Kitabı oku: «Prüfhandbuch Explosionsschutz», sayfa 5

Die Mindestzündenergie (MZE) ist die unter vorgeschriebenen Versuchsbedingungen ermittelte, kleinste, in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energie, die bei einer Entladung ausreicht, das zündwilligste Gemisch einer explosionsfähigen Atmosphäre zu entzünden.

Hierbei wird das Prüfverfahren gemäß DIN EN 15967 verwendet.

Die MZE ist eine der Beurteilungskriterien für die Zündwirksamkeit von Zündquellen. Für brennbare Gase und Dämpfe in Luft liegt sie überwiegend im Bereich von 0,1 bis 1 mJ.

Grenzspalt {Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Flüssigkeiten, Grenzspaltweite} - bzw. Normspaltweite

Die Übertragung einer Explosion von einem Anlagenteil in einen anderen kann unterbunden werden, wenn beide Bereiche durch einen hinreichend schmalen Spalt getrennt sind.

Gemäß IEC 60079-20-1 wird dies geprüft.

Die Normspaltweite wird bestimmt als die größte Weite eines 25 mm langen Spalts zwischen den beiden Teilen einer Prüfanordnung, bei der unter vorgeschriebenen Bedingungen die Entzündungen des Gasgemisches im Inneren einer Anlage nicht zur Entzündung des außen befindlichen Gasgemisches führt. Dies gilt für alle Konzentrationsbereiche des geprüften Gases oder Dampfes in der Luft.

Die Normspaltweite ist für die Zündschutzart der druckfesten Kapselung und für die Auslegung von Flammensperren von Bedeutung.

Flammpunkt {Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Flüssigkeiten, Flammpunkt}

Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der eine Flüssigkeit unter vorgeschriebenen Versuchsbedingungen brennbares Gas oder Dampf in entsprechender Menge abgibt, sodass bei Kontakt der Dampfphase mit einer wirksamen Zündquelle sofort eine Flamme entsteht.

Um den Flammenpunkt zu bestimmen, kommen diverse Methoden infrage. Wesentliche Unterscheidungsmerkmale sind offener oder geschlossener Tiegel, Einsatz einer Rühreinrichtung und die unterschiedlichen Temperaturbereiche.

Name	Norm	Anwendungsbereich	Temperaturbereich
Abel-Pensky	DIN 51755	Mineralöle und andere brennbare Flüssigkeiten	-30 °C bis 5 °C 5 °C bis 65 °C
	DIN 53213-1	Anstrichstoffe, Lacke, Klebstoffe, zähe Flüssigkeiten	5 °C bis 65 °C
Pensky-Martens	DIN EN 22719	Mineralöle und andere brennbare Flüssigkeiten	10 °C bis 370 °C
Cleveland	DIN ISO 2592	Mineralöle und andere brennbare Flüssigkeiten	> 79 °C
Schnellverfahren	DIN EN 456	Brennbare ­Flüssigkeiten	0 °C bis 110 °C

Prüfmethoden im Überblick; Quelle: Inburex Consulting GmbH

Bild 8: Bestimmung des Flammpunkts nach Pensky-Martens; (Quelle: Inburex Consulting GmbH)

Der Flammpunkt ist eine zentrale Kenngröße, um die Brand- und Explosionsgefahr von Flüssigkeiten zu beurteilen und wird zur Neustoffanmeldung benötigt.

Er ist zusätzlich eine wesentliche Größe für die gefahrgutrecht­liche Einstufung brennbarer Flüssigkeiten.

Flammpunkt (FP)	Zusätzliche ­Bedingung	Kategorie
FP < 23 °C	Siedepunkt ≤ 35 °C	1
FP < 23 °C	Siedepunkt > 35 °C	2
23 °C < FP < 60 °C		3

Einstufung flüssiger Stoffe und Zubereitungen nach RL 1272/2008/EG; Quelle: Inburex Consulting GmbH

Die laminare Flammengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der bei Flammenreaktionen das Frischgas unter laminaren Strömungsbedingungen auf die Flammenfront zuströmt.

