有機物質やその他の可燃性粉体を扱うミキサーでは、ATEXに適合した設計は常に、物質・プロセス・設備固有の評価の結果です。製品名称だけでは十分ではありません。決定的に重要なのは、実際の微細粉じん分画、水分、粒度、起こりうる溶剤蒸気や香料蒸気、温度、プロセス圧力、そして起動から洗浄に至る運転状態です。ミキサーおよび混合設備には、VDI 2263 第10部が中心的な設計指針となります。この指針は、粉じん・ガス・蒸気・ハイブリッド混合物を扱うミキサーの防火・防爆を明確に扱っています。

ゾーンコンセプトと物質データ

ゾーン区分は事業者の防爆文書に属します。ゾーン20は、ミキサー、フィルター、サイロ、あるいは搬送配管の内部に、爆発性粉じん雰囲気が常時、長時間、あるいは頻繁に存在する場合に該当します。ゾーン21は、通常運転時にそうした雰囲気が時折発生しうる区域、たとえば投入、排出、サンプリング箇所に関わります。ゾーン22は、まれかつ短時間しか発生しない区域を指します。具体的な区分は、粉じん放出、気密性、吸引、洗浄、周辺状況から導き出されます。

ゾーン20には原則として非常に高い保護水準が必要であり、従来のATEX分類では通常カテゴリー1Dに相当します。ゾーン21にはカテゴリー1Dまたは2D、ゾーン22にはカテゴリー1D、2D、または3Dが許容されます。この区分は電気・非電気部品に及びます。モーター、センサー、アクチュエータ、シャフト、軸受、シール、混合工具、フラップ、搬送設備をあわせて検討しなければなりません。適合する適合性評価とEU型式試験の要否は、機器カテゴリー、機器グループ、機器タイプ、適用されるATEX適合性評価手続きによって決まります。したがって型式試験がカテゴリー1Dまたは2Dのすべての機器に一律に必要というわけではありません。

詳細設計に先立ち、代表的な安全上の物質データが必要です。これには少なくとも、KSt、最大爆発圧力pmax、最小着火エネルギー、粉じん雲の最小着火温度、粉じん堆積層の最小着火温度、粒度分布、水分、電気伝導率が含まれます。揮発性液体や溶剤を添加する場合、純粋な粉じんとは着火・爆発挙動が変化しうるため、蒸気・粉じんハイブリッド混合物を別途評価しなければなりません。「洗剤粉じん」や他の製品グループに関する一般的な最小着火エネルギー範囲は十分な裏付けとはならず、設計の根拠として用いるべきではありません。

着火源の阻止

有効な着火源の回避は中心的な保護レベルです。EN 1127-1は、高温表面、火炎・高温ガス、機械的に発生する火花、電気機器、漏れ電流、静電気、落雷、電磁放射、発熱反応など、さまざまな種類の着火源を扱っています。EN ISO 80079-36と-37は、非電気機器とその潜在的な着火源の評価に関連します。

機械的な隙間寸法、材質の組み合わせ、起こりうる接触点、異物は、通常運転時および考慮すべきトラブル時に、危険な摩擦・打撃・研削火花が発生しないように設計しなければなりません。ゾーン20における混合工具について「1m/s未満」といった一律の最高速度は存在しません。許容される周速は、形状、材質、粒度、起こりうる異物混入、接触確率、温度、混合課題、その他の保護対策によって決まります。着火危険性評価の中で根拠づけなければなりません。

軸受とシールは重要な箇所です。可能な対策としては、外側配置の軸受、製品空間と駆動部の有効な分離、適切なシャフトシール、温度監視、状態監視があります。これらの対策は、粉体、回転数、圧力、温度、そして想定される洗浄方法に適合していなければなりません。粉じん堆積層については、TRGS 723が、危険性評価が別の定めを許容しない限り、粉じん堆積層の最小着火温度と表面温度との間に原則として75°Cの安全マージンを挙げています。

