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Organisationseinheit der BAM
Many industrial processes include a gas explosion hazard. If safety measures are not adequate to prevent a potentially explosive atmosphere or to avoid effective ignition sources in enclosures, at least the effects of an explosion can be limited e.g. by gas explosion venting systems.
For the design of gas explosion venting systems for confinements only little guidance is given when considering the constructional boundary conditions or process conditions. For this reason conservative assumptions are prevalent in practice and in many cases the protective systems become significantly oversized. From safety perspective such safety margins in venting areas can lead to a critical acceleration of the pressure rise. Moreover, a gas explosion venting at turbulent conditions caused by over sizing or by obstacles rather leads to an under-sized system. The present investigation was focused especially on the influence of certain obstacles as well as the influence of elevated initial pressures on explosion venting
behaviour of quiescent hydrogen, methane or ethylene in air.
The effects of a gas explosion in enclosures like vessels can be limited e.g. by gas explosion venting
systems. The major design step of this constructive explosion protection method is to determine the
required vent area, which depends significantly on whether turbulent combustion exists. However,
current standards like NFPA 68 or EN 14994 are applicable only to limited boundary conditions and
as far as possible only to laminar flame propagation. Difficulties arise in the assessment or predictability
of gas explosion hazard when turbulence occurs.
In this research especially venting at elevated initial pressure has been shown to accelerated
flame propagations and therefore, to a considerably higher reduced pressure. Therefore, it is essential
to provide a broader data base of turbulent combustion and explosion behaviour to verify the
existing rules or to determine their safety-relevant parameters.
For a better safety assessment or design of protective systems the turbulent combustion and
accelerated gas explosion behaviour of quiescent methane in air were investigated at initial pressures
up to 8 bar using vessels up to 100 litres. In particular a systematic study was performed to
investigate the influence of turbulence on the overpressure development during accelerated gas
explosion. Moreover, the present study consider the position of the spark igniters, the burning velocity
and the maximum pressure rise for different concentration of fuel as well as the size of orifice
and/or vent area.
A choice of experimental tests showed under the investigated conditions that not only turbulence
inducing obstacles but also over sized vent areas could lead to an increased pressure development
and therefore to an inacceptable safety state. Due to the numerous influencing variables of
explosion behaviour the presented experimental results help to judge whether another more sophisticated
method should be applied than the one described in standards.
For the design of gas explosion venting systems for confinements only little guidance is given when considering the constructional boundary conditions or process conditions. For this reason conservative assumptions are prevalent in practice and in many cases the protective Systems become significantly oversized. Such safety margins in venting areas can lead to a critical acceleration of the pressure rise. Finally, a gas explosion at turbulent conditions caused by oversizing of the venting area rather leads to an under-sized system and supports the deflagration to detonation transition (DDT). The present investigation was focused especially on the influence of certain obstacles as well as the effect of the initial pressures on the explosion venting behavior of methane-air-mixtures and of hydrogen-air-mixtures.
Explosionsschutz ist für viele Bereiche der Industrie und des Transport- und Lagerwesens von großer Bedeutung. Arbeitssicherheit, Anlagenschutz, Umweltschutz und öffentliche Sicherheit sind dabei gleichermaßen sicherzustellen.
Die Ex-Schutz-Seminare der Technischen Akademie Heilbronn richten sich an Planer, Errichter, Betreiber und deren befähigte Personen sowie das gesamte Umfeld (Hersteller, Behörden, Prüfstellen, Berater). Sie sind unter ein einheitliches Thema gestellt: Wie sind Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen sicher zu planen, zu errichten und zu betreiben. Zu Beginn jeden Seminars werden die physikalischen und technischen Grundlagen behandelt und anhand der einschlägigen Richtlinien und Normen (VDE, EN, IEC usw.) gezeigt, wie der Explosionsschutz grundsätzlich verwirklicht werden kann (integrierter Explosionsschutz). Die rechtlichen Grundlagen, Zusammenhänge und ihre Bedeutung werden dargestellt, einschließlich der Prüfung und Zertifizierung.
