umwelt-online: BGI 739 - Holzstaub - Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz beim Erfassen, Absaugen und Lagern (3)
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Um die Wirkung von Rückstoßkräften zu