Anlagenteil oder Objekt ein jeweils separates Erdungssystem mit Verriegelungsfunktion benötigt wird, führt die Fähigkeit des Earth-Rite MULTIPOINT II zur gleichzeitigen Überwachung von acht Anlagenteilen bzw. Objekten dazu, dass sich bei der Berechnung der Gesamtkosten eines Projekts Größenkostenersparnisse realisieren lassen.

Earth-Rite MULTIPOINT II besteht aus einer Überwachungs- und Steuereinheit mit einem Anzeigefeld aus roten und grünen LEDs, über die verifiziert werden kann, ob der Widerstand zwischen dem zu erdenden Objekt und dem überprüften Erdungspunkt 10 Ohm oder weniger beträgt. Neben den Anzeige-LEDs der Überwachungs- und Steuereinheit können die Benutzer auch auf unabhängige Fernanzeigestationen zurückgreifen, die in der Prozessumgebung in größerer Nähe zu den Gefahrenstellen installiert werden können. Die einzelnen Anzeigestationen erteilen den Benutzern auf optischem Weg eine Freigabe für die Fortsetzung des Prozesses, wenn der Widerstand im Erdungskreis ausreichend gering ist (unter 10 Ohm).

Earth-Rite MULTIPOINT II Überwachungs- und Steuereinheit

In der folgenden Anwendung, bei der das System für die Erdung von vier Mischstationen (1 bis 4) und zwei Füllstationen (5 und 6) konfiguriert ist, zeigt sich die große Flexibilität des Systems. Jeder einzelne Mischer ist mit einem eigenen Relais gekoppelt, welches einem separaten Erdungsüberwachungskanal entspricht. Übersteigt der Widerstand der Verbindung zwischen der am Fass angebrachten Erdungsklammer und dem überprüften Erdungspunkt den Wert von 10 Ohm, wird der Mischer außer Betrieb gesetzt. Die Kanäle 5 und 6 sind über das Sammelrelais des Systems gebündelt. Ist eines der Fässer nicht geerdet, wird die Versorgungspumpe der Befüllstation sofort abgeschaltet, sodass keine elektrostatisch aufgeladenen Flüssigkeiten in die Fässer gelangen können.

a33-de-zones

Die Überwachungs- und Steuereinheit sowie die Fernanzeigestationen des Earth-Rite MULTIPOINT II können in Atmosphären der Zone 0 installiert werden. Die Stromversorgungseinheit kann in Atmosphären der Zone 2 installiert werden.

Im Vergleich zu den Anschaffungskosten für sechs eigenständige Erdungssysteme lassen sich Größenkostenersparnisse realisieren. Für die Minimierung der Installationskosten im Vergleich zu standardisierten Erdungslösungen gibt es gleich mehrere Gründe. Die Versorgung der Fernanzeigestationen erfolgt über eigensichere Stromkreise, die wiederum direkt aus der Überwachungs- und Steuereinheit gespeist werden. Dies ist kostengünstiger als die Nutzung teurer Anzeigestationen mit Ex(d)/XP-Zulassung, die über eine Netzstromversorgung im Bereich von 230 V bis 110 V AC gespeist werden müssten. Neben den geringeren Verkabelungs- und Anschaffungskosten der Earth-Rite MULTIPOINT II-Anzeigestationen verbrauchen diese auch deutlich weniger Strom als netzbetriebene Anzeigestationen.

Read More

In diesem Artikel werden die folgenden Themen behandelt.

  • Elektrostatische Ladungen gelten nach europäischem und nordamerikanischem Recht als Zündgefahr in potentiell entzündlichen und brennbaren Atmosphären.
  • Mitarbeiter und Sachwerte des Unternehmens müssen vor dieser Gefahr geschützt werden.
  • Institutionen wie NFPA und IEC veröffentlichen Leitlinien und Empfehlungen für den Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren.
  • Herkömmliche Verfahren und Mittel für Erdung und Potentialausgleich.
  • Spezifizierung kostengünstiger und flexibler Lösungen, die bei ca. halbierten Kosten 2/3 des Schutzes herkömmlicher Erdungssysteme vor elektrostatischen Ladungen bieten.

Der Schutz von Mitarbeitern und Sachwerten vor Zündungen durch elektrostatische Ladungen darf nicht dem Zufall überlassen werden. An Verarbeitungsstandorten für entzündliche und brennbare Produkte werden durch den Fluss von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen mit hoher Wahrscheinlichkeit elektrostatische Ladungen erzeugt. Die Gefahr eines Brandes oder einer Explosion in einem EX/HAZLOC-Bereich durch elektrostatische Entladungen ist zu groß, als dass man sie ignorieren sollte. Aufgrund ihres hohen Gefahrenpotentials gelten elektrostatische Ladungen in der Gesetzgebung Nordamerikas und Europas als mögliche Zündquelle in potentiell entzündlichen und brennbaren Atmosphären.

Auch wenn elektrostatische Ladungen für viele Menschen, die in der Prozessindustrie tätig sind, ein nur schwer fassbares Phänomen darstellen, sind die anzuwendenden Erdungs- und Potentialausgleichsverfahren alles andere als komplex. In branchenweit gültige Richtlinien wie NFPA 77* und IEC 60079-32** (auch: VDE 0170-32-1) werden sowohl spezifische Prozesse benannt, bei denen es zu elektrostatischen Ladungen kommen kann, als auch Verfahren beschrieben, mit denen diese Zündgefahren verhindert werden können.

Die wirksamste und in der Praxis am besten durchführbare Methode für die Verhinderung eines Brandes oder einer Explosion durch elektrostatische Ladungen besteht darin, von vornherein auszuschließen, dass sich Geräte und Anlagen, Fahrzeuge oder auch Personen elektrostatisch aufladen. Durch Erdung und Potentialausgleich lassen sich elektrostatische Ladungen wirksam und zuverlässig aus einer EX/HAZLOC-Atmosphäre abführen.

* NFPA 77: Recommended practice on static electricity (2014) (Empfehlungen für den Umgang mit statischer Elektrizität)
** IEC 60079-32, Teil 1: „Explosionsfähige Atmosphäre – Teil 32-1: Elektrostatische Gefährdungen – Leitfaden“ (2013) (auch: VDE 0170-32-1)

HINWEIS: Cenelec CLC/TR 50404 “Electrostatics. Code of practice for the avoidance of hazards due to static electricity” (2003) wurde ersetzt durch CLC/TR: 60079-32-1 “Explosionsfähige Atmosphäre – Elektrostatische Gefährdungen, Leitfaden” (2015)

Branchenweit anerkannte Richtlinien für den Schutz vor Zündgefahren durch elektrostatische Ladungen

Für den Schutz vor Zündungen durch elektrostatische Ladungen müssen eine Reihe von Verfahrensregeln befolgt werden, wie sie beispielsweise in NFPA 77 und IEC 60079-32 (auch: VDE 0170-32-1) beschrieben werden. Der wichtigste Faktor ist dabei, dass zwischen elektrisch leitenden Anlagenteilen (inklusive mobilen Anlagenteilen, Personen und Fahrzeugen) und einer „Erdungsquelle“, die durch Überprüfung als Erdungspunkt mit Kontakt zum tatsächlichen Erdreich ausgewiesen wurde, ein elektrischer Widerstand von maximal 10 Ohm besteht. Ein solcher Erdungspunkt verfügt über eine niederohmige Verbindung mit der Erdmasse und leitet elektrostatische Ladungen von den Anlagenteilen zur Erde hin ab, wobei die Menge der durch den Prozess erzeugten Ladungen keine Rolle spielt. Als Folge besteht am Verarbeitungsstandort keinerlei Zündgefahr.

Um ausreichenden Schutz vor elektrostatischen Zündungen zu gewährleisten, müssen die Prozessanlagen wirksam geerdet werden. In der Vergangenheit erfolgte die Erdung von mobilen Objekten wie Fässern und Behältern sowie von Fahrzeugen wie Tanklastzügen und Schienenfahrzeugen mittels einfacher Klammern, bei denen davon ausgegangen wurde, dass sie eine direkte Verbindung zu den Objekten haben.

Plier Klammer - Klammern und Kabeln

Abbildung 1: Herkömmliche, einfache Klammer in Zangenform

Da der Kontakt der Klammer mit dem Objekt allerdings durch Produktablagerungen oder Schutzanstriche beeinträchtigt sein kann und die Kabelanschlüsse möglicherweise verrostet oder anderweitig in schlechtem Zustand sind, wurden besonders für größere Gefährdungen, wie sie in der Regel beim Schüttgutumschlag mittels Eisenbahnkesselwagen, Tanklastzügen und IBCs auftreten, Erdungsstatusanzeigesysteme entwickelt. Erdungsstatusanzeigen (allgemein als Erdungssysteme bezeichnet) überwachen die Verbindung mit dem von elektrostatischer Aufladung bedrohten Objekt und signalisieren den Mitarbeitern optisch, ob eine sichere Verbindung mit dem Erdreich vorliegt. Wenn die Anzeige auf grün schaltet, wissen die Mitarbeiter, dass sie den Prozess durchführen können. Neben einem überwachten Erdungskreis beinhalten viele dieser Systeme Ausgangskontakte, die mit dem Prozess verriegelt (gekoppelt) werden können. In der Regel werden die Ausgangskontakte des Erdungssystems mit Systemen verriegelt, die den Produktfluss bzw. die Verarbeitung des Produktes steuern. So kann sichergestellt werden, dass die Anlagen vor Beginn des ladungserzeugenden Prozesses geerdet sind.

Earth-Rite RTR mit Klammern und Kabeln

Abbildung 2: Herkömmliches, wandmontiertes Erdungsstatusanzeigesystem mit internen Ausgangskontakten.
Die grüne Anzeige signalisiert, dass die Anlage gesichert ist und der Prozess durchgeführt werden kann.

Flexible Beschaffung und Spezifizierung von Erdungslösungen für die Einhaltung spezifischer Zonen-, Montage- und Betriebsanforderungen

Personen, die für Maßnahmen zum Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren verantwortlich sind, müssen sich in der Regel zwischen einfachen Klammern und Kabeln bzw. Erdungssystemen entscheiden. Erdungssysteme bieten gleich in vielfacher Hinsicht den größten Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren, da sie die Unversehrtheit der Verbindung mit den Anlagenteilen überprüfen, den Mitarbeitern optisch signalisieren, ob eine intakte Erdverbindung vorliegt, und den Prozess unverzüglich stoppen, wenn dies nicht der Fall ist.

Obwohl der Großteil der für die Lösungsspezifizierung verantwortlichen Personen gern mehrere Schutzmaßnahmen gegen elektrostatische Zündgefahren ergreifen würde, reicht das Budget bei Prozessen, die Erdungsschutz für mehrere Anlagenteile erfordern, häufig nicht aus. Darüber hinaus erfordern Prozesse, die elektrostatische Ladungen erzeugen, häufig manuelle Eingriffe, bei denen eine Automatisierung der Prozesssteuerung nicht möglich ist. Ein Beispiel hierfür sind Anlagen, in denen große Mengen von Fässern und kleineren Behältern per Hand mit brennbaren Flüssigkeiten befüllt werden.

Bond-Rite bietet 2/3 des Schutzes eines Erdungssystems für die Hälfte der Kosten.

Mit Produkten aus der Bond-Rite®-Reihe können die für die Produktspezifikation verantwortlichen Personen zusätzliche Mechanismen für den Schutz vor elektrostatischen Zündgefahren einrichten, die über einfache Klammern und Kabel hinausgehen, ohne dabei Ausgaben für die Anschaffung von verriegelbaren Erdungssystemen zu verursachen. Seit mehr als 15 Jahren können Lösungsentwickler basierend auf einfachen Klammern und Kabeln mithilfe der Bond-Rite® Systeme einen höheren Sicherheitsstandard gewährleisten, indem sie den Mitarbeitern für die Dauer des Prozesses eine optische Anzeige für die Überprüfung einer festen elektrischen Verbindung der Anlagen zur Verfügung stellen.

Da nach allgemein anerkannten Prinzipien die Farbe Grün Sicherheit symbolisiert, signalisiert das Bond-Rite System mittels einer pulsierenden grünen LED, dass zwischen dem betreffenden Anlagenteil (z. B. einem Fass) und dem überprüften Erdungsnetzwerk des Standortes ein Widerstand von 10 Ohm oder weniger vorliegt. Sämtliche Bond-Rite-Systeme überwachen kontinuierlich die Verbindung zu den Anlagenteilen, bis die Klammer entfernt wird. Durch die unkomplizierte Anzeige der Betriebssicherheit durch die Farbe Grün können die Mitarbeiter Verantwortung für ihre eigene Sicherheit und die ihrer Kollegen übernehmen.

Bond-Rite Erdungsklammer mit optischer Anzeige - Klammern und Kabeln Reihe

Abbildung 3: Optische Anzeige der Betriebssicherheit für die Mitarbeiter mithilfe eines Bond-Rite® Systems

Read More

In der gefahrstoffverarbeitenden Prozessindustrie werden praktisch ständig elektrostatische Ladungen erzeugt. Verschiedene Rohölsorten, raffinierte Mineralölerzeugnisse wie Flüssiggas (LPG) sowie eine ganze Reihe von Chemikalien gehören zu einer Kategorie von Materialien, die durch ihre Neigung zu elektrostatischer Aufladung gekennzeichnet sind. Sie ziehen Elektronen von anderen Materialien stark an, geben ihrerseits aber kaum Elektronen ab. Anders ausgedrückt: sie laden sich immer weiter elektrostatisch auf.

Bei einem typischen Beladevorgang wird das zu elektrostatischer Aufladung neigende Produkt über ein Ladeportal aus einem Vorratstank in einen Kesselwagen transferiert. Die Anlagen, die dabei zum Einsatz kommen, können zusammenfassend als „Produkttransfersystem“ bezeichnet werden. Bei der Förderung durch das Transfersystem in den Kesselwagen laden sich die Moleküle des Produkts elektrostatisch auf.

Verfügt der Kesselwagen über keine direkte Verbindung zur Erde, lädt sich seine Oberfläche elektrostatisch auf. Als Folge steigt die Spannung am Kesselwagen innerhalb kürzester Zeit drastisch an. Da der Kesselwagen unter hoher Spannung steht, wird er einen Weg suchen, sich von dieser überschüssigen potentiellen Energie zu befreien. Der effizienteste Weg dafür ist die Abgabe der Überschusselektronen durch Funkenbildung.

Energieabgabe durch Funkenbildung

Ein typisches Ziel für elektrostatische Funken sind geerdete Objekte, die sich in der Nähe aufgeladener Objekte befinden. Wird in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre die unkontrollierte elektrostatische Aufladung von Objekten nicht wirksam verhindert, so ist dies mit einer Situation zu vergleichen, in der man die Zündkerze eines Motors in eine brennbare Atmosphäre hält.

Ohne Erdung kann sich am Eisenbahnkesselwagen innerhalb von weniger als 20 Sekunden eine gefährliche elektrostatische Spannung aufbauen. In Tabelle 1 ist dargestellt, welche Energie durch einen Funken von einem Eisenbahnkesselwagen mit einer Spannung von 20.000 Volt freigesetzt werden kann.

Tabelle 1 potentielle Energie der Funken von Eisenbahnkesselwagen.

Vergleicht man die durch elektrostatische Aufladung freigesetzte Funkenenergie mit den Mindestzünden-ergiewerten einer Reihe von Mineralölprodukten und brennbaren Chemikalien, so wird schnell klar, warum Eisenbahnkesselwagen und die daran angeschlossen Anlagenteile wie Schlauch- und Rohrleitungen über eine Potentialausgleichsverbindung und Erdung verfügen sollten.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, können elektrostatisch aufgeladene Kesselwagen hochenergetische Funkenentladungen auslösen. In Anbetracht der Energiewerte ist die Verhinderung eines elektrischen Schlags für das Personal ein weiterer wichtiger Sicherheitsfaktor. Unkontrollierbare physiologische Reaktionen auf einen elektrischen Schlag erhöhen die Stolper- und Sturzgefahr und sind besonders gefährlich, wenn das Personal in der Höhe über Grund arbeitet.