Experimentelle Untersuchungen zu streifenden Schlägen mit verschiedenen Edelstahlsorten in explosionsfähigen Atmosphären, jeweils bestehend aus Wasserstoff, Acetylen, Ethylen bzw. Propan mit Luft, haben gezeigt, dass deren Zündwahrscheinlichkeit sowohl von der Art des Brenngas-Gemisches als auch der Höhe der kinetischen Schlagenergie abhängt. Ein Einfluss des Chromgehaltes im Edelstahl auf die Zündwahrscheinlichkeit durch mechanisch erzeugte Schlagvorgänge konnte in dem untersuchten Bereich des Chromgehaltes nicht nachgewiesen werden, obwohl ein steigender Chromgehalt die Oxidationsfähigkeit abgetrennter Partikel erhöhter Temperatur tatsächlich senkt. Ferner haben weitere Werkstoffeigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, Dichte und Härte einen Einfluss auf die Zündwahrscheinlichkeit mechanischer Edelstahl-Schlagvorgänge bei Wasserstoff/Luft-Gemischen. Mit steigender Wärmeleitfähigkeit des Edelstahls sinkt die Zündwahrscheinlichkeit. Für die spezifische Wärmekapazität, Dichte und Härte konnte kein Einfluss nachgewiesen werden. Für Schlagvorgänge wurden in der Norm EN 13463-1:2009 Grenzwerte für die maximale kinetische Schlagenergie festgelegt, unterhalb derer die Entstehung einer wirksamen Zündquelle als unwahrscheinlich angenommen werden kann. Dabei wurde zwischen Schlagvorgängen mit funkenarmen Metallen, wie z. B. Kupfer, Messing, und Schlagvorgängen mit sogenannten „sonstigen Werkstoffen“ unterschieden. Die Grenzwerte dieser sonstigen Werkstoffe resultieren aus Versuchen der BAM mit unlegiertem Baustahl. Bei solchen Schlagvorgängen wird von Oxidationsprozessen einzelner Partikel mit dem Luftsauerstoff ausgegangen, die das Gasgemisch aufgrund des hohen Temperaturanstiegs entzünden. In industriellen Anwendungen wie zum Beispiel der chemischen Industrie wird jedoch statt ferritischem Stahl überwiegend Edelstahl verwendet. Im Allgemeinen gilt mit Chrom hochlegierter Edelstahl bei Schlagvorgängen gegenüber ferritischem Stahl als funkenärmer, da die Oxidationsfähigkeit von Edelstahlpartikeln mit steigendem Chromgehalt abnimmt. Aufgrund der abnehmenden Oxidationsfähigkeit postulierte Voigtsberger, dass abgetrennte Edelstahlpartikel mit einem Anteil von 18,11 % Chrom nicht mehr oxidieren können. Bei den eigenen Schlagversuchen der BAM konnte zwar eine sinkende Oxidationsfähigkeit der Partikel, aber keine abnehmende Zündwirksamkeit von Edelstählen mit steigendem Chromgehalt beobachtet werden.
Ausgehend von den entsprechenden Artikeln des Vertrages über die Arbeitsweise der Europäischen Union /1/ lassen sich die Europäischen Richtlinien entsprechend der Zielrichtung der zugrundeliegenden Artikel folgendermaßen gliedern:
- Richtlinien zur Harmonisierung des Handels (Beschaffenheitsrichtlinien) nach Artikel 114 (früher Artikel 95 EG-Vertrag)
- Richtlinien über Mindeststandards zum Schutz der Arbeitnehmer (Arbeitsschutzrichtlinien) nach Artikel 153 (früher Artikel 137 EG-Vertrag)
Diese Richtlinien sind von den Mitgliedsstaaten in ihre jeweiligen nationalen Rechtssysteme umzusetzen. Die Art und Weise der Umsetzung ist abhängig davon, zu welcher der beiden Gruppen die Richtlinie gehört.
