Explosionsschutz in Separatoren

Maximaler Schutz bei höchsten Drehzahlen

Die Kräfte, die auf Separatoren einwirken, sind gewaltig. Daher steht das Thema Sicherheit bei Flottweg an erster Stelle. Zunächst richtet sich der Blick auf die Werkstoffe. So kommen in den Separatoren nur hochwertige, verschleißfeste Bauteile zum Einsatz, die das Vilsbiburger Unternehmen zu 100 Prozent in Deutschland entwickelt und fertigt.

Auch der Prozess selbst steht angesichts der gewaltigen Beschleunigung unter besonderer Beobachtung. Das zu klärende Produkt läuft über ein Einlaufrohr ins Innere der Trommel. Dort beschleunigt es der Verteiler schonend auf die volle Drehzahl. Durch das Tellerpaket in der Trommel teilt sich der Produktstrom in viele dünne Schichten auf und schafft somit eine große Oberfläche. Innerhalb des Tellerpakets scheidet sich der Feststoff aufgrund der Zentrifugalkraft von der Flüssigkeit ab und setzt sich am Rand der Trommel ab. Über ein hydraulisches System im Unterteil der Trommel werden die abgeschiedenen Stoffpartikel periodisch bei voller Drehzahl ausgestoßen. Die geklärte Flüssigkeit fließt aus dem Tellerpaket zu einer Schälscheibe und wird unter Druck abgeleitet.

Alle sicherheitsrelevanten Parameter werden über eine speicherprogrammierbare Steuerung kontrolliert. Eine automatisch überwachte Schmiermittel-Versorgung sorgt sich um die Sicherheit des Antriebs. Und beim Bedienerschutz spielt das Soft Shot-Entleerungssystem eine herausragende Rolle. Dies kann den Schalldruckpegel bei Teil- und Vollentleerungen so weit herabsenken, dass der Separator keine speziellen Schallschutzmaßnahmen erfordert.

Explosionsschutz für Prozess, Sensorik und Motoren

Besonderes Augenmerk wird auf den Explosionsschutz gelegt, da bei der Verarbeitung von brennbaren Produkten ein Explosionsrisiko herrscht. Bei geschlossenen Behältern zum Beispiel kommt optional eine Inertisierung zum Einsatz, die das Eintreten von Sauerstoff als Anteil der Umgebungsluft in die Anlage verhindert. Doch dies alleine genügt nicht. Auch alle weiteren externen elektrischen und nicht elektrischen Komponenten, welche für die korrekte Funktion der Separatoren notwendig sind, müssen den Vorgaben des Explosionsschutzes entsprechen. Bei der Sensorik, Antriebsmotoren und den Steuerventilen wird auf fertige explosionsgeschützte Betriebsmittel zurückgegriffen. Die Umsetzung der Hauptsteuerung für den Ex-Bereich verlangte jedoch eine gesonderte Sichtweise.

Blick auf die Hauptsteuerung

Bei der komplexen Hauptsteuerung wollte Flottweg nicht von seinen eigenen Produkten abweichen. Hier musste eine Explosionsschutz-Lösung gefunden werden, die sowohl mit den beengten Platzverhältnissen zurechtkam, als auch den hohen Anforderungen an die Steuerung gerecht wurde. Zunächst wurde an eine Umsetzung durch mehrere Ex d-Gehäuse gedacht. Doch Ex d-Gehäuse sind in den Abmessungen begrenzt und dadurch wäre eine hohe Anzahl an Durchführungen nötig. Auch waren die Verlustleistungen der Hauptsteuerung nicht mit Ex d-Gehäusen zu bändigen.

R. STAHL brachte die Zündschutzart „Schutz durch Überdruckkapselung Ex p“ ins Spiel und schlug ergänzend das Ex p-Control Panel als Lösung vor. Das Ex p-System ist sowohl in den gasexplosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2 einsetzbar.

Ex p-Systeme haben den Vorteil, dass diese Lösung platzsparend umzusetzen und leicht anzuschließen ist. R. STAHL bietet verschiedene Baugrößen an, so dass sich genügend Raum für zusätzliche Komponenten bietet. Eine verbesserte Durchströmungstechnik des Ex p-Systems reduziert die notwendige Zufuhr von Druckluft deutlich und spart Energiekosten.

In drei Schritten zur sicheren Anwendung

Die Ex p-Steuerungs- und Überwachungssysteme bestehen immer aus Ex p-Steuergerät, Ex p-Druckwächtern sowie Ex p-Spülventilen mit digitaler und proportionaler Regelung. Auf Basis von Zeitintervallen und Druckauswertungen werden über die Spülventile entweder Zündschutzgase z. B. Druckluft in das Innere des Ex p-Gehäuses transportiert und automatisch geregelt. Zusätzlich ist im Innern eine Temperaturüberwachung und -regelung zur adäquaten Kühlung integriert.

Der Betrieb einer klassischen Überdruckkapselung Ex p unterteilt sich in drei Schritte:

Vorbereitungsphase: Über das Spülventil werden Druckluft oder Inertgase in das Ex p-Gehäuse zugeführt und ein Überdruck generiert. Ist dieser erreicht, beginnt die sogenannte „Vorspülphase“, die über das Ex-p-Steuergerät reguliert wird.