Unter den Faktoren, die bei einer elektrostatischen Aufladung eine Rolle spielen, gibt es eine Variable, die definitiv kontrolliert werden muss: die Erdung des Eisenbahnkesselwagens. Erdung gewährleistet, dass der Widerstand des Kesselwagens in Bezug auf die Erdmasse auf einem Wert gehalten wird, bei dem die sichere Ableitung der elektrostatischen Ladungen ungehindert stattfinden kann.

In Nordamerika ist die Erdung von Eisenbahnkesselwagen mit spezifisch dafür vorgesehenen Erdungssystemen allgemein üblich. In Europa gibt es hingegen keine einheitliche Vorgehensweise. An einigen Standorten wird Erdung praktiziert, an anderen nicht. Dort, wo auf eine aktive Erdung verzichtet wird, wird davon ausgegangen, dass der Tank des Kesselwagens über eine elektrisch leitende Verbindung zum Fahrgestell verfügt und dass die durch den Produkttransfer hervorgerufenen elektrostatischen Ladungen entweder vom Fahrwerk über die Räder des Kesselwagens zur Erde oder über elektrisch leitende Verbindungen zurück zum Ladeportal abgeführt werden können.

Es wird erwartet, dass die Gleise, auf denen der Kesselwagen steht, direkten Erdkontakt haben bzw. dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zum Ladeportal vorliegt, sodass es zu einem Ausgleich der Potentialdifferenz zwischen dem Ladeportal (inklusive des Verladearms) und dem Kesselwagen kommt. In diesem Fall sollte die Verbindung vom Kesselwagen zurück zum Ladeportal über die sicherheitskritischen Potentialausgleichsverbindungen zwischen den Gleisen und dem Ladeportal häufig (vorzugsweise vor jedem Produkttransfer) auf Durchgängigkeit hin überprüft werden. Die Überprüfung der Potentialausgleichsverbindung kann von einem Elektriker mit einem Messgerät durchgeführt oder automatisch von einem am Ladeportal montierten Erdungssystem übernommen werden. Statt sich auf einen passive Stromkreis für den Potentialausgleich zwischen dem Kesselwagen und dem Ladeportal zu verlassen, können die oben beschriebenen Methoden gewährleisten, dass elektrisch isolierte Schienen und/oder unterbrochene Potentialausgleichsverbindungen zwischen den Gleisen und dem Ladeportal bereits vor Beginn des Produkttransfers erkannt werden.

Fig. 1 The MIEs of common petroleum porducts. (Source: NFPA 497)

Read More

Das PAAG-Verfahren (Verfahren zur Untersuchung der Sicherheit technischer Anlagen: Prognose, Auffinden der Ursache, Abschätzen der Auswirkungen, Gegenmaßnahmen) und die im Verfahrenshandbuch dargestellten Arbeitsweisungen sind gut für die Erfassung von Prozessen geeignet, die durch Erzeugung von Elektrostatik zur Entzündung explosionsfähiger Atmosphären führen können. Weniger gut ist das Verfahrenshandbuch allerdings für die Identifizierung von geeignetem Erdungsequipment zur Risikovermeidung geeignet.

Für die Bestimmung des richtigen Erdungsequipments sind Sie und die Mitglieder Ihres Teams verantwortlich und sehr wahrscheinlich ist das keine Aufgabe, die Sie täglich erledigen. Für die meisten Menschen ist die Ermittlung und Spezifizierung der richtigen Erdungslösung ein Projekt, mit dem sie ein oder zweimal im Laufe ihres Berufslebens konfrontiert werden. Wenn Sie die Aufgabe jedoch schon beim ersten Mal perfekt erledigen, kann sich dieses Thema schnell zu einem Bereich entwickeln, in dem Sie auch langfristig einen Mehrwert für Ihr Unternehmen schaffen können. Dieser Leitfaden zum Schutz vor Gefahren durch Elektrostatik in Ex-Bereichen soll Ihnen für diese Aufgabe die richtige Richtung weisen.

Der Leitfaden ist in drei separate Abschnitte unterteilt. Der erste Abschnitt behandelt die branchenweit gültigen Richtlinien, die als Anleitung für die Kontrolle elektrostatischer Ladungen in Gefahrenbereichen dienen. Der zweite Abschnitt gibt Ihnen eine Hilfestellung bei der Ausarbeitung einer passenden Lösung für Ihren Betrieb, während sich der dritte Abschnitt mit der ATEX-Zulassung der eingesetzten Systeme befasst. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Frage gelegt, worauf Sie bei der Auswahl von Erdungsequipment mit ATEX-Zulassung achten sollten.

1. Richtwerte zur Erdung

Bevor Sie anhand dieses Leitfadens mit der Spezifizierung und Beschaffung von Erdungsequipment beginnen, möchten wir noch einmal deutlich anmerken, dass die von Institutionen wie TÜV, SIRA oder INERIS herausgegebenen Prüfsiegel auf Geräte und Anlagen, die für explosionsgefährdete Bereiche zertifiziert sind, keine Validierung der Leistungsmerkmale des Erdungssystems in Bezug auf die Erdung und Kontrolle von Elektrostatik darstellen. Auch wenn die Beschaffung von Erdungsequipment, das Ihren  Anforderungen an Explosionsschutz und Zoneneinteilung entspricht, zeit- und arbeitsintensiv ist, lautet die erste Empfehlung dieses Leitfadens, zunächst einen Blick auf die Branchenverbände der Prozessindustrie und der von ihnen bereitgestellten Richtlinien zur Vermeidung von Zündgefahren durch elektrostatische Ladungen zu werfen. Weltweit wurden von anerkannten Verbänden und Institutionen mehrere Dokumente herausgegeben, in denen industrielle Prozesse aufgeführt sind, die eine mögliche Quelle für Zündgefahren durch elektrostatische Ladungen darstellen.

Die Mitglieder der Ausschüsse, die Richtlinien unter Beachtung der neuesten Verfahren und Techniken entwickeln und fortlaufend aktualisieren, stammen aus Firmen und Unternehmensberatungen der Prozessindustrie.

Wenn Sie die Einhaltung der Empfehlungen dieser Leitlinien nachweisen, werden Sie elektrostatischen Gefahren, die durch die Arbeitsabläufe in Ihrem Unternehmen entstehen, wirksam entgegenwirken können. Durch die Spezifizierung von Erdungslösungen, die nachweislich im Einklang mit den in Tabelle 1 aufgeführten Publikationen stehen, gewährleisten Sie, dass die von Ihnen angewendeten Erdungsverfahren dem neuesten Stand der Technik im Hinblick auf die Vermeidung von Bränden und Explosionen durch elektrostatische Ladungen entsprechen.

Tabelle 1: Richtlinien für die Prozessindustrie zur Vermeidung von Bränden und Explosionen durch elektrostatische Ladungen.

Die Richtlinien in Tabelle 1 beschreiben, wie und warum bestimmte Tätigkeiten im Zusammenhang mit Flüssigkeiten, Gasen oder Pulverstoffen zur Entstehung von elektrostatischen Ladungen und somit zur Aufladung der für die Prozesse verwendeten Anlagen und Geräten führen können. Das wichtigste Mittel zur Vermeidung von Zündungen durch elektrostatische Ladungen besteht darin, sicher zu gewährleisten, dass sämtliche leitende und halbleitende Anlagenteile, Geräte etc. sowie Personen über Potentialausgleichs- und Erdungssysteme mit einem verifizierten Erdungspunkt verbunden sind, der Kontakt zum Erdreich hat. So lassen sich eine elektrostatische Aufladung der Geräte und Anlagen sowie eine Funkenentladung in einer zündfähigen Atmosphäre wirksam verhindern.

Da das Erdreich über eine unendliche Kapazität zum Ausgleich positiver und negativer Ladungen verfügt, haben sämtliche mit dem Erdreich verbundene Anlagenteile und Geräte „Erdpotential“, was wiederum bedeutet, dass sie sich als Folge des Materialflusses nicht elektrostatisch aufladen können. Eine gute Verbindung zur Erdmasse wird häufig als „wahre Erdung“ oder Erdung über das tatsächliche Erdreich bezeichnet.

Abb. 1: Um eine elektrostatische Aufladung zu verhindern, sollten die Geräte und Anlagen über einen Erdungspunkt mit Kontakt zum tatsächlichen Erdreich (Erdmasse) verbunden sein. Der Widerstand zwischen dem Erdungspunkt und dem tatsächlichen Erdreich muss ausreichend gering sein, damit die durch den Prozess erzeugten elektrostatischen Ladungen zur Erde abfließen können.

Für viele andere sicherheitsbezogene Funktionen wurden Richtwerte mit einem gewissen Sicherheitsfaktor formuliert und auch Erdungs- und Potentialausgleichssysteme sollten Benchmarks erfüllen, die über den Mindestsicherheitsanforderungen liegen. Die theoretische Mindestanforderung für die Erdung elektrostatischer Ladungen wird in akademischen Kreisen für gewöhnlich so definiert, dass der elektrische Widerstand zwischen dem von elektrostatischer Aufladung bedrohten Objekt und der Erdmasse nicht über 1 Megaohm (106 Ω) liegen darf.

Es gilt allerdings als allgemein anerkannt, dass der elektrische Widerstand von Metallobjekten, die sich elektrostatisch aufladen können (z. B. Tanklastzüge), und die für die Erdung sorgenden Erdungs- und Potentialausgleichssysteme, sofern diese im einwandfreien Zustand vorliegen, niemals über 10 Ohm liegen sollten. Dieser Widerstandswert von 10 Ohm wird durchgehend in allen in Tabelle 1 aufgeführten Publikationen empfohlen. Wenn also eine Erdungslösung beschafft werden soll, die für Prozesse im Zusammenhang mit Metallobjekten wie Tanklastzügen, Eisenbahnkesselwagen, IBCs, Fässern und Kleingebinden einzusetzen ist, sollten Erdungssysteme spezifiziert werden, die eine Überwachung des Widerstands mit einem Wert von 10 Ohm oder weniger gewährleisten.

Ein weiterer Grund dafür, dass der theoretische Wert von 1 Megaohm in realen Anwendungen keine Rolle spielt, sind die Anforderungen, die an die Erdung von FIBCs des Typs C (Big Bags) gestellt werden. Obwohl die Norm CLC/TR: 50404 (2003) und die TRBS 2153 einen Widerstand durch einen FIBC des Typs C  von nicht mehr als 100 Megaohm festlegen, fordern die neuesten Richtlinien IEC 60079-32-1 (2013) und NFPA 77 (2014) einen Widerstand durch den Big Bag von maximal 10 Megaohm. Es wird somit deutlich, dass ein „theoretisch annehmbarer“ Wert von 1 Megaohm im Zusammenhang mit Metallobjekten, die einen Widerstandswert von 0 bis 10 Ohm oder weniger aufweisen sollten, sowie im Zusammenhang mit Typ C FIBCs, die (je nach der Fertigung zugrundeliegender Norm) einen Widerstandgrenzwert von 0 bis 10 Megaohm oder 0 bis 100 Megaohm aufweisen sollten, kaum praktikabel ist.

ANMERKUNG: Wenn Sie für die Beschaffung einer Erdungslösung für FIBCs des Typs C verantwortlich sind, müssen Sie wissen, auf Grundlage welcher Norm die Big Bags gefertigt wurden. Wenn Sie nicht wissen, welche Norm bei der Fertigung Ihrer Big Bags herangezogen wurde, sollten Sie Ihren Zulieferer kontaktieren. Sobald Ihnen die Norm, auf der Ihre Big Bags basieren, bekannt ist, sollten Sie ein Erdungssystem für FIBCs des Typs C beschaffen, das den Erdungskreis in einem Widerstandsbereich von 0 Ohm bis 10 Megaohm (gemäß NFPA 77 / IEC 60079-32) oder von 0 Ohm bis 100 Megohm (gemäß CLC/TR: 50404 bzw. TRBS 2153) überwacht. Vermeiden Sie Erdungssysteme, deren Überwachung sich nicht auf den gesamten Widerstandsbereich erstreckt, da derartige Systeme Big Bags, die für bis zu 100 Megaohm zugelassen sind, möglicherweise zurückweisen bzw. Big Bags, die nur für einen Widerstand bis 10 Megaohm geeignet sind, passieren lassen.

Read More

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat eine neue technische Spezifikation mit dem Namen IEC 60079-32-1: „Explosive atmospheres – Part 32-1: Electrostatic hazards – Guidance“ (Explosionsgefährdete Atmosphäre – Teil 32-1: Elektrostatische Gefährdungen – Leitfaden) veröffentlicht. Diese technische Spezifikation ist ein Leitfaden und die neueste Ergänzung der IEC 60079-Normenreihe unter dem Oberbegriff „Explosive Atmospheres“ (explosionsgefährdete Atmosphäre), deren Ziel es ist, Brände und Explosionen durch elektrische Fehlfunktionen in Gefahrenbereichen zu verhindern.

Das 168 Seiten starke Werk ist das erste von zwei Dokumenten, die von der IEC unter der Bezeichnung „60079-32“ herausgegeben werden. Ziel ist es, Entwickler und Anwender von Prozessanlagen bei der Minimierung der Gefahr zündfähiger elektrostatischer Entladungen in potentiell explosionsgefährdeten Atmosphären zu unterstützen. Der Leitfaden deckt eine umfassende Reihe von Prozessszenarien ab, bei denen es zu einer elektrostatischen Aufladung kommen kann, führt beispielhaft Maßnahmen auf, mit denen die Ladungserzeugung und Aufladung reduziert werden kann, und beschreibt, wie die Erdung und der Potentialausgleich der Prozessanlagen ausgeführt werden sollte.

Im zweiten Teil, IEC 60079-32-2, mit dem Titel „Electrostatic hazards – Tests“ (Elektrostatische Gefährdungen – Prüfverfahren) werden Prüfverfahren zur Bestimmung von bestimmten Faktoren, wie Oberflächenwiderstand, Erdableitwiderstand, spezifischer Widerstand von Pulvern, Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, Kapazität und Zündwirksamkeit von elektrostatischen Entladungen dargestellt.

Das festgesetzte Ziel der IEC 60079-32-1 ist es,

den besten derzeit verfügbaren Leitfaden zur Vermeidung von Gefährdungen durch statische Elektrizität bereitzustellen.

Bisher wurden Leitfäden in Bezug auf die Zündgefahren durch elektrostatische Ladungen durch nationale Institutionen, wie das Bundesministerium für Arbeit und Soziales (TRBS 2153), der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BGR 132 bzw. BGI 5127) oder gesamteuropäische Organisationen wie des Europäischen Komitees für Elektrotechnische Normung (CENELEC) herausgegeben.

ICE 60079-32-1 wurde gemeinsam von zahlreichen, technischen Ausschüssen verschiedenen Mitgliedsländer der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) entwickelt, sodass das Dokument als das Ergebnis echter globaler Zusammenarbeit bezeichnet werden kann. Darüber hinaus baut es auf mehreren nationalen und regionalen Leitfäden auf, die allesamt die Gefahren durch elektrostatische Ladungen zum Thema haben, wie z.B. TRBS 2153:2009 (Deutschland), CENELEC/TR: 50404 (Europa), BS 5958 (UK), NFPA 77 (USA) und JNIOSH TR42 (Japan).

Obwohl die technische Spezifikation auch über den Online-Shop der IEC erworben werden kann, sind die jeweiligen nationalen Normungsgremien, wie das DIN in Deutschland, das  BSI in Großbritannien und das ANSI in den USA für die Verteilung des Dokuments in ihren jeweiligen Geltungsbereichen zuständig. Es ist davon auszugehen, dass die europäischen Institutionen die Norm CENELEC/TR: 50404 zurückziehen und durch das Dokument IEC 60079-32-1 ersetzen werden. ANSI bietet das Dokument bereits über seine Website an.