Bei laminaren Flammen auf Brennern ist die Flammenfront ortsfest, bei turbulenten Flammen, wie sie in den meisten technischen Verbrennungsvorgängen vorkommen, fluktuiert die Flammenfront um eine mittlere Lage. Die Flammengeschwindigkeit der turbulenten Flamme beträgt ein Vielfaches der Geschwindigkeit der laminaren Flamme.

Prüfverfahren:

1.	Gefäßverfahren: Die Flamme wandert durch das ruhende Brenngasgemisch, wobei die laminare Flammengeschwindigkeit aus der Wanderung der Flammenfront berechnet wird.
2.	Brennerverfahren: Die Flamme und Frischgasgemisch strömen der Flammenfront entgegen.

Innerhalb der Zündgrenzen eines brennbaren Gemisches ist die Flammengeschwindigkeit eine geeignete Größe, um die Flammenfortpflanzung zu beschreiben.

Explosionsgrenzen {Sicherheitstechnische Kennzahlen brennbarer Gase und Flüssigkeiten, Explosionsgrenzen} – untere und obere Explosionsgrenze

In Gemischen brennbarer Gase und Dämpfe mit Luft kann sich eine selbstständige Verbrennung nur innerhalb eines gewissen Konzentrationsbereichs fortpflanzen. Die Grenzkonzentrationen, bei denen dies gerade nicht mehr möglich ist, werden als untere (UEG) und obere Explosionsgrenze (OEG) bezeichnet.

Bei einer Konzentration unterhalb der unteren Explosionsgrenze ist das Gemisch zu „mager“ (es enthält zu wenig Brennstoff).

Bei einer Konzentration oberhalb der oberen Explosionsgrenze ist das Gemisch zu „fett“ (es enthält zu viel Brennstoff, d. h. zu wenig Sauerstoff), um eine Flammenfortpflanzung nach erfolgter Entzündung zu ermöglichen.

Für die Bestimmung der Explosionsgrenzen gibt es verschiedene standardisierte Messmethoden.

Messbereich	Norm
Atmosphärendruck, Temperatur bis 200 °C	DIN 51649-1
Atmosphärendruck, Temperatur bis 150 °C	ASTM E 681-98
erhöhter Druck und Temperatur	ASTM E 918-83

Messmethoden zur Bestimmung der Explosionsgrenze; Quelle: Inburex Consulting GmbH

Gase, die unter atmosphärischen Bedingungen einen Explosionsbereich, d. h. eine untere und obere Explosionsgrenze besitzen, gelten i. S. d. Gefahrstoffverordnung als hochentzündlich. Auch die entsprechende Klassifizierung brennbarer Gase nach Gefahrgutrecht stützt sich auf die Explosionsbereiche.

Die Explosionsgrenzen werden zusammen mit der Sauerstoffgrenzkonzentration benötigt, um die Schutzmaßnahme „Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre“ auszulegen. Die Temperatur-, Druck- und Inertgasabhängigkeiten sind zu berücksichtigen. Zu beachten ist weiterhin, dass die obere Explosionsgrenze eine Funktion des Sauerstoffgehalts ist.

1.11 Explosionsfähige Atmosphäre {Explosionsfähige Atmosphäre}

Gemische {Explosionsfähige Atmosphäre, Explosionsfähige Gemische} mit Gasen, Dämpfen oder Stäuben

Hinweis

§ 2 Abs. 10 GefStoffV: „Ein explosionsfähiges Gemisch ist ein Gemisch aus brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebeln oder aufgewirbelten Stäuben und Luft oder einem anderen Oxidationsmittel, das nach Wirksamwerden einer Zündquelle in einer sich selbsttätig fortpflanzenden Flammenausbreitung reagiert, sodass im Allgemeinen ein sprunghafter Temperatur- und Druckanstieg hervorgerufen wird.“

Um ein explosionsfähiges Gemisch zu erreichen, ist die sehr feine Verteilung des brennbaren Stoffs mit dem Oxidationsmittel erforderlich.

