Ex-Schutz und Ex-Zonen: Grundlagen über den Explosionsschutz

‍Explosionsschutz (Ex-Schutz) umfasst Maßnahmen zur Verhinderung von Explosionen und deren Folgen. Er ist entscheidend in Bereichen, wo explosionsgefährdete Atmosphären durch brennbare Stoffe wie Gase, Dämpfe oder Stäube entstehen, z.B. in der Chemieindustrie oder bei der Handhabung gefährlicher Substanzen.

Was ist Explosionsschutz?

Der Explosionsschutz, oft als Ex-Schutz bezeichnet, ist ein zentraler Bereich der Sicherheitstechnik, der darauf abzielt, die Entstehung von Explosionen und deren Folgen zu verhindern. Besonders wichtig ist er in industriellen Prozessen, in denen brennbare Substanzen wie Gase, Dämpfe oder Stäube auftreten. Solche explosionsgefährdeten Atmosphären entstehen beispielsweise in der Chemieindustrie oder beim Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten, Gasen oder Stäuben. Diese Stoffe können im normalen Betrieb oder bei Störungen freigesetzt werden und so eine explosionsfähige Atmosphäre erzeugen.

Das Ziel des Explosionsschutzes ist es, Menschen und Sachwerte vor den Gefahren einer Explosion zu schützen. Eine Explosion kann schwerwiegende Folgen haben, wie schwere Verletzungen, Tod oder erhebliche Sachschäden. Ursachen für Explosionen können menschliches Fehlverhalten oder technische Defekte sein, die zu einer Zündung der explosionsfähigen Atmosphäre führen.

Warum ist Ex-Schutz so wichtig?

Explosionsschutz ist essenziell, weil die Folgen einer Explosion katastrophal sein können – sowohl für die betroffenen Menschen als auch für die gesamte Infrastruktur. Eine Explosion unterscheidet sich in ihrer Zerstörungskraft fundamental von einem gewöhnlichen Betriebsunfall. Während kleinere Unfälle wie Schnitte oder Stürze oft lokal begrenzt und relativ einfach zu bewältigen sind, hat eine Explosion das Potenzial, Menschenleben zu fordern und immense Schäden an technischen Anlagen zu verursachen.

In der Industrie gibt es zahlreiche Gefahrenquellen, die Explosionen auslösen können, weshalb eine sorgfältige Pre-Engineering-Phase und das Basic Engineering von großer Bedeutung sind. Diese betreffen nicht nur den Bergbau oder die chemische Industrie, sondern auch andere Branchen wie die Textil- und Holzverarbeitung, Mühlen und Lagerhäuser. Durch höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten und verstärkte Mechanisierung kommt es zu mehr Reibung und Staubbildung, was das Risiko einer Explosion weiter erhöht. Du musst Dir vorstellen, dass Staubpartikel in der Luft, wenn sie durch einen Funken entzündet werden, eine gewaltige Explosionskraft entfalten können.

Die möglichen Folgen einer Explosion sind oft fatal: Menschen können schwere Verletzungen erleiden oder sogar getötet werden. Auch die jüngeren Explosionskatastrophen in Tianjin (2015) und Beirut (2020) haben gezeigt, dass Explosionen nicht nur lokal begrenzt bleiben, sondern auch weite Teile einer Stadt zerstören und viele Menschenleben fordern können.

Die Angst vor einer Explosion führt oft dazu, dass das Thema Ex-Schutz vernachlässigt wird, obwohl technologische Innovationen im Bereich des Explosionsschutzes stetig voranschreiten. Menschen wollen sich nicht damit auseinandersetzen, weil sie die möglichen Konsequenzen fürchten. Aber genau diese Nachlässigkeit erhöht das Risiko. Wenn Du Dich nicht aktiv mit dem Explosionsschutz beschäftigst, kann es schnell zu gefährlichen Situationen kommen, die vermeidbar gewesen wären. Der richtige Umgang mit Explosionsgefahren, die Schulung von Mitarbeitern, professionelle Beratungsleistungen und die regelmäßige Wartung von Anlagen sind daher entscheidend, um das Risiko zu minimieren.

Die Industrialisierung und der Trend zu immer größeren Produktionsstätten im modernen Anlagenbau haben das Risiko noch weiter erhöht. Größere Anlagen bedeuten auch größere Gefahrenquellen. Ein einzelner Funke kann in einer solchen Umgebung verheerende Schäden anrichten.

Wie entsteht eine Explosion?

Eine Explosion entsteht, wenn ein brennbarer Stoff, Sauerstoff und eine Zündquelle vorhanden sind. Dieses Konzept wird als Explosionsdreieck bezeichnet. Fehlt eine dieser Komponenten, findet keine Explosion statt.

Brennbarer Stoff

Brennbare Stoffe sind der Grundbestandteil einer Explosion und können in Form von Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben vorliegen. Jeder dieser Stoffe hat spezifische Eigenschaften, die das Explosionsrisiko bestimmen. Für eine Zündung müssen diese Stoffe in ausreichender Konzentration vorliegen.

Explosionsfähige Atmosphäre

Eine explosionsfähige Atmosphäre entsteht, wenn sich brennbare Gase, Dämpfe, Nebel oder Stäube mit Sauerstoff vermischen und das Gemisch in einem bestimmten Konzentrationsbereich liegt. Diese Bedingungen liegen typischerweise in einem Temperaturbereich zwischen –20 °C und +60 °C sowie einem Druckbereich von 0,8 bis 1,1 bar vor. Eine explosionsfähige Atmosphäre überträgt nach der Zündung den Verbrennungsprozess auf das gesamte unverbrannte Gemisch.