Vorspülphase: Vor Inbetriebnahme der im Inneren des Schaltschranks befindlichen Betriebsmittel muss ein potenziell vorhandenes explosionsfähiges Gemisch dem Gehäuse entzogen werden. Nach Erreichen des vorab eingestellten Gehäuse-Innendrucks öffnet sich das Spülventil. Es folgt die Durchspülung mit Zündschutzgas durch die zusätzliche Öffnung des Luftaustrittsventils. Diese Luftaustrittsventile (Druckwächter) werden an verschiedenen Stellen positioniert, um für kontrollierte Strömungsverhältnisse zu sorgen. Von Vorteil sind die sehr kurzen Spülzeiten bei sehr kleinen Druckbelastungen (0,002 bar). Dadurch können dünnere Schaltschrank-Wandstärken (kleiner als 2 mm) verwendet werden. Dies senkt die Kosten. Ist diese „Vorspülphase“ beendet, schließt sich das Spülventil und der Spülfluss stoppt. Der Gehäuse-Innendruck stellt sich erneut auf den voreingestellten Wert ein und das Luftaustrittsventil schließt.

Betriebsphase: Der Normalbetrieb beginnt und das Ex p-Steuergerät kontrolliert und reguliert den Gehäuse-Innendruck, um das Eindringen explosionsfähiger Gase oder Stäube zu verhindern. Leckverluste werden automatisch durch das Spülventil ausgeglichen.

Auf die Anwendung angepasst

Dabei ging man auf die Wünsche der Flottweg-Mitarbeiter ein, indem man anwendungsspezifische Lösungen entwickelte. Zum Beispiel wurden die anfänglich fest montierten Türen eines Schaltschrankes im Betrieb als sehr hinderlich bei Servicearbeiten eingestuft. Somit entstand ein Gehäuseverbund mit aushängbaren Türen, die auch bei Nichteinsehen der Gehäuseabkantung sicher eingehängt werden konnten. Eine eigens dafür entwickelte Positionshilfe der Türen garantierte den sicheren Verschluss, selbst bei etwas erhöhtem Innendruck während der Vorspülphase. 

Servicefreundliche Klimatisierung

Zusätzlich wurden industrielle Temperatur-Regelgeräte installiert. Aufgrund der Einstufung in Grundlastbetrieb und aufkommenden sporadischen Spitzenlasten entschied man sich für den Einsatz von zwei unterschiedlichen Klimatisierungssystemen. Zur Regelung der Grundlast wurde ein „normales“ Klimagerät in die Dachwandung eingebaut. Bei diesen Geräten ist der Außenkreislauf als Ex-Zone 1 tauglich ausgeführt, während der Innenkreislauf und die Steuerung Bestandteil des Ex p-Control Panels sind. Dadurch konnten industrienahe Komponenten eingesetzt werden, die im praktischen Alltag einfach servicefreundlicher sind.

Für die Bewältigung der sporadischen Spitzenlasten wurde zusätzlich eine Vortex-Kühlung installiert. Diese besitzt keine beweglichen Bauteile und erzeugt einen Kaltluftstrom einzig durch Rotation von Luft und deren Auftrennung in einen kalten und waren Luftstrom. Der kalte Luftstrom (bis zu +5 °C) wird zur zusätzlichen Kühlung des Ex p-Control Panels benutzt. Möglich machte der relative einfache Einsatz der Vortex Kühlung die integrierte Temperaturregelung des Ex p-Systems vom Typ 8621/1. Hierzu wurden die vorhandenen zwei Ex i-Klemmen verwendet, welche das Signal eines Innenthermometers auswerten und über die Spülventile mit nachgeschalteten Vortex-Kühlern die zusätzliche Kühlung aktiviert.

Alle Parameter sicher im Blick

Als weiteres wurde im Vorfeld bei der Entwicklung des Ex p-Control Panels darauf geachtet, dass in die Tür nicht nur HMIs aus eigenem Haus in explosionsgeschützter Ausführung eingesetzt werden können, sondern auch nicht-explosionsgeschützte Bedienterminals. Somit konnten die von Flottweg allgemein verwendeten Bedienterminals auch bei dieser Ex-Anlage verwendet werden, ohne dass aufwändige Zulassungsverfahren beschritten werden mussten.

Fazit

Immer mehr Anwender entscheiden sich für die Überdruckkapselung (Ex p) als Schutzart, da sie in puncto Robustheit, einfach konzipierter Anschlussmöglichkeit und Gewichtseinsparung überzeugt. Damit ist nicht nur eine sichere Lösung möglich, sondern die Überdruckkapselung bietet auch ökonomische und funktionale Vorteile. Bei Flottweg gab letztendlich die einfache Integration einer Klimatisierung den Ausschlag, die Gesamtsteuerung als überdruckgekapselte Anwendung auszuführen. Die R. STAHL Spezialisten konnten mit dieser Lösung für beide Seiten eine sichere Konfiguration umsetzen, die sich auch für den weltweiten Einsatz eignet.