Feuchter Staub ist nicht automatisch sicherer
Im Explosionsschutz hört man regelmäßig die Aussage: „Der Staub ist feucht, also wird die Zündempfindlichkeit schon geringer sein.“
Bei Wasser kann dieser Gedanke technisch nachvollziehbar sein. Wasser nimmt Wärme auf, muss erwärmt und verdampft werden, bevor das Staubpartikel wirksam an der Verbrennung teilnehmen kann. Dadurch kann die Mindestzündenergie, die MZE, ansteigen. Diese Annahme ist jedoch nur dann belastbar, wenn der Feuchtegehalt im Prozess tatsächlich vorhanden, homogen verteilt und unter allen relevanten Betriebsbedingungen zuverlässig beherrscht ist.
Was aber geschieht, wenn die „Feuchte“ kein Wasser ist?
Nehmen wir Cellulose, die mit Ethanol befeuchtet ist. Dann handelt es sich nicht mehr um einen einfachen feuchten Staub, sondern um einen brennbaren Staub in Verbindung mit einer flüchtigen brennbaren Flüssigkeit. Ethanol kann verdampfen und mit Luft eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre bilden. Cellulose kann als fein verteilter Staub ebenfalls eine explosionsfähige Staubwolke bilden. Zusammen können beide Stoffe eine hybride explosionsfähige Atmosphäre erzeugen: Dampf und Staub im selben Szenario.
Genau dort liegt das Risiko.
Bei hybriden Gemischen kann die Zündempfindlichkeit deutlich anders ausfallen als bei den Einzelstoffen. Der Ethanoldampf kann die Entzündung der Cellulose-Staubwolke unterstützen. Die Mindestzündenergie des gesamten Gemisches kann niedriger sein als erwartet, wenn ausschließlich das trockene Staubmuster oder ein wasserhaltiges Staubmuster betrachtet wurde. Auch die untere Explosionsgrenze, der maximale Explosionsdruck, die maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit und die Wirksamkeit von Zündquellenvermeidung oder Schutzmaßnahmen können sich verändern.
Die richtige Frage lautet deshalb nicht: „Ist der Staub feucht?“
Die richtige Frage lautet: „Wo kann Ethanol verdampfen, wo kann Cellulose als Staubwolke auftreten, und können Dampf und Staub gleichzeitig vorhanden sein?“
Dieser Unterschied ist für den Explosionsschutz wesentlich. Bei Cellulose müssen Staubexplosionsgefahr, Staubwolken, Staubablagerungen, Aufwirbelung und mögliche Zündquellen betrachtet werden. Bei Ethanol stehen Verdampfung, Lüftung, untere Explosionsgrenze, Temperatur, Freisetzungsquellen und mögliche Gas- oder Dampf-Ex-Zonen im Vordergrund. Wenn beide gleichzeitig auftreten können, dürfen diese Bewertungen nicht getrennt behandelt werden, als wären es zwei voneinander unabhängige Welten.
Für Betreiber in Deutschland gehört eine solche Betrachtung in die Gefährdungsbeurteilung nach Gefahrstoffverordnung und in das Explosionsschutzdokument. Die TRGS 720 bis 723 geben den Rahmen für die Beurteilung gefährlicher explosionsfähiger Gemische, das Vermeiden oder Einschränken solcher Gemische und die Vermeidung wirksamer Zündquellen. Bei elektrostatischen Vorgängen ist zusätzlich die TRGS 727 wesentlich. Für die technische Methodik sind unter anderem EN 1127-1, DIN EN IEC 60079-10-1 für Gas- und Dampfatmosphären, DIN EN IEC 60079-10-2 für Staubatmosphären sowie DIN EN ISO/IEC 80079-20-2 für Stoffkenngrößen brennbarer Stäube relevant. Für nicht-elektrische Zündquellen sind EN ISO 80079-36 und EN ISO 80079-37 zu berücksichtigen.
In der Praxis kann ein solches Szenario beim Mischen, Trocknen, Imprägnieren, Reinigen, Filtrieren, Absaugen, bei der Probenahme, Lagerung oder beim innerbetrieblichen Transport entstehen. Ein Produkt kann beim Eintrag „nass“ erscheinen, während in einem Filter, einer Rohrleitung, einem Trockner oder an einer Absaugstelle eine entzündbare Dampf-Staub-Kombination entsteht. Besonders bei warmen Oberflächen, Unterdrucksystemen, unzureichender Lüftung oder Umluftführung kann die reale Situation deutlich von der Annahme im Explosionsschutzdokument abweichen.
Für eine belastbare Explosionsschutzbewertung muss deshalb die ungünstigste realistische Prozessbedingung betrachtet werden. Entscheidend ist nicht der durchschnittliche Feuchtegehalt des Produktes, sondern die Situation, in der Ethanol ausreichend verdampfen kann und Cellulose gleichzeitig fein verteilt als Staubwolke vorhanden ist.
Das erfordert mehr als ein Standard-Staubdatenblatt. Es erfordert Prozessverständnis, die Bewertung von Freisetzungsquellen, Lüftung, Zündquellen, Staubablagerungen, Verdampfung und der möglichen Wechselwirkung zwischen Staub und Dampf.
Die wichtigste Lehre ist einfach:
Wasser kann Staub weniger zündempfindlich machen.
Ethanol kann aus „feuchtem Staub“ ein hybrides Explosionsrisiko machen.
Wer im Explosionsschutz nur fragt, ob ein Staub trocken oder feucht ist, stellt nicht die richtige Frage. Entscheidend ist, welches Medium vorhanden ist, unter welchen Prozessbedingungen es freigesetzt wird und ob Staub und Dampf gemeinsam eine explosionsfähige Atmosphäre bilden können.
Explosionsschutz beginnt nicht mit Annahmen.
Explosionsschutz beginnt mit dem richtigen Szenario.
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