Richtlinien nach Artikel 114 sind in die entsprechenden Gesetze und Verordnungen so umzusetzen, dass die wesentlichen Forderungen unverändert übernommen werden.
Beschaffenheitsanforderungen an Produkte, die Explosionsschutzanforderungen zu erfüllen haben, werden in Deutschland durch die 9. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (9. ProdSV, Maschinenverordnung) /2/ und speziell für atmosphärische Bedingungen in der 11. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (11. ProdSV, Explosionsschutzverordnung /3/ bis 19.4.2016 bzw. Explosionsschutzprodukteverordnung /4/ ab 20.04.2016) geregelt. Durch die 11. ProdSV wurde die Richtlinie 94/9/EG /5/ bzw. wird die Richtlinie 2014/34/EU /6/ in deutsches Recht überführt. Die Richtlinie 2014/34/EU gibt es seit dem 26. Februar 2014. Sie ersetzt die Richtlinie 94/9/EG. Die Frist für den Übergang von der Richtlinie 94/9/EG zur Richtlinie 2014/34/EU endet am 20. April 2016. Die Richtlinie 2014/34/EU ist eine Neufassung der Richtlinie 94/9/EG, wobei die Inhalte des sogenannten Neuen Rechtsrahmens einbezogen wurden. Die materiellen Anforderungen der Richtlinie 2014/34/EU unterscheiden sich nicht von denen der Richtlinie 94/9/EG.
Wesentlicher Inhalt dieser Verordnungen und der Europäischen Richtlinie 2014/34/EU sind die Begriffsdefinitionen für Geräte, Schutzsysteme und Komponenten, das System der Konformitätsbewertung und die Konformitätserklärung, sowie die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen. Es gilt dabei das Prinzip der Herstellerverantwortung. Der Hersteller eines Produktes dokumentiert die Erfüllung der Richtlinienanforderungen mit seiner Konformitätserklärung und der Kennzeichnung des Produktes mit dem CE-Zeichen.
Effects of the "new" ATEX Directive 2014/34/EU - consequences for manufacturers - claims by users
(2016)
Directive 94/9/EC of the European Parliament and of the Council of 23 March 1994 on the approx-imation of the laws of the Member States concerning equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres has been substantially amended. The new ATEX Di-rective 2014/34/EU on equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres replaces Directive 94/9/EC. The new Directive was published on March 29, 2014, became enacted on April 19, 2014 and will become effective starting April 20, 2016. It was the aim of the revision to harmonize the requirements with the New Legal Framework (New Legislative Framework - NLF). The NLF consists of the following two documents: the Regulation (EC) No 765/2008 of the European Parliament and of the Council of 9 July 2008, which sets out the re-quirements for accreditation and market surveillance relating to the marketing of products, and the Decision No 768/2008/EC of the European Parliament and of the Council of 9 July 2008, which sets on a common framework for the marketing of products.
The harmonization with the NLF especially results in a lot of new definitions and a new structure compared with the “old” ATEX. Some content which was in the annexes of the “old” ATEX is now turned into distinct chapters or articles in the main part. New content was included which comprises things like presumption of conformity, principles of CE marking, notification of conformity as-sessment bodies, Union market surveillance, and Union safeguard procedure. What is more, the definitions of the economic operators like manufacturer, distributor and importer and the description of their duties are now in separate chapters. Thus, the “new” ATEX is much bigger than the “old” one. With the publication of the Directive 2014/34/EU a lot of questions were raised especially from manufacturers.
These questions include:
- Did everything change now?
- Does the new Directive affect essential safety and health requirements (ESHR) for equipment and protective systems intended for use in hazardous areas?
- Is the module system for conformity assessment changed?
- What happens with existing certificates?
- What happens with products which were already produced before April 20, 2016 but will be placed on the market later?
The presentation will deal with some of these questions. But it has to be stated that the essential health and safety requirements for equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres have not changed. That means: A product which was safe under the Directive 94/9/EC is still a safe product in the sense of the Directive 2014/34/EU.
