Vermeidung von Staubexplosionen in der Lebensmittelindustrie

1.1 Explosionen und Brände in der Lebensmittelindustrie durch brennbare Materialien stellen eine bekannte Gefahr dar und können verheerende und irreversible Auswirkungen haben. Dieses Informationsblatt konzentriert sich ausschließlich auf die Brand- und Explosionsgefahren, die in der Lebensmittelindustrie durch staubförmige und pulverförmige Stoffe entstehen.

1.2 Allgemeine Hinweise zur Verhütung von Bränden und Explosionen durch Stäube sind in der HSE-Publikation HSG103 „Sicherer Umgang mit brennbaren Stäuben – Vorsichtsmaßnahmen gegen Explosionen“ enthalten. Dieser Hinweis sollte in Verbindung mit dieser Anleitung gelesen werden.

1.3 Es gibt möglicherweise auch andere Gefahren, die kontrolliert werden müssen, wie etwa Gefahren durch brennbare Gase (Brennstoffe für Öfen), brennbare Flüssigkeiten und Dämpfe (Spirituosen und Speise-/Beschichtungsöle). Um die Gesetze einzuhalten, müssen die Risiken dieser Gefahren von einer kompetenten Person beurteilt und geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Die Kontrolle dieser Risiken liegt außerhalb des Rahmens dieses Dokuments.

1.4 Im Jahr 2002 eingeführte Gesetzgebung – die Dangerous Substances and Explosive Atmospheres Regulations 2002 (DSEAR) – rationalisierte Arbeitsplatzbewertung zur Identifizierung von Brand- und Explosionsgefahren sowie Methoden zur Prävention oder Eindämmung. DSEAR verlangt, dass alle Arbeitsplätze, an denen Stoffe gehandhabt oder gelagert werden, die einen Brand oder eine Explosion verursachen könnten, vollständig bewertet und geschützt werden müssen.

1.5 Industrielle Brand- und Explosionsgefahren werden durch die Anwendung von DSEAR 2002 kontrolliert, die hauptsächlich von HSE und lokalen Behörden durchgesetzt wird.

2.1 Eine Staubwolke aus brennbarem Material explodiert, wenn:

Bei Personen- und Sachschäden ist nicht immer eine Eindämmung erforderlich.

2.2 Beispiele für explosionsfähige Stäube in der Lebensmittelindustrie sind Materialien wie Mehl, Puddingpulver, Instantkaffee, Zucker, Trockenmilch, Kartoffelpulver und Suppenpulver.

2.3 Wenn ein Feststoff fein gemahlen wird, kann er sich leichter oder mit geringerer Energie entzünden. Wenn ein brennbarer Stoff in der richtigen Konzentration mit der Luft vermischt oder suspendiert wird und sich zum Zeitpunkt der Entzündung in einem Behälter oder Gebäude befindet, kann es zu einer heftigen Explosion kommen. Wenn es nicht eingedämmt wird, kann ein Feuerball entstehen. Die typischen Konzentrationsbereiche, die zu einer Explosion führen können, sind niedrig (75->1000 g/m3 Luft). Als Anhaltspunkt gilt, dass es bei diesen niedrigeren Konzentrationen für einen Beobachter schwierig ist, feste Formen in Entfernungen von 60 cm oder weniger zu unterscheiden.

Explosionen können innerhalb eines Konzentrationsbereichs zwischen den sogenannten unteren und oberen Explosionsgrenzen auftreten (und sich ausbreiten).

2.4 Die Zündenergien variieren je nach Stoff und bei ähnlichen Stoffen mit unterschiedlichem Feuchtigkeitsgehalt und unterschiedlicher Partikelgröße, können jedoch so niedrig sein wie die statische Entladung, die beim Ausziehen eines Pullovers aus synthetischen Fasern auftritt, oder so hoch wie die einer „festen Flamme“ wie z ein gasbefeuerter Heizkessel.

2.5 Zu den üblichen Prozessen, bei denen in der Lebensmittelindustrie explosionsfähige Stäube entstehen, gehören das Mahlen von Mehl und Futtermitteln, das Mahlen von Zucker, die Sprühtrocknung von Milch und Instantkaffee sowie die Förderung/Lagerung von ganzen Körnern und fein verteilten Materialien.