•	Bei Gasen kann das durch Konvektion oder durch Diffusion mit der umgebenden Luft erfolgen.
•	Flüssigkeiten werden verdampft. Ihr Verdampfen kann durch Spritzen oder Vernebeln, durch erhöhte Temperaturen oder durch Dochteffekte noch begünstigt werden.
•	Stäube werden aufgewirbelt.

Eine Entzündung des Gemisches ist möglich, wenn die Konzentration des Brennstoffs im Oxidationsmittel innerhalb der Explosionsgrenzen, also oberhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG) und unterhalb der oberen Explosionsgrenze (OEG), liegt. Unterhalb der UEG ist zu wenig Brennstoff vorhanden, d. h. das Gemisch ist zu mager, oberhalb der OEG ist zu viel Brennstoff vorhanden, d. h. das Gemisch ist zu fett.

Bild 1: Bestimmung der Explosionsgrenzen (Quelle: Inburex Consulting GmbH)

Beispielhaft sind hier verschiedene Reinstoffe mit ihren UEGs angegeben:

Stoff	UEG(Luft, Vol.-%)	UEG(Luft, g/m3)	OEG(Luft, Vol.-%)
Wasserstoff	4,0	3,4	77
Kohlenmonoxid (rF >< 80 %)	10,9	129	76
Methan	4,4	29	17
Acetylen	2,3	24	100
Propan	1,7	31	10,8
Octan	0,8	38	6,5
Toluol	1,0	39	7,8
Ethanol	3,1	59	27,7
Isopropanol	2,0	50	13,4
Aceton	2,5	60	14,3

Explosionsgrenzen verschiedener Reinstoffe in der Luft; Quelle: Inburex Consulting GmbH

1.11.1 Hybride Gemische {Explosionsfähige Atmosphäre, Hybride Gemische}

Einen Sonderfall im Explosionsschutz bilden hybride Gemische. Hybride Gemische sind Gemische aus Staub, Brenngas und Luft. Diese Gemische verfügen über andere sicherheitstechnische Eigenschaften als ihre Einzelkomponenten. Ebenso lassen sich die sicherheitstechnischen Kennzahlen nicht mit den normierten Testverfahren ermitteln.

Es besteht aus verschiedenen Forschungsvorhaben der begründete Verdacht, dass hybride Gemische zündwilliger als deren Einzelkomponenten sind und die Explosionen derartiger Gemische in ihren Auswirkungen deutlich stärker sind als deren Einzelkomponenten.

Ebenso gibt es keine Basis zu einer Art Umrechnung der Größen oder Korrekturfaktoren.

1.11.2 Explosivstoffe {Explosionsfähige Atmosphäre, Explosivstoffe}

Explosivstoffe (Sprengstoffe) und chemisch instabile Gase (§ 2 Abs. 11 GefStoffV) sind nicht Gegenstand dieser Veröffentlichung.

Beiden Stoffgruppen ist gemein, dass sie sich auch ohne die Anwesenheit von Luft oder eines anderen Oxidationsmittels explosionsartig zersetzen können. Nach Wirksamwerden einer Zündquelle reagieren sie in einer sich selbsttätig fortpflanzenden Flammenausbreitung. In der Folge wird im Allgemeinen ein sprunghafter Temperatur- und Druckanstieg hervorgerufen.

1.12 Verantwortlichkeiten und Zuständigkeiten {Betriebliche Aufgaben} im Ex-Schutz im Betrieb

Für alle Aktivitäten in einem Betrieb ist zunächst der Unternehmer vollständig verantwortlich. Der Unternehmer sorgt für die sichere Beschäftigung seiner Mitarbeiter i. S. d. Arbeitsschutzes.

1.12.1 Erfordernis organisatorischer Maßnahmen {Organisatorische Maßnahmen} {Betriebliche Aufgaben, Organisatorische Maßnahmen}

Besteht an einem Arbeitsplatz ein potenzielles Explosionsrisiko, so resultieren daraus auch Anforderungen an die Arbeitsorganisation. Organisatorische Maßnahmen sind zu treffen, wo technische Maßnahmen allein den Explosionsschutz am Arbeitsplatz nicht gewährleisten und aufrechterhalten. In der Praxis hat es sich daher bewährt, dass durch die Kombination von technischen und organisatorischen Explosionsschutzmaßnahmen die Arbeitsumgebung sicher gestaltet wird.

