Welche ATEX-Anforderungen müssen Mischanlagen für Waschmittelpulver in Deutschland erfüllen?
Mischanlagen für Waschmittelpulver müssen in Deutschland auf Basis einer stoff- und anlagenspezifischen Explosionsschutzbetrachtung ausgelegt und betrieben werden. Entscheidend ist nicht die Produktbezeichnung „Waschmittelpulver“, sondern ob die jeweilige Rezeptur oder ihre Feinstaubfraktion unter den realen Bedingungen eine gefährliche explosionsfähige Staubatmosphäre bilden kann. Die Beurteilung muss auch organische Bestandteile, Duftstoffträger, Tenside, Polymere, Enzymstäube, oxidierende Komponenten sowie mögliche Dampf-Staub-Hybridgemische berücksichtigen.
Rechtsrahmen und Verantwortung
Die ATEX-Produktrichtlinie 2014/34/EU regelt die Anforderungen an Geräte und Schutzsysteme, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen bestimmt sind. Sie betrifft den Hersteller oder Inverkehrbringer. Er muss die anwendbaren Konformitätsbewertungsverfahren durchführen, die technische Dokumentation erstellen und die passende ATEX-Kennzeichnung für die vorgesehenen Einsatzbedingungen bereitstellen. Die Richtlinie verlangt unter anderem, dass Geräte für staubbelastete Bereiche so ausgelegt sind, dass Staubablagerungen nicht entzündet werden und dass Oberflächentemperaturen deutlich unter den relevanten Zündtemperaturen bleiben.
Die ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG betrifft den Betreiber. In Deutschland werden ihre Anforderungen vor allem über Gefahrstoffverordnung und Betriebssicherheitsverordnung umgesetzt. Der Betreiber muss die Explosionsgefährdung beurteilen, Ex-Zonen festlegen, geeignete Geräte auswählen, Schutzmaßnahmen umsetzen und die Ergebnisse im Explosionsschutzdokument festhalten. Die TRGS 720 fordert ausdrücklich die Dokumentation der Gefährdungsbeurteilung als Explosionsschutzdokument.
Die technische Verantwortung endet nicht an der Schnittstelle des Mischers. In die Bewertung gehören die gesamte Prozesskette und alle Übergabestellen: Rohstoffannahme, Dosierung, Mischer, Absaugung, Filter, Förderer, Silos, Austrag, Siebung, Abfüllung, Reinigungs- und Wartungsöffnungen sowie gegebenenfalls Lösemittel- oder Duftstoffsysteme.
Zoneneinteilung und Stoffdaten
Bei brennbaren Stäuben werden Bereiche als Zone 20, 21 oder 22 eingestuft. Zone 20 liegt vor, wenn eine explosionsfähige Staubatmosphäre ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. Das betrifft häufig den Innenraum eines Mischers, Silos, Filters oder einer staubführenden Rohrleitung. Zone 21 kann im direkten Umfeld von Befüll-, Entleer-, Probenahme- oder Wartungsstellen bestehen, wenn im Normalbetrieb gelegentlich Staub freigesetzt wird. Zone 22 liegt vor, wenn eine gefährliche Staubatmosphäre nur selten und kurzzeitig auftritt. Die tatsächliche Zoneneinteilung hängt von Freisetzungsrate, Dichtheit, Absaugung, Reinigung, Raumgeometrie und Betriebsweise ab.
Für Zone 20 ist grundsätzlich Gerät der Kategorie 1D erforderlich. In Zone 21 sind Geräte der Kategorie 1D oder 2D zulässig; in Zone 22 kommen Geräte der Kategorien 1D, 2D oder 3D infrage. Diese Zuordnung gilt nicht nur für Motoren und Sensoren, sondern auch für nicht elektrische Komponenten wie Mischwerkzeuge, Wellen, Dichtungen, Kupplungen, Klappen, Zellenradschleusen und Fördereinrichtungen.
Die Auslegung darf nicht auf vermuteten Standardwerten basieren. Für jede relevante Staubfraktion sind repräsentative sicherheitstechnische Kenndaten erforderlich. Dazu gehören insbesondere KSt, maximaler Explosionsdruck pmax, Mindestzündenergie, Mindestzündtemperatur der Staubwolke, Mindestzündtemperatur der Staubschicht, Korngrößenverteilung, Feuchte und elektrische Leitfähigkeit. Bei flüchtigen Flüssigkomponenten und Duftstoffen müssen mögliche Dampf-Staub-Hybridgemische bewertet werden. Die TRGS 721 konkretisiert die Ermittlung und Beurteilung der Explosionsgefährdung sowie die Auswahl erforderlicher Schutzmaßnahmen.
Eine pauschale Aussage, dass Waschmittelstäube grundsätzlich der Staubexplosionsklasse St 1 oder St 2 angehören, ist nicht belastbar. Die Einstufung ergibt sich aus der Messung des konkreten Produkts. Auch oxidierende Komponenten wie Natriumpercarbonat müssen gesondert betrachtet werden: Sie sind nicht einfach als brennbarer Staub zu bewerten, können aber Brände verstärken und bei Zersetzung Sauerstoff freisetzen.
Schutzmaßnahmen im Betrieb
Der Explosionsschutz folgt einer Rangfolge. Vorrang haben die Vermeidung oder Begrenzung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre und die Vermeidung wirksamer Zündquellen. Erst wenn dies nicht ausreichend möglich ist, werden konstruktive Schutzmaßnahmen zur Begrenzung der Explosionsauswirkungen eingesetzt.
Eine staubdichte, möglichst geschlossene Prozessführung begrenzt Staubaustritte. Kapselung, Absaugung, geeignete Filtertechnik, dicht ausgeführte Übergabestellen und ein risikobasiertes Reinigungskonzept reduzieren Staubablagerungen im Aufstellraum. Staubschichten dürfen nicht über einen pauschalen Grenzwert wie „1 mm“ bewertet werden. Bereits dünne, großflächige Ablagerungen können bei Aufwirbelung zu einer Sekundärexplosion beitragen.
Zur Zündquellenvermeidung gehören die Begrenzung von Oberflächentemperaturen, die Temperaturüberwachung von Lagern und Dichtungen, die Erkennung von Blockaden oder unzulässigem Drehmoment, Fremdkörperabscheider, Wartung mechanischer Bauteile sowie eine durchgängige Erdung und ein Potentialausgleich. TRGS 723 nennt für Staubschichten grundsätzlich einen Sicherheitsabstand von 75 °C zwischen Mindestzündtemperatur der Staubschicht und Oberflächentemperatur, sofern die Gefährdungsbeurteilung keine andere Festlegung erlaubt.
Auch elektrostatische Aufladung muss betrachtet werden. Dies betrifft Mischer, Rohre, flexible Schläuche, Filter, IBCs, Gebinde, Einfüllvorgänge und Bedienpersonen. Die TRGS 727 behandelt die Vermeidung von Zündgefahren durch elektrostatische Aufladungen. Ein wirksames Konzept kann leitfähige oder ableitfähige Komponenten, geprüfte Erdungsverbindungen, geeignete persönliche Schutzausrüstung und betriebliche Regeln für Gebindewechsel und Reinigung umfassen.
Wenn eine Explosion nicht hinreichend sicher verhindert werden kann, sind konstruktive Schutzmaßnahmen zu prüfen. Dazu gehören explosionsdruckfeste oder explosionsdruckstoßfeste Apparate, Explosionsdruckentlastung, flammenlose Entlastung, Explosionsunterdrückung und die explosionstechnische Entkopplung angeschlossener Komponenten. Entkopplung ist besonders wichtig, damit sich Flamme und Druck nicht über Förder- oder Absaugleitungen auf Filter, Silos oder weitere Apparate übertragen. Geeignete Maßnahmen können geprüfte Rückschlagklappen, Schnellschlussschieber, Explosionsschutzventile, Löschmittelsperren oder dafür geeignete Zellenradschleusen sein.
Betreiberpflichten
Der Betreiber muss das Explosionsschutzdokument vor Aufnahme des Betriebs erstellen, aktuell halten und bei Rezeptur- oder Anlagenänderungen überprüfen. Es enthält mindestens die Gefährdungsbeurteilung, Zoneneinteilung, sicherheitstechnische Stoffdaten, Auswahl der Geräte und Schutzsysteme, Zündquellenbewertung, Prüfkonzept, Reinigungsregeln, Betriebsanweisungen und organisatorische Maßnahmen.
Beschäftigte benötigen Unterweisungen zu Ex-Zonen, Staubfreisetzung, Erdung, sicherer Reinigung, Störungen, Alarmen und Notfallmaßnahmen. Heißarbeiten, Schleifen, Schweißen oder der Einsatz nicht freigegebener mobiler Geräte in oder nahe Ex-Bereichen erfordern ein kontrolliertes Freigabeverfahren. Explosionsschutzsysteme, Erdungsverbindungen, Temperaturüberwachungen, Filter, Entkopplungseinrichtungen und Druckentlastungskomponenten müssen gemäß Gefährdungsbeurteilung, Herstellerangaben und geltenden Prüfpflichten regelmäßig geprüft werden.
So unterstützt amixon® die ATEX-gerechte Auslegung von Mischanlagen für Waschmittelpulver
Mischanlagen für Waschmittelpulver können nur dann sicher ausgelegt werden, wenn die tatsächlichen Eigenschaften der Rezeptur bekannt sind. Entscheidend sind nicht allein die Bezeichnungen der eingesetzten Rohstoffe, sondern die Eigenschaften der jeweiligen Staubfraktion, mögliche organische Anteile, Duftstoffträger, Tenside, Polymere, Enzymstäube, oxidierende Komponenten sowie gegebenenfalls Dampf-Staub-Hybridgemische. amixon® unterstützt die verfahrenstechnische Auslegung des Mischers; die Gefährdungsbeurteilung, Zoneneinteilung und Erstellung des Explosionsschutzdokuments liegen beim Betreiber und den von ihm beauftragten Explosionsschutzfachleuten.
amixon® kann Mischer, Granulatoren, Vakuum-Mischtrockner und Mischreaktoren für Produktraum-Ausführungen bereitstellen, die für eine Einstufung als ATEX-Zone 20 geeignet sind. Dies gilt – abhängig von Baureihe und Projektkonfiguration – unter anderem für Einwellenmischer, Vertikal- und Konusmischer, Containermischer, Kontinuierlichmischer sowie Vakuum-Mischtrockner und Mischreaktoren. Für Zone 20 ist grundsätzlich ein sehr hohes Schutzniveau erforderlich, das in der Regel einer Ausführung der Kategorie 1D entspricht. Die konkrete Gerätekategorie, maximal zulässige Oberflächentemperatur, elektrische und nicht elektrische Ausrüstung sowie die zugehörige ATEX-Dokumentation werden anhand der Stoffdaten und Prozessbedingungen projektspezifisch festgelegt.
Der rechtliche Rahmen ergibt sich aus der ATEX-Produktrichtlinie 2014/34/EU für Geräte und Schutzsysteme sowie der ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG für den Betrieb explosionsgefährdeter Anlagen. In Deutschland werden Betreiberpflichten insbesondere durch Gefahrstoffverordnung, Betriebssicherheitsverordnung und die Technischen Regeln für Gefahrstoffe konkretisiert. Der Betreiber muss die Explosionsgefährdung bewerten, die Ex-Zonen festlegen, geeignete Schutzmaßnahmen umsetzen und die Ergebnisse im Explosionsschutzdokument dokumentieren. Die TRGS 720 verlangt ausdrücklich die Dokumentation der Gefährdungsbeurteilung als Explosionsschutzdokument.
Die Zoneneinteilung umfasst stets die gesamte Prozesskette. Der Innenraum eines Mischers, Filters, Silos oder einer staubführenden Förderleitung ist häufig Zone 20. Im Bereich von Befüll-, Entleer-, Probeentnahme- oder Wartungsstellen kann abhängig von der tatsächlichen Staubfreisetzung Zone 21 vorliegen. Bereiche, in denen eine gefährliche Staubatmosphäre nur selten und kurzzeitig zu erwarten ist, können als Zone 22 eingestuft werden. Die endgültige Einteilung richtet sich nach Freisetzungsrate, Dichtheit, Absaugung, Reinigung, Raumgeometrie und Betriebsweise.
amixon® Mischer sind für eine möglichst geschlossene und staubdichte Produktführung auslegbar. Fugenarm ausgeführte, verschliffene Mischräume und geeignete Dichtungssysteme können Staubaustritte begrenzen. Clever-Cut®-Inspektionstüren mit OmgaSeal®-Dichtung sind nach Angaben von amixon® für eine totraumarme Abdichtung des Produktraums ausgelegt. Die langfristige Dichtheit hängt jedoch auch von Druckdifferenzen, Dichtungswerkstoff, Verschleiß, Wartung und der tatsächlichen Prozessführung ab. Staubdichte Apparateausführung ersetzt daher nicht die notwendige Reinigung, Absaugung und Kontrolle von Staubablagerungen im Aufstellraum.
Die Begrenzung möglicher Zündquellen ist ein zentraler Teil der apparativen Auslegung. Viele amixon® Vertikalmischer können mit niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden. Für die Baureihen VM und HM nennt amixon® einen einstellbaren Bereich von etwa 0,8 bis 3,5 m/s. Niedrige Werkzeuggeschwindigkeiten können Reib-, Prall- und Abriebenergie reduzieren. Sie stellen jedoch keinen allgemeinen Nachweis dar, dass keine wirksame Zündquelle auftreten kann. Die Bewertung muss unter anderem Lager, Dichtungen, Wellen, Mischwerkzeuge, mögliche Werkzeug-Wand-Kontakte, Fremdkörper, Blockaden, Oberflächentemperaturen, elektrostatische Aufladung und elektrische Komponenten berücksichtigen.
Geeignete Maßnahmen können Temperatur- und Drehmomentüberwachung, kontrollierte Werkzeugdrehzahlen, Fremdkörperabscheidung, geeignete Dichtungs- und Lagerkonzepte, Erdung, Potentialausgleich und vorbeugende Instandhaltung umfassen. Bei Staubschichten nennt die TRGS 723 grundsätzlich einen Sicherheitsabstand von 75 °C zwischen der Mindestzündtemperatur der Staubschicht und der Oberflächentemperatur, sofern die Gefährdungsbeurteilung keine andere Festlegung zulässt. Elektrostatische Aufladung muss für Mischer, Rohrleitungen, flexible Schläuche, Filter, Gebinde und Beschickungsvorgänge berücksichtigt werden.
Für flüssige Additive wie Tenside, Öle oder Duftstoffformulierungen stehen geeignete Dosierlanzen und Düsen zur Verfügung. Die Zugabe muss auf Flüssigkeitsmenge, Viskosität, Sprühbild, Tropfengröße, Temperatur und Produktbewegung abgestimmt werden. Ziel ist eine gleichmäßige Verteilung bei begrenzter lokaler Übernässung und möglichst geringen Anbackungen. Bei Waschmittelrezepturen mit Enzymgranulaten oder oxidierenden Bestandteilen wie Natriumpercarbonat sind Feuchte, Temperatur und mechanische Belastung besonders sorgfältig zu kontrollieren. Natriumpercarbonat ist ein oxidierender Stoff und kann bei thermischer Zersetzung Sauerstoff freisetzen; die Inertisierung ersetzt deshalb weder Temperaturkontrolle noch die Bewertung möglicher Zersetzungsreaktionen.
Wenn sich eine Explosion nicht ausreichend sicher verhindern lässt, müssen konstruktive Schutzmaßnahmen für die Gesamtanlage bewertet werden. Dazu gehören explosionsdruckfeste oder explosionsdruckstoßfeste Apparate, Explosionsdruckentlastung, flammenlose Entlastung, Explosionsunterdrückung und die explosionstechnische Entkopplung. Insbesondere Filter, Silos, Fördereinrichtungen und Rohrleitungen müssen gegen die Übertragung von Druck und Flamme geschützt werden. Welche Schutzmaßnahmen erforderlich sind, ergibt sich aus KSt, pmax, Mindestzündenergie, Zündtemperaturen, Feuchte, Korngröße, elektrischer Leitfähigkeit, möglichen Hybridgemischen und der gesamten Anlagengeometrie.
amixon® bietet Versuche mit Originalprodukt an, um Mischqualität, Temperaturentwicklung, Flüssigkeitsverteilung, Anbackungsverhalten, Entleerung und Reinigbarkeit zu untersuchen. Diese Ergebnisse können die Auswahl von Mischer, Werkzeugen, Dosierkonzept, Dichtungssystemen und Betriebsparametern unterstützen. Sie ersetzen jedoch weder die sicherheitstechnische Stoffprüfung noch die gesetzlich erforderliche Gefährdungsbeurteilung, das Explosionsschutzdokument oder die Prüfung der Gesamtanlage durch qualifizierte Fachleute.