Explosionspunkte und Flammpunkt

Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der sich über einer brennbaren Flüssigkeit ein zündfähiges Dampf-Luft-Gemisch bildet. Er ist entscheidend, um das Explosionsrisiko von Flüssigkeiten zu bewerten. Liegt die Temperatur einer Flüssigkeit unter ihrem Flammpunkt, kann keine explosionsfähige Atmosphäre entstehen.

Explosionsgrenzen

Ein Gemisch aus Luft und brennbarem Stoff explodiert nur, wenn der Brennstoff in einem bestimmten Konzentrationsbereich vorhanden ist:

• Untere Explosionsgrenze (UEG): Die Mindestkonzentration des brennbaren Stoffes in der Luft, ab der eine Explosion möglich ist.
• Obere Explosionsgrenze (OEG): Die maximale Konzentration, bei der noch eine Explosion möglich ist. Ist die Konzentration zu hoch oder zu niedrig, kann das Gemisch nicht mehr explodieren.

Zündquellen

Eine Explosion wird durch eine Zündquelle ausgelöst, wenn die Bedingungen für eine explosionsfähige Atmosphäre erfüllt sind. Zündquellen können viele Formen annehmen:

• Heiße Oberflächen
• Funken
• Statische Elektrizität
• Blitzschlag
• Mechanische Reibung
• Flammen und heiße Gase

Mindestzündenergie

Die Mindestzündenergie bezeichnet die kleinste Energiemenge, die notwendig ist, um ein zündfähiges Gemisch zu entzünden. Diese Energie kann extrem klein sein, besonders bei Gasen wie Wasserstoff, der eine Mindestzündenergie im Bereich von 10⁻⁵ Joule hat. Für Stäube kann die Zündenergie höher liegen.

Mindestzünddruck

Der Mindestzünddruck ist der minimale Druck, bei dem ein zündfähiges Gemisch entzündet werden kann. Dieser Wert variiert je nach Stoff und ist entscheidend für den Explosionsschutz, insbesondere in druckbeaufschlagten Systemen.

Wie entsteht eine Staubexplosion?

Eine Staubexplosion entsteht, wenn brennbare Staubpartikel in der Luft aufgewirbelt werden und eine explosionsfähige Konzentration erreichen. Ähnlich wie bei Gasexplosionen müssen Sauerstoff, der brennbare Staub und eine Zündquelle gleichzeitig vorhanden sein. Staubexplosionen sind oft gefährlicher als Gasexplosionen, da sie zu sekundären Explosionen führen können, wenn der erste Explosionsdruck noch mehr Staub aufwirbelt.

Was sind Ex-Zonen?

Ex-Zonen spielen eine zentrale Rolle im Explosionsschutz (Ex-Schutz), insbesondere im Rahmen der ATEX-Richtlinien. Diese Zonen kennzeichnen Bereiche, in denen explosionsfähige Atmosphären entstehen können, und dienen dazu, das Risiko einer Explosion zu minimieren, indem geeignete Schutzmaßnahmen umgesetzt werden.

ATEX-Zoneneinteilung für Gase und Dämpfe

Die ATEX-Zonen für Gase und Dämpfe werden basierend auf der Häufigkeit und Dauer des Auftretens einer explosionsfähigen Atmosphäre in drei Zonen unterteilt:

• Zone 0: Dies ist der Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphären (Gemische aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln) ständig, häufig oder über lange Zeiträume vorhanden sind. Beispiel: Der Innenraum eines Behälters, in dem brennbare Flüssigkeiten oberhalb ihres Flammpunktes gelagert werden.
• Zone 1: In dieser Zone tritt eine explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich während des Normalbetriebs auf. Diese Zone umfasst Bereiche, die direkt an Zone 0 angrenzen, in denen bei regulärem Betrieb explosionsfähige Gemische entstehen können.
• Zone 2: Diese Zone beschreibt Bereiche, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre normalerweise nicht oder nur kurzzeitig auftritt, etwa bei unvorhergesehenen Ereignissen oder Betriebsstörungen.

ATEX-Zoneneinteilung für Stäube

Stäube, die mit Luft explosive Gemische bilden können, unterliegen einer ähnlichen Zoneneinteilung:

• Zone 20: Hier besteht eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Staubwolke ständig, häufig oder über längere Zeiträume. Beispiel: Bereiche direkt in oder um Apparaturen, die brennbaren Staub freisetzen.
• Zone 21: Diese Zone tritt auf, wenn sich gelegentlich während des Normalbetriebs eine Staubwolke bildet. Diese Bereiche befinden sich in unmittelbarer Nähe von Geräten, die Staub freisetzen, jedoch nicht kontinuierlich.
• Zone 22: In dieser Zone wird eine explosionsfähige Staubwolke normalerweise nicht erwartet und entsteht nur selten oder kurzzeitig, meist als Folge von Betriebsstörungen oder Fehlfunktionen.

Wichtige Aspekte der Ex-Zoneneinteilung

1. Die Einteilung der Zonen basiert auf der Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer explosionsfähigen Atmosphäre.
2. Die eingesetzten Geräte und Maschinen müssen den jeweiligen Anforderungen der Zone gerecht werden, um Zündquellen zu verhindern. In Zone 0/20 sind dabei die strengsten Anforderungen zu erfüllen.
3. Die Zoneneinteilung hilft dabei, den geeigneten Explosionsschutz umzusetzen, indem die Art der Betriebsstoffe und die technischen Gegebenheiten berücksichtigt werden.

Maßnahmen zum Explosionsschutz

Maßnahmen zum Explosionsschutz lassen sich in primäre, sekundäre und tertiäre Schutzmaßnahmen unterteilen. Jede dieser Kategorien verfolgt ein anderes Ziel, um eine Explosion zu verhindern oder deren Auswirkungen zu minimieren.