Durch organisatorische Maßnahmen werden Arbeitsabläufe so gestaltet, dass es nicht zu einer Schädigung der Arbeitnehmer durch eine Explosion kommen kann. Auch die Aufrechterhaltung der technischen Explosionsschutzmaßnahmen durch Inspektion, Wartung und Instandsetzung muss organisatorisch festgelegt werden. Die organisatorischen Maßnahmen müssen auch mögliche Wechselwirkungen zwischen Explosionsschutzmaßnahmen und Arbeitsabläufen berücksichtigen. Durch diese kombinierten Explosionsschutzmaßnahmen ist somit sichergestellt, dass die Arbeitnehmer die ihnen übertragenen Arbeiten ohne Gefährdung ihrer Sicherheit und Gesundheit oder der Sicherheit und Gesundheit anderer ausführen können.

Der Betreiber einer Anlage, in der gefährliche explosionsfähige Gemische auftreten können, ist daher verpflichtet, organisatorische Maßnahmen und Mindestvorschriften für Tätigkeiten in explosionsgefährdeten Bereichen gemäß der GefStoffV zu ergreifen und einzuhalten. Die organisatorischen Maßnahmen sind umzusetzen und im Explosionsschutzdokument zu dokumentieren. Zudem sind gemäß BetrSichV Prüfungen durchzuführen und Prüffristen für wiederkehrende Prüfungen festzulegen und einzuhalten.

1.12.2 Anforderungen

Neben der regelmäßigen Prüfung, Wartung und Instandsetzung (vgl. Kapitel 4) werden folgende weitere organisatorische Maßnahmen notwendig:

Betriebsanweisungen {Organisatorische Maßnahmen, Betriebsanweisungen}

Der Betreiber einer Anlage ist verpflichtet, Betriebsanweisungen zu erstellen. Aus den Betriebsanweisungen für Arbeitsplätze mit Gefährdungen durch explosionsfähige Gemische sollte insbesondere auch hervorgehen, wo welche Explosionsgefährdungen bestehen, welche ortsveränderlichen Arbeitsmittel verwendet werden dürfen und ob ggf. eine besondere Persönliche Schutzausrüstung zu tragen ist. Die Betriebsanweisung ist bei sicherheitsrelevanten Änderungen der Arbeitsbedingungen zu aktualisieren.

Schulungsmaßnahmen {Organisatorische Maßnahmen, Schulungsmaßnahmen}

Der Arbeitgeber trägt gem. § 12 Abs. 1 BetrSichV bzw. Anhang I, Nr. 1.4 Abs. 1 GefStoffV dafür Sorge, dass Mitarbeiter hinsichtlich der Gefahren im Betrieb vor Aufnahme der Tätig­keiten sowie wiederkehrend (mindestens jährlich) oder nach Anlagen- und Prozessänderungen durch Schulungen unterwiesen werden. Tätigkeiten mit Gefahrstoffen, welche zu Brand- und Explosionsgefährdungen führen können, dürfen nur durch entsprechend unterwiesenes Personal durchgeführt werden, das mit den möglichen Gefährdungen und den erforderlichen Schutzmaß­nahmen vertraut ist. Die Schulungen sind zu dokumentieren (Schul­ungsinhalte, Namen der Teilnehmer, Datum der Schulung).

Arbeitserlaubnisscheinverfahren {Organisatorische Maßnahmen, Arbeitserlaubnisscheinverfahren}

Nach Anhang I Nr. 1.4 Abs. 2 GefStoffV muss der Arbeitgeber für Arbeiten in explosionsgefährdeten Bereichen ein Arbeitsfreigabesystem mit schriftlichen Anweisungen anwenden (Arbeitserlaubnisscheinverfahren). Das Ziel hierbei ist, dass die Arbeiten nur durch qualifiziertes und unterwiesenes Personal ausgeführt werden. Diese Anforderung gilt auch für Arbeiten durch Externe auf dem Betriebsgelände. Grundsätzlich ist ein Arbeitsfreigabesystem immer dann sinnvoll, wenn nicht explosionsgeschützte Betriebsmittel in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden sollen.

