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EX-Schutz mit Glas

Zündquellen in explosionsgeschützten Bereichen mit Borosilicatglas vermeiden

von Dr. Edgar Steffin

Für die Genehmigung von Anlagen mit explosionsfähiger Atmosphäre sind Auflagen sowohl vom Hersteller (ATEX 95, Direktive 94/9/EG) als auch vom Betreiber (ATEX 137, ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG) einzuhalten. Hierbei hat der Betreiber die Vorgaben der Technischen Regeln für Betriebssicherheit 2153 zur Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen (TRBS 2153) zu beachten.

Abb.1 Glasapparaturen für unterschiedliche ATEX-Zonen

Die Ursache für elektrostatische Aufladungen ist die Reibungselektrizität. So können sich ein fluides Medium und eine Wandung, z.B. beim Strömen des Mediums durch ein Rohr, gegensätzlich aufladen. Kommt es zu hohen bzw. gefährlichen Aufladungen, können sich Funken bilden. Beispielhaft sind in Tabelle 1 von der TRBS genannte ladungserzeugende Prozesse in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit von Flüssigkeiten genannt. Normalerweise entstehen gefährliche elektrostatische Aufladungen nur bei Flüssigkeiten mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit. Es gibt auch Prozesse, die von der TRBS 2153 als stark ladungserzeugend eingestuft werden (Tab. 2). Hier müssen besondere Schutzmaßnahmen ergriffen werden.

Aufladungen sicher ableiten

Entstehen Aufladungen aufgrund der Reibungselektrizität, können Aufladungen durch Influenz auch an nicht medienberührten, leitenden Gegenständen hervorgerufen werden. Metallflansche z.B. stehen nicht in Kontakt mit den in der Anlage strömenden Medien und können deshalb nur durch Influenz aufgeladen werden. Sind leitende oder ableitfähige Komponenten geerdet, können sie sich nicht aufladen. Um dies im Sinne der TRBS 2153 zu realisieren, reicht es, Ströme von bis zu 10^–4 A ableiten zu können. Hierfür genügt als Erdung eine schlecht leitende Verbindung mit hohem Widerstand. Diese Erdung nach TRBS 2153 ist nicht mit der Erdung elektrischer Geräte nach DIN VDE 0100-200:2006-06 zu verwechseln, die auch höhere Ströme ableiten muss. Der Potenzialausgleich entspricht den Vorgaben der TRBS 2153, wenn er korrosionsbeständig, zuverlässig sowie dauerhaft ist und einen Widerstand von weniger als 10⁶ aufweist. Ein solcher Potenzialausgleich erfolgt z.B. an den Edelstahlflanschringen der QVF^® Supra-Line in einfacher Weise durch das Einklemmen eines durchgehenden Edelstahldrahts (Abb.1). Von isolierenden Materialien können Ladungen nicht über einen Potenzialausgleich abgeführt werden. Daher werden sie durch leitfähige oder ableitfähige Materialien ersetzt. Komponenten wie Kompensatoren, Zwischenplatten etc., die aus metallischen Teilen und ableitfähigem PTFE bestehen, können sich, da sie leitend mit den Stoffströmen in der Apparatur verbunden sind, auch ohne Influenzeffekte aufladen und müssen mit einem Potenzialausgleich versehen werden.

Ladungserzeugende Prozesse einstufen

In welchem Umfang diese Maßnahmen ergriffen werden müssen, hängt davon ab, wie stark die ladungserzeugenden Prozesse sind. Wenn mit stark ladungserzeugenden Prozessen (Tab. 2) zu rechnen ist, sind unabhängig von der ATEX-­Zone alle leitenden Gegenstände in der Nähe dieses Prozesses mit einem Potenzialausgleich zu versehen und nichtleitende Materialien zu vermeiden. Wenn die Prozesse als nicht stark ladungserzeugend einzustufen sind und ladungserzeugende Prozesse nicht ausgeschlossen werden, sind je nach ATEX-Zone apparativ abgestufte Vorkehrungen möglich. Die Aufladung eines leitenden Gegenstandes hängt von dessen elektrischer Kapazität ab. Die TRBS 2153 nennt für die Zonen 2, 1IIA und 1IIB einen Richtwert von 10?pF als höchstzulässige Kapazität und schreibt unter diesen Bedingungen einen Potenzialausgleich für Metallflansche ab der Nennweite DN50 vor. In der Zone 0 und 1 IIC müssen alle Metallflansche mit einem Potenzialausgleich versehen sein (Abb. 1). Die TRBS 2153 definiert die maximal zulässige Oberfläche als die senkrecht zur Strömungsrichtung projizierte Oberfläche (Abb. 2). Für PTFE-Dichtungen sind diese Oberflächen in Abbildung 3 dargestellt. Es zeigt, dass nur Dichtungen der Nennweite DN300 und größer aus ableit­fähigem PTFE bestehen müssen. Andere PTFE-Komponenten mit größeren Oberflächen nach TRBS 2153 wie z.B. Kompensatoren müssen in kleineren Nennweiten aus ableit­fähigem PTFE bestehen (Abb. 1). Borosilicatglas 3.3 ist hydrophil. Ein Wasserfilm, der den Oberflächenwiderstand auf 1011?? herabsetzt, bildet sich z.B. bei 23?°C schon bei einer rel. Luftfeuchtigkeit von 50?%. Unter solchen Bedingungen werden Glasapparaturen durch Vorgänge wie z. B. Reiben von außen nicht gefährlich aufgeladen. Verschwindet dieser Wasserfilm, müssen Maßnahmen gegen gefährliche Aufladungen ergriffen werden, wenn die Glasanlage in der Zone 0 oder 1 IIC betrieben wird. Eine solche Maßnahme ist z.B. eine ableitfähige Beschichtung wie mittig und rechts in Abbildung 1 gezeigt.

esteffin@qvf.de