Primärer Explosionsschutz

Der primäre Explosionsschutz zielt darauf ab, das Entstehen einer explosionsfähigen Atmosphäre von vornherein zu verhindern oder diese stark einzuschränken.

• Substitution: Die beste Methode zur Vermeidung von Explosionsgefahr ist der Ersatz explosionsgefährlicher Stoffe durch weniger gefährliche Materialien. Zum Beispiel könnten lösungsmittelhaltige Farben durch wasserlösliche ersetzt werden.
• Entfernen und Verdünnung explosionsfähiger Stoffe: Explosionsfähige Stäube oder Gase müssen entfernt oder durch Lüftung verdünnt werden. Das regelmäßige Abwaschen von Stäuben oder die technische Belüftung kann hier Abhilfe schaffen.
• Passivierung explosionsfähiger Stoffe: Hierbei werden die Stoffe durch Konditionierung in einen nicht explosionsfähigen Zustand überführt, z. B. durch Befeuchten von Stäuben mit hygroskopischen Substanzen wie Magnesiumchloridlösung.
• Inertisierung: Inertgase wie Stickstoff verhindern, dass Sauerstoff in die Nähe brennbarer Stoffe gelangt, wodurch eine explosionsfähige Atmosphäre vermieden wird.
• Isolation: Explosionsfähige Stoffe werden hermetisch abgeschlossen oder unter Ausschluss von Luft verarbeitet, um die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre zu verhindern.

Sekundärer Explosionsschutz

Wenn es nicht möglich ist, die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre vollständig zu verhindern, zielt der sekundäre Explosionsschutz darauf ab, Zündquellen zu vermeiden.

• Zündschutzarten: Hier gibt es verschiedene technische Ansätze:
  • Eigensicherheit "i": Begrenzung von Strom und Spannung in elektrischen Systemen, um eine Zündung zu verhindern.
  • Druckfeste Kapselung "d": Gehäuse um elektrische Geräte, die eine mögliche Explosion im Inneren sicher eindämmen.
  • Erhöhte Sicherheit "e": Ausschluss von Zündquellen durch spezielle Konstruktionsmethoden.
  • Überdruckkapselung "px" oder "py": Das Innere von Gehäusen wird mit Zündschutzgas unter Druck gehalten, um das Eindringen von explosionsfähiger Atmosphäre zu verhindern.
  • Verguss-, Öl- und Sandkapselung "m/o/q": Elektrische Betriebsmittel werden in Material wie Sand oder Öl eingebettet, um Zündgefahren zu minimieren.
• Vermeidung wirksamer Zündquellen: Gemäß den technischen Regeln für Betriebssicherheit (TRBS 2152) gibt es 13 mögliche Zündquellen, die vermieden werden müssen. Dazu gehören heiße Oberflächen, mechanisch erzeugte Funken, statische Elektrizität und elektrische Anlagen. Eine geeignete Lüftung, das Verwenden explosionsgeschützter Geräte und die Begrenzung der Explosionszonen tragen dazu bei, Zündquellen zu minimieren.

Tertiärer oder konstruktiver Explosionsschutz

Wenn die primären und sekundären Maßnahmen nicht ausreichend sind, kommt der konstruktive Explosionsschutz zum Einsatz, um die Auswirkungen einer möglichen Explosion zu beherrschen.

• Explosionsdruckfeste Bauweise: Anlagen werden so konstruiert, dass sie dem Explosionsdruck standhalten, ohne zu bersten.
• Flammendurchschlagsicherungen: Diese verhindern das Weiterleiten von Flammen, indem sie die Flammenfront abkühlen.
• Explosionsunterdrückung: Explosionsunterdrückungssysteme, wie Schaumlöscheinrichtungen, erkennen die Explosion frühzeitig und unterdrücken diese, bevor sie sich entfalten kann.
• Druckentlastung: Einrichtungen wie Druckentlastungsklappen und Berstscheiben leiten den Explosionsdruck kontrolliert ab, um Schäden zu vermeiden.

Integrierter Explosionsschutz

Der integrierte Explosionsschutz basiert auf einem methodischen Ansatz, der die drei Schutzarten – primär, sekundär und tertiär – miteinander kombiniert. Diese Maßnahmen sind so zu planen und umzusetzen, dass sie sich gegenseitig ergänzen und abgestimmt auf die jeweiligen Explosionsrisiken eingesetzt werden. Der primäre Schutz hat dabei immer Vorrang, da er direkt das Entstehen einer explosionsfähigen Atmosphäre verhindert. Somit sollte ein Ingenieur eines Ingenieurbüros den primären Ex-Schutz nie vernachlässigen.

Vorschriften und Richtlinien zum Ex-Schutz

Explosionsschutz (Ex-Schutz) ist von zentraler Bedeutung in der Industrie, um die Sicherheit in Bereichen zu gewährleisten, in denen explosionsfähige Atmosphären auftreten können. Die Richtlinien, die in der EU und Deutschland gelten, sowie internationale Standards, wie das IECEx-System, bieten klare Regelungen für Hersteller, Betreiber und Prüfstellen.

ATEX-Richtlinie

Die ATEX-Richtlinie bildet die Grundlage für den Explosionsschutz in der EU. Sie ist in zwei Teile untergliedert:

1. ATEX-Produktrichtlinie 2014/34/EU: Diese Richtlinie gilt für Geräte und Schutzsysteme, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Sie regelt die grundlegenden Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen (ESHR), denen Produkte entsprechen müssen, um das Risiko von Zündquellen auszuschließen. Die Kategorien der Geräte richten sich nach dem Grad der Gefährdung (1, 2, 3), und die Konformität wird durch entsprechende Prüfverfahren und Zertifizierungen nachgewiesen.
   • Kategorie 1/M1: Höchste Sicherheitsanforderungen. Die Konformität wird durch eine Baumusterprüfung und regelmäßige Produktionsüberwachung nachgewiesen.
   • Kategorie 2/M2: Geräte dieser Kategorie müssen durch benannte Stellen geprüft und zertifiziert werden.
   • Kategorie 3: Hier reicht eine interne Fertigungskontrolle durch den Hersteller.
2. ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG: Diese Richtlinie richtet sich an Betreiber von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen. Sie fordert die Erstellung eines Explosionsschutzdokuments, das unter anderem eine Gefährdungsbeurteilung und ein Schutzkonzept umfasst. Zudem muss der Betreiber sicherstellen, dass alle Anlagen regelmäßig geprüft werden und Schutzmaßnahmen dem Stand der Technik entsprechen.

IECEx-System

Das IECEx-System ist ein internationales Zertifizierungssystem für den Explosionsschutz, das weltweit Anwendung findet. Es dient dazu, die Prüf- und Zertifizierungsprozesse zu harmonisieren, um den freien Handel von Ex-Produkten zu erleichtern.

Die wichtigsten Komponenten des IECEx-Systems sind:

1. IECEx Equipment Scheme: Zertifizierung von Geräten für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Geräte müssen eine Typprüfung durchlaufen und die Konformität mit den Anforderungen nachweisen.
2. IECEx Certified Service Facilities Program: Zertifizierung von Dienstleistern, die in explosionsgefährdeten Bereichen tätig sind (z. B. Wartung und Reparatur von Ex-Geräten).
3. IECEx Certification of Personnel Competencies: Zertifizierung von Fachpersonal, das in explosionsgefährdeten Bereichen arbeitet, um sicherzustellen, dass sie über die erforderliche Qualifikation verfügen.

Ein IECEx-Zertifikat bietet eine internationale Anerkennung und erleichtert den globalen Handel, indem es nationale Zulassungsverfahren ergänzt oder ersetzt.

Lokale Vorschriften in Deutschland

In Deutschland sind die Anforderungen an den Explosionsschutz durch nationale Vorschriften wie die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) geregelt. Diese setzt die ATEX-Betriebsrichtlinie in nationales Recht um und definiert die Anforderungen an die sichere Installation, Wartung und Prüfung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen.

Wichtige ergänzende technische Regeln sind:

• TRBS 1111: Gefährdungsbeurteilung und sicherheitstechnische Bewertung.
• TRBS 1201: Prüfungen von Arbeitsmitteln und überwachungsbedürftigen Anlagen, insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen.
• TRBS 2152: Explosionsschutzmaßnahmen, gegliedert in verschiedene Teile, die die Beurteilung der Explosionsgefahr und Schutzmaßnahmen behandeln.
• TRBS 1203: Anforderungen an befähigte Personen, die Prüfungen durchführen.

Zusätzlich sind die Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) relevant, insbesondere:

• TRGS 720–727: Diese Regeln befassen sich mit der Beurteilung und Minimierung von Explosionsgefahren durch Gefahrstoffe, einschließlich Maßnahmen zur Vermeidung von Zündgefahren (z.B. elektrostatische Aufladung).

Wichtige Normen für den Explosionsschutz

Die technische Grundlage für den Explosionsschutz in der EU bilden harmonisierte Normen, die durch das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) und die internationale Normenorganisation IEC erarbeitet wurden. Wichtige Normen im Bereich Ex-Schutz umfassen:

• IEC 60079-Serie: Diese Normenreihe behandelt den Explosionsschutz von elektrischen Geräten und deren Installation in explosionsgefährdeten Bereichen.
  • IEC 60079-0: Allgemeine Anforderungen an Geräte.
  • IEC 60079-1: Geräteschutz durch druckfeste Kapselung „d“.
  • IEC 60079-11: Geräteschutz durch Eigensicherheit „i“.
  • IEC 60079-13: Überdruckgekapselte Räume.
  • IEC 60079-14: Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen.
  • IEC 60079-17: Prüfung und Instandhaltung elektrischer Anlagen.
  • IEC 60079-19: Gerätereparatur und Überholung.
• ISO 80079-Serie: Diese Normenreihe behandelt den Explosionsschutz für nicht-elektrische Geräte:
  • ISO 80079-36: Nicht-elektrische Geräte für explosionsfähige Atmosphären – Grundlagen und Anforderungen.
  • ISO 80079-37: Nicht-elektrische Zündschutzarten wie Konstruktive Sicherheit „c“, Zündquellenüberwachung „b“, Flüssigkeitskapselung „k“.

Diese Normen gewährleisten, dass Geräte und Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen sicher geplant, errichtet und betrieben werden können.

Sicherheitsbewertungsverfahren

Ein zentrales Element des Explosionsschutzes ist die Gefährdungsbeurteilung. Diese muss vom Betreiber vor dem Einsatz eines Geräts oder einer Anlage in explosionsgefährdeten Bereichen durchgeführt werden. Die Gefährdungsbeurteilung beinhaltet:

1. Identifizierung von Gefahrenquellen: Dazu gehört eine systematische Zündquellenanalyse, um potenzielle Zündquellen zu erkennen und auszuschließen.
2. Einteilung der explosionsgefährdeten Bereiche: Bereiche werden nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphären in Zonen eingeteilt (Zone 0, 1, 2 für Gase; Zone 20, 21, 22 für Stäube).
   • IEC 60079-10-1: Einteilung der Bereiche für gasexplosionsgefährdete Atmosphären.
   • IEC 60079-10-2: Einteilung der Bereiche für staubexplosionsgefährdete Atmosphären.
3. Schutzmaßnahmen: Basierend auf der Gefährdungsbeurteilung werden technische und organisatorische Schutzmaßnahmen festgelegt, um Explosionsgefahren zu minimieren.

Weitere wesentliche Richtlinien

• EN 50495: Sicherheitseinrichtungen für den sicheren Betrieb von Geräten im Hinblick auf Explosionsgefahren.
• TRGS 751 / TRBS 3151: Vermeidung von Brand-, Explosions- und Druckgefährdungen an Tankstellen und Füllanlagen.

Einteilung in Gerätegruppen und Geräteklassen

In Deutschland und der EU ist die Einteilung explosionsgeschützter Geräte durch die ATEX-Richtlinie 2014/34/EU geregelt. Diese gibt vor, wie Geräte in Gerätegruppen und Geräteklassen unterteilt werden, um den sicheren Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zu gewährleisten. Dies betrifft sowohl den Explosionsschutz durch Gase als auch durch Stäube. Die Geräte werden nach der Wahrscheinlichkeit und Gefährlichkeit des Auftretens einer explosionsfähigen Atmosphäre eingestuft.

Gerätegruppe I

Gerätegruppe I umfasst Geräte, die in Untertagebetrieben von Bergwerken sowie deren Übertageanlagen eingesetzt werden, wo eine Gefährdung durch Grubengas und/oder brennbare Stäube bestehen kann.

• Kategorie M1: Geräte dieser Kategorie garantieren ein sehr hohes Maß an Sicherheit. Sie dürfen in explosionsgefährdeter Atmosphäre weiter betrieben werden, selbst bei seltenen Gerätestörungen. Eine zusätzliche, unabhängige Schutzmaßnahme sorgt dafür, dass auch bei Ausfall einer Schutzmaßnahme keine Zündgefahr besteht. Diese Geräte sind für besonders gefährdete Bereiche geeignet.
• Kategorie M2: Geräte dieser Kategorie bieten ebenfalls ein hohes Maß an Sicherheit, müssen jedoch abgeschaltet werden, sobald eine explosionsfähige Atmosphäre auftritt. Sie sind robust und für den Normalbetrieb in stark belasteten Bereichen geeignet, jedoch nicht für den Einsatz bei aktiver Explosionsgefahr.

Gerätegruppe II

Gerätegruppe II betrifft alle Geräte, die in Bereichen außerhalb von Bergwerken eingesetzt werden, in denen explosionsfähige Atmosphären durch Gase, Dämpfe, Nebel oder Stäube auftreten können.

Die Geräte werden hier weiter unterteilt in Kategorien, abhängig von ihrem Einsatzort und dem damit verbundenen Risiko:

• Kategorie 1: Diese Geräte bieten ein sehr hohes Maß an Sicherheit und sind für den Einsatz in Bereichen gedacht, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre ständig, häufig oder für längere Zeit auftreten kann. Sie dürfen auch bei seltenen Störungen keine Zündgefahr darstellen. Beispiele für Einsatzbereiche sind Zone 0 (Gas) oder Zone 20 (Staub).
• Kategorie 2: Geräte dieser Kategorie bieten ein hohes Maß an Sicherheit und sind für Bereiche geeignet, in denen unter normalen Betriebsbedingungen explosionsfähige Atmosphären gelegentlich auftreten. Sie sind für den Einsatz in Zone 1 (Gas) und Zone 21 (Staub) vorgesehen.
• Kategorie 3: Diese Geräte bieten ein normales Maß an Sicherheit und sind für Bereiche gedacht, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre selten und nur für kurze Zeit auftritt, wie in Zone 2 (Gas) und Zone 22 (Staub).

Die Buchstaben G (Gas) und D (Staub) kennzeichnen die Art der explosionsfähigen Atmosphäre, für die das Gerät ausgelegt ist. Es gibt auch Kombinationen von G/D, wenn ein Gerät für beide Atmosphärenarten geeignet ist.

Zusätzlich werden Geräte der Gerätegruppe II weiter in Explosionsgruppen unterteilt, abhängig von der Art der Gase und Stäube, denen sie ausgesetzt sind:

• IIA: Geräte für weniger gefährliche Gase wie Propan oder Butan.
• IIB: Geräte für mittelgefährliche Gase wie Ethylen.
• IIC: Geräte für die gefährlichsten Gase wie Wasserstoff und Acetylen.

Für staubexplosionsgefährdete Bereiche (Gerätegruppe III) wird ähnlich unterschieden:

• IIIA: Geräte für brennbare Flusen.
• IIIB: Geräte für nicht leitfähigen Staub.
• IIIC: Geräte für leitfähigen Staub.

Wichtig ist, dass ein Gerät, das den Anforderungen einer höheren Gruppe entspricht, auch in niedrigeren Gruppen eingesetzt werden kann. So kann ein IIC-Gerät auch in IIA- oder IIB-Bereichen verwendet werden.

Einteilung in Geräteklassen

Die Einteilung in Geräteklassen erfolgt nach dem sogenannten Geräteschutzniveau (EPL – Equipment Protection Level). Dieses richtet sich nach der Norm IEC 60079-0 und ergänzt die ATEX-Kategorisierung. Die Einteilung gibt an, welches Sicherheitsniveau die Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen erfüllen müssen:

• EPL Ga/Da: Diese Geräte bieten ein sehr hohes Schutzniveau und dürfen auch in Bereichen eingesetzt werden, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre ständig vorhanden ist (Zone 0, Zone 20). Sie müssen selbst bei seltenen Fehlern sicher sein.
• EPL Gb/Db: Geräte mit hohem Schutzniveau, die in Bereichen eingesetzt werden, in denen gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre auftritt (Zone 1, Zone 21). Sie dürfen bei häufigen Fehlern keine Zündgefahr darstellen.
• EPL Gc/Dc: Diese Geräte bieten ein erweitertes Schutzniveau und sind für Bereiche vorgesehen, in denen nur selten eine explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist (Zone 2, Zone 22). Bei vorhersehbaren Fehlern muss die Sicherheit weiterhin gewährleistet sein.

Kennzeichnung von Produkten

Die Kennzeichnung von Produkten im Explosionsschutz (Ex-Schutz) ist essenziell, um sicherzustellen, dass Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen sicher betrieben werden können. In Deutschland und der EU gelten hierfür spezifische Richtlinien und Normen, die die Anforderungen an die Kennzeichnung von Produkten detailliert beschreiben.

ATEX-Richtlinie 2014/34/EU

Die ATEX-Richtlinie ist die zentrale Richtlinie für den Explosionsschutz in Europa. Sie regelt die Anforderungen an Produkte, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden sollen. Produkte, die unter diese Richtlinie fallen, müssen entsprechend gekennzeichnet werden, wenn sie eine potenzielle Zündquelle besitzen, die zu einer wirksamen Zündquelle werden kann. Produkte ohne Zündquelle müssen nicht gekennzeichnet werden, auch wenn sie in Ex-Bereichen eingesetzt werden.

Wichtige Kennzeichnungselemente nach ATEX:

• Ex-Zeichen (Hexagon mit dem Kürzel „Ex“ für Explosion).
• Gerätegruppe:
  • I: Bergbau
  • II: Alle anderen explosionsgefährdeten Bereiche.
• Kategorie: Bestimmt die Zone, in der das Gerät eingesetzt werden kann:
  • 1G/1D: Zone 0 (Gas), Zone 20 (Staub)
  • 2G/2D: Zone 1 (Gas), Zone 21 (Staub)
  • 3G/3D: Zone 2 (Gas), Zone 22 (Staub)
• CE-Kennzeichnung mit einer möglichen Nummer der benannten Stelle.
• Zündschutzart: Zum Beispiel „Ex d“ für druckfeste Kapselung.

Beispiel:

CE 0589 Ex II 2G Ex e IIC T4 Gb

(Dies zeigt ein für explosionsgefährdete Gas-Atmosphären geeignetes Produkt, das in Zone 1 eingesetzt werden kann.)

Norm IEC/EN 60079-0

Die Norm IEC/EN 60079-0 legt die Anforderungen an die Kennzeichnung für elektrische Betriebsmittel im Ex-Bereich fest und wird international und in der EU angewandt. Diese Norm ergänzt die ATEX-Kennzeichnung und enthält wichtige technische Details.

Wichtige Kennzeichnungselemente nach IEC/EN 60079-0:

• Ex-Zeichen: „Ex“ kennzeichnet das Gerät als für explosionsgefährdete Bereiche geeignet.
• Zündschutzart: Zum Beispiel „Ex d“ (druckfeste Kapselung) oder „Ex e“ (erhöhte Sicherheit).
• Gas- oder Staubgruppe: IIA, IIB, IIC für Gase oder IIIA, IIIB, IIIC für Stäube.
• Temperaturklasse: Definiert die maximale Oberflächentemperatur des Geräts (z.B. T1 bis T6 für Gase oder konkrete Temperaturangabe in °C für Staub).
• Geräteschutzniveau (EPL): Bestimmt die Zone, in der das Gerät eingesetzt werden darf (Ga, Gb, Gc für Gas oder Da, Db, Dc für Staub).

Beispiel:

Ex d IIB T4 Gb

(Dieses Gerät ist für Gasgruppen IIB, mit einer maximalen Oberflächentemperaturklasse T4, und für den Einsatz in Zone 1 geeignet.)

Internationale Kennzeichnungen (IEC)

Weltweit wird häufig die IEC 60079-0 Norm angewandt, die ähnlich wie die europäische Kennzeichnung aufgebaut ist. Sie umfasst ebenfalls die Angabe der Zündschutzart, der Gas- oder Staubgruppe und der Temperaturklasse.

Beispiel einer internationalen Kennzeichnung:

Ex db eb IIC T4 Gb

(Dieses Gerät ist für Gasgruppen IIC, mit doppelter Zündschutzart „druckfeste Kapselung“ und „erhöhte Sicherheit“, geeignet für den Einsatz in Zone 1.)

Nicht-elektrische Geräte

Nicht-elektrische Geräte, die in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet werden, unterliegen ebenfalls der ATEX-Richtlinie. Ihre Kennzeichnung ähnelt der von elektrischen Geräten, wobei als Zündschutzart der Buchstabe „h“ für nicht-elektrische Geräte verwendet wird. Ein Beispiel wäre „Ex h IIIB T120°C“.

Kennzeichnung in Nordamerika

In Nordamerika gelten andere Normen und Vorgaben, wie der NEC (National Electrical Code) in den USA und der CEC (Canadian Electrical Code) in Kanada. Die Kennzeichnung basiert auf der Einteilung in Classes und Divisions sowie Zones nach NEC Artikel 505 oder 506.

Beispiel einer nordamerikanischen Kennzeichnung:

Class I, Division 1, Groups C D, T4

(Dies zeigt ein Gerät für den Einsatz in Bereichen der Class I, Division 1, mit Gasgruppen C und D und Temperaturklasse T4.)

Wichtige Unterscheidungen

Es ist entscheidend, zwischen der Kennzeichnung nach Normen wie IEC/EN 60079-0 und den gesetzlichen Vorgaben wie der ATEX-Richtlinie zu unterscheiden. In Europa sind beide Kennzeichnungen notwendig, um vollständige Informationen zum Explosionsschutz eines Geräts bereitzustellen.

Praktische Ex-Schutz-Lösungen für Hochrisiko-Industrien

In bestimmten Industrien besteht ein hohes Risiko für explosionsfähige Atmosphären, was den Explosionsschutz (Ex-Schutz) unverzichtbar macht. Der Fokus liegt dabei auf der Vermeidung und Beherrschung von Explosionsgefahren. In folgenden Branchen ist der Ex-Schutz von zentraler Bedeutung:

Industrien mit hohem Ex-Risiko

• Chemieanlagen: In chemischen Produktionsprozessen kommen häufig brennbare Gase und Flüssigkeiten zum Einsatz. Bei Leckagen können sich explosive Gasgemische bilden, weshalb der Explosionsschutz durch spezielle Ventilationssysteme und Überwachungsgeräte umgesetzt wird.
• Raffinerien: Hier werden große Mengen an brennbaren Stoffen wie Öl und Gas verarbeitet. Eine explosionsfähige Atmosphäre ist nahezu allgegenwärtig. Druckentlastungseinrichtungen und explosionsgeschützte elektrische Anlagen sind hier wesentliche Maßnahmen.
• Getreidesilos: Staubexplosionen sind in Getreidesilos eine große Gefahr. Staubpartikel, die in der Luft schweben, können leicht zünden und zu verheerenden Explosionen führen. Staubabsaugungsanlagen und regelmäßige Reinigung sind hier entscheidende Maßnahmen.
• Lackierereien: In Lackierprozessen entstehen brennbare Dämpfe, die in Kombination mit Funken oder heißer Oberflächen eine Explosion auslösen können. Hier kommen explosionsgeschützte Lüftungssysteme und ATEX-konforme Werkzeuge zum Einsatz.

Umsetzung von Ex-Schutz in der Praxis

In der Praxis wird der Explosionsschutz durch eine Kombination von technischen Maßnahmen, organisatorischen Maßnahmen und der Verwendung von Ex-zertifizierten Geräten erreicht.

• Vermeidung von Zündquellen: Der wichtigste Punkt im Explosionsschutz ist, dass Zündquellen wie Funken, heiße Oberflächen oder elektrische Entladungen ausgeschlossen werden. Dies wird beispielsweise durch den Einsatz explosionsgeschützter Maschinen und Werkzeuge erreicht, die gemäß ATEX-Richtlinien zertifiziert sind.
• Lüftung und Absaugung: Um eine explosionsfähige Atmosphäre zu verhindern, müssen brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube aus der Umgebung entfernt werden. Hier kommen Lüftungssysteme und Absauganlagen zum Einsatz, die das Gemisch in der Luft auf einem sicheren Niveau halten.
• Überdrucksysteme und Schutzmembranen: Besonders in Raffinerien und Chemieanlagen werden Überdrucksysteme eingesetzt, um im Falle einer Explosion den Druck sicher abzuleiten. Explosionsschutzmembranen und druckfeste Gehäuse sind typische Beispiele für solche Maßnahmen.
• Vermeidung von brennbaren Substanzen: In Branchen, in denen dies möglich ist, wird auf weniger brennbare oder alternative Materialien umgestellt, um das Risiko zu minimieren.
• Organisatorische Maßnahmen: Regelmäßige Schulungen und klare Betriebsanweisungen sorgen dafür, dass Mitarbeiter wissen, wie sie in explosionsgefährdeten Bereichen zu handeln haben. Wartungspläne für Ex-Geräte und regelmäßige Prüfungen gehören ebenfalls zu den organisatorischen Maßnahmen.

In der Praxis bedeutet Ex-Schutz also, dass alle Gefährdungsquellen erkannt und durch geeignete Maßnahmen minimiert werden, was eine genaue Baustellenkoordination und ein strukturiertes Projektmanagement erfordert.

Risikoanalyse und Wartung

Eine Risikoanalyse in explosionsgefährdeten Bereichen ist entscheidend, um potenzielle Gefahren frühzeitig zu erkennen und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von Unfällen zu treffen. Insbesondere in Prozessanlagen, die unter die Störfall-Verordnung fallen, liegt oft ein erhebliches Gefahrenpotenzial vor. Eine umfassende Risikoanalyse, die auch den nicht-bestimmungsgemäßen Betrieb berücksichtigt, ist dabei unerlässlich.

Methoden zur Risikoanalyse

1. PAAG-/HAZOP-Verfahren: Dieses Verfahren hat sich besonders bewährt, um sicherheitsrelevante Abweichungen im Betrieb zu ermitteln. Dabei wird systematisch überprüft, ob Prozesse von der gewünschten Funktionsweise abweichen und welche Risiken dadurch entstehen können.
2. Risikomatrix: Mithilfe einer Risikomatrix werden Risiken anhand der Wahrscheinlichkeit ihres Eintretens und der Schwere des potenziellen Schadens bewertet. Dies bietet eine visuelle Übersicht und ermöglicht es Dir, Prioritäten bei der Risikobewältigung zu setzen.
3. Layers of Protection Analysis (LOPA): Hierbei wird analysiert, welche Schutzschichten existieren, um die Wahrscheinlichkeit eines Schadensfalls zu minimieren. Dabei wird das verbleibende Risiko nach den bereits vorhandenen Schutzmaßnahmen eingeschätzt.
4. Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA): Diese Methode untersucht potenzielle Fehlerquellen in Prozessen und bewertet ihre Auswirkungen. So lassen sich Schwachstellen identifizieren, die möglicherweise zu Störungen im Betrieb führen könnten.
5. Zurich Hazard Analyse (ZHA): Diese Methode fokussiert sich auf das systematische Aufdecken von Gefahren in komplexen Prozessen und deren mögliche Auswirkungen auf den Betrieb.

Wartung im Explosionsschutz

Für den sicheren Betrieb elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen ist die regelmäßige Wartung von entscheidender Bedeutung. Um sicherzustellen, dass diese Wartungsarbeiten den Anforderungen des Explosionsschutzes gerecht werden, ist es notwendig, dass die Wartung durch geschultes Personal erfolgt, das unter der Aufsicht einer zur Prüfung befähigten Person steht.

Wichtige Punkte zur Wartung:

• Sicherheitsfreigabe vor Arbeiten: Bevor Wartungsarbeiten beginnen, musst Du sicherstellen, dass keine Explosionsgefahr besteht. Eine formelle schriftliche Erlaubnis der Betriebsleitung ist in der Regel erforderlich, um die Sicherheit während der Arbeiten zu garantieren.
• Dokumentation der Arbeiten: Nach Abschluss der Wartung müssen die durchgeführten Arbeiten detailliert dokumentiert werden. Du solltest dabei bestätigen, dass alle relevanten Vorschriften eingehalten wurden.
• Überprüfung nach Instandsetzung: In Deutschland ist nach einer Instandsetzung, die den Explosionsschutz beeinträchtigen könnte, eine Prüfung durch eine von der Behörde anerkannte befähigte Person oder den Hersteller erforderlich.
• Austausch von Komponenten: Wenn Du Komponenten oder Betriebsmittel austauschst, musst Du sicherstellen, dass die explosionstechnischen und gerätetechnischen Kenndaten beachtet werden. Diese Prüfungen können auch von einer zugelassenen Überwachungsstelle (ZÜS) durchgeführt werden.

FAQ – Häufige Fragen zum Ex-Schutz

Was ist Ex-Schutz?

Ex-Schutz, oder Explosionsschutz, bezieht sich auf Maßnahmen, die das Risiko von Explosionen in Bereichen minimieren, in denen explosionsfähige Atmosphären entstehen können. Explosionsschutz umfasst technische, organisatorische und personelle Maßnahmen, um Brände und Explosionen zu verhindern.

Welche Ex-Zonen gibt es?

Die Ex-Zonen klassifizieren Bereiche nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphären:

• Zone 0: Bereich, in dem ständig oder über lange Zeiträume explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist.
• Zone 1: Bereich, in dem gelegentlich bei Normalbetrieb explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann.
• Zone 2: Bereich, in dem nur selten und kurzzeitig explosionsfähige Atmosphäre auftritt.

Für Staubexplosionsschutz gibt es:

• Zone 20: Ständige oder häufige explosionsfähige Staubatmosphäre.
• Zone 21: Gelegentliche explosionsfähige Staubatmosphäre.
• Zone 22: Selten und kurzzeitig explosionsfähige Staubatmosphäre.

Ist die Zoneneinteilung beim Explosionsschutz Pflicht?

Ja, die Zoneneinteilung ist gesetzlich vorgeschrieben. Arbeitgeber müssen explosionsgefährdete Bereiche entsprechend der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von explosionsfähigen Atmosphären klassifizieren. Diese Einteilung dient der Risikobewertung und den Schutzmaßnahmen.

Welche Gesetze regulieren den Explosionsschutz?

In der EU regeln folgende Gesetze den Explosionsschutz:

• ATEX-Richtlinie 2014/34/EU: Für Geräte und Schutzsysteme, die in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet werden.
• ATEX-Richtlinie 1999/92/EG: Für Sicherheitsanforderungen am Arbeitsplatz. Zusätzlich sind nationale Arbeitsschutzgesetze sowie internationale Normen wie IECEx relevant.

Was ist ein Explosionsschutzdokument?

Ein Explosionsschutzdokument ist ein vorgeschriebenes Dokument, das die Gefährdungsbeurteilung in explosionsgefährdeten Bereichen dokumentiert. Es beschreibt die Explosionsrisiken, die Zoneneinteilung, Schutzmaßnahmen und organisatorische Vorkehrungen, um das Risiko zu minimieren.

Wann ist ein Explosionsschutzdokument notwendig?

Ein Explosionsschutzdokument ist erforderlich, sobald in einem Betrieb explosionsfähige Atmosphären auftreten können. Gemäß der ATEX-Richtlinie 1999/92/EG muss es vor Beginn der Arbeiten erstellt werden und regelmäßig aktualisiert werden, wenn sich Gefahren ändern.

Was ist primärer, sekundärer und tertiärer Explosionsschutz?

• Primärer Explosionsschutz: Verhindert die Entstehung explosionsfähiger Atmosphären (z.B. durch Abdichtung von Behältern).
• Sekundärer Explosionsschutz: Vermeidet Zündquellen in explosionsgefährdeten Bereichen (z.B. Verwendung ex-geschützter Geräte).
• Tertiärer Explosionsschutz: Minimiert die Auswirkungen einer Explosion (z.B. durch Druckentlastung oder Explosionsunterdrückung).

Was sind die Unterschiede zwischen ATEX und IECEx?

• ATEX: Gilt für den europäischen Raum und basiert auf EU-Richtlinien. Es umfasst sowohl Geräteanforderungen (2014/34/EU) als auch Schutzanforderungen für den Arbeitsplatz (1999/92/EG).
• IECEx: Ist ein internationales Zertifizierungssystem für explosionsgefährdete Bereiche, das weltweit angewendet werden kann. Es basiert auf IEC-Normen und ist flexibler für den globalen Einsatz.

In welchen Arbeitsschritten der Anlagenplanung ist Ex-Schutz relevant?

Ex-Schutz ist in allen Phasen der Anlagenplanung wichtig:

1. Gefährdungsbeurteilung: Bestimmen, ob explosionsfähige Atmosphären entstehen können.
2. Zoneneinteilung: Bereiche nach Ex-Zonen klassifizieren.
3. Geräteauswahl: Ex-geschützte Geräte entsprechend der Zoneneinteilung auswählen.
4. Schutzmaßnahmen: Maßnahmen zum primären, sekundären und tertiären Explosionsschutz planen.‍
5. Dokumentation: Explosionsschutzdokument erstellen und regelmäßig aktualisieren.