2.6 Bei einigen Aktivitäten in der Lebensmittelindustrie besteht möglicherweise auch die Gefahr von Bränden und Explosionen durch die Verwendung fein versprühter Öle, das Mischen mit trinkbaren brennbaren Lösungsmitteln (z. B. Ethanol) oder durch Sterilisationstechniken wie Hochtemperaturtrocknung oder Besprühen mit Wasserstoffperoxidlösungen.

Durch Selbsterhitzung und Kontakt mit heißen Oberflächen (Selbstentzündung) können zusätzliche Gefahren entstehen. Viele dieser Themen werden bereits in zahlreichen Veröffentlichungen von HSE- und Branchenverbänden behandelt.

3.1 Die Anwendung der unten beschriebenen Vorsichtsmaßnahmen hilft Ihnen dabei, Ihre Prozessanlage sicher zu betreiben und die Anforderungen von DSEAR zu erfüllen. Sie gelten als geeignet für Vollkornprodukte wie: Mais, Gerste, Weizen, Hafer, Roggen, Sojabohnen, Sorghum (Milo) sowie explosionsfähige Mehle und Mehle.

3.2 Platzieren Sie die Anlage im Freien oder in einem stabilen Stahlrahmengebäude mit leichten Paneelwänden, damit sich die Dach- und Wandverkleidungspaneele bei Bedarf anheben und als Explosionsentlastung dienen können. Stellen Sie in älteren Gebäuden aus Ziegeln/Steinen den größtmöglichen Explosionsentlastungsbereich bereit, soweit dies vernünftigerweise möglich ist. Streben Sie mindestens 1 m2 pro 24 m3 Gebäudevolumen an. Für einen energiereicheren Staub ist dieses „Entlüftungsverhältnis“ möglicherweise nicht ausreichend und möglicherweise ist eine größere Entlüftungsfläche erforderlich. Um Verletzungen durch herumfliegende Trümmer zu vermeiden, müssen Entlastungsplatten an einem sicheren Ort platziert oder ausreichend befestigt werden (z. B. durch Kabel).

3.3 Dichten Sie Verbindungen und Leckstellen rund um Pulverhandhabungssysteme ab, um ein Entweichen und Ansammeln von Staub im Gebäude und auf umliegenden Anlagenteilen zu verhindern. Sorgen Sie mit einem vollständig geerdeten, zentralisierten Staubsaugersystem für absolute Sauberkeit. Vermeiden Sie den Einsatz von Kehrbürsten und Druckluft, außer bei staubfreien Reinigungsarbeiten.

3.4 Halten Sie durch den Einsatz von Absaugsystemen einen leichten Unterdruck in Lagerbehältern wie Behältern und Silos aufrecht.

3.5 Sorgen Sie für angemessene Vorkehrungen zur Trennung des Pulvers von seiner Transportluft (z. B. Zyklone und Beutelfilter), wenn pneumatische Fördersysteme verwendet werden.

3.6 Silos oder Behälter mit Explosionsentlastung ausrüsten und an einem unbewohnten sicheren Ort entlüften, vorzugsweise außerhalb des Gebäudes. Stellen Sie sicher, dass das Entlüftungssystem einem akzeptablen Standard entspricht. Entlüftungsöffnungen sollten ungehindert sein, um die ungehinderte Entlüftung einer Explosion zu ermöglichen. Schutzsysteme wie Explosionsentlastungsplatten müssen ATEX-zertifiziert sein.

3.7 Rüsten Sie Staubsammelsilos mit einer entsprechend ausgelegten Explosionsentlastung und einer Zellenradschleuse am Boden aus, die als Explosionsdrossel dient. Wenn sich die Explosionsentlastung über dem Wirbelsucher befindet, ist es wichtig, dass die Stärke des Wirbelsuchers („Fingerhut“) ausreicht, um einer Explosion im Zyklon standzuhalten.

3.8 Staubsammelfiltereinheiten mit offenem Beutel (nicht umschlossene Socke) vollständig umschließen und mit Explosionsentlastung ausstatten.

3.9 Rüsten Sie Becherwerke (außer aus Holz) mit einer Explosionsentlastung am Kopf des Aufzugs und so nah wie möglich am Kofferraum aus. Montieren Sie jedes Bein des Aufzugs mit einer Explosionsentlastung, deren Fläche der Querschnittsfläche des Beins entspricht. Möglicherweise sind auch zwischengeschaltete Explosionsentlüftungen erforderlich. Der Leitfaden der Institution of Chemical Engineers (IChemE) (2002) enthält weitere Informationen zum Abstand zwischen Explosionsentlüftungsöffnungen bei ein- und zweisträngigen Aufzügen.