Übersicht über die technische Spezifikation:

Die technische Spezifikation ist in mehrere Abschnitte unterteilt, in denen Gefahren durch Statische Elektrizität verschiedenartiger Medien (z. B. Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase, Schüttgüter etc.), statische Elektrizität an Personen, Elektrischer Schlag sowie Maßnahmen zu Erdung und Potentialausgleich dargestellt werden. Die Abschnitte enthalten:

1) Umgang mit Feststoffen
2) Lagerung und Handhabung von Flüssigkeiten
3) Umgang mit Gasen und Dämpfen
4) Lagerung und Handlhabung von Pulverstoffen
5) Lagerung und Handhabung von Sprengstoffen
6) Durch Personen hervorgerufene elektrostatische Probleme
7) Vermeidung von Stromschlägen
8) Erdung und Potentialausgleich von Anlagen und Maschinen

Darüber hinaus gibt es mehrere Anhänge mit informativem Zusatzmaterial, wie z. B. einer Beschreibung der verschiedenen Arten von elektrostatischen Entladungen, den Arten von elektrostatischen Ladungen, die im Zusammenhang mit Prozessen in potentiell entzündlichen und brennbaren Atmosphären zu erwarten sind, sowie einem illustrierten Fließdiagramm zur Bewertung von Gefahren durch elektrostatische Aufladung.

Da das Dokument 168 Seiten umfasst, ist es natürlich nicht möglich, auf wenigen Seiten einen umfassenden Überblick über den Leitfaden zu bieten. Es können allerdings ein paar prozessspezifische Hilfestellungen für die Erdung und den Potentialausgleich mobiler Geräte, Anlagen und Behälter bei der die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung besteht, gegeben werden.

Auslegung und Überwachung von Erdungssystemen:

Dieser Abschnitt behandelt die Auslegung und Überwachung von Systemen zur Erdung von stationären und mobilen Anlagenteilen. Fest installierte Anlagenteile wie Reaktoren und Pumpen werden in der Regel über das Erdungssystem der Gesamtanlage geerdet. Fehlerstromableitsysteme (und Blitzableiter) sind für die Ableitung elektrostatischer Ladungen zur Erde mehr als ausreichend.

Für mobile, leitfähige Anlagenteile wird in diesem Abschnitt empfohlen, dass für temporäre Verbindungen genutzte Schrauben oder Druckklammern geeignet sein sollten, Schutzbeschichtungen, Rost oder Produktablagerungen (z. B. auf Oberflächen von Produktionsequipment, Stahlfässern etc.) zu durchdringen. Druckklammern sollten außerdem in der Lage sein, einen Anschlusswiderstand von weniger als 10 Ohm zum Metallkörper des leitenden Anlagenteils zu gewährleisten.

Systeme, zur Überwachung des Widerstands zwischen Equipment für das das Risiko einer Ladungsansammlung besteht und der Erde (ausgewiesenen Erdungspunkten), sollten nicht nur den Widerstand innerhalb des Erdungskreises überwachen, sondern auch auf alle Widerstandsänderungen hinweisen. Dies soll sicherstellen, dass Fehlfunktionen im  Erdungskreis frühzeitig erkannt werden, so dass Inspektionen und notwendige Reparaturen rechtzeitig durchgeführt werden können.

In Anbetracht der Tatsache, dass der Widerstand bei der Erdung metallischer Gegenstände nicht über 10 Ohm liegen sollte, macht es aus Sicherheitsgründen Sinn, Erdungssysteme zu spezifizieren, die in der Lage sind Widerstandsänderungen festzustellen und das Bedienpersonal zu alarmieren, sobald der Widerstandswert im Erdungspfad 10 Ohm übersteigt.

Read More

Bei der Verarbeitung von Pulverstoffen können aufgrund des Materialflusses große Ladungsmengen entstehen. Standardmäßig kommt es bei der Pulververarbeitung durch Reibungselektrizität zur Aufladung. Ausschlaggebend sind hierbei der Kontakt des Pulvers mit der Verarbeitungsanlage und die anschließende Wiederaufhebung dieses Kontakts, Bewegungen innerhalb des Pulvers selbst oder auch andere aufladungsbegünstigende Faktoren wie z. B. Oberflächenverunreinigungen.

Es gibt mehrere Typen von Anlagen, Geräten und Behältern, die zu einer Aufladung von Pulverstoffen führen können. Dazu gehören u. a. die folgenden Komponenten:

Pulververarbeitungs- und Pulverfördersysteme - Elektrostatische Aufladung

Tabelle 1: Geräte, Anlagen und Behälter, die bei der Pulververarbeitung zum Einsatz kommen können

Die verschiedenen Prozesse, die mithilfe dieser Geräte, Anlagen und Behälter durchgeführt werden, tragen in unterschiedlichem Ausmaß zur Entstehung von elektrostatischen Ladungen bei. Typische, aus der Fachliteratur entnommene Ladungsmengen sind nachstehend tabellarisch aufgeführt. Die Werte basieren auf der Ladungsmenge in Coulomb bezogen auf ein Kilogramm Pulver.

Elektrostatische Aufladung, die durch verschiedene Verarbeitungs- und Fördertechniken auf Pulvern erzeugt werden

Tabelle 2: Ladungen, die durch verschiedene Verarbeitungs- und Fördertechniken auf Pulvern erzeugt werden (NFPA 77/CLCTR: 50404)

Eine einfache Berechnung zeigt, dass sich ein Metallfass mit einer elektrischen Kapazität von 100 pF, in das 25 kg eines elektrisch aufgeladenen Pulvers geschüttet werden, bis zu einer Spannung von 25.000 V aufladen kann.

Volt

Die potentielle Energie, die in Form eines Funkens von diesem Fass abgegeben werden könnte, lässt sich wie folgt abschätzen:

Potentielle Funkenenergie

Selbst die Spannung, die durch einen Prozess hervorgerufen wird, der eher wenig zur Ladungserzeugung beiträgt, kann eine so hohe Funkenenergie erzeugen, dass es zu einer Entzündung der explosionsgefährdeten Atmosphäre kommen kann. In Tabelle 2 ist die Mindestzündenergie verschiedener Pulverstoffe bei minimaler explosiver Konzentration aufgelistet.

Pulver in Staubform

Tabelle 3: Mindestzündenergie verschiedener Pulverschwebstoffe in brennbarer Konzentration Pulver in Staubform

Wenn das Pulver in einen Mischer gegeben wird, der wiederum ein Lösungsmittel enthält, kann die Mindestzündenergie der Hybridatmosphäre sogar wesentlich niedriger liegen, sodass sich die zuerst erfolgende Zündung des Lösungsmitteldampfes zu einer Staubdeflagration oder -verpuffung fortsetzen kann.

Als Sicherheitsfaktor muss bei diesen Berechnungen bedacht werden, dass die Geräte, Anlagen und Behälter, die durch das aufgeladene Pulver „elektrifiziert“ werden, nicht geerdet sind. Liegt jedoch eine Erdung vor, dann besteht auch keine Gefahr der Aufladung durch Reibungselektrizität.

Erdungsschutz bei der Pulververarbeitung

In ihrer reinsten Form ist „Erdung“ ein Verfahren, bei dem eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen Geräten, Anlagen und Behältern, bei denen die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung besteht, und der Erdmasse hergestellt wird. Eine derartige Verbindung wird normalerweise als „echte Erdung“ bzw. als tatsächlicher Kontakt mit dem Erdreich beschrieben. Die Verbindung mit dem Erdreich wird mittels speziell dafür ausgelegter und unterirdisch verankerter Erdungsstäbe oder Gebäudestrukturen realisiert. Diese Erdungssysteme werden von Ingenieuren überprüft, um sicherzustellen, dass der Widerstandswert unter den Werten liegt die in den einschlägigen Normen wie NFPA 70 „National Electrical Code®“ und EN 62305 „Blitzschutz“ gefordert werden. Einige zurzeit auf dem Markt erhältlichen Erdungssysteme prüfen, ob die Geräte, Anlagen und Behälter, für die sie Erdungsschutz bereitstellen, über eine Verbindung zur Erde verfügen, die so dimensioniert ist, dass sie elektrostatische Ladungen ableiten kann.

In der Pharmaindustrie können sich Geräte und Anlagen wie Pulverfördersysteme, Feinmahlanlagen, Mischer und Siebtürme stark elektrostatisch aufladen, wenn diese Systemkomponenten elektrisch vom Erdreich isoliert sind. Erdungsriemen o. ä. hergestellte Verbindungen können für einen gewollten Potentialausgleich zwischen verschiedenen Metallkomponenten sorgen. Entsprechendes geschieht naturgemäß über die Kontaktflächen zwischen verschiedenen Geräten und Anlagenteilen.

Blender Process

Abb. 1: Pulver wird in einen Mischer gegeben. Hierbei ist zu beachten, dass der Behälter, aus dem das Pulver abgegeben wird, elektrisch leitend mit dem aufnehmenden Behälter verbunden oder über eine unabhängige Erdung verfügen sollte.

Wenn die Geräte und Anlagen regelmäßig zu Reinigungs- und Wartungszwecken demontiert werden, kann es dazu kommen, dass die Potentialausgleichsverbindungen beim Wiedereinbau vergessen oder falsch wiederhergestellt werden. Vibrationen und Korrosion können sich ebenfalls negativ auf die Qualität der Montageverbindungen auswirken, weshalb unbedingt sichergestellt werden muss, dass sich innerhalb der Montagegruppe keine Komponenten befinden, die elektrisch von der Bezugserde isoliert sind.

Das effektivste Verfahren, um sicherzustellen, dass sich die bei der Pulververarbeitung verwendeten Anlagen, Geräte und Behälter nicht elektrisch aufladen können, besteht in der Bereitstellung einer entsprechenden Erdungslösung, die die Erdverbindung der gefährdeten Komponenten überwacht und das Personal warnt, wenn eine dieser Komponenten den Erdschluss verliert. Besonders wichtig ist dies, wenn der Erdanschlusspunkt an den Geräten und Anlagen nicht direkt sichtbar oder nur schwer zugänglich ist.

Read More

Es ist bekannt, dass elektrostatische Entladungen von Schläuchen und Schlauchleitungen beim Materialtransfer in oder aus Vakuumtankwagen und Tanklastzügen zur Zündung der brennbaren Atmosphären führen können.  

Es gibt normalerweise drei Hauptgründe für das Auftreten von elektrostatischen Entladungen im Zusammenhang mit Schläuchen und Schlauchleitungen. Einer der Gründe ist, dass standardmäßige, nichtleitende Schläuche und Schlauchleitungen für den Materialtransfer eingesetzt werden, obwohl dies nicht der korrekten Vorgehensweise entspricht. Nichtleitende Schläuche und Schlauchleitungen können ein hohes Maß an elektrostatischen Ladungen speichern.

Dies kann zu zündgefährlichen Büschelentladungen durch die Schläuche und Schlauchleitungen selbst oder auch zu einer elektrostatischen Aufladung von isolierten, leitenden Objekten, z. B. angeschlossenen Schlauchtüllen oder -kupplungen, führen. Diese Objekte können dann ihrerseits eine Funkenentladung hervorrufen. Innerhalb der Prozessindustrie gilt es als allgemein anerkannte Vorgehensweise, keine nichtleitenden Schläuche und Schlauchleitungen für den Transfer potentiell brennbarer Flüssigkeiten und Pulver zu verwenden. Diese Empfehlung wurde in zahlreiche Normen und Publikationen von Branchenvereinigungen übernommen.

Abbildung 1

Abbildung 1: Vier zusammengefügte Schlauchabschnitte für den Produkttransfer mit einem Vakuumtankwagen. Der erste Schlauchabschnitt wird durch ein OhmGuard-Prüfgerät für Schläuche und Schlauchleitungen überprüft.

Eine weitere Ursache von elektrostatischen Funkenentladungen ist der Anschluss von leitenden Schläuchen und Schlauchleitungen oder miteinander verbundenen Schlauchabschnitten an einen Vakuumtankwagen oder Tanklastzug, der über keine verifizierte Erdung verfügt. Der dritthäufigste anzutreffende Grund für elektrostatische Funkenentladungen durch Schläuche und Schlauchleitungen ist eine Situation, in der die leitenden Teile der Schlauchleitung während der normalen Transfertätigkeit ihre Durchgängigkeit verlieren und elektrisch isoliert werden.

Elektrostatische Funkenentladungen nach Punkt zwei und drei der genannten Gründe haben für die Prozessindustrie die größte Relevanz. Es handelt sich hierbei um Szenarien, in denen die unsachgemäße Verwendung von leitenden Schläuchen und Schlauchleitungen zur elektrostatischen Aufladung und anschließenden Entladung innerhalb von brennbaren Atmosphären führt.

1.1 Anschluss von nichtleitenden Schläuchen und Schlauchleitungen an ungeerdete Vakuumtankwagen und Tanklastzüge

Ohne Erdung lädt sich ein Tankfahrzeug bei der Durchführung von Absaug- oder Befülltätigkeiten elektrostatisch auf, weil die Ansammlung elektrostatischer Ladungen am Tank und an der Karosserie nicht verhindert werden kann. Da die Metallanschlüsse (Kupplungen) der Schläuche und Schlauchleitungen in Bezug auf den Tankwagen elektrisch durchgängig sein sollten, überträgt der Tankwagen ebenfalls Ladungen auf die Schläuche und Schlauchleitungen, wodurch sich diese elektrostatisch aufladen. Dabei werden große Ladungsmengen auf die Schläuche und Schlauchleitungen übertragen, da ungeerdete Tankwagen innerhalb kürzester Zeit sehr große Spannungen aufbauen können.

Die Aufladung von leitenden Metallteilen der Schläuche und Schlauchleitungen, wie Schlauchkupplungen oder -tüllen, ist dabei besonders problematisch, da sich diese Teile beim Produkttransfer in der Regel in unmittelbarer Nähe der brennbaren Dämpfe oder Stäube befinden und es zum Ausgleich des elektrischen Ungleichgewichts hier am ehesten zum Funkenüberschlag zu anderen Objekten, wie dem Bedienpersonal, den Tankwänden oder Rohrleitungen, kommt. Wenn innerhalb der Funkenstrecke eine brennbare Atmosphäre vorherrscht, ist die Zündung der Atmosphäre sehr wahrscheinlich.

Es gibt einen dokumentierten Fall, bei dem ein Vakuumtankwagen nicht-spezifikationsgerechtes Toluol aus einem unterirdischen Sammelbehälter absaugte. Obwohl die Schlauchleitung elektrisch leitend war, verfügte der Tankwagen, an den sie angeschlossen war, über keinerlei verifizierte Erdung. Die Schlauchleitung bestand aus einer Metalldrahtspirale, die in das Schlauchmaterial eingebettet war und für die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Schlauchkupplungen sorgte. Da über den ungeerdeten Tankwagen jedoch hohe Spannungen an der Schlauchleitung induziert wurden, kam es an der Metalldrahtspirale zu einer Funkenentladung, die über das gesamte Schlauchmaterial verlief und sich bis zum Metallrand des Sammelbehälters fortsetzte. Der daraus resultierende Funken entzündete die Toluoldämpfe, was zu einem Brand führte [1].

1.2 Anschluss von beschädigten, leitenden Schläuchen und Schlauchleitungen an geerdete Vakuumtankwagen und Tanklastzüge

Besonders heimtückisch sind Situationen, in denen der Tankwagen zwar über eine Erdung verfügt, die mithilfe eines am Tankwagen oder am Ladeportal angebrachten Erdungssystems überwacht wird, die angeschlossenen Schläuche und Schlauchleitungen ihre elektrische Durchgängigkeit jedoch verlieren, wodurch Metallteile an irgendeiner Stelle innerhalb des Gesamtsystems elektrisch isoliert werden. Ein typisches Beispiel dafür ist die Metalldrahtspirale einer Schlauchleitung, die den elektrisch leitenden Kontakt mit ihrem Endstück, z. B. einer Schlauchkupplung oder -tülle, verliert und so elektrisch isoliert wird.

Metalldrahtspiralen werden häufig als Schlaucheinlagen verwendet, um den Schlauch oder die Schlauchleitung gegen den Druck beim Transferprozess sowie gegen Abknicken zu schützen. Eine weitere Funktion der Metalldrahtspirale besteht in der durchgängigen, elektrisch leitenden Verbindung der Endstücke, wodurch eine elektrostatische Aufladung der Schlauchleitung verhindert wird. Wenn die Metallspirale aufgrund von normalen Verschleißerscheinungen bricht bzw. sich von den Schlauchkupplungen oder -tüllen löst, können sich diese Teile nun elektrostatisch stark aufladen und genug Energie aufbauen, um eine brennbare Atmosphäre zu zünden. Wird ein Schlauchabschnitt mit einer elektrisch isolierten Kupplung zwischen andere Schlauchabschnitte gesteckt, werden die anderen Abschnitte ebenfalls elektrisch vom geerdeten Tankwagen isoliert. Als Folge können sich mehrere Teile in der Nähe oder gar innerhalb von potentiell brennbaren Atmosphären elektrostatisch aufladen. In einer solchen Situation laden sich die isolierten Schlauchabschnitte aufgrund des Kontakts mit dem Flüssigkeits- oder Pulverstrom elektrostatisch auf.