Kennzeichnung {Organisatorische Maßnahmen, Kennzeichnung der Bereiche} der Bereiche

Anlagen und Aufstellungsbereiche mit explosionsgefährdeten Bereichen sind, wie in nachfolgender Tabelle dargestellt, zu kennzeichnen.

Explosions­gefährdeter Bereich	Verbotszeichen: Feuer, offenes Licht und Rauchen verboten	Verbotszeichen: Zutritt für Unbefugte verboten
Symbol: Warnung vor explosionsfähiger Atmosphäre D-W021 (Quelle: ASR A1.3)	Symbol: Keine offene Flamme; Feuer, offene Zündquelle und Rauchen verboten P003 (Quelle: ASR A1.3)	Zutritt für Unbefugte verboten D-P006 (Quelle: ASR A1.3)
Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Gemische in einer die Sicherheit und die Gesundheit der Arbeitnehmer gefährdenden Menge auftreten können, müssen an ihren Zugängen mit einem Warnschild gekennzeichnet werden.	In allen Werksgebäuden sind außerhalb der Sozialbereiche der Umgang mit offenen Flammen, offenem Licht und das Rauchen strikt zu untersagen. Auf das Verbot ist deutlich erkennbar und dauerhaft hinzuweisen. Entsprechende Betriebsanweisungen sind zu erstellen.	Das Betreten der explosions-gefährdeten Bereiche ist für Unbefugte zu untersagen. Auf das Verbot ist deutlich erkennbar und dauerhaft hinzuweisen.

Koordinationspflicht {Organisatorische Maßnahmen, Koordinationspflicht}

Sofern voneinander unabhängige Personen, Arbeitsgruppen oder Mitarbeiter von Fremdfirmen gleichzeitig und in räumlicher Nähe arbeiten, kann es zu unerwarteten gegenseitigen Gefährdungen auch in Bezug auf Explosionsgefahren kommen.

Der Betreiber einer Anlage ist daher gem. § 13 BetrSichV dazu verpflichtet, die Mitarbeiter der Fremdfirmen über mögliche Gefahren und spezifische Verhaltensregeln zu informieren. Kann eine Gefährdung nicht ausgeschlossen werden, muss der Betreiber im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung mit den Mitarbeitern der Fremdfirmen wirksame Schutzmaßnahmen gegen die Gefährdungen ermitteln. Wenn von einer erhöhten Gefährdung auszugehen ist, muss der Betreiber einen Koordinator schriftlich bestellen, der für die Abstimmung der Arbeiten sorgt, um gegenseitige Gefährdungen zu vermeiden.

Für Baustellen sind zusätzliche Bestimmungen der Baustellenrichtlinie zu beachten. Bei Anwesenheit von Besuchern in der Anlage ist deren Betreuung zuvor schriftlich in Form einer Arbeitsanweisung festzulegen. Die Besucher sind bevor sie die Anlage betreten auf potenzielle Gefährdungen und korrektes Verhalten hinzuweisen.

Fluchtwege {Organisatorische Maßnahmen, Fluchtwege}

Explosionsgefährdete Bereiche sind mit Flucht- und Rettungswegen sowie Ausgängen in ausreichender Zahl auszustatten. Diese dienen den Beschäftigten im Gefahrenfall dazu, betroffene Bereiche schnell, ungehindert und sicher zu verlassen und Verunglückte jederzeit gefahrlos retten zu können. Die Flucht- und Rettungswege sind in Übereinstimmung mit den geltenden Bauvorschriften auszuführen. Die Fluchtwege sind entsprechend den Bauvorschriften zu kennzeichnen. Soweit nach der Gefährdungsbeurteilung erforderlich, sind Fluchtmittel bereitzustellen und zu warten, um zu gewährleisten, dass die Beschäftigten, die sich in explosionsgefährdeten Bereichen aufhalten, bei Gefahr schnell und sicher verlassen können. Eine detaillierte Bewertung von Fluchtwegen ist dem aktuellen Brandschutzkonzept der Gebäude zu entnehmen.