3.10 Rüsten Sie Becherwerke vorzugsweise mit Untergeschwindigkeitsschaltern und Ausrichtungswächtern aus.

3.11 Offensichtliche Zündquellen ausschließen. Verwenden Sie je nach Staubbelastung staubgeschützte Elektrogeräte gemäß IP5X oder IP6X (siehe BS EN 61241 Teil 14). Die Oberflächentemperatur sollte auf maximal 200 °C eingestellt werden (niedriger bei Milchpulver, einigen Fischmehlen und anderen Produkten mit ungesättigten Ölen (z. B. Lein- oder Rapsöl). Verbieten Sie die Verwendung von Inspektionslampen mit flexiblen Kabeln. Um den Füllstand in Behältern zu überprüfen, verwenden Sie explosionsgeschützte, batteriebetriebene Handlampen (beachten Sie, dass sie den angegebenen Batterietyp erfordern), die gegen versehentliches Herunterfallen gesichert sind, oder Stative mit festen Lampen, die über Inspektionsluken angebracht sind.

3.12 Verwenden Sie ein wirksames Arbeitsgenehmigungssystem, um Heißarbeiten, Schweißen usw. zu kontrollieren.

3.13 Rüsten Sie alle Explosionsentlastungsventile mit Indexschaltern aus, um die Anlage bei Aktivierung der Explosionsentlastung abzuschalten und so die Weiterleitung von brennendem Material zu verhindern.

3.14 Hinweise zur Auswahl und Verwendung von Staubsaugern für schwer brennbare organische Granulate und Stäube finden Sie in Anhang 1.

3.15 Diese Systeme sind häufig mit Unter- und Überdrucksensoren ausgestattet, um das System abzuschalten. Hinter jeder größeren Leckage würde ein Unterdruck auftreten. Ein Überdruck würde entstehen, wenn jemand versuchen würde, einen Aufnahmebehälter zu überfüllen.

3.16 Behälter, die durch pneumatische Fördersysteme versorgt werden, müssen über eine ausreichende Luftentfernungskapazität verfügen und mit Füllstandsanzeigen ausgestattet sein, um eine Überfüllung zu verhindern.

3.17 Um Entladungen aufgrund statischer Elektrizität zu verhindern, sollten alle Metallteile von Pulverhandhabungssystemen, einschließlich Liefertankwagen, elektrisch miteinander verbunden und geerdet sein. Der Widerstand zur Erde sollte 10 Ohm nicht überschreiten. Kanal- und Förderleitungen müssen elektrisch leitfähig sein.

3.18 Explosionsisolationsgeräte sollten gemäß den in der europäischen Norm prEN15089 „Explosionsisolationssysteme“ beschriebenen Verfahren typgeprüft werden (sobald diese in Europa zu einer angenommenen Norm wird und allgemein für alle verfügbar ist).

3.19 Schneckenförderer können durch Entfernen eines Abschnitts der Schneckenwendel so modifiziert werden, dass sie als wirksame Drosseln fungieren. Anschließend wird am Gehäuse eine Prallplatte angebracht, die als Stopfen dient und eine Explosionsübertragung verhindert. Eine solche Änderung sollte anhand der oben genannten Norm geprüft werden, bevor sie in Gebrauch genommen wird.

3.20 Als Explosionsdrosseln dürfen nur baumustergeprüfte und ATEX-zertifizierte Zellenradschleusen verwendet werden; Sie verfügen häufig über starre Flügel und geringe Abstände zum Ventilgehäuse. Zellenradschleusen mit Flügeln mit Gummikanten oder mit zu großen Abständen zwischen Flügeln und Gehäuse wirken nicht als wirksame Drossel.

3.21 Wenn der Platz den Einbau einer Zellradschleuse nicht zulässt, können chemische Flammenunterdrückungsbarrieren verwendet werden. Bei solchen Anordnungen befinden sich Explosionsdetektoren in beiden angeschlossenen Behältern. Durch das Auslösen eines dieser Elemente wird schnell Löschmaterial (z. B. Natriumbikarbonat) in die Rohrleitungen der die beiden Behälter verbindenden Rohrleitungen freigesetzt, was dazu beiträgt, das Explosionsereignis abzuschwächen.

