Zone 20

Definition

Zone 20 ist die höchste Gefährdungsstufe der staubexplosionsgefährdeten Bereiche nach den europäischen ATEX-Richtlinien 2014/34/EU und 1999/92/EG. Sie bezeichnet einen Bereich, in dem eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus brennbarem Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist.

In der Pulververarbeitung ist Zone 20 in der Regel der Innenraum staubführender Apparate: der Mischraum eines Mischers, das Innere von Silos, Zyklonen, Filtergehäusen, Zellenradschleusen, Förderschnecken und pneumatischen Fördereinrichtungen. Zur groben zeitlichen Einordnung wird Zone 20 mit einem Auftreten von mehr als etwa 1.000 Stunden pro Jahr verknüpft.

Einordnung gegenüber Zone 21 und Zone 22

Zone	Auftreten der explosionsfähigen Staubatmosphäre	Gerätekategorie	EPL
Zone 20	ständig, über lange Zeiträume oder häufig	1D	Da
Zone 21	im Normalbetrieb gelegentlich	2D	Db
Zone 22	im Normalbetrieb nicht zu erwarten, dann nur selten und kurzzeitig	3D	Dc

Die Zoneneinteilung bestimmt, welche Gerätekategorie und welches Geräteschutzniveau (EPL – Equipment Protection Level) für elektrische und nicht-elektrische Geräte zulässig sind. Für Zone 20 sind Geräte der Kategorie 1D mit EPL Da erforderlich; sie müssen auch bei zwei unabhängigen, gleichzeitig auftretenden Fehlern sicher bleiben.

Staubarten und Explosionsgruppen

Brennbare Stäube werden für den Explosionsschutz in Gruppen unterteilt, die die Auswahl der Geräte und Schutzmaßnahmen beeinflussen:

IIIA: brennbare Flusen
IIIB: nicht leitfähige Stäube
IIIC: leitfähige Stäube, zum Beispiel Metallstäube

Bei leitfähigen Stäuben der Gruppe IIIC steigen die Anforderungen an Gehäusedesign und Dichtheit, etwa an höhere IP-Schutzarten, weil Ablagerungen und Staubwolken zusätzlich mit elektrischer Leitfähigkeit und Funkenbildung kombiniert sein können.

Relevanz in der Mischtechnik

Beim Befüllen, Mischen und Entleeren entsteht im Mischraum konstruktionsbedingt eine Staubwolke. Über dem Mischgut steht ein freies Gasvolumen, in dem sich diese Wolke ausbreitet. Sobald das verarbeitete Produkt brennbar ist, muss der Mischraum daher grundsätzlich als Zone 20 betrachtet werden – unabhängig davon, wie staubarm die Umgebung des Apparats ausgeführt ist.

Typische Produkte, die zu einer Einstufung als Zone 20 führen:

organische Stäube: Mehl, Zucker, Stärke, Gewürzpulver, Milchpulver, Kakao
chemische und pharmazeutische Pulver: Pigmente, Wirkstoffe, Zusatzstoffe
Metallpulver: Aluminium, Magnesium, Eisen, Grafit
Kunststoffe: PE-, PP- und PVC-Pulver sowie feine Granulate

Anforderungen an Apparate in Zone 20

Zündquellen vermeiden

Begrenzung der Oberflächentemperaturen aller produktberührten und angrenzenden Bauteile auf Werte deutlich unterhalb der Mindestzündtemperatur des Staubes
elektrostatische Erdung und Potenzialausgleich aller leitfähigen Anlagenteile, einschließlich Behälter, Mischwerkzeug, Rohrleitungen und Türen
konstruktive Vermeidung mechanischer Zündquellen durch definierte Spaltmaße zwischen rotierenden Teilen und Gehäuse
Überwachung von Lagern, Wellendurchführungen und Antrieben auf Temperatur und Zustand
Vermeidung von Toträumen, in denen sich Staub ablagern und verglimmen kann

Auswirkungen begrenzen

Da eine explosionsfähige Atmosphäre in Zone 20 als dauerhaft vorhanden gilt, lässt sich das Risiko selten allein über die Zündquellenvermeidung beherrschen. In der Regel kommt konstruktiver Explosionsschutz hinzu:

druckstoßfeste Bauweise des Apparats, bemessen auf den reduzierten Explosionsüberdruck
Explosionsdruckentlastung über Berstscheiben, Explosionsklappen oder flammenlose Entlastungssysteme
Explosionsunterdrückung über Schnelllöschsysteme
Explosionsentkopplung zu vor- und nachgeschalteten Anlagenteilen
Inertisierung, etwa mit Stickstoff, in Verbindung mit Sauerstoffüberwachung

Grundlage der Bemessung sind die sicherheitstechnischen Kennwerte des Produkts: Kst-Wert, maximaler Explosionsüberdruck pmax, Mindestzündenergie und Mindestzündtemperatur. Werden dem Pulver brennbare Flüssigkeiten oder Lösemittel zugegeben, ist zusätzlich das hybride Gemisch zu bewerten.

Abdichtung und Zonenbegrenzung

Eine staubdichte Ausführung des Apparats begrenzt die Zone 20 auf den Innenraum. Hochwertige Wellen- und Gehäusedichtungen, totraumarme Auslaufarmaturen und dicht schließende Inspektionsöffnungen verhindern, dass Staub in die Umgebung austritt. Damit lässt sich der angrenzende Bereich häufig als Zone 22 oder sogar als nicht explosionsgefährdet einstufen – mit deutlich geringeren Anforderungen an die Peripherie.

Verantwortung des Betreibers

Die Zoneneinteilung ist rechtlich und fachlich Aufgabe des Betreibers. Sie erfolgt im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung auf Basis der konkreten Prozessbedingungen, Stoffdaten und Schutzkonzepte und ist im Explosionsschutzdokument nachvollziehbar zu begründen. Regelmäßige Reinigung, Schulung des Personals und die Fortschreibung der Kennwerte bei Rezeptur- oder Rohstoffwechseln gehören zu den organisatorischen Pflichten.