1.12.3 Umsetzung der organisatorischen Maßnahmen

Die folgende Tabelle dient dazu, die Umsetzung der organisatorischen Maßnahmen zu beschreiben. Im Hinblick auf die Umsetzung werden Beispiele (kursiv) genannt.

Beschreibung der Umsetzung	Umsetzung
Prüfungen nach BetrSichV	Für die erforderlichen wiederkehrenden Prüfungen (vgl. Kapitel 6.3) sind Prüfpläne zu erstellen. Dies kann bspw. auch durch Aufnahmen der Prüfungen und Prüfintervalle in ein bestehenden Wartungs-, Instandhaltungs- und Prüfkonzept erfolgen.
Zur Prüfung befähigte Personen	Sofern Mitarbeiter Aufgaben einer zur Prüfung befähigten Person durchführen (sollen), sind diese durch den Arbeitgeber zu benennen. Der Nachweis der Befähigung ist schriftlich zu führen.
Wartung und Instandhaltung	Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen für die eingesetzten elektrischen und nicht-elektrischen Betriebsmittel müssen in einem Wartungs- und Instandhaltungskonzept i. V. m. einer Betriebsmittelliste erfolgen. Die durch den Hersteller vorgegebenen Wartungspläne, -intervalle etc. sind zu berücksichtigen.
Betriebsanweisungen	Die erforderlichen Betriebsanweisungen sind zu erstellen. Mitarbeiter müssen bei Einführung neuer Anweisungen entsprechend informiert und unterwiesen werden.
Schulungs­maßnahmen	Schulungsmaßnahmen für Mitarbeiter müssen mindestens jährlich erfolgen und sind schriftlich zu dokumentieren. Im Schulungsplan sind die besonderen Risiken für Tätigkeiten mit brennbaren Stoffen und die damit verbundenen Explosionsgefahren aufzunehmen. Weiterhin sind Dritte (z. B. Fremdfirmen) vor Aufnahmen der Tätigkeiten entsprechend zu unterweisen.
Arbeitserlaubnisschein-verfahren	z. B. Heißarbeitserlaubnis oder Feuererlaubnis
Kennzeichnung der Bereiche	Die explosionsgefährdeten Bereiche sind vor Ort gemäß den Anforderungen zu kennzeichnen. Für die Anlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen sind Zugangsbeschränkungen für Unbefugte umzusetzen. In Brand- und explosionsgefährdeten Bereichen ist das Rauchen zu untersagen.
Koordinierung voneinander unabhängiger Personen, Arbeitsgruppen oder Mitarbeiter von Fremdfirmen	Der Arbeitgeber hat einen Koordinator zu benennen. Die Umsetzung der Koordinationspflichten kann z. B. mithilfe von Freigabescheinen erfolgen.
Fluchtwege und Verhalten im Notfall	z. B. Verweis auf Brandschutzkonzept/Gefahrenpläne/Notfallpläne
Änderungs­management	Bei Anlagenänderungen ist zu überprüfen, ob die Änderungen Einfluss auf den Brand- und Explosionsschutz haben und ob ggf. zusätzliche Maßnahmen erforderlich werden. Dazu ist ein Änderungsmanagement einzuführen. Dies kann z. B. mithilfe elektronischer Systeme und/oder regelmäßiger Audits erfolgen.
Dokumentation	Die Anlage ist zu dokumentieren. Für die Umsetzung von Wartungs-, Instandhaltungs- sowie Prüfaufgaben müssen Betriebsmittellisten erstellt werden, die gleichzeitig der Anlagendokumentation dienen. Darüber hinaus ist die Erstellung von Fließschemata und ggf. Zonenplänen von Einzelanlagen zu empfehlen.