3.22 Es gibt verschiedene Ansätze zur Dimensionierung von Explosionsentlastungsöffnungen, die im IChemE-Leitfaden „Staubexplosionsverhütung und -schutz: Ein praktischer Leitfaden“ (2002) beschrieben sind. Die derzeit akzeptierte Dimensionierungsmethode ist die Verwendung der Nomogramme in diesem Leitfaden. Es wird jedoch auch als akzeptabel angesehen, weiterhin Geräte zu verwenden, die mit Entlastungsöffnungen geschützt sind, die ursprünglich nach der „Entlüftungsverhältnismethode“ dimensioniert wurden, da diese Methode dazu neigte, die Größe zu überschätzen erforderliche Explosionsentlastung.

3.23 Der IChemE-Leitfaden „Verhütung und Schutz vor Staubexplosionen: Ein praktischer Leitfaden“ (2002) und die europäische Norm BS EN14491 „Schutzsysteme zur Entlüftung von Staubexplosionen“ enthalten Einzelheiten zu den aktuellen Entlüftungsberechnungstechniken für isolierte Gehäuse.

3.24 Es gibt keine festgelegte Schiffsgröße, unterhalb derer keine Explosionsentlastungsventile erforderlich sind. In jedem Fall müssen die Folgen einer Explosion berücksichtigt werden. Die zu berücksichtigenden Faktoren sind in Anhang 2, Abbildung 1 aufgeführt.

3.25 Als allgemeine Regel gilt, dass Explosionsentlastungsventile über einen starken, geraden Kanal, der nicht viel länger als 3 m ist, direkt ins Freie geführt werden sollten. Die Entlüftung sollte in einem sicheren, unbewohnten Bereich enden.

3.26 Die Auswirkungen von Rohrleitungen (z. B. Gegendruck) müssen berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die geschützte Ausrüstung keinen Kräften ausgesetzt ist, die zu einem Bruch führen können.

3.27 Längere Kanäle mit Biegungen können immer noch wirksam sein, sofern sie innerhalb der detaillierten Parameter liegen, die im IChemE-Leitfaden (2002) beschrieben sind. Gerade Kanäle sollten gemäß EN14491 ausgelegt sein; Kanäle mit einer Biegung sollten der im IChemE-Leitfaden (2002) beschriebenen Methode folgen.

4.1 Das Ausgangsmaterial wird heute sehr häufig durch Sieben, Entsteinen, pneumatische Trennung und Magneten behandelt, um Fremdkörper zu entfernen und Schlagfunken beim Mahlen zu verhindern. Hammermühlen sind oft so konstruiert, dass sie stark genug sind, um eine Staubexplosion einzudämmen, aber Funken oder schwelende Partikel können sich von der Mühle auf andere, anfälligere Geräte ausbreiten. Zugehörige Zyklon-/Staubabscheidereinheiten sind nicht so stabil konstruiert und sollten mit einer Explosionsentlastung und einem Zellenradschleusen am Auslass ausgestattet sein.

4.2 Es kam zu einigen Bränden und kleineren Explosionen im Zusammenhang mit der pneumatischen Gebläseeinheit des Entladefahrzeugs. Das Produkt kann in das Gebläse eindringen und dort Reibungswärme verursachen oder den Reinluft-Ansaugfilter verstopfen oder beides, was zur Entzündung des Filtermaterials führen kann. Rückschlagventile hinter dem Gebläse können unwirksam sein, insbesondere wenn der Fahrzeugführer das Gebläse abschaltet und sich auf den Restdruck im Großtank verlässt, um das letzte Produkt abzulassen. Dies könnte dazu führen, dass Produkt in das Gebläse gelangt. Fahrer sollten vor der Gefahr gewarnt und angewiesen werden, die Gebläse weiterlaufen zu lassen, bis die Entladung vollständig abgeschlossen ist.

4.3 Für die Lagerung von Mehl werden gelegentlich Stoffsilos verwendet. Die Oberseite des Silos dient als Explosionsentlastung und sollte, soweit möglich, direkt ins Freie geleitet werden. Wenn nicht, sollte das Silo wie ein Stoffsilos behandelt werden.

4.4 Das Hauptbrand- und Explosionsrisiko besteht in der Beteiligung an einem externen Brand, der zum Schmelzen und Verbrennen des Stoffes und zur Freisetzung großer Mehlmengen führt, die eine explosionsfähige Staubwolke bilden könnten.

