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Instandhaltung in einer ATEX-Umgebung: Öffnen eines Reaktors / Tanks

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Instandhaltung in einer ATEX-Umgebung: Öffnen eines Reaktors / Tanks

Wartungsarbeiten in einer ATEX-Umgebung sind in der Industrie bereits seit vielen Jahren ein relevantes Thema. Dieser Artikel befasst sich mit Wartungsaufgaben, die die Öffnung eines Reaktors oder Tanks erfordern, die noch entzündbare Lösemittel enthalten. Beispiele sind hier der Austausch einer vertikalen Pumpe (siehe Abb. 1) oder eines Rührwerks auf einem Behälter oder Reaktor (siehe Abb. 2. Eventuelle zusätzliche gefährliche Eigenschaften wie z.B. Toxizität des Produktes werden hier der Einfachheit halber nicht berücksichtigt.

MAI 2020


Abbildung 1: Zwei Beispiele von Vertikalpumpen auf einem Behälter

Abbildung 2 : Beispiel eines Rührwerks auf einem Reaktor

Bei der Festlegung der ATEX-Zoneneinteilung wird die Bildung von explosionsfähigen Gemischen als Folge von sehr seltenen Wartungsarbeiten in der Regel nicht berücksichtigt. Dies bedeutet nicht, dass bei Wartungsarbeiten keine Gefahr besteht. Im Gegenteil, es besteht sogar ein erhöhtes Risiko, weil oft Verbindungen gelöst und Leitungen und Apparate geöffnet werden müssen.

Das Risiko bei Wartungsarbeiten ist im Allgemeinen durch eine Arbeitserlaubnis abgedeckt und muss mit einer Gefährdungsbeurteilung eingehender untersucht werden. Dieser Newsletter soll ein hilfreicher Ausgangspunkt sein Sie bei der Bewertung der relevanten Risiken und möglichen Einflussfaktoren auf die Produktion zu unterstützen.

Vermeiden der gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre

Entleeren der Anlage

Müssen Anlagen, die entzündbare Lösemittel enthalten zu Wartungszwecken geöffnet werden, besteht die sicherste Methode zur Vermeidung von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären in der vollständigen Entleerung und Reinigung, d-.h man macht die Anlage «chemiefrei» bevor sie geöffnet wird.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass selbst geringste Mengen an Lösemitteln, die zum Beispiel auf Wänden oder in Auskleidungen adsorbiert sind und ausgasen, zur Bildung von explosionsfähigen Gemischen in einem Behälter führen können. Besonders kritisch sind diesbezüglich auch Lösemittel, die sich nicht mit Wasser mischen und daher durch Spülen mit Wasser auch nicht ausreichend ausgewaschen werden (z.B. Schwefelkohlenstoff, Toluol, Hexan).

Die Entleerung eines kompletten Tanks kann zudem große Auswirkungen auf die Produktion in einem Verbundsystem haben und daher in manchen Fällen aufgrund von inakzeptablen Produktionsausfällen oder massiven Störungen im Verbund nicht praktikabel durchgeführt werden.

Inertisieren

Die Inertisierung der Anlage bei Wartungsarbeiten ist aus zwei Gründen schwierig:

  1. Die Anlagen sind während der Wartung definitionsgemäss offene Systeme, d.h. die Inertisierung kann durch Gasdiffusion und Atmungseffekte unwirksam werden.
  2. Sauerstoff kann auch in Bereichen, wo gearbeitet wird, durch Inertgase verdrängt werden. Dadurch entsteht eine akute Erstickungsgefahr für die Mitarbeitenden.

Inertisierung mit Argon

Die Inertisierung eines Tanks mit Argon bei Wartungsarbeiten ist eine Methode, die in der Industrie selten verwendet wird, die aber einen wichtigen Vorteil bietet: Argon ist schwerer als Luft und legt sich somit wie eine Decke auf die Oberfläche von Flüssigkeiten. Nachteile von Argon sind dessen relativ hohe Kosten, der Lageraufwand der Flaschen oder Bündel und die oft mangelnde Erfahrung der Produktions- und Wartungsteams mit dessen Verwendung.

Inertisierung mit Stickstoff

Stickstoff ist als Standardinertgas in vielen Betrieben einfach verfügbar und daher deutlich kostengünstiger als Argon. Jedoch ist die Wirkdauer der Inertisierung bei geöffnetem Reaktor oder Tank, im Vergleich zu jener mit Argon, deutlich geringer.

