Staubabscheider dienen der Vermeidung von Brand- und Explosionsrisiken in industriellen Prozessen, bei denen sehr feine Partikel aufgewirbelt werden. Diese Risiken werden jedoch häufig auf das Entstaubungssystem übertragen, das den brennbaren Staub absaugt und filtert. Daher müssen auch beim Entstaubungssystem Präventions- und Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
Sommaire
Funktionsprinzipien der verschiedenen Arten von Staubabscheidern
Bei den Entstaubungsgeräten unterscheidet man zwischen Trockenentstaubern (Zyklone, Schlauchfilter, Taschenfilter oder Patronenfilter, elektrostatische Entstauber) und Nassentstaubern.
Zyklone nutzen die Zentrifugalkraft, um den Staub von der Luft, die ihn transportiert, zu trennen. Von oben nach unten nehmen sie eine zylindrische und dann eine kegelstumpfförmige Form an. Am oberen Punkt des oberen Zylinders befindet sich der Einlass für die staubige Luft, der tangential zum Umfang des Zyklons verläuft. Die einströmende staubhaltige Luft dreht sich auf ihrem Weg nach unten um die Wände und trennt sich dabei durch die Schwerkraft von den gröbsten Körnern. Anschließend steigt die Luft durch das Zentrum des Zyklons nach oben, wo sich der Auslass befindet. Der grobe Staub sammelt sich am unteren Ende des Kegels und wird über ein Absaugorgan (Doppelklappe, Schleuse oder Drehschieber) abgelassen. Am Ausgang enthält die Luft immer noch feinsten Staub, der nur mit einem Schlauch- oder Patronenstaubsauger entfernt werden kann.
Ein Schlauch-, Patronen- oder Beutelfilter-Staubabscheider funktioniert wie ein Haushaltsstaubsauger. Jeder Schlauch, jede Tasche oder Patrone des Filters hält den Staub auf seiner Oberfläche fest und lässt staubfreie Luft durch. Ein Staubabscheider besteht aus zwei Teilen: Ein Teil nimmt die staubhaltige Luft auf, die von der Staubabscheideranlage kommt; die Filterschläuche halten den Staub zurück, während sie die Luft durchlassen. Ein Trichter am unteren Ende des staubigen Teils sammelt den Staub, der sich in den Schläuchen angesammelt hat und der bei jeder Reinigung (Schütteln, Druckluft) freigesetzt wird. Der Trichter wird in einen wasserdichten Behälter oder über ein Drehventil entleert. Im anderen Teil verlässt die staubfreie Luft den Filter und wird dann in einen Kanal geleitet, in dem ein Ventilator den Luftstrom ansaugt, um ihn auszustoßen oder wieder in den Raum einzuleiten.
Ein elektrostatischer Staubabscheider (oder Elektrofilter) funktioniert durch die gegenseitige Anziehung von zwei Elementen mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Der industrielle Staubabscheider lädt den im Luftstrom schwebenden Staub negativ auf. Dies geschieht, indem es durch ein Netz von Drähten mit sehr hoher Spannung (Anode) geleitet wird. Danach trennt sich der Staub vom Luftstrom, indem er von positiv geladenen Wänden (Kathode) angezogen wird, an denen er sich festsetzt. Der angesammelte Staub wird dann von den Kathoden durch Hämmern oder Wasserreinigung entfernt. Der Staub wird in einem Trichter gesammelt.
Ein Nassabscheider leitet den staubhaltigen Luftstrom durch eine Wassersäule (Sprudel), einen Wasservorhang oder einen Wassernebel, der gegen die Strömung gesprüht wird. Staub haftet an den Wassermolekülen und trennt sich von der Luft.
Brand- und Explosionsgefahr in einer Entstaubungsanlage
Risiko der Bildung von ATEX
Damit sich eine ATEX in einem Zyklon bilden kann, muss sowohl die Staubkonzentration im Luftstrom den explosiven Bereich erreichen als auch der Anteil an Feinstaub ausreichend hoch sein. Große Partikel haben einen kühlenden Effekt auf die Flamme und verhindern ihre Ausbreitung, wenn sie sehr zahlreich sind.
Der staubhaltige Luftstrom, der durch das Rohr strömt, tritt in den Sensor für staubhaltige Luft bis zum Gehäuse des Schlauchentstaubers ein und kann eine ATEX bilden, wenn die Staubkonzentration im Luftstrom innerhalb des Explosionsbereichs liegt. In diesem Fall wird das ATEX in den Staubabscheider gelangen.
Die Bildung einer ATEX kann vorübergehend sein. Je nach Verfahren kann das Staubniveau des Luftstroms in der Kanalisation zeitlich variieren. Tatsächlich kann die Emissionsrate von brennbaren Partikeln während des Betriebs eines Geräts nicht konstant sein, insbesondere beim Starten oder Stoppen des Prozesses, bei diskontinuierlichen Operationen, Betriebsphasen etc. Die pneumatische Abreinigung der Schläuche oder Patronen erzeugt in der Regel ATEX, da die feinsten Partikel durch die Abreinigung wieder in eine überhöhte Suspension gebracht werden.
Wenn ein Nassabscheider verwendet wird, um Luft zu filtern, die mit Metallpartikeln (z.B. Aluminium) belastet ist, kann es zu einer chemischen Reaktion zwischen Wasser und Metall kommen, bei der Wasserstoff entsteht. Die Art des Metalls beeinflusst die Reaktionskinetik, und während des normalen Betriebs des Staubabscheiders ist die Wasserstoffemissionsrate nicht ausreichend. Beim Abschalten des Entstaubers kann es zu einer Ansammlung von Wasserstoff im Himmel des Entstaubers kommen, was zu einem ATEX-Risiko führt. Im Gegensatz dazu ist die nasse Entstaubung im Allgemeinen das sicherste Entstaubungsprinzip in Bezug auf ATEX, da Zündquellen in der Regel durch die Wirkung von Wasser gelöscht werden.
Gefahr der Entzündung und Explosion von ATEX
Der Durchgang des staubhaltigen Luftstroms durch den Kanal unterliegt dem Phänomen der elektrostatischen Aufladung des Staubs durch seine Reibung an der Wand. Dieses Phänomen kann auch im staubigen Teil der Staubabscheider auftreten. Eine elektrostatische Entladung kann in der Kanalisation oder in einem Staubabscheider möglich sein. Die von ihr freigesetzte Energie wird auf weniger als 10mJ geschätzt. Wenn die freigesetzte Energie die Mindestzündenergie des Schwebestaubs übersteigt, wird die elektrostatische Entladung zur Zündquelle, was zu einer Explosion der ATEX in der Rohrleitung oder im staubhaltigen Teil eines Schlauchentstaubers führt.
Der elektrostatische Staubabscheider arbeitet mit der Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode. Aufgrund der Stärke dieser Differenz muss der Abstand zwischen den Elektroden angepasst werden, um die Bildung eines Lichtbogens (Durchschlag) zu vermeiden, der eine Quelle für die Entzündung einer ATEX ist.
Ein Verfahren kann sowohl Staub als auch glühende Partikel emittieren (Mahlen, Schleifen, …). Diese können eine Quelle für die Entzündung von ATEX sein, das sich im staubigen Teil oder in den Filterschläuchen eines Staubabscheiders befindet. In diesem Fall wird in der Regel eine nasse Entstaubungslösung bevorzugt oder eine trockene Entstaubung mit einer Vorabscheidung von Funken und einer Funkenerkennungs- und Löschvorrichtung.
Brandgefahr
Unfälle zeigen, dass dieExplosion in einem Schlauchentstauber häufig von einem Brand desStaubs gefolgt wird, der sich am Boden des Trichters und im Filter abgesetzt hat, und somit auch des Filters selbst.
Die Filterung der staubhaltigen Luft führt nicht zu einer Erwärmung des Staubs. Es besteht also keine Brandgefahr für Filterstaubabscheider durch Selbsterhitzung, außer in besonderen Fällen, wenn die bei Umgebungstemperatur abgeschiedenen Stoffe ein kritisches Volumen für Selbsterhitzung aufweisen. Wenn das Volumen am Boden des Filters diesen überschreitet, besteht akute Brandgefahr.
Maßnahmen zur Vorbeugung und zum Schutz vor dem ATEX-Risiko für Staubabscheider.
Präventionsmaßnahmen je nach Art des Staubabscheiders
Die Maßnahme zur Verhinderung von Bränden und Explosionen bei Staubabscheidern mit Ärmeln ist die Unterdrückung elektrostatischer Entladungen durch die Verwendung von antistatischen Ärmeln. Die Unfallforschung berichtet jedoch, dass das Vergessen, diese Art von Filtern zu erden, zu elektrostatischen Entladungen führen kann, die über der minimalen Zündenergie von gewöhnlichen Stäuben liegen. Diese Fehlfunktion würde zu einer höheren Gefährlichkeit als bei nicht antistatischen Schlauchfiltern führen.
Bei einem Staubabscheider mit Ärmeln ist die regelmäßige Kontrolle der Ärmel auf Verschleiß, Ablösung oder Durchstoßung Teil der ATEX-Prävention. Die Kontrolle des Ein- und Ausgangsdrucks und ein Trübungsmesser in der staubfreien Zone ermöglichen es, die Dichtigkeit der Schläuche zu überprüfen.
Um zu verhindern, dass die elektrostatische Gefahr zu einer Entzündung führt, müssen die Metallteile des Beutelstaubsaugers geerdet sein, einschließlich der Rohrleitungen. Dasselbe gilt für den Zyklon. Die elektrischen Komponenten im Inneren des Staubabscheiders müssen ebenfalls den ATEX-Vorschriften entsprechen.
Eine der Maßnahmen zur Vermeidung von glühenden Partikeln ist die Installation eines Vorabscheiders vor dem Hauptstaubabscheider, entweder in Form eines Zyklons, eines Prallabscheiders oder einer Funkenerkennungs- und -löscheinrichtung.
Bei einem elektrostatischen Staubabscheider verhindert eine regelmäßige Kontrolle der Einstellung der Potentialdifferenz und des Abstands zwischen den Elektroden die Gefahr eines Lichtbogens.
Die Vermeidung von ATEX-Explosionen in Nassabscheidern besteht aus: Belüftung des Volumens bei Stillstand, um die Ansammlung von Wasserstoff zu vermeiden, Nachweis von Wasserstoff in der Luft des Staubabscheiders. Diese Art von Staubabscheidern sollte eher im Freien installiert werden, um das Vorhandensein von Wasserstoff zu verdünnen, oder in einem Raum, der mit einer speziellen Belüftung für das Explosionsrisiko ausgestattet ist. An den Heizstäben, die den nassen Staubabscheider frostfrei halten sollen, besteht Brandgefahr. Die Eintauchtiefe dieser Widerstände muss kontrolliert werden.
Schutzmaßnahmen
Die Schutzmaßnahmen betreffen :
- Die Ausstattung des Entstaubers mit Explosionsdruckentlastungsöffnungen: ein Teil der Wand des Entstaubers, der sich öffnet, sobald der Überdruck infolge der internen Explosion der ATEX beginnt, um die Gase und den Überdruck abzulassen.
- Die Verwendung von Explosionsunterdrückern: eine Vorrichtung, die den Beginn einer Explosion im Inneren des Staubabscheiders erkennt, die verhindert, dass die Explosion ihren maximalen Überdruck erreicht, indem sie ein Löschmittel einspritzt, und die die Wände des Staubabscheiders vor dem Bersten schützt.
- Entkopplung des Entstaubers vom Rest der Anlage, um zu verhindern, dass sich die Explosion im Entstauber in den Rohrleitungen ausbreitet. In den Leitungen zum Staubabscheider muss ein Ventil installiert werden, das sich unter der Wirkung der Druckwelle automatisch schließt (ATEX-Rückschlagventil oder Schnellschlussventil).