Earth-Rite RTR & Earth-Rite PLUS

Abbildung 2: Beispiel eines ladeportalmontierten und eines fahrzeugmontierten Erdungsüberprüfungssystems (Earth-Rite RTR bzw. Earth-Rite MGV)

Ein weiterer wichtiger Punkt sind Schläuche und Schlauchleitungen mit zwei Metalldrahtspiralen, von denen sich eine außen und eine innen im Schlauch bzw. in der Schlauchleitung befindet. Bei manchen Modellen sind die innenliegenden Spiralen nicht elektrisch leitend mit den Endstücken verbunden. Es ist in diesem Fall wichtig, dass diese Spiralen keine Funkenentladungen auf die Endstücke oder das Bedienpersonal hervorrufen können, besonders dann nicht, wenn die Schläuche oder Schlauchleitungen am Ende des Transferprozesses abgezogen werden, da im Innern oder in der unmittelbaren Umgebung der Schläuche und Schlauchleitungen eine brennbare Atmosphäre vorherrschen könnte. Durch die Verwendung einer Schlauchleitung mit innenliegender Metalldrahtspirale kam es aufgrund einer elektrostatischen Entladung zu einem Brand. Abgesehen davon, dass die Metalldrahtspirale gebrochen war, waren die beiden Endkupplungen überhaupt nicht für eine Verbindung mit der innenliegenden Metallspirale ausgelegt. Zitat (Übersetzung) aus „Avoiding Static Ignition Hazards in Chemical Operations“ (Vermeidung elektrostatischer Zündgefahren beim Umgang mit Chemikalien), AIChE/CCPS, Britton L.G., 1999 [2]:

„Während der Toluolabgabe aus einem Tanklastzug mittels einer derartigen Schlauchleitung wurde ein Brand gemeldet. Nach dem Vorfall fand man heraus, dass die Innenspirale nicht nur gebrochen, sondern darüber hinaus auch überhaupt nicht für den Anschluss an die Endkupplungen ausgelegt war. Im Zusammenhang mit einer ähnlichen Schlauchleitung kam es bei der Handhabung der abgezogenen Schlauchleitungen durch das Bedienpersonal nach dem Transfervorgang zu zwei weiteren Toluolbränden.”

Read More

Heutzutage kann die Auswahl eines für explosionsgefährdete Bereiche vorgesehenen elektrischen Systems zu einer zeitaufwändigen Herausforderung werden: es gibt unzählige Zulassungsbescheinigungen mit verschiedenen Akronymen und Einzelheiten zur Produktkennzeichnung. Darüber hinaus muss erst untersucht werden, was die Kennzeichen auf dem bzw. den Etiketten tatsächlich bedeuten. Dieser Artikel bietet einen Überblick über die verschiedenen nationalen und regionalen Verordnungen zu Produkten mit einer Zulassung für explosionsgefährdete Bereiche. Weiterhin werden die Normen, nach denen die Produkte beurteilt werden, kurz vorgestellt. Schließlich wird untersucht, ob die Möglichkeit besteht, eine „gemeinsame Sprache“ für die Produktbenutzer für explosionsgefährdete Bereiche zu schaffen, die für die nationale Kontrollbehörde in dem Land, in dem der explosionsgefährdete Bereich betrieben wird, unabhängig von der Herkunft marktführender Produkte für explosionsgefährdete Bereiche, zukünftig akzeptabel ist.

(Beispiele für alle in diesem Artikel vorgestellten Kennzeichen zur Produktzulassung finden Sie am Ende dieses Artikels).

Zertifizierungsanforderungen an Produkte für explosionsgefährdete Bereiche in den USA.

In den USA ist die Occupational Safety & Health Administration (OSHA) für die Gewährleistung sicherer Arbeitsbedingungen für Arbeitnehmer am Arbeitsplatz durch Nachweis der Einhaltung des Code of Federal Regulations (CFR), eines US-Gesetzes, zuständig. Zur Gewährleistung der Arbeitssicherheit in explosionsgefährdeten Bereichen setzt die OSHA die Verordnung 29 CFR 1910.307 um. Danach dürfen Unternehmen nur solche Geräte beschaffen und montieren, die die Vorgaben des „National Electrical Code“, NFPA 70, erfüllen. Die Vorgaben sind in einer Liste von Sicherheitsnormen enthalten, die von der OSHA als „zweckmäßig“ erachtet werden. Die Mindestanforderungen der OSHA an die wichtigsten Sicherheitsnormen müssen die Paragrafen 500, 505 und 506 des „National Electrical Code“ erfüllen. In diesen Paragrafen werden die Klassifizierungen der explosionsgefährdeten Bereiche, die für diese Bereiche akzeptablen Verfahren für den elektrischen Schutz (Protection Techniques) und die Kennzeichnung der in diesen Bereichen betriebenen Produkte festgelegt.

Paragraf 500 beschreibt das „Class and Division“ System (System der Klassen und Kategorien) zur Klassifizierung von explosionsgefährdeten Bereichen, die relevanten Schutzmaßnahmen und die erforderlichen Produktkennzeichnungen. Paragraf 505 wurde 1996 hinzugefügt und betrifft Gas- und Dampfatmosphären. Paragraf 506 wurde 2005 hinzugefügt und betrifft Staub- und Faseratmosphären. Diese beschreiben das „Class and Zoning” System (System der Klassen und Zonen).

In der Verordnung 1910.3079(g)(1) gestattet die OSHA der Industrie die Umsetzung des im NEC-Paragrafen 505 beschriebenen „Class and Zoning“ Systems. Die an den Produkten anzubringenden Kennzeichen sind in Paragraf 505.9(C) des NEC festgelegt. Obwohl in den OSHA-Richtlinien für Staub- und Faseratmosphären kein „Class and Zoning“ System definiert ist, können Produkte, die für Bereiche der Class II, Div. 1 und Div. 2 aufgeführt sind, in den entsprechenden Bereichen der Zone 20, 21 und 22 mit der Vorgabe montiert werden, dass die Temperaturklassifizierung für diese Produkte die Anforderungen für die relevante Staubgruppe erfüllt. Produkte, die in Paragraf 506.9(C)(1) für Class II mit Zulassungen für Division 1 und Division 2 aufgeführt sind, dürfen mit Kennzeichnungen für die zusätzlichen Zonen und die zusätzlichen Staubgruppen-Temperaturklassifizierungen versehen werden. NEC 506.9(C)(2) beschreibt die „Class and Zone“ Methode zur Kennzeichnung von Produkten, die in Staub- und Faseratmosphären eingesetzt werden.

Gemäß den OSHA-Verordnungen müssen elektrische Geräte und Anlagen, die für die Montage und Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind, von einer staatlich anerkannten Prüfstelle (Nationally Recognised Testing Laboratory, NRTL) zertifiziert worden sein. Diese Prüfstellen untersuchen und zertifizieren Produkte nach Normen, die von anerkannten Normungsbehörden entwickelt wurden und von der OSHA als „zweckmäßig“ erachtet werden. Nachfolgend sind Beispiele für Normungsbehörden aufgeführt: ASTM, ANSI, ISA, IEEE, Underwriter Laboratories und Factory Mutual. Die OSHA erkennt Organisationen, die einen NRTL-Status beantragen, an und überwacht diese. Dazu setzt die OHSHA die Verordnung 29 CFR 1910.7 um. Darüber hinaus erkennt die OSHA auch NRTLs außerhalb der USA an. Ein Beispiel dafür ist die kanadische CSA.

Sobald die OSHA einer Organisation den NRTL-Status verleiht, lässt der Leiter der OSHA, bei dem es sich um den für Arbeitsschutz zuständigen Unterstaatssekretär für Arbeit handelt, dieser Organisation einen formellen Bescheid zukommen. In diesem Bescheid sind der spezielle Umfang und weitere Bedingungen der Anerkennung festgelegt. Diese Anerkennung wird alle fünf Jahre überprüft und wird widerrufen, falls die NRTL die Anforderungen der Verordnung 29 CFR Part 1910 nicht erfüllt.

Die NRTL ist verantwortlich für die Hinterlegung der Sicherheitsnormen, nach denen Produkte zertifiziert werden sollen, die Überprüfung, Zertifizierung und Klassifizierung der Produkte nach den entsprechenden Normen, die Überwachung der Verwendung der gelisteten Produkte auf dem Markt und die Benachrichtigung von Herstellern, wenn Änderungen der Normen Auswirkungen auf die Zertifizierung von deren gelisteten Produkten haben können.

Für die Einhaltung der Normen zuständige OSHA-Mitarbeiter führen vor Ort Inspektionen durch, um zu gewährleisten, dass in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzte Produkte mit dem eindeutigen Zeichen eines NRTL gekennzeichnet sind.

Diese Mitarbeiter dürfen auch Bußgelder verhängen, falls die Produkte nicht nach den Vorgaben des Herstellers montiert wurden oder kein Zeichen eines anerkannten NRTL tragen.

Zertifizierungsanforderungen an Produkte für explosionsgefährdete Bereiche in Europa.

In der Europäischen Union ist die „ATEX-95-Richtlinie“, 2014/34/EU, für die Hersteller und Verwender von Geräten, die zur Verwendung in explosionsgefährdeten Atmosphären vorgesehen sind, eine rechtlich bindende Anforderung. Das Ziel der Richtlinie besteht in einer Ermöglichung des freien Verkehrs von Geräten mit ATEX-Zertifizierung innerhalb des gesamten Europäischen Wirtschaftsraums, der aus allen Mitgliedsländern der Europäischen Union und der Europäischen Freihandelszone besteht. Die Richtlinie wurde am 23. März 1994 erlassen und trat am 1. März 1996 in Kraft. Sie ersetzte ab dem 1. Juli 2003 vergleichbare nationale Richtlinien aller EU-Mitgliedsstaaten.

In der ATEX-95-Richtlinie sind die grundlegenden Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen zur Definition der Explosionsschutzniveaus für Geräte festgelegt, die für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen (Gefahrenbereichen) vorgesehen sind. Die wichtigste Quelle, die bei der Beurteilung und Zertifizierung von Produkten für die Verwendung in explosiven Atmosphären in Bezug auf die technische Einhaltung heranzuziehen ist, sind die einheitlichen „EN“-Normen, in denen die Anforderungen der grundlegenden Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen genau festgelegt sind. Die vollständige Liste der einheitlichen Normen wird im Amtsblatt der Europäischen Kommission, dem ausführenden Organ der EU, veröffentlicht.

Um ein ATEX-zertifiziertes Produkt auf den Markt bringen zu können, muss der Hersteller eine Konformitätserklärung mit der (den) entsprechenden Richtlinie(n) unterzeichnen. Möglicherweise müssen Konformitätserklärungen für andere Richtlinien, insbesondere denjenigen für elektrische Produkte, abgegeben werden, bevor eine CE-Kennzeichnung am Produkt angebracht werden darf (z. B. eine elektromagnetische Verträglichkeit gemäß der EMV-Richtlinie 2014/30/EU). Darüber hinaus müssen Produkte, die für die Montage in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind, mit „Ex“ gekennzeichnet werden.

Als Voraussetzung für den Erhalt einer Konformitätserklärung für ATEX muss der Hersteller sein Produkt von einer „benannten Stelle“ beurteilen und überprüfen lassen. Diese Stelle verleiht eine EG-Baumusterprüfbescheinigung, in der aufgeführt ist, dass das Produkt die Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen der ATEX-Richtlinie erfüllt. Die benannte Stelle untersucht das Produkt anhand der von der Europäischen Kommission veröffentlichten Liste mit einheitlichen „EN“-Normen, die in Bezug auf die Schutzmaßnahmen gemäß den Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen der ATEX-Richtlinie den „gegenwärtigen Stand der Technik“ darstellen. Die benannte Stelle muss dann auch das für die Herstellung des zertifizierten Produkts relevante Qualitätssicherungssystem des Herstellers beurteilen und dabei sicherstellen, dass die Produktqualität gemäß den Anforderungen der Richtlinie gewährleistet ist.

Nach dieser Richtlinie müssen benannte Stellen als Mitglieder der „Gruppe der benannten Stellen“ gemeinsam gewährleisten, dass die technischen Anforderungen gemäß den Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen die derzeit geltenden Normen erfüllen und sicherstellen, dass die Normen in allen Mitgliedsstaaten folgerichtig angewandt werden. Üblicherweise fordert das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) dazu auf, Normen zu schaffen, die die Anforderung der EU-Richtlinien erfüllen. Bei den Normen, die auf dem Gebiet der Zertifizierung von Produkten zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen von größter Bedeutung sind, handelt es sich um die Normenreihe IEC 60079. Diese Normen wurden von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission veröffentlicht und werden seit 2006 als einheitliche „EN“-Normen, die die Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen gemäß der ATEX-Richtlinie erfüllen, für den Geltungsbereich der Europäischen Union vom CENELEC übernommen. Das ATEX-Konzept der „Zonen“ wurde aus dem IEC-System zur Klassifizierung von explosionsgefährdeten Bereichen übernommen.

International anerkannte Zertifizierung von Produkten für explosionsgefährdete Bereiche.

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) verfügt über ein eigenes Zertifizierungssystem für Produkte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Dieses System wird als IECEx bzw. IEC-System zur Zertifizierung nach Normen für Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen bezeichnet. Das erklärte Ziel dieses Systems besteht darin, der globale Maßstab für Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen zu werden, sodass alle Produkte mit dem IECEx-Kennzeichen von allen nationalen Stellen zur Regulierung von Industrien, die auf dem Gebiet der explosionsgefährdeten Bereiche tätig sind, akzeptiert werden. Beim IECEx-System zur Zertifizierung von „Ex“-Produkten lassen Hersteller ihre Produkte von einer Zertifizierungsstelle mit IEC-Zulassung, einer sogenannten ExCB, prüfen, die das Zertifizierungsverfahren für das Produkt regelt. Produktproben werden unter Leitung der ExCB nach den entsprechenden IEC-Normen von einer Prüfstelle, einer ExTL, geprüft. Das Produkt muss die Normen, die bei der Prüfung von Produkten für explosionsgefährdete Bereiche von größter Bedeutung sind, und vor allem die Normenreihe IEC 60079 erfüllen. Darüber hinaus ist die ExCB auch für die Überprüfung der Produktionseinrichtungen des Herstellers gemäß der Norm ISO 9001 zuständig. Der Hersteller erhält nur dann eine Konformitätsbescheinigung, wenn der Prüfbericht (ExTR) und der Qualitätsbewertungsbericht (Quality Assessment Report, QAR) die Einhaltung der entsprechenden Normen belegen. Der ExCB ist dann verantwortlich für jährliche Prüfungen des Herstellers in Bezug auf das Produkt, dem die Konformitätsbescheinigung (Certificate of Conformity, CoC) verliehen wurde. Die Konformitätsbescheinigung und der Prüfbericht werden von der IEC verwaltet und geregelt, und die jeweils aktuellste Version der Konformitätsbescheinigung und deren Änderungshistorie sind auf der IECEx-Website abrufbar.

Gemäß den IECEx-Richtlinien darf eine ExCB nur die Produkte nach den IEC-Normen zertifizieren, für die sie über den „Akzeptanzumfang“ geprüft wurde. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, das von einem Bewertungsteam aus bestehenden IECEx-Mitgliedern angewendet wird. Die ExCB und die ExTL müssen die Fähigkeit (z. B. technische Kompetenz, Laborausstattung) zur Bewertung und Prüfung von Produkten nach den durch den Akzeptanzumfang vorgegebenen Normen nachweisen. Die IECEx-Richtlinien schreiben eine jährliche Überwachung der ExCBs und der ExTLs vor. Darüber hinaus werden alle ExCBs und ExTLs alle fünf Jahre erneut beurteilt.