Die beiden Normen ISO 80079-36 (Nichtelektrische Geräte für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären - Grundlagen und Anforderungen) und ISO 80079-37 (Nichtelektrische Geräte für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären - Schutz durch konstruktive Sicherheit "c", Zündquellenüberwachung "b", Flüssigkeitskapselung "k") beschreiben die Anforderungen an explosi-onsgeschützte mechanische Geräte. Die Normen ersetzen die Teile 1, 5, 6, und 8 der Normenreihe DIN EN 13463. Wesentliche Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu den Vorgängernormen werden hier erläutert. ISO 80079, Teil 36 und 37 sind Teil einer Normenreihe für nichtelektrische Geräte und Schutzsysteme (ISO/IEC 80079), die gemeinsam mit den Normen für ex-plosionsgeschützte elektrische Geräte (Normenreihe IEC 60079) ein integriertes internationales technisches Regelwerk für den Explosionsschutz bildet. Dies wird mittel- bis langfristig den globalen Marktzugang, insbesondere für die exportorientierten deutschen Hersteller, erleichtern. Zu den gerade erschienenen Normen der Reihe ISO/IEC 80079 wurden parallel zum Normungsprozess die Grundlagen erarbeitet, um sie analog zu den elektrischen Geräten in das IECEx System einzubinden. Die Möglichkeiten zur Anwendung der beiden Normen bei der Konformitätsbewertung im Rahmen der ATEX Richtlinie und des IECEx Systems werden diskutiert.
Beschaffenheitsanforderungen an Produkte, die Explosionsschutzanforderungen zu erfüllen haben, werden in Deutschland durch die 9. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (9. ProdSV, Maschinenverordnung) und speziell für atmosphärische Bedingungen in der 11. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (11. ProdSV, Explosionsschutzverordnung bis 19.4.2016 bzw. Explosionsschutzprodukteverordnung ab 20.04.2016) geregelt. Wesentlicher Inhalt dieser Verordnungen und der Europäischen Richtlinie 2014/34/EU sind die Begriffsdefinitionen für Geräte, Schutzsysteme und Komponenten, das System der Konformitätsbewertung und die Konformitätserklärung, sowie die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen. Es gilt dabei das Prinzip der Herstellerverantwortung. Der Hersteller eines Produktes dokumentiert die Erfüllung der Richtlinienanforderungen mit seiner Konformitätserklärung und der Kennzeichnung des Produktes mit dem CE-Zeichen.
Nach dem Prinzip der integrierten Explosionssicherheit sind bei der Planung von Anlagen
folgende Maßnahmen in Betracht zu ziehen:
a) Vermeidung der Bildung von explosionsfähiger Atmosphäre
b) Vermeidung der Entzündung von explosionsfähiger Atmosphäre und
c) Vorrichtungen, die anlaufende Explosionen umgehend stoppen und/oder den von einer Explosion betroffenen Bereich begrenzen.
Im Folgenden werden einige Aspekte der konstruktiven Maßnahmen zur Auswirkungsbegrenzung von Explosionen nach c) erläutert.
Die vier wesentlichen, eingeführten und erprobten derartigen Schutzmaßnahmen sind Explosionsdruckentlastung, explosionsfestes Gerät, Explosionsunterdrückung und Explosionsentkopplung.
Europäische Richtlinien und Normen auf dem Gebiet des Explosionsschutzes für nichtelektrische Geräte
(2018)
Beschaffenheitsanforderungen an Produkte, die Explosionsschutzanforderungen zu erfüllen haben, werden durch die Europäische Richtlinie 2014/34/EU /8/ geregelt. Diese Europäische Richtlinie erfasst sowohl elektrische als auch nicht-elektrische Geräte. Durch die 11. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (11. ProdSV) /9/ wurde die Richtlinie 2014/34/EU, in deutsches Recht überführt.Wesentlicher Inhalt der Richtlinie 2014/34/EU sind neben den Definitionen aus dem sogenannten Neuen Rechtsrahmen die Begriffsdefinitionen für Geräte, Schutzsysteme und Komponenten, das System der Konformitätsbewertung und die Konformitätserklärung, sowie die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen. Es gilt dabei das Prinzip der Herstellerverantwortung. Der Hersteller eines Produktes dokumentiert die Erfüllung der Richtlinienanforderungen mit seiner Konformitätserklärung und der Kennzeichnung des Produktes mit dem CE-Zeichen.