Die untenstehende Grafik (Abb. 3) zeigt ein Experiment in einer 20-Liter-Kugel, die mit Argon oder Stickstoff inertisiert wurde. Der obere Teil der 20-Liter-Kugel wurde geöffnet und die Entwicklung der Sauerstoffkonzentration im unteren Teil der Kugel gemessen. Bei Inertisierung mit Stickstoff wird die typische Sauerstoffgrenzkonzentration für organische Dämpfe von 10% am Boden der 20-Liter-Kugel innerhalb von 105 Sekunden überschritten, während für Argon der Anstieg der Sauerstoffkonzentration über den kritischen Schwellenwert rund 100 Minuten betrug. Die Inertisierungswirkung von Argon hielt also in diesem Beispiel mehr als 50 Mal länger an als bei Stickstoff. Für jedes physikalische System wird die Zeit bis zum Erreichen einer sicherheitstechnisch relevanten Sauerstoffkonzentration unterschiedlich sein, je nach dessen Formfaktor, Größe und umgebender Umwelteffekte.

Abbildung 3: Sauerstoffeintritt in die zuvor inertisierte 20-L-Kugel in Minuten nach Öffnung der Kugeloberseite

Atmungseffekte

Wenn Flüssigkeiten aus offenen Behältern gepumpt werden, gelangt Luftsauerstoff hinein und das Inertgas wird verdünnt. Wenn Flüssigkeit in den Tank gepumpt wird, steigt der Flüssigkeitspegel näher an die Tanköffnung und damit näher zur Außenatmosphäre, wodurch der Verlust der Inertisierung durch Diffusionseffekte beschleunig wird. Daher müssen Flüssigkeitstransfers, und damit die Produktion unterbrochen werden.

In den meisten Fällen sind die Inertisierungsmethoden für einen offenen Reaktor oder Tank mit Stickstoff oder Argon aus den oben genannten Gründen nicht hinreichend zuverlässig, um Wartungsarbeiten mit Personen und/oder Zündquellen gefahrlos zu ermöglichen. Dennoch können diese Methoden in besonderen Situationen oder in Kombination mit zusätzlichen Maßnahmen das Risiko auf ein akzeptables Niveau senken.

Lüftungsmassnahmen

Zur Vermeidung der Bildung von explosionsfähigen Atmosphären ausserhalb der betroffenen Behälter sind Lüftungsmassnahmen das Mittel der Wahl. Die Absaugung von Gasen und Dämpfen an der Quelle mit temporären Einrichtungen ist sehr effektiv, wenn folgende Punkte berücksichtigt werden:

  1. Die Absaugung muss direkt an der Behälteröffnung erfolgen. Der Bereich aus dem Gase und Dämpfe effektiv abgezogen werden reicht nur etwa bis zur einem Abstand von der Ansaugleitung, der dem Durchmesser der Absaugleitung entspricht.
  2. Die Dichte der Gase und Dämpfe ist bei der Positionierung der Absaugung zu berücksichtigen. Dies bedeutet für die meisten organischen Dämpfe eine Absaugung etwas unterhalb der Behälteröffnung oder in Bodennähe.

Konstruktive Änderung des Designs: Ersatz der vertikalen Pumpen

Vorausschauendes Design und wartungsarme Ausrüstung vermeiden hohe Kosten für zusätzliche Sicherheit oder übermäßige Produktionsausfälle bei Wartungsarbeiten. Wären in unserem Beispiel horizontale statt vertikale Pumpen eingebaut worden, müsste der Behälter bei Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten nicht geöffnet werden. Des Weiteren können horizontale Pumpen leichter isoliert und ausgetauscht werden und vermindern so längerfristige Produktionsunterbrüche.

Zusammenfassung

Die Schutzmassnahmen für Wartungs- und Instandhaltungsmassnahmen in Ex-Zonen oder mit Eingriffen in Ex-Zonen müssen im Rahmen eines formellen Arbeitsfreigabesystems analysiert, und die entsprechenden Massnahmen müssen umsetzt werden.

Zu den möglichen Massnahmen bei der Öffnung von Behältern mit entzündbaren Lösemitteln gehören:

  • vollständige Reinigung des Behälters
  • temporäre Inertisierung
  • temporäre lokale Lüftungsmassnahmen
  • permanente Überwachung der Konzentration von entzündbaren Dämpfen und Gase sowie von Sauerstoff

Es sollte gute Praxis sein, dass in-situ erzeugte Gefahren in besonderen Situationen, wie z.B. bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten, bereits in der Planungsphase einer neuen Anlage berücksichtigt werden.

 

Autor: Kurt Verheyden

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