Die IECEx besteht aus nationalen Technischen Komitees, die alle an der Erstellung und kontinuierlichen Aktualisierung der Normen beteiligt sind. Normen werden häufig aktualisiert, damit bei Schutzkonzepten und Verfahren zur Prüfung von Geräten für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen der aktuellste Stand der Technik berücksichtigt wird. Beispielsweise wurde die aktuelle Norm zur Eigensicherheit, die 6. Auflage von IEC 60079-11 aus dem Jahr 2011, zuvor bereits 2006 veröffentlicht. Eine Änderung der Aktualisierung aus dem Jahr 2011 betraf die Einführung neuer Prüfanforderungen für Opto-Isolatoren.

Annäherung der Zertifizierungssysteme von Produkten für explosionsgefährdete Bereiche.

Eine Möglichkeit für ein international anerkanntes „Gütesiegel“ zur Zertifizierung von Produkten für explosionsgefährdete Bereiche liegt aller Wahrscheinlichkeit nach im IECEx-Schema. Um eine Vereinheitlichung auf globaler Ebene zu ermöglichen, muss die IEC „nationale Unterschiede“ zwischen nationalen Normen und Verordnungen einerseits und den IEC-Normen andererseits ermitteln. Darüber hinaus muss ein Übergangszeitraum festgelegt werden, in dem diese Unterschiede so genormt werden, dass die IECEx-Normen eine breite Übereinstimmung erzielen und für alle Teilnehmerstaaten akzeptabel sind. Nationale Unterschiede lassen sich durch Anforderungen wie die Prüfung auf Brandgefahr und die Gefahr von Stromschlägen für die USA und in der EU und der EFTA durch Normen für elektrische Produkte realisieren. Das Ziel des IECEx-Schemas besteht jedoch nicht darin, diese zusätzlichen Anforderungen zu ersetzen oder außer Kraft zu setzen, da dieses Schema ausschließlich auf die Explosionsschutz-Zertifizierung abzielt.

Die USA werden im IECEx-Schema vom United States National Committee (USNC) vertreten, dessen Mitglieder wiederum vom ANSI gestellt werden. Gemäß NEC, Paragraf 505 und 506, werden explosionsgefährdete Bereiche in Zonen aufgeteilt, und die Mehrzahl der ANSI-, ISA- oder UL-Normen, auf die in den NEC-Paragrafen 505 und 506 Bezug genommen wird, stammen von der IEC-Normenreihe 60079 ab. Die ANSI-Richtlinien schreiben vor, dass eine IEC-Norm entweder in identischer Form übernommen oder so modifiziert werden muss, dass die in dieser Norm aufgeführten Anforderungen hinzugefügt oder entsprechend herabgesetzt werden. Normalerweise wird die Norm von einer der Normungsbehörden wie der ISA oder den UL übernommen oder modifiziert, und der Status als nationale Norm wird über das ANSI erhalten. Im Bereich Explosionsschutz ist die Mehrzahl der für IEC-Normen geltenden Unterschiede so konzipiert, dass eine Einhaltung der entsprechenden NEC-Richtlinien gewährleistet ist. Solche Unterschiede könnten Verkabelungsverfahren bis hin zur Ergänzung um Abschnitte wie Informationen zu Schutzkonzepten wie Zener-Dioden betreffen.

Obwohl das technische und juristische Vereinheitlichungsverfahren etwa 10 bis 15 Jahre dauern könnte, könnte die tatsächliche Herausforderung für eine Übernahme aus Sicht der USA „vor Ort“ vorhanden sein. Ein Beispiel besteht darin, dass die zuständige Behörde die technische Fähigkeit benötigt, ein Produkt, dass nach den „Class and Zoning“ Anforderungen des NEC gekennzeichnet und zertifiziert ist, freizugeben. De facto kann die Akzeptanz von Produkten allein mit IECEx-Kennzeichnung mittel- und langfristig zunehmen, wenn das Produkt mit einem NRTL-Zeichen gekennzeichnet ist, den Status „Ex“ der IEC als Zertifizierungsstelle trägt und die für die Einhaltung der Normen zuständigen OSHA-Mitarbeiter und andere zuständige Behörden über einen ausreichenden Kenntnisstand und genügend Informationen verfügen.

In jüngster Zeit hat die UNECE in den Vereinten Nationen eine Entwicklung in Gang gesetzt, bei der das IECEx-Zertifizierungsmodell als Grundlage für die Schaffung eines Rechtsrahmens für explosionsgefährdete Bereiche auf nationaler Ebene übernommen wird, sodass jedes UN-Mitgliedsland das IECEx-Modell als Grundlage für seine nationale Gesetzgebung verwenden kann. Davon profitieren insbesondere die Länder, die Zugang zu marktführenden Produkten für explosionsgefährdete Bereiche benötigen, selbst jedoch nicht über eine Legislative oder Verordnungen mit US-amerikanischem oder europäischem Standard verfügen, wodurch die Auswahl von Produkten zu einer aufwändigen oder sogar unmöglichen Aufgabe wird. Mitgliedsländer mit hochentwickeltem Rechtsrahmen stehen vor der Wahl, diese Entwicklung mitzutragen, sodass schließlich alle Länder dieselben Zertifikate anerkennen.

Read More

In diesem Artikel geht es um aktuell angewendete Verfahren zum Schutz von Fahrzeugen vor den Gefahren elektrostatischer Ladungen in Bereichen, in denen es keine oder keine ordnungsgemäß spezifizierten Erdungsüberwachungssysteme gibt.  Obwohl das Earth-Rite® MGV-System ursprünglich zur mobilen Erdungsüberprüfung für alle Arten von Tanklastzügen entwickelt wurde, hat es besonders großen Erfolg im Zusammenhang mit Vakuumtankwagen, die von entsprechenden Dienstleistern im Rahmen von Reinigungsarbeiten sowie für die Aufnahme von ausgetretenen Substanzen oder anderen Stoffen in klassifizierten Gefahrenbereichen eingesetzt werden. Außerdem wird das MGV-System für Tanklastzüge verwendet, die Transportaufgaben an Orten durchführen, an denen es keinen ausreichenden ESD-Schutz gibt.

Vakuumtankwagen finden in der Gefahrstoffindustrie weitreichende Anwendung. Einsatzbeispiele reichen von der Vorratsbehälterreinigung bis zur Aufnahme von brennbaren Stoffen, die aufgrund von Leckagen oder Verschüttungen ungewollt freigesetzt wurden. Ein wesentliches Merkmal dieser Art von Dienstleistungen ist die Aufnahme von Stoffen an Orten mit potenziell brennbarer Atmosphäre.

Mobile Erdungsüberwachung

Elektrostatische Ladungen sind in der Gefahrstoffindustrie als Zündquelle weithin bekannt. Da die Entstehung und Ansammlung elektrostatischer Ladungen mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, bleiben sie oft unbemerkt und stellen daher eine besonders heikle Gefahrenquelle dar. Während des Produkttransfers kann eine elektrostatische Aufladung nur nachgewiesen werden, wenn eine anwesende Person eine elektrostatische Funkenentladung hört oder sieht. Zu diesem Zeitpunkt ist es jedoch möglicherweise bereits zu spät, die Zündung der umgebenden Atmosphäre zu verhindern, wenn die Funkenentladung innerhalb des entflammbaren Bereichs stattfindet.

Durch Erdung können die Gefahren durch elektrostatische Ladungen für in Gefahrenbereichen eingesetzte Vakuumtankwagen gebannt werden. Dabei wird das Fahrzeug wirksam mit der Masse des Erdreichs verbunden. Die durch das aufgeladene Material am Fahrzeug induzierte Spannung ist ein Schlüsselfaktor bei der elektrostatischen Funkenentladung. Erdung verhindert die Entstehung von Spannungen sowie deren Ansammlung am Fahrzeug.

Eine der potenziellen Gefahr angemessene Lösung

Bereits seit mehr als 20 Jahren werden anstelle einfacher Erdungskabeltrommeln dedizierte Erdungsüberwachungssysteme an Tanklastzug-Ladestationen in petrochemischen, chemischen und pharmazeutischen Anlagen, in Tanklagern sowie in Anlagen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verwendet. Aufgrund der Kombination aus großen Mengen an verarbeiteten entflammbaren Stoffen, den großen Ladungsmengen, die an den Tanklastzügen induziert werden können, und den potenziellen Auswirkungen einer Zündung der Atmosphäre, wurden Erdungskabeltrommeln durch Erdungsüberwachungssysteme ersetzt, die den einwandfreien Erdschluss des Tanklastzugs überwachen, sodass sich während des Produkttransfers weder am eigentlichen Tank noch am Fahrgestell elektrostatische Ladungen bilden können. Um die Sicherheit des Produkttransfers an diesen Stationen zu erhöhen, verfügen ladeportalmontierte Erdungsüberwachungssysteme normalerweise über eine Verriegelungsfunktion, die den Produktfluss sofort stoppt, wenn das Erdungssystem vom Tanklastzug getrennt wird.

Obwohl das Potenzial für einen Brand sowie die daraus entstehenden Folgen für Vakuumtankwagen durchaus denen standardmäßiger Tanklastzüge an dedizierten Ladeportalen entsprechen, waren Dienstleister, die mit Vakuumtankwagen arbeiten, bisher nicht in der Position, dasselbe Maß an Sicherheit und Schutz für ihre eigenen Mitarbeiter und Fahrzeuge sowie für die Mitarbeiter und Anlagen ihrer Kunden zu gewährleisten.

Earth-Rite MGV - Mobile Erdungsüberwachung

Bisher mussten diese Dienstleister für die Erdung ihrer Fahrzeuge auf sehr einfache Geräte zurückgreifen. Die Technologie zur mobilen, schnellen und benutzerfreundlichen Verifizierung des einwandfreien Zustands der Erdungspunkte war bisher weder für die Fahrer noch für das Bedienpersonal verfügbar. Das aktuell angewendete Verfahren besteht in der Nutzung einer einfachen Erdungsklammer, die an ein einadriges Flechtlitzenkabel angeschlossen ist, welches wiederum auf eine Kabeltrommel gewickelt ist.

Saugarbeiten werden häufig in Anlagen und an abgelegenen Orten durchgeführt, an denen explizit ausgewiesene Erdungspunkte nicht regelmäßig überprüft werden bzw. nicht zugänglich oder von vornherein nicht vorhanden sind. (Detaillierte Informationen zu Erdungspunkten finden Sie am Ende dieses Artikels). Schüttguttransportunternehmen sehen sich denselben Problemen gegenüber, wenn sie ihre Produkte zu Kundenstandorten liefern, an denen die Erdungssysteme nicht den aktuellen Spezifikationen entsprechen oder – was noch schlimmer ist – überhaupt nicht installiert wurden.

Im Vergleich zum Leistungsverhalten und der Sicherheit von Erdungsüberwachungssystemen weisen Kabeltrommeln mit einadrigen Erdungskabeln einige wesentliche Nachteile auf:

  • Erdungskabeltrommeln können dem Fahrer nicht anzeigen, ob die Erdungsklammer alle eventuell vorhandenen Schichten durchdrungen hat, die das Abfließen der elektrostatischen Ladungen verhindern könnten. Rost und Farbanstriche machen es der Erdungsklammer schwer, eine stabile, niederohmige Verbindung zum Objekt, das die Erdungsfunktion übernimmt, herzustellen.
  • Erdungskabeltrommeln können die Verbindung des Tanklastzugs mit dem Erdungspunkt nicht für die Dauer des gesamten Transferprozesses überwachen. Wenn die Verbindung der Erdungsklammer zum Erdungspunkt unterbrochen wird, geschieht dies unbemerkt vom Fahrer und vom Bedienpersonal, das sich hauptsächlich um den Produkttransfer kümmert.
  • Wenn der Fahrer die Erdungskabeltrommel an sekundäre Erdungspunkte anschließen muss (z. B. Rohrleitungen oder Träger von Bauwerken), dann kann die Erdungstrommel nicht überprüfen, ob der Erdungspunkt zuverlässig mit dem Erdreich verbunden ist.
  • An vielen Kundenstandorten wird verlangt, dass Elektriker mithilfe eines Multimeters eine Widerstandsmessung vornehmen, um zu verifizieren, dass der Tanklastzug über die Erdungskabeltrommel Kontakt mit einem explizit ausgewiesenen Erdungspunkt hat und dass der Widerstandswert dieser Verbindung den Maximalwert von 10 Ohm nicht übersteigt. Dieses Verfahren hat mehrere bedeutende Nachteile.
  • Der Elektriker muss für diese Prüfung extra von anderweitigen Wartungs-, Reparatur- und Installationsarbeiten abgezogen werden, sodass im Extremfall mehrere Stunden vergehen, bevor die Widerstandsprüfung tatsächlich erfolgt. Als Kettenreaktion kommt es zu einer entsprechenden Verzögerung bei der Durchführung der Reinigungs-, Materialaufnahme- oder Absaugtätigkeit durch die Besatzung des Vakuumtankwagens.
  • In einer Notsituation, z. B. bei unbeabsichtigter Materialfreisetzung oder bei Leckagen, hat die Besatzung des Vakuumtankwagens möglicherweise nicht die Zeit, auf den Elektriker zu warten, der die Widerstandsmessung durchführen soll. So kann es dazu kommen, dass das Personal den Vakuumtankwagen an Punkte anschließt, die nicht als verifizierte Erdungspunkte ausgewiesen sind. In dieser Situation können sie nur hoffen, dass das Objekt, an das sie den Vakuumtankwagen angeschlossen haben, über eine Verbindung mit dem Erdreich verfügt.
  • Bei der Widerstandsprüfung wird lediglich und nur einmalig der Widerstand zwischen dem Anschlusspunkt und dem Vakuumtankwagen überprüft. Ob das an die Kabeltrommel angeschlossene Gebäudeteil tatsächlich Kontakt mit dem Erdreich hat, wird dabei nicht verifiziert.
  • Da die Widerstandsprüfung nur einmal durchgeführt wird, erfahren die Fahrzeugführer nicht, ob die Verbindung der Erdungsklammer mit dem Erdungspunkt während des Produkttransfers in irgendeiner Art und Weise beeinträchtig wird.

Read More

In den letzten Jahren kamen immer mehr neue und kostengünstige mobile Kunststoffbehälter auf den Markt. Dank verschiedener Behältergrößen von 1-Liter-Flaschen über 205-Liter-Fässer bis hin zu 1000-Liter-IBCs verfügen die Lieferketten in der Gefahrstoffindustrie nunmehr über eine breite Palette an Verpackungsoptionen für unterschiedlichste Produkte. Während für einige Verpackungsoptionen Kunststoffe benötigt werden, die mit bestimmten Produkten kompatibel sind, besteht der Hauptvorteil der Kunststoffverpackungen in ihren relativ geringen Kosten im Vergleich zu Metallbehältern wie Metallfässern und Metall-IBCs. Die vermehrte Verwendung von Kunststoffbehältern in der Gefahrstoffindustrie steht aufgrund der Gefahren durch elektrostatische Aufladung jedoch immer stärker auf dem Prüfstand. In diesem kurzen Artikel geht es um Fragestellungen im Zusammenhang mit der elektrostatischen Aufladung von Kunststoffverpackungen, entsprechende Berichte und Gutachten von Branchen- und Sicherheitsinstitutionen sowie um die Bereitstellung von Lösungen für die Erdung nichtmetallischer Behälter mit dem besonderen Augenmerk auf Fässern und IBCs aus Verbundwerkstoffen.

Definition der Begriffe „elektrostatisch ableitfähig“, „leitend“ und „isolierend“

Die korrekte Definition der Begriffe „leitend“, „isolierend“ und „elektrostatisch ableitfähig“ (antistatisch) ist wichtig, um die Fähigkeit von bestimmten Werkstoffen, elektrostatische Ladungen sicher von ordnungsgemäß geerdeten Objekte abzuleiten, voll erfassen zu können. Leitende Werkstoffe können elektrostatische Ladungen sofort abführen. In elektrostatisch ableitfähigen Werkstoffen werden elektrostatische Ladungen ebenfalls abgeleitet, allerdings erfolgt dies langsamer als bei leitenden Werkstoffen. In isolierenden oder, um präziser zu sein, schlecht leitenden Werkstoffen, werden elektrostatische Ladungen auf der Oberfläche gespeichert und auch dann nicht ohne weiteres abgeführt, wenn der Werkstoff geerdet wird.