4.5 Wenn ein Standort im Freien nicht möglich ist, stellen Sie das Silo vorzugsweise in einem Raum auf, der eine ausreichende Brandtrennung von den übrigen Räumlichkeiten aufweist und selbst mit einer Explosionsentlastung ausgestattet ist. Wenn es unvermeidbar ist, das Silo in einem Prozessbereich aufzustellen, sollte es durch eine Umhüllung mit einer Feuerwiderstandsdauer von mindestens einer halben Stunde abgetrennt werden. Um das Silo herum kann Platz zur Beobachtung während der Befüllung, Inspektion, Wartung und Reinigung erforderlich sein. Im Inneren des Gehäuses sollten sich vorzugsweise keine elektrischen Geräte befinden. Ist dies der Fall, sollte es den Anforderungen von BS EN 61241 Teil 14 entsprechen.

4.6 Die angesaugte Luft aus dem Gehäuse sollte vorzugsweise außerhalb des Gebäudes abgeführt werden. Wo dies jedoch nicht sinnvoll praktikabel ist, kann eine vollständig oder teilweise offene Oberseite zulässig sein.

4.7 Dedizierte Lagergebäude werden normalerweise ohne installierte Verarbeitungsanlagen oder ohne andere Arbeitstätigkeiten genutzt. Vermeiden Sie nach Möglichkeit hohe horizontale Flächen, z. B. durch die Verwendung geneigter Flächen, um die Staubansammlung zu minimieren.

4.8 Leuchtstoffröhren mit Gehäusen gemäß IP5X auf Dachebene scheinen zufriedenstellende Beleuchtungskörper zu sein, dies hängt jedoch vom Grad der Verschmutzung und der Sauberkeit ab.

4.9 Messungen der Staubkonzentration beim Getreideumschlag haben gezeigt, dass explosionsfähige Konzentrationen wahrscheinlich nicht erreicht werden, es sei denn, erhebliche Feinstaubablagerungen werden gestört.

4.10 Getreidestreuer bergen die Gefahr der Staubentwicklung und sollten nicht verwendet werden.

4.11 Der Staubgehalt im Gebäude kann gesundheitsgefährdend sein. Möglicherweise müssen Dach- oder Seitenwand-Abluftventilatoren mit elektrischem Gehäuse nach IP6X-Standard installiert werden.

4.12 Getreidehaufen sollten belüftet werden, um eine Selbsterhitzung zu verhindern, und können überwacht werden, um einen Temperaturanstieg festzustellen.

1. Sicherer Umgang mit brennbaren Stäuben: Vorsichtsmaßnahmen gegen Explosionen HSG103, HSE Books, ISBN 0 7176 0725 9

2. Die Dokumente der DSEAR ACOP und der Leitlinienreihe (alle HSE Books-Veröffentlichungen): L134 Design von Anlagen, Geräten und Arbeitsplätzen ISBN 0 7176 2199 5 L135 Lagerung gefährlicher Stoffe ISBN 0 7176 2200 2 L136 Kontroll- und Schadensbegrenzungsmaßnahmen ISBN 0 7176 2201 0 L137 Sichere Wartungs-, Reparatur- und Reinigungsverfahren ISBN 0 7176 2202 9 L138 DSEAR Anerkannter Verhaltenskodex und Leitfaden ISBN 0 7176 2203 7

3. Staubexplosion und Prävention, Institution of Chemical Engineers, 2002, ISBN 0852954107

4. BS EN 14491:2006: Staubexplosionsschutzsysteme

5. BS EN 61241 Teil 10: Elektrische Geräte zur Verwendung in Atmosphären mit brennbarem Staub

6. BSEN 14797 Explosionsdruckentlastungsgeräte

7. BSEN 14373 Explosionsunterdrückungsgeräte und -systeme

8. DSEAR 2002 – Kurzanleitung und DSEAR im Detail

http://www.hse.gov.uk/fireandexplosion/dsear.htm

9. ATEX/DSEAR-FAQs

http://www.hse.gov.uk/electricity/atex/index.htm

10. SIM 01/2003/54 Gefahrenbereichsklassifizierung für Staubbehandlungsanlagen in der Lebensmittelindustrie

Fallstudien

Mehr Ressourcen