Ausgehend von den entsprechenden Artikeln des Vertrages über die Arbeitsweise der Europäischen Union lassen sich die Europäischen Richtlinien entsprechend der Zielrichtung der zugrundeliegenden Artikel folgendermaßen gliedern:
- Richtlinien zur Harmonisierung des Handels (Beschaffenheitsrichtlinien) nach Artikel 114 (früher Artikel 95 EG-Vertrag)
- Richtlinien über Mindeststandards zum Schutz der Arbeitnehmer (Arbeitsschutzrichtlinien) nach Artikel 153 (früher Artikel 137 EG-Vertrag)
Diese Richtlinien sind von den Mitgliedsstaaten in ihre jeweiligen nationalen Rechtssysteme umzusetzen. Die Art und Weise der Umsetzung ist abhängig davon, zu welcher der beiden Gruppen die Richtlinie gehört.
Richtlinien nach Artikel 114 sind in die entsprechenden Gesetze und Verordnungen so umzusetzen, dass die wesentlichen Forderungen unverändert übernommen werden. Im Gegensatz dazu können bei der Umsetzung von Richtlinien nach Artikel 153 über die Forderungen dieser Richtlinien hinaus eigene weitergehende Forderungen beibehalten oder neu eingeführt werden.
Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen fallen unter die europäische Richtlinie 2014/34/EU /1/. Diese ist eine Richtlinie zur Harmonisierung des Handels (Beschaffenheitsrichtlinien) nach Artikel 114 des Vertrages über die Arbeitsweise der Europäischen Union /2/ (früher Artikel 95 EG-Vertrag) und regelt grundlegende Anforderungen an die Sicherheit der entsprechenden Geräte. Die Forderungen der Richtlinien nach Artikel 114 werden durch harmonisierte europäische Normen konkretisiert. Hinsichtlich der grundlegenden Struktur der Normen im nicht-elektrischen Bereich unterscheidet man dabei:
A-Normen
• Normen zu Grundprinzipien des Explosionsschutzes, wie Gefährdungsbeurteilung und Zündgefahrenbewertung
B-Normen
• Normen zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen
• Normen für nicht-elektrische Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen
• Normen zu konstruktiven Explosionsschutzmaßnahmen
C-Normen
• Normen für spezielle Geräte oder Schutzsysteme, wie Flammendurchschlagsicherungen oder Ventilatoren
Von besonderer Bedeutung für nicht-elektrische Geräte sind die Normenreihe DIN EN 13463ff/3/ und die DIN EN ISO 80079-36 /4/ und DIN EN ISO 80079-37 /5/.
Beschaffenheitsanforderungen an Produkte, die Explosionsschutzanforderungen zu erfüllen haben, werden in Deutschland durch die 9. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (9. ProdSV, Maschinenverordnung) /2/ und speziell für atmosphärische Bedingungen in der 11. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (11. ProdSV, Explosionsschutzverordnung /3/ bis 19.4.2016 bzw. Explosionsschutzprodukteverordnung /4/ ab 20.04.2016) geregelt.Wesentlicher Inhalt dieser Verordnungen und der Europäischen Richtlinie 2014/34/EU sind die Begriffsdefinitionen für Geräte, Schutzsysteme und Komponenten, das System der Konformitätsbewertung und die Konformitätserklärung, sowie die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen. Es gilt dabei das Prinzip der Herstellerverantwortung. Der Hersteller eines Produktes dokumentiert die Erfüllung der Richtlinienanforderungen mit seiner Konformitätserklärung und der Kennzeichnung des Produktes mit dem CE-Zeichen.