Konstruktiver Staubexplosionsschutz nach ATEX

Hammermühlen gehören zu den wichtigsten Prozessanlagen in der Schüttgutindustrie für die Zerkleinerung von Getreide, Holz, Biomasse oder anderen organischen Materialien. Aufgrund ihrer hohen Rotordrehzahlen, großen kinetischen Energien und der Verarbeitung brennbarer Stäube stellen sie jedoch typische Gefahrenquellen für Brände und Staubexplosionen dar. Ein wirksames Schutzkonzept muss daher sowohl den Explosionsschutz als auch den organisatorisch-technischen Brandschutz berücksichtigen.

Der Explosions- und Brandschutz für eine Hammermühle umfasst ein ganzheitliches Sicherheitskonzept, das präventive, konstruktive, detektionsbasierte und organisatorische Maßnahmen kombiniert. Nur das abgestimmte Zusammenspiel dieser Elemente verhindert zuverlässig, dass Funken, Überhitzung, Fremdkörper oder Staubablagerungen zu einem Brand oder einer Staubexplosion führen. Ein modernes, gut gewartetes Schutzsystem schützt Mitarbeiter, Anlagen und Gebäude, minimiert Produktionsausfälle und erfüllt alle gesetzlichen und versicherungstechnischen Anforderungen. Ein umfassender Explosions- und Brandschutz ist daher nicht nur aus Sicherheitsgründen unerlässlich, sondern auch ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor für einen störungsfreien und effizienten Anlagenbetrieb.

Hammermühlen erreichen Umfangsgeschwindigkeiten von rund 100 m/s. Wenn Fremdkörper wie Metallteile in die Mahlkammer gelangen oder wenn es aufgrund von Verschleiß zu Reibung kommt, können mechanisch erzeugte Funken entstehen. Darüber hinaus können überhitzte Lager, verstopfte Siebe oder schwelendes Material in der Mahlkammer zu erhöhten Temperaturen führen. Dadurch entstehen sowohl typische Explosionsgefahren als auch klassische Brandszenarien wie Schwelbrände oder Glutnester. Staubablagerungen in Rohrleitungen, Filterkammern oder auf Maschinenoberflächen erhöhen die Brandlast zusätzlich und begünstigen die Ausbreitung von Feuer oder heißen Gasen.

Da sich Explosionen oder Brände über Förderschnecken, Filter, Silos oder Rohrleitungen ausbreiten können, müssen alle Systemkomponenten – von der Rohstoffaufnahme bis zur Produktabscheidung – berücksichtigt werden. Der Schutz vor Flammenübertragung, Brandgasen und Funken ist daher ein wesentlicher Bestandteil des Gesamtsystems.

Die erste Verteidigungslinie besteht aus Maßnahmen, die sowohl Zündquellen verhindern als auch die Wahrscheinlichkeit einer Brandentwicklung minimieren. Die Abscheidung von Fremdstoffen mit Magnetabscheidern, Schwerteilabscheidern oder den Tietjen-Zuführsystemen AGS und DA, die beides kombinieren, verhindert die Entstehung von Funken und reduziert die mechanische Belastung der Mühle.

Ebenso wichtig ist eine umfassende Sensorik: Temperaturüberwachung an Lagern und in der Mahlkammer, Motorstromüberwachung zur Erkennung von Blockaden sowie Vakuum- oder Füllstandsüberwachung. Diese Sensoren müssen ATEX/NEC 500-konform sein und bei Grenzwertüberschreitungen automatisch ein Signal geben oder die Mühle abschalten.

Darüber hinaus müssen alle Rohrleitungen und Komponenten zuverlässig geerdet sein, um elektrostatische Zündgefahren zu vermeiden.

Aus Sicht des Brandschutzes sind eine staubarme Anlagenkonstruktion, regelmäßige Reinigung und konstruktive Maßnahmen zur Verhinderung von Materialansammlungen von entscheidender Bedeutung. Diese reduzieren die Brandlast und senken das Risiko von Schwelstellen erheblich.

Da vorbeugende Maßnahmen keine absolute Sicherheit garantieren können, werden konstruktive Schutzvorrichtungen hinzugefügt.

Tietjen-Mahlsysteme sind so konstruiert, dass sie Explosionsdrücken (typischerweise 0,4 bar) standhalten, sodass wichtige Komponenten wie Mühlengehäuse, Filter, Förderschnecken und Rohrleitungen einer Explosion standhalten können.

Darüber hinaus verhindern Zellenradschleusen und zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen in den Tietjen-Zuführsystemen die Übertragung von Druck und Flammen in angrenzende Anlagenbereiche.

Das A-Vent-Luftansaugventil, ein typgeprüftes Schutzsystem, entwickelt für die Ansaugluftzufuhr der Zuführvorrichtungen, schließt bei einer Explosion innerhalb von Millisekunden und verhindert so zuverlässig die Ausbreitung von Druck und Flammen.

Schutzsysteme für die flammenlose Druckentlastung, wie das Tietjen E-Vent-Überdruckventil, öffnen sich bei Überdruckaufbau. Sie lassen die Explosion kontrolliert in die Umgebung entweichen und verhindern so Schäden an der Mühle und der Mahlanlage. Die integrierte Flammendurchschlagsperre verhindert die Ausbreitung der Flamme in die Umgebung.

Die Erkennung potenzieller Brandereignisse ist ein zentraler Bestandteil des Gesamtkonzepts. Funkenerkennungssysteme in Förderleitungen verhindern, dass glühende Partikel in den Filter gelangen. CO-Sensoren oder Brandgasdetektoren in der Abluft erkennen Schwelbrände frühzeitig, während Temperaturanstiegsdetektoren an Filtern und Behältern auf Glutnester hinweisen.

Zur Brandbekämpfung stehen verschiedene Systeme zur Verfügung: automatische Funkenlöschanlagen, Hochdruck-Wassernebel zur Kühlung von Kanälen, manuelle Löschstellen und – je nach Anlagenkonzept – CO₂-Inertisierungssysteme, die die Mühle oder den Filter inertisieren und so Schwelstellen ersticken.

Ein Schutzkonzept ist nur so wirksam wie seine konsequente Umsetzung im Betrieb. Das Personal muss darin geschult sein, Störungen zu erkennen, mit Funken- oder Feueralarm umzugehen und im Falle eines Brandes oder einer Explosion angemessen zu reagieren. Dokumentierte Reinigungs- und Inspektionsintervalle sind unerlässlich, um Staubansammlungen, Verschleiß oder defekte Komponenten rechtzeitig zu erkennen. Sicherheitsrelevante Komponenten wie A-Vent, E-Vent oder Zellenradschleusen erfordern jährliche Inspektionen und mindestens alle drei Jahre eine gründliche Reinigung. Reparaturen und Eingriffe in das Schutzsystem müssen durch einen Freigabe- und Kontrollprozess dokumentiert werden.

Im Fall einer Staubexplosion innerhalb der Mahlanlage ist es entscheidend, den entstehenden Explosionsüberdruck (p_max z.B. 9 barg) kontrolliert abzuführen und damit auf ein unbedenkliches Maß zu reduzieren (p_red=0,4 barg). Hierbei dürfen keine Flammen aus den Maschinen und Geräten unkontrolliert austreten.

Konstruktiver Staubexplosionsschutz funktioniert nur dann zuverlässig, wenn die Komponenten fachgerecht aufeinander abgestimmt sind:

1. Explosions-Entkopplung der Zu- und Abförderwege:

• Sicherheitsschieber und Dosierschnecke
• Sicherheitsschieber und Vibrationsspeisevorrichtung
• Trommelspeisevorrichtung mit Rückschlagklappe und Produktvorlage
• Zellenradschleuse
• Aktive Explosionsentkopplung mittels Löschflaschen

2. Druckstoßfeste Maschinen und Anlagenteile zwischen den Entkopplungsstellen.

3. Explosionsentkopplung der Zu- und Abluft:

• Filteranlage für die Aspirationsluft mit speziellen Filtertaschen zur Entkopplung der Abluft.
• Passives Rückschlagventil im Lufteinlass der Speisevorrichtung (A-Vent)

4. Flammenlose Explosionsdruck-Entlastung am Mühlennachbehälter und an der Filteranlage

5. Aktive Explosionsunterdrückung mittels Löschflaschen

Tietjen Verfahrenstechnik beschäftigt sich seit Jahrzehnten intensiv mit dem Explosions- und Brandschutz für Mahlanlagen. Nach der Veröffentlichung der ersten ATEX-Richtlinie im Jahr 1994 begann Tietjen, sich auf konstruktive Maßnahmen zum Explosionsschutz in Hammermühlen zu konzentrieren. Bereits 1999 begannen die Prüfungen von druckstoßfesten Mühlen an deutschen Prüfinstituten. Nach der Umsetzung der ATEX-Richtlinie in nationales Recht im Jahr 2003 wurde der Explosionsschutz für alle Mühlen verbindlich vorgeschrieben.