Des Weiteren ist es wichtig, den Unterschied zwischen Durchgangswiderstand und Oberflächenwiderstand zu verstehen. Der spezifische Widerstand wird durch die immanenten Eigenschaften des Werkstoffs bestimmt, die den Stromfluss behindern. Der spezifische Durchgangswiderstand ρ stellt den gesamten spezifischen Widerstand eines Werkstoffstücks durch sein gesamtes Volumen hindurch dar. Der Gesamtwiderstand gegen den Ladungstransport wird berechnet, indem man den spezifischen Widerstandswert des Werkstoffstücks mit seiner Länge multipliziert und diesen Wert dann durch die Querschnittsfläche, durch die die Ladung fließt, dividiert:

R = ρl/A

Der Widerstand durch einen großen Block aus PTFE von 1 m Länge und einer Querschnittsfläche von 1m² mit einem spezifischen Widerstandswert (ρ) von 1019  Ωm beträgt z. B. 1 x 1019 Ohm(1). Bei einem entsprechenden Kupferblock mit dem gleichen Volumen und einem spezifischen Widerstand von 1 x 10-8 Ωm beträgt der Widerstand durch das Kupfer hindurch 1 x 10-8 Ohm. Also selbst wenn der PTFE-Block ordnungsgemäß geerdet wurde, erfahren die Ladungen ein hohes Maß an Widerstand bei ihrer Bewegung in Richtung Erde, während es bei Metallen nur einen geringen oder überhaupt keinen Widerstand gibt und die Ladungen sofort zur Erde abgeleitet werden.

Stromfluss

Der spezifische Oberflächenwiderstand λ stellt den spezifischen Gesamtwiderstand über die Oberfläche eines Werkstoffes dar. Im Wesentlichen ist es so, dass ein Werkstoff mit einem hohen spezifischen Durchgangswiderstand so ausgelegt werden kann, dass er nur einen geringen spezifischen Oberflächenwiderstand aufweist. In diesem Fall könnten Ladungen, die ansonsten nicht so einfach durch den Werkstoff fließen würden, über die Oberfläche geführt werden.

Der Gesamtoberflächenwiderstand wird auf ähnliche Art und Weise mit der Formel R = λ L₁/L₂berechnet.

Stromfluss Oberflache

Der Widerstand, den der über eine Oberfläche fließende Strom erfährt, ist abhängig vom spezifischen Oberflächenwiderstandλ des Werkstoffs sowie von der Länge und Breite des Werkstoffabschnitts.

Im Allgemeinen können Werkstoffe in Abhängigkeit von ihren spezifischen Durchgangs- und Oberflächenwiderstandswerten in drei Kategorien eingeteilt werden.

Tabelle 1: Wertebereiche des spezifischen Widerstands für leitende, ableitfähige und isolierende Werkstoffe (1)

In Bezug auf die Zündgefahr aufgrund von elektrostatischer Ladung in explosionsgefährdeten Bereichen ist die korrekte Anwendung und Spezifikation der Behälter aus leitenden, elektrostatisch ableitfähigen und isolierenden Werkstoffen für die Sicherheit des Personals und der Prozesse, in deren Verlauf diese Behälter zum Einsatz kommen, von größter Wichtigkeit.

Prüfung von IBCs aus Verbundwerkstoffen sowie Leitfäden für die Branche

Ein Bericht, der für die britische Health & Safety Executive (HSE) erstellt wurde, beschreibt die wichtigsten Auswahlkriterien, die Anlagenbetreiber bei der Verwendung von mobilen Behältern in explosionsgefährdeten Bereichen in Betracht ziehen sollten(2). Für den Bericht wurde das Ausmaß elektrostatischer Entladungen an Behältern von kleinen 1-Liter-Kunststoffflaschen bis hin zu starren 1000-Liter-IBCs getestet und quantifiziert. Starre IBCs werden aus zahlreichen unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt, z. B. aus isolierendem und elektrostatisch ableitfähigem Kunststoff oder auch aus isolierendem Kunststoff umgeben von einer Hülle aus Metallplatten oder mit einem Stahlrahmen. Kunststofffässer mit einem Fassungsvermögen von 205 Litern wurden bei diesen Tests nicht berücksichtigt.

Die Erzeugung und Messung der elektrostatischen Entladung erfolgte im Einklang mit EN 13463-1:2001, „Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen – Teil 1: Grundlagen und Anforderungen”. 

Prüfungen unter kontrollierten Laborbedingungen ergaben, dass elektrostatische Entladungen von ausreichend hoher Energie zur Zündung von weit verbreiteten Gasen und Dämpfen bei allen Behältertypen möglich sind. Ein IBC aus Kunststoffverbundwerkstoff, der über eine elektrostatisch ableitfähige Außenschicht verfügte, wies sichere Entladungswerte auf. Der Berichte weist jedoch auch darauf hin, dass eine repräsentative Probemenge dieser IBCs geprüft werden müsse, um feststellen zu können, ob diese Eigenschaften konsistent vorhanden sind.

Im Folgenden werden einige der Schlussfolgerungen und Empfehlungen des Berichts aufgeführt:

  • „Bei allen Bauformen ist es sehr wichtig, dass der Rahmen sowie alle anderen leitenden Teile bei allen Handhabungen, bei denen es zu elektrostatischer Aufladung kommen kann, geerdet werden und dass diese Behälter nicht auf stark isolierenden Flächen abgestellt werden, wenn diese nicht separat geerdet sind.“
  • Der Erdschluss zwischen dem Rahmen und leitenden Teilen von Einfüll- und Entnahmestutzen etc. sollte regelmäßig überprüft werden.
  • Freiliegende Kunststoffteile (z. B. Einfüll- und Entnahmestutzen sowie Einfüllverschlüsse) sollten aus elektrostatisch ableitfähigen Werkstoffen gefertigt werden.
  • Metallrahmen sowie leitende Objekte auf IBCs sollten „elektrisch mit der Erde verbunden“ werden, wobei ausreichend Zeit für die Ladungsrelaxation vorzusehen ist.
  • Zur Bestimmung des am besten geeigneten Behältertyps sollte eine gründliche Risikoanalyse durchgeführt werden. Dabei ist besonderes Augenmerk auf das elektrostatische Ladungspotential und das Vorhandensein von entzündlichen Gasen und Dämpfen der Kategorien IIA, IIB und IIC zu legen.

Read More

Erdungssystem für Tanklastzüge

Das Befüllen und Entleeren von Tanklastzügen mit leicht entzündlichen und brennbaren Produkten stellt für Branchen, in denen gefährliche Prozesse ablaufen, eine der erstzunehmendsten Brand- und Explosionsgefahren dar. Eine bereits 1967 vom API (American Petroleum Institute), dem Interessenverband der Öl-, Gas- und petrochemischen Industrie, durchgeführte Studie ergab, dass bei mehr als 60 Vorfällen beim Befüllen von Tanklastzügen elektrostatische Entladungen die Ursache waren, und stellt unter Beweis, wie lange diese potenzielle Gefahr bereits bekannt ist. Das natürliche Vorhandensein elektrostatischer Ladung beim Produkttransfer verbunden mit der damit einhergehenden Zündgefahr führt dazu, dass die Aufsichtsbehörden Schutzmaßnahmen für Tanklastzüge gegen elektrostatische Ladungen sehr ernst nehmen.

Elektrostatische Ladungen und der Produkttransfer im Zusammenhang mit Tanklastzügen

Pulver und Flüssigkeiten mit geringer elektrischer Leitfähigkeit sind die Hauptursachen der Entstehung von elektrostatischer Ladung, da die Ableitung überschüssiger Ladung aufgrund der elektrischen Eigenschaften der Produkte schwierig ist. Vielmehr speichern nichtleitende und halbleitende Flüssigkeiten und Pulver Ladungen, nachdem sie in Kontakt mit leitenden Objekten gekommen sind. Der häufigste Grund für die Aufladung nichtleitender und halbleitender Produkte ist der Kontakt mit metallischen Anlagenteilen wie Rohrleitungen, Filtern, Pumpen, Ventilen, Fässern, Transportbehältern, Mischern und Rührwerken. Wenn eine elektrostatisch aufgeladene Flüssigkeit (oder ein ebensolches Pulver) in einen Behälter wie beispielsweise ein Fass, einen Transportbehälter oder einen Tanklastzug gefüllt wird, kommt es zur Aufladung des Behälters, wenn die Ladung nicht abgeleitet werden kann. In einem solchen Fall handelt es sich um „statische“ Ladung, die sich auf der Behälteroberfläche ansammelt und in Bezug zur Erde eine hohe Potentialdifferenz aufweist.

Innerhalb kürzester Zeit (von weniger als 20 Sekunden) können Spannungen von mehr als 50.000 Volt am Transportbehälter eines Tanklastzugs entstehen, wenn dieser mit normaler Fließgeschwindigkeit mit einem elektrostatisch aufgeladenen Produkt befüllt wird. Die Größe der induzierten Spannung ist direkt proportional zur Ladungsmenge, mit welcher der Behälter Kontakt hat.

Diese Spannung liefert die Zündquelle und die potentielle Energie, die aufgrund der Entladung durch einen elektrostatischen Funken bei Spannungswerten von 50 kV entsteht. Diese kann bei einem typischen Tanklastzug über 1250 mJ betragen. Mit dieser Energiemenge kann der Großteil der entzündlichen Dämpfe und brennbaren Staubmengen gezündet werden.

Damit es beim Produkttransfer im Zusammenhang mit Tanklastzügen zur Funkenentladung kommen kann, müssen andere leitende Objekte in die Nähe des elektrostatisch aufgeladenen Tanklastzugbehälters gelangen. Beispiele für derartige leitende „Objekte“ sind das Füllrohr, das von oben in den Behälter gesteckt wird, Fallschutzsysteme wie beispielweise Klapptreppen sowie Fahrer und Bedienpersonal, das im Bereich des Tanklastzugs tätig ist. Die Ladung des Tanklastzugbehälters zieht entgegengesetzte Ladungen auf die Objektoberfläche, so dass zwischen den beiden Oberflächen schnell ein elektrisches Feld entsteht. Aufgrund der Stärke dieses elektrischen Feldes kommt es zum „Durchschlag“ durch den Luftspalt zwischen dem Behälter und dem Objekt. Bei diesem Durchschlag entsteht ein leitender Pfad für die schnelle Entladung der überschüssigen Ladungen, wodurch es wiederum zur Funkenbildung kommt. Wenn dann in diesem Bereich auch noch eine brennbare Atmosphäre vorherrscht, kommt es mit großer Wahrscheinlichkeit zur Zündung dieser Atmosphäre. Unter Umgebungsbedingungen ist eine durchschnittliche Feldstärke von 30 Kilovolt in der Lage, über eine Funkenschlagweite von 2 cm, das Durchschlagen des Luftspalts zu verursachen.

Abb. 1: Spannungswerte, die durch eine elektrostatisch aufgeladene Flüssigkeit bei normaler Fließgeschwindigkeit an einem Tanklastzug erzeugt werden

Abb.2: Potentielle Mindestzündenergien an einem Tanklastzug in Abhängigkeit von der Befüllzeit

Normen und empfohlene Verfahrensweisen zum Schutz vor elektrostatischer Ladung beim Produkttransfer im Zusammenhang mit Tanklastzügen

Wie bereits zuvor ausgeführt, sind die Aufsichtsbehörden stark sensibilisiert, was die Zündgefahren durch elektrostatische Ladungen beim Produkttransfer im Zusammenhang mit Tanklastzügen anbelangt. Es gibt im Wesentlichen drei Normen, in denen die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen klar dargestellt sind: NFPA 77, API RP 2003 und IEC 60079-32. In diesen Normen wird festgelegt, dass die Erdung der Tanklastzüge im Verlauf des Transferprozesses an erster Stelle stehen sollte. Durch die Erdung entsteht ein elektrischer Stromkreis, durch den der Tanklastzug mit der Erde verbunden wird. Dieser Erdschluss verhindert, dass sich elektrostatische Ladungen am Tanklastzugbehälter aufbauen können. Die Ladungen können deshalb zur Erde abfließen, weil die Fähigkeit der Erde, elektrostatische Ladungen aufzunehmen und weiterzuverteilen, unendlich groß ist. Dies hat den positiven Nebeneffekt, dass die Zündquelle aus einer potenziell brennbaren Atmosphäre entfernt wird.

Der elektrische Widerstand dieses Stromkreises zwischen dem Tanklastzug und der Erde (oder auch dem „Erdungspunkt“), d.h. dem Erdkontakt, ist ein wichtiger Indikator für die Fähigkeit des gesamten Erdungskreises, einen sicheren Produkttransfer zu gewährleisten. In den Normen NFPA 77 und API RP 2003 wird festgelegt, dass der Widerstand in einem vernünftig ausgelegten metallischen Stromkreis maximal 10 Ohm betragen sollte. Aus diesem Grund sollte der gesamte Stromkreis zwischen dem Tanklastzug und dem Erdungspunkt durchgemessen und auf einem Wert gleich oder unter 10 Ohm gehalten werden. Wird ein Widerstand größer als 10 Ohm gemessen, weist dies auf Probleme mit Teilen des Erdungskreises hin, z. B. mit dem Tanklastzuganschluss, dem Anschluss des Erdungspunktes oder der Leitfähigkeit des Stromleiters.

Read More

Jeder, der für die Sicherheit von Mitarbeitern, Kollegen, Anlagen und Sachwerten verantwortlich ist, steht bei der Schaffung einer sicheren Arbeitsumgebung vor der nicht immer leicht zu lösenden Aufgabe, bestimmen zu müssen, ob die Produktions- und Bearbeitungsprozesse einer Anlage die Gefahr einer elektrostatischen Funkenentladung in einer entzündlichen oder brennbaren Atmosphäre in sich tragen.

Statische

Die Elektrostatik ist ein detailreiches Fachgebiet, das für die meisten für uns wie eine Geheimwissenschaft wirkt, zu der nur Akademiker und erfahrene Prozesssicherheitsberater Zugang haben. Da elektrostatische Zündgefahren auf „atomarer Ebene“ auftreten, ist es naturgemäß schwierig, sich vorzustellen, wie und warum elektrostatische Ladungen in Branchen, in denen regelmäßig brennbare und entzündliche Produkte verarbeitet werden, eine Gefahr darstellen. Es gibt so viele Variablen, die bei der Elektrostatik eine Rolle spielen, dass es fast unmöglich ist, die tatsächlichen Auswirkungen dieser Parameter im Kontext der Gefahrenabwendung vorherzusagen, ohne kontrollierte Laborversuche durchzuführen, um festzustellen, ob ein bestimmter Prozess zündfähige elektrostatische Entladungen hervorrufen kann.

Wenn man bedenkt, dass durch Laufen auf einem Teppich 35.000 Volt (35 kV) an einem Menschen entstehen können, wird deutlich, wie normale, tagtäglich ablaufende Prozesse Spannungen von weit über 10.000 Volt (10 kV) erzeugen können. Bei einem kleinen Objekt wie einem Metalleimer mit einer typischen elektrischen Kapazität von 20 Picofarad beträgt die für eine Entladung bei 10 kV verfügbare Gesamtenergie 1 mJ. Dieser Wert liegt über der Mindestzündenergie der meisten entzündlichen Dämpfe. Im größeren Maßstab betrachtet liegt die Zündenergie, die bei 10 kV an einem Menschen entsteht, bei ca. 10 mJ. Im Rahmen von Produktionsschritten, bei denen Pulverstoffe transportiert werden, können an Teilen des Fördersystems leicht Spannungen in der Größenordnung von 1.000 kV entstehen. Tanklastzüge, die befüllt werden, können eine Zündenergie von bis zu 2000 mJ aufweisen.

Die Untersuchung und Bestimmung der Spannungswerte, die als Folge dieser Ladungsmechanismen entstehen können, ist zeit- und kostenaufwändig. Verkompliziert wird das Ganze durch die Tatsache, dass zündfähige elektrostatische Entladungen in unterschiedlicher Form auftreten können, von Funkenentladungen über Gleitstielbüschelentladungen und Schüttkegelentladungen bis hin zu Koronaentladungen. Die Beurteilung, Bestimmung und Kombination dieser Variablen für eine in sich geschlossene Überprüfung einer potentiellen Gefahr ist keineswegs einfach.

Nach welchen Normen sollte ich mich beim Schutz gegen elektrostatische Ladungen in zündfähigen Atmosphären richten? 

Glücklicherweise gibt es mehrere international anerkannte Normen, die eine Anleitung zur Einschränkung elektrostatischer Gefahren beinhalten und die für den Arbeitsschutz verantwortlichen Personen in die Lage versetzen, das Risiko zündfähiger elektrostatischer Entladungen zu minimieren. Das Bedienpersonal in explosionsgefährdeten Bereichen, das die Einhaltung dieser Normen nachweislich praktiziert, wird bei der Schaffung einer sicheren Arbeitsumgebung und der Verhinderung der Zündung zündfähiger Atmosphären sehr gute Ergebnisse erzielen. Zu den umfassendsten Normen gehören:

NFPA 77: Recommended Practice on Static Electricity (2007). (Empfehlungen für den Umgang mit statischer Elektrizität)

Cenelec CLC/TR 60079-32-1: “Explosive atmospheres – Part 32-1: Electrostatic hazards, guidance (2015). (Explosionsgefährdete Atmosphäre – Teil 32-1: Elektrostatische Gefährdungen – Leitfaden).

API RP 2003: Protection against Ignitions Arising out of Static, Lightning and Stray Currents (2008). (Schutz gegen Zündung durch elektrostatische Entladungen, Blitze und Streuströme)

API RP 2219: Safe Operation of Vacuum Trucks in Petroleum Service (2005). (Sichere Nutzung von Vakuumtankwagen in der Mineralölindustrie)

Diese Normen, und ganz besonders NFPA 77 und CLC/TR: 60079-32-1, beschreiben eine Reihe von Prozessen, bei denen elektrostatische Ladungen entstehen können, z. B. beim Materialfluss durch Rohrleitungen und Schläuche, beim Befüllen und Entleeren von Tanklastzügen oder Eisenbahnkesselwagen, beim Befüllen von und bei der Produktentnahme aus mobilen Tanks, Fässern und Behältern, beim Befüllen und Reinigen von Vorratsbehältern, beim Mischen, Verschneiden und Rühren, beim Transport von Pulvern sowie bei zahlreichen anderen Aktivitäten. Die Norm API RP 2003 befasst sich mit dem Befüllen von Tanklastzügen, Eisenbahnkesselwagen und Vorratsbehältern sowie mit allgemeinen Tätigkeiten im Zusammenhang mit Mineralölprodukten. Die Norm API RP 2219 beinhaltet eine detaillierte Anleitung für den Schutz von Vakuumtankwagen gegen elektrostatische Gefahren.

In all diesen Normen werden die Faktoren genannt, die für die Einschränkung elektrostatischer Gefahren eindeutig identifiziert und kontrolliert werden können. Diese Kontrollen sind in der Regel von den folgenden Punkten abhängig:

  • Verhinderung der elektrostatischen Aufladung von Anlagenteilen, Personen und transportierten Substanzen.
  • Kontrolle des Prozesses zur Minimierung der Erzeugung von elektrostatischen Ladungen.

NFPA 77 (5.1.10) besagt, dass der Übergang eines einzigen Elektrons in 500.000 Atomen ausreicht, um Spannungen zu erzeugen, die über genug Energie zur Zündung entzündlicher Atmosphären verfügen.

Als primäre Schutzmaßnahme gegen elektrostatische Gefahren werden in den Normen die wirksame Erdung sowie der Potentialausgleich genannt. Dies sind gleichzeitig auch die unkompliziertesten, sichersten und kostengünstigsten Maßnahmen zum Umgang mit und zur ordnungsgemäßen Kontrolle von elektrostatischen Gefahren. Wenn elektrostatische Aufladung verhindert wird, werden auch die damit assoziierten Gefahren verhindert.

Read More

Saugfahrzeuge leisten einen wichtigen Beitrag für den Transport und die Bergung entzündlicher und brennbarer Produkte in den Gefahrstoffindustrien.

Aufgrund ihrer Effizienz und vielseitigen Einsetzbarkeit können sie die verschiedensten Aufgaben erfüllen – von der Chemikalienübertragung in der Industrieproduktion über die Beseitigung von Ablagerungen an Speichertanks bis hin zur Bergung von Gefahrstoffen bei Unfällen im Straßen- und Schienenverkehr. Auch Lastkraftwagen, die Gas- und Kraftstoff an den Einzelhandel liefern und welche die Nahrungsmittel- & Getränkeindustrie beliefern, transportieren ihre Güter an Orte, wo keine Erdungssysteme installiert sind oder wo keine Erdungspunkte zur Erdung des Tankers während des Materialtransfers vorhanden sind.

Fahrzeugmontierte Erdungsüberprüfungssysteme

Dort, wo entzündliche und brennbare Produkte transportiert oder geborgen werden, kann die Erzeugung elektrostatischer Ladungen für das Personal und die Ausrüstung eine erhebliche Gefahr darstellen, wenn keine entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen für die Erdung statischer Elektrizität getroffen werden. Wie Sie vielleicht in vorigen ETTG-Artikeln gelesen haben, führen die relative Bewegung und Interaktion der verschiedenen Materialien zu einer sofortigen Zusammenführung und Trennung positiver und negativer Ladungen. Sollten diese Ladungen keine Möglichkeit haben zur Ableitung von den Gegenständen oder Materialien, mit denen sie in Kontakt kommen, d.h., fließen sie zu Erde (Masse) oder teilen sie ihre Ladung mit verfügbaren entgegengesetzten Ladungen, werden sie „elektrostatisch“ und erhöhen die Potentialdifferenz des Gegenstands bzw. Materials, an dem sie akkumulieren.

Im Grunde entspricht diese Potentialdifferenz einer Quelle gespeicherter Energie, die bestrebt ist, sich sofort zu entladen, um das betreffende Objekt in den natürlichen Zustand des elektrischen Gleichgewichts (0 V) zurückzuführen. Kann sich die Energie auf eine unkontrollierte Weise entladen, wird sie dies tun – in der Mehrzahl der Fälle in der Form eines zündfähigen elektrostatischen Funkens. Tritt solch eine elektrostatische, zündfähige Funkenentladung in einer dampf- oder staubhaltigen Atmosphäre auf, und der Dampf bzw. Staub liegt innerhalb seiner Grenzwerte bzgl. Entflammbarkeit, Entzündlichkeit bzw. Brennbarkeit, ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass sich das Material entzündet.

Die an einem Gegenstand gespeicherte latente Energie, die in der Form eines elektrostatischen Funkens freigesetzt werden kann, ist äquivalent zu:

 W = ½ C · V²  

Die für die Entladung insgesamt verfügbare Energie (W), ist gleich dem Produkt der Kapazität des Gegenstandes zur Speicherung einer Ladung (Kapazität, C) und dem Quadrat der Spannung, (V), des Körpers.

Die Spannung des Gegenstands wird durch die Generation und Akkumulation von elektrostatischen Ladungen erhöht. Zur Veranschaulichung: ein kleiner Gegenstand, wie z.B. ein Metalleimer, hat eine Kapazität von ca. 20 Pikofarad. Wird zugelassen, dass sich elektrostatische Ladungen am Eimer ansammeln, kann von dem Gegenstand – wenn seine Spannung um lediglich 10 kV erhöht wird – 1 mJ Funkenenergie entladen werden. 1 mJ ist in der Lage, die meisten entzündlichen Dämpfe und Gase zu entzünden. In der Praxis kann die größere Ladungsspeicherfähigkeit von Anlagenteilen, wie von Tanks, Schläuchen, Lanzen und LKW (bis zu 5.000 Pikofarad), wenn diese mit hohen, durch die rapide Interaktion von Flüssigkeiten und Feststoffen verursachten Potentialdifferenzen kombiniert wird, erheblich höhere Stufen gespeicherter Energie generieren, die sich dann unkontrolliert entlädt.

Beispiele für aufgezeichnete Vorfälle, die durch unkontrollierte Entzündung statischer Elektrizität verursacht wurden:

(a) 1998 trat eine Explosion auf, die ein Todesopfer forderte, als Polypropylengranulat von einem Staubfänger in ein großes Saugfahrzeug gesaugt wurde. Die Ursache der Explosion war ein statischer Funke, der sich von der Lanze zum Staubfänger entlud. Der Grund für die Funkenbildung war ein nicht leitfähiger Schlauch, der die Lanze mit dem Saugfahrzeug verband. Weil der Schlauch nicht leitfähig war, sammelten sich statische Ladungen an der Metalllanze an, anstatt dass sie durch den Schlauch zum geerdeten Fahrzeug flossen, wodurch sich die Potentialdifferenz der Lanze im Verhältnis zum Staubfänger erhöhte. Um die Potentialdifferenz der Lanze auszugleichen, entlud sich der statische Funke zum Staubfänger, wodurch die brennbare Atmosphäre in dem Verfahren entzündet wurde.

(b) Ein Feuer in einem Toluolbehälter wurde verursacht, als sich ein statischer Funke von den leitfähigen Metallwindungen eines Gummischlauchs zum Metallrand des Behälters entlud. Obwohl die leitfähigen Windungen des Schlauch mit dem Lastkraftwagen verbunden wurden, war der LKW selbst nicht geerdet. Dadurch konnten sich an den Windungen des Schlauchs statische Ladungen ansammeln, wodurch sich seine Potentialdifferenz im Verhältnis zum Behälter erhöhte.

Diese Vorfälle haben Folgendes gemeinsam:

Es wurde zugelassen, dass die Rate der elektrostatischen Aufladung an den Komponenten des Systems die Rate der Ableitung der statischen Ladungen übersteigen konnte, was dazu führte, dass sich einige Teile des Transfersystems elektrostatisch aufluden. Das Transfersystem umfasst Lanze, Schlauch, Schlauchanschlüsse, Fahrzeug-Sammelraum und das Fahrgestell des Lastkraftwagens. Um das Risiko zu eliminieren, dass zündfähige statische Funkenentladungen einen verheerenden Unfall verursachen, müssen diese Komponenten richtig verbunden und geerdet sein.

Read More

Im Jahr 2006 veröffentlichte das U.S. Chemical Safety Board (CSB) die Ergebnisse einer groß angelegten Studie, die den Umfang und die verheerenden Folgen von Staubexplosionen untersucht, die zwischen 1980 und 2005 in der Chemie verarbeitenden Industrie der USA auftraten.

In jenem Zeitraum wurden 281 Explosionen durch entflammbare, brennbare Staubatmosphären verursacht, was zu 199 Todesfällen und der Verletzung von 718 Arbeitskräften führte (1).  In Großbritannien verzeichnete das Amt für Gesundheit und Sicherheit (HSE) 303 Staubexplosionen über einen Zeitraum von 9 Jahren, und diesbezügliche Unterlagen in Deutschland belegen 426 ähnliche Vorfälle über einen Zeitraum von 20 Jahren (2).

Ein Versicherungsträger gab für einen Zehnjahreszeitraum 450 auf Schüttgutbrände und Staubexplosionen zurückzuführende Vorfälle in seiner Kundenbasis an. Die Schadenshöhe belief sich auf insgesamt $ 580 Mio., mit einem durchschnittlichen Bruttoverlust durch Staubexplosionen in Höhe von $ 1,9 Mio. und durch Schüttgutbrände verursachten Kosten von $ 1,2 Mio (3).

Seit der Veröffentlichung des Berichts forderte das CSB die Arbeitsschutzbehörde in den Vereinigten Staaten OSHA wiederholt dazu auf, mehr zur Regulierung der Sicherheit von Betriebsverfahren in der Verarbeitung brennbarer und entzündlicher Pulver zu unternehmen. Die Explosion in einer Zuckerfabrik von Imperial Sugar in Port Wentworth im Februar 2008 sollte eine Warnung für viele Industriezweige über die hohe Gefährlichkeit und Relevanz von Staubexplosionen sein. In etwa 70 % aller Verfahren der Chemie verarbeitenden Industrie wird mit Pulvern in einer entflammbaren Form umgegangen (4).

Für die Entzündung einer brennbaren Staubwolke müssen bestimmte Bedingungen gegeben sein, wie zum Beispiel:

  • Eine dispergierte Staubwolke-Sauerstoff-Mischung über ihrer minimalen Explosionskonzentration (MEC).
  • Ein physikalischer Einschluss der Staubwolke, der zu einem rapiden Druckaufbau führt, der wiederum Verpuffungen aus der Prozessausrüstung in offene Arbeitsbereiche hinein verursacht.
  • Eine Wärmequelle mit ausreichend Energie zur Entzündung der brennbaren Atmosphäre.

Primäre Verpuffungen treten normalerweise in Prozessausrüstung auf, z. B. in Staubabscheidern und Mischvorrichtungen. Sekundäre Explosionen entstehen durch den Bruch von Sicherheitsbehältern bzw. Eindämmungen, wobei sich die primäre Verpuffung durch die Fördersysteme oder durch die durchbrochenen mechanischen Eindämmungen in die Verarbeitungsmaschinen ausbreitet. Sekundärexplosionen wirbeln die auf den Flächen angesammelten Staubschichten auf und entzünden sie, wodurch der Großteil der verheerenden Folgen für die Arbeitskräfte, Gebäude und Anlagen verursacht wird. Um eine sekundäre Verpuffung zu erzeugen, ist lediglich eine 1,6 mm dicke Staubschicht erforderlich, die durch die Primärexplosionen dispergiert wird (3).

Drei voneinander unabhängige Studien, deren erstellte Daten auf insgesamt 1.100 in den USA, GB und Deutschland untersuchten Staubexplosionen beruhen, führen Prozessausrüstung auf, die nachweislich Quellen für primäre Staubexplosionen sind (2). Die folgenden Prozesse sind am stärksten gefährdet, von solchen Explosionen betroffen zu werden: Staubabsaugung, Pulvermahlen und Pulverisierung, Pulvertransfers, Befüllung von Silos und Containern sowie Mischen und Blenden von Pulver.

CSB studie 1980 bis 2005: Sektoren, in denen Schüttgutbrände und Staubexplosionen aufgezeichnet wurden.

Das oben stehende Diagramm, das auf 426 Vorfällen basiert, schlüsselt die bekannten primären Zündquellen prozentual auf. Elektrostatische Entladungen machen bis zu 10 % der bekannten primären Zündquellen aus. Die Kategorie „Ungeklärt“ steht für Vorfälle, für die keine physikalischen Beweise (elektrische oder mechanische Ursachen) ermittelt werden konnten. Vermutlich sind elektrostatische Entladungen eine sehr häufige Ursache in dieser Kategorie. Da es jedoch keine Zeugen dafür gibt, die nachweislich einen Funken gesehen oder gehört haben, werden Zündquellen dieser Art nicht berichtet und bleiben ungeklärt.

In Deutschland erstellte Studie: Aufgezeichnete Zündquellen in Staubexplosionen

Obgleich die Mehrheit brennbarer Stäube höhere MIE hat als entzündliche Dämpfe, reicht die durch elektrostatische Entladungen in geschlossenen Behältern und Räumen verfügbare Energiemenge dazu aus, die meisten brennbaren Stäube zu entzünden. Der Grund dafür ist, dass die Rate der elektrostatischen Aufladung und Akkumulation in der Pulververarbeitung äußerst hoch ist.

Zündfähige elektrostatische Funken entstehen gewöhnlich dann, wenn keine gründliche Risikobeurteilung vorgenommen wurde, wenn im Rahmen der laufenden Wartung unbeabsichtigterweise Änderungen an Anlagen und Ausrüstung erfolgten und wenn sichere Arbeitsweisen nicht befolgt werden. Um zu verhindern, dass elektrostatische Entladungen brennbare Staubatmosphären entzünden, müssen Unternehmen für ihre Prozesse und Anlagen eine Risikobewertung vornehmen, auf deren Grundlage alle potentiellen Zündquellen erfasst und entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. In Betriebsverfahren, in denen Lösemittel für Suspensionspulver in Misch- und Fördersystemen (und für Pulver, die ihre eigenen entzündlichen Dämpfe abgeben) verwendet werden, sind die umgebenden Arbeitsplätze in Zonen unterteilt oder als potentiell entzündliche und brennbare Atmosphären klassifiziert. Alle potentiellen Quellen interner und externer elektrostatischer Entladungen von Prozessausrüstung, die sich in Zonen unterteilten oder klassifizierten Bereichen befindet, sind zu berücksichtigen und es sind entsprechende Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.

Mindestzündenergie des explosionsfähigen / entzündlichen Stoffes in mJ (Quelle: IChemE)

Read More

Einführung

Die britische Behörde für Arbeitssicherheit The Health and Safety Executive (HSE) hat in Zusammenarbeit mit der Chemical Business Association (CBA) und der Solvents Industry Association (SIA) allgemeine Richtlinien über den Inhalt der Risikobeurteilungen veröffentlicht, die für das Risikomanagement beim Umgang mit intermediären Massengutbehältern (IBC), in denen entzündliche und brennbare Materialien gelagert werden, erstellt werden sollten.

Von besonderem Interesse ist die Beurteilung für das Risikomanagement elektrostatischer Entzündungen. HSE bezieht sich auf die Mitteilung Nr. 51a der SIA, die Richtlinien zur Minimierung der Gefahr durch die Entladung zündfähiger elektrostatischer Funken enthält, wenn Lösemittel in IBC gelagert werden.

Elektrostatische Gefahren und IBC

Das Risiko elektrostatischer Entladungen in potentiell entzündlichen oder brennbaren Atmosphären ist ausführlich in Best-Practice-Richtlinien, wie CENELECs CLC/TR:50404 und NFPA 77, dokumentiert. Obwohl es nicht einfach ist, statische Elektrizität als eine Gefahr zu veranschaulichen, da sie weder materiell noch einfach feststellbar ist, sind die zugrunde liegende Theorie und die sicheren Verfahrensweisen, die man einführen kann, relativ überschaubar.

Der Materialfluss in Rohren, Filtern und Fittings, ganz gleich, ob das Material leitfähig ist oder nicht, führt zur Trennung der elektrischen Ladungen. Bereits die Trennung eines einzelnen Elektrons unter einer halben Million reicht aus, um die Bedingungen für eine zündfähige Funkenentladung zu schaffen. Ähnlich der Funktionsweise einer Zündkerze in einem Fahrzeugmotor sind elektrostatische Entladungen das Ergebnis einer vorhandenen Funkenstrecke. Die Funkenstrecke braucht nur kurzzeitig aufzutreten, und falls in der Funkenstrecke eine entzündliche oder brennbare Atmosphäre vorhanden ist, kann die freigesetzte Energie die Mindestzündenergie der Umgebungsatmosphäre übersteigen. Unkontrollierte Funkenentladungen haben genügend Energie, um die meisten brennbaren Atmosphären zu entzünden.

Wenn die in einen IBC übertragene Flüssigkeit überschüssige Ladungen hat, erzeugt sie ein elektrisches Feld, das entgegengesetzte Ladungen an der Innenwand des IBC induziert. Ist der IBC nicht ordnungsgemäß geerdet, wirkt er wie eine Kondensatorplatte in einem elektrischen Stromkreis, was zur Akkumulation von Ladungen an der Außenfläche des IBC führt.

Die Akkumulation von Ladungen stellt nun eine potentielle Entzündungsgefahr da, weil überschüssige Ladungen zur unkontrollierten Entladung an Gegenstände und Personen in der Nähe des IBC vorhanden sind. In der Regel entladen sich die elektrostatisch geladenen IBC zu geerdeten Leitern, wie Anlagenteilen in der Umgebung, Tauchrohren, Gabelstaplern und zumeist an die Bedienperson, die am IBC arbeitet. Hervorzuheben ist, dass der IBC leitfähig ist und eine niederohmige, elektrostatisch ableitende Verbindung zu Erde hat. Diese ermöglicht es den Überschussladungen, sofort und auf kontrollierte Weise aus dem Gefahrenbereich zu Erde zu fließen. Die Richtlinien, einschließlich der von der SIA veröffentlichten, erklären ausdrücklich, dass dieser Widerstand weniger als 10 Ohm betragen und regelmäßig geprüft werden muss, damit der IBC stets in der Lage ist, Ladungen abzuleiten.

Ein Anschlusswiderstand von 10 Ohm oder weniger gewährleistet, dass die Ableitungsrate statischer Ladung auf jeden Fall die Rate der Ladungserzeugung und -akkumulation übersteigt, sodass die statischen Ladungen sicher vom IBC abgeleitet werden.

Daraus folgt, dass die Bedienperson vor dem Befüllen oder Entleeren eines IBC zunächst gewährleisten muss, dass der IBC vorschriftsmäßig geerdet ist, um statische Elektrizität abzuleiten.

Bei der Verwendung von IBC gilt es aber auch, eine Reihe weiterer Faktoren zu berücksichtigen: insbesondere die Durchflussgeschwindigkeiten beim Befüllen und das spezifische Leitvermögen der Flüssigkeit. Nach dem ersten Befüllen des IBC ist zwischen dem Ende des Füllrohres und der Oberfläche der Flüssigkeit eine potentielle Funkenstrecke vorhanden. Die Richtlinien der SIA empfehlen eine Befüllungsgeschwindigkeit von 1 m/s, bis das Einfüllrohr mit der Flüssigkeit bedeckt ist, und max. 2 m/s danach. Das Spritzfüllen muss vollkommen vermieden werden, weil es die Trennung der Ladungen verstärken würde.

Ist die Flüssigkeit leitfähig, können Ladungen durch die leitfähige Wand des geerdeten IBC abgeleitet werden. Ist das spezifische Leitvermögen der Flüssigkeit niedrig (<50 pS), sind die entsprechenden Ladungsrelaxationszeiten in den Verfahrensablauf zu integrieren. NFPA 77 bietet eine umfassende Übersicht über das spezifische Leitvermögen von entzündlichen Flüssigkeiten und ihre entsprechenden Ladungsrelaxationszeiten.

Read More

Wie man die realen Kosten in Bezug auf die Nichtkonformität  der Kontrolle statischer Elektrizität vermeidet

Nichtkonformität kann insgesamt Kosten verursachen, welche die potentiellen „Einsparungen“, die man erzielt, wenn man die Gefahren elektrostatischer Entzündungen ignoriert oder nicht kompatible Methoden zur Kontrolle statischer Elektrizität verwendet, bei weitem übersteigen.

In den meisten Fällen führen durch statische Elektrizität verursachte Brände und Explosionen zu kostspieligen Produktionsausfallzeiten, zu Rechts- und Versicherungskosten aufgrund von Personalverletzungen und Todesfällen sowie zur Beschädigung von Unternehmenseigentum. In vielen Fällen wurde durch solche Brände die Umwelt schwer belastet, was einerseits in einem Verlust des geschäftlichen Ansehens resultierte, andererseits wurden den betreffenden Unternehmen von den Kommunalverwaltungen hohe Strafen auferlegt. Unter ATEX, den beiden Richtlinien der Europäischen Gemeinschaft auf dem Gebiet des Explosionsschutzes, unterliegen alle Personen – von Zulieferanten bis hin zum Unternehmensmanagement – der strafrechtlichen Verfolgung, falls ein Gericht befindet, dass entsprechende Best-Practice-Verfahren und -Hilfsmittel zum Schutz der Arbeitskräfte nicht befolgt bzw. verwendet wurden.

Erdung in Gefahrenbereichen mit Klammer und Kabel

Doch zum Glück gibt es drei von der Industrie erstellte Best-Practice-Richtlinien, die Grundlageninformationen liefern über a) das Wesen statischer Elektrizität, b) die Prozesse, die einer elektrostatischen Entzündung unterliegen, und c) die vorbeugenden Maßnahmen, die zu treffen sind, um statische Elektrizität als ein Risiko für die Sicherheit und Gesundheit auszuschließen.

Die Best-Practice-Richtlinien sind:

  • Cenelec CLC/TR:50404* (2003): Leitfaden für die Kontrolle unerwünschter statischer Elektrizität (Cenelec Komitee CLC/TC 31).
  • NFPA 77(2007): Empfohlene Praxis für den sicheren Umgang mit statischer Elektrizität (National Fire Protection Association).
  • Schutz vor Entzündungen durch statische Aufladung, Blitzschlag und Streustrom (2003), Amerikanisches Institut für Mineralöle (American Petroleum Institute, API).

Diese Richtlinien werden von Komitees erstellt, die sich aus Branchenexperten für die Sicherheit gefährlicher Betriebsverfahren zusammensetzen. Die in den Schriften angegebenen Sicherheitsvorkehrungen für die Kontrolle statischer Elektrizität sind bemerkenswert beständig.

Beispielsweise empfehlen sowohl CLC/TR: 50404 als auch die API-Richtlinien (NFPA bezieht sich für Tankwagentransfers auf API) für den Produkttransfer von Tanklastwagen:

  1. Den Gebrauch von Interlockschaltungen (Verriegelungen) zur Unterbrechung des Produktflusses, falls der LKW seine Erdverbindung verliert, um dadurch die Bildung statischer Elektrizität zu vermeiden.***
  2. Die Überwachung des Potentialausgleichs-/Erdungskreises auf <10 Ohm und eine deutliche Anzeige für die Bedienpersonen, dass ein ordnungsgemäßer Potentialausgleich-/Erdanschluss hergestellt ist.
  3. Darauf hinzuweisen, dass als erster Betriebsschritt bei Tanklastzugtransfers zunächst das Fahrzeug vollständig zu erden ist.

Das API geht mit seiner Richtlinie noch einen Schritt weiter, weil man angibt, dass die Erdungsklammer nicht entfernt werden sollte, bis der Tankbehälter des Fahrzeugs wieder verschlossen ist, d.h., das Trennen der Erdungsklammer sollte der letzte Betriebsschritt bei der Produktübertragung sein.

Als die effektivste Methode zur Eliminierung von Funkenstrecken empfehlen all diese Richtlinien, alle leitfähigen und halbleitenden Gegenstände mit gebrauchstauglichen ESD-Schutzvorrichtungen zu verbinden und zu erden. Solche Geräte müssen in der Lage sein, einen niederohmigen elektrischen Kontakt mit den elektrostatisch aufgeladenen Anlagenteilen herzustellen sowie sichere und zuverlässige niederohmige Stromkreise zur Ableitung statischer Elektrizität zu führen.

Eine hohe Sicherheitsspanne ist erreichbar, wenn man die elektrostatisch ableitenden Stromkreise und ihre Verbindungen regelmäßig daraufhin prüft, dass ihr Widerstand kleiner als 10 Ohm ist. Nach NFPA 77 und API deutet ein elektrischer Widerstand von über 10 Ohm in Metallstromkreisen darauf hin, dass der Stromkreisdurchgang unterbrochen ist, was zu einer unerwünschten Akkumulation statischer Elektrizität führen kann.

Read More

Die Statistik | In der US-Industrie werden jährlich im Durchschnitt 280* Vorfälle im Zusammenhang mit statischer Elektrizität gemeldet. In GB sind es 50, und in den anderen Teilen Europas 350**.   Datenquelle * NFPA (USA), ** HSE (UK)

Über Kabel an zuvor geprüften Erdungspunkten verbundene Erdungsklammern sind die allgemein anerkannte und bewährte Methode um zu vermeiden, dass sich elektrostatische Ladungen an beweglichen oder fest installierten Anlagenteilen in entzündlichen und explosionsfähigen Atmosphären ansammeln.

Da für Chargenprozesse häufig Verfahren erforderlich sind, für die täglich viele Hunderte oder sogar Tausende von Erdanschlüssen hergestellt und wieder getrennt werden müssen, ist es unerlässlich, dass jedes Mal ein vorschriftsmäßiger Erdschluss hergestellt wird. Deshalb sind die Wirksamkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Erdungsklammern und ihrer zugehörigen Verkabelung der Schlüssel dafür, den Verfahrensbetrieb vor den Gefahren einer elektrostatischen Entladung zu schützen.

In den Industriezweigen für Beschichtungen, Harze, Klebemittel, Farben, Lösemittel und explosionsfähige oder brennbare Pulver (einschl. der zugehörigen Industrien) bilden sich an Prozessanlagen, zugehörigen Behältern, Fässern und IBC häufig Produkt- oder Rostschichten, oder die Oberflächen solcher Anlagenteile sind mit einer Beschichtung versehen. Diese Ablagerungen können eine unvorhersehbare Sperrschicht bilden, die bestimmte Klammerausführungen und andere „betriebsinterne“ Erdungsmethoden unwirksam werden lassen.

Kabelfarben

Klammer-Zulassungen

Die Bedeutung eines effizienten Klammerdesigns und dessen Eignung zur Verwendung in brennbaren Atmosphären ist auch den Regulierungs- und Zulassungsbehörden auf der ganzen Welt bekannt. Nach ATEX müssen Erdungsklammern spezifische Kriterien erfüllen, um als zur Verwendung in Gefahrenbereichen geeignet zertifiziert zu werden. Beispielsweise muss eine Erdungsklammer aus Aluminium mit einem Material beschichtet sein, das unter normalen Betriebsbedingungen nicht zur mechanischen Funkenbildung beiträgt, wenn die Klammer in einer Zone 0 oder 20 verwendet wird. Eine quantitative Einschränkung betrifft den im Klammerkörper verwendeten Kunststoff, weil dieser eine statische Aufladung an der Oberfläche ermöglichen könnte, andere Vorgaben gelten hinsichtlich Lebensdauer, Chemikalienbeständigkeit und thermischer Beständigkeit der Erdungsklammer. Die Klammern werden außerdem in Bezug auf Quellen potentiell gespeicherter Energie bewertet und ihrer Fähigkeit, einen Funken zu verursachen, falls die Energie im Gefahrenbereich freigesetzt wird. Eine hauptsächliche Energiequelle in Erdungsklammern ist die Feder. Sie hat das Potential, einen mechanischen Funken durch Kontakt mit anderen Objekten zu erzeugen, falls diese Energie dem Klammerkörper entweicht. Deshalb werden die Klammern auf ihre strukturelle Robustheit geprüft um zu gewährleisten, dass die gespeicherte Energie zuverlässig in der Klammer eingeschlossen bleibt.

In Verbindung mit Prüfungen der strukturellen Robustheit bewerten US-Zulassungsbehörden (wie z.B. FM Global) auch einige andere Auslegungskriterien, die für Erdungsklammern als kritisch erachtet werden. Wird die Erdungsklammer in explosionsgefährdeten Räumen verwendet, darf der elektrische Widerstand an der Klammer, einschließlich der Kontakte und des Klammerkörpers, 1 Ohm nicht übersteigen, wenn sie am Anlagenteil befestigt ist. Andere Prüfungen gewährleisten, dass die Klammer zur Verwendung unter normalen Einsatzbedingungen geeignet sein muss. Außerdem wird die Klammer Trennkraft-, Mindestklemmkraft- und Schwingungsprüfungen bei verschiedenen Frequenzen unterzogen, damit sichergestellt ist, dass zugelassene Klammern einen guten und stabilen Kontakt mit mobilen oder tragbaren Anlagenteilen garantieren.

Typische Kennzeichnung von ATEX- und/oder FM-zugelassenen Klammern

Newson Gale Studien 

Von Newson Gale angefertigte Studien haben die Wirkungen von Produktablagerungen, Korrosion und Schutzschichten auf die Fähigkeit der Erdungsklammer, statische Elektrizität effizient abzuleiten, untersucht. In praxisnahen Labortests wurden die Auswirkungen erforscht, die Schutzschichten und Klebstoffe auf die Fähigkeit der Klammern haben können, einen guten Kontakt mit leitfähigen Metallstreifen herzustellen. Auf der Grundlage der Zulassungsbedingungen für Erdungsklammern wurden Vergleichstests bezüglich eines Klammerwiderstands von 1 Ohm durchgeführt.

Die Prüfungen ergaben einige überraschende Ergebnisse: Auffällig war vor allem, dass in den Beschichtungstests selbst die dünnsten Schichten (400 μm) je nach Klammerdesign grundverschiedene Klammer-Widerstandswerte ergaben. Der Test zeigte auf, dass die höchsten Klammerwiderstandswerte (über 1 x 108 Ohm) an Klammern mit unterschiedlich hohem Oberflächenkontakt und schwachem bis gutem Federdruck auftraten.

Read More