静電気の帯電は、とりわけ乾燥した、微細で、導電性の低い粉体において着火源となり得ます。必要なのは、一貫した接地・電位均等化コンセプト、導電性部材と絶縁部材の評価、適切なホース、フィルター媒体、フレキシブル接続、容器、個人用保護具です。TRGS 727は、静電気による着火の危険性を回避するための要求を規定しています。10の6乗Ωという一律の接地抵抗値は、すべての設備部分・用途に転用できるものではありません。たとえばタイプCのフレキシブル中間バルクコンテナ（FIBC）について、TRGS 727は接地点までの散逸抵抗を10の7乗Ω未満と挙げています。タイプDのFIBCは接地を必要としませんが、危険な帯電が発生しないことが証明されている場合にのみ使用できます。

電気機器は、割り当てられたゾーン、粉じん雰囲気、許容表面温度に適していなければなりません。粉じん保護された電気機器では、IP6Xなどの粉じん密な保護等級がしばしば重要です。ただし必要な保護等級と表示は、選定された保護原理と具体的な機器認証から導き出されます。本質安全は特定の測定・制御回路に有効なことがありますが、ミキサー内のすべてのセンサーに対する普遍的な規定ではありません。

保護コンセプトと不活性化

保護コンセプトは優先順位に従います。まず、密閉されたプロセス運用、粉じん放出の制限、あるいは不活性化によって、危険な爆発性雰囲気を回避または制限できるかどうかを検討します。その後、有効な着火源を回避します。両方の目標を確実に達成できない場合、爆発の影響を制限するための構造的な対策を追加します。

不活性化では、酸素を、多くの場合窒素などの適切なガスによって、物質・プロセス固有に定められた酸素限界濃度を下回るまで低減します。8体積パーセント未満といった一律の目標値は許容されません。許容される運転濃度は、酸素限界濃度、測定不確かさ、漏れの想定、プロセスのばらつき、そして定められた安全マージンから導き出さなければなりません。不活性化には、十分に気密な設備、適切な不活性ガス供給、酸素測定、定められたアラーム・遮断値、そして安全インターロックが必要です。

過炭酸ナトリウムなどの酸化剤を含むレシピでは、不活性化をとりわけ慎重に評価しなければなりません。過炭酸ナトリウムは分解時に酸素を放出し、火災を助長する可能性があります。したがって窒素による酸素低減は、温度管理も、熱分解、起こりうる汚染、発熱反応の評価も代替するものではありません。

構造的な保護対策には、防爆仕様または耐爆圧衝撃仕様の装置、圧力放散、無炎放散、爆発抑制、そして接続された設備部分の分離が含まれることがあります。EN 14460は防爆機器を扱っています。EN 14491は爆発圧力放散を扱っており、EN 14373は爆発抑制システムの設計、適用、有効性試験、運用、保守を扱っています。こうしたシステムは、閉鎖された、あるいは本質的に閉鎖された囲いを対象とし、不安定な物質、爆発物、火工品、発火性物質には適用されません。

分離はとりわけ重要です。爆発が配管を介してフィルター、サイロ、計量・充填設備へ伝播しないようにするためです。適切な解決策としては、防爆技術的に認められた逆止弁、急速閉鎖弁、消火剤バリア、防爆バルブ、あるいはその機能に適したロータリーバルブが考えられます。それぞれの分離装置は、粉じん爆発クラス、配管、プロセス方向、圧力条件、組み込み状況に適合していなければなりません。

文書化と点検

設計は、メーカーのリスク評価、そして事業者の防爆文書において、追跡可能な形で文書化しなければなりません。これには、物質データ、ゾーン、着火危険性評価、機器カテゴリー、保護コンセプト、インターフェース、運転限界、保守、洗浄、点検、そして起動・停止・レシピ切替・トラブルの扱いが含まれます。

稼働開始前および定期的に、設置場所に適用される規則に従った点検が必要です。ドイツでは特に、危険物取扱規則および事業安全規則の規定を遵守しなければなりません。構造化されたHAZOPまたは同等の安全性検討は、複雑な混合設備において非常に有効なことがありますが、すべての設備に対する一律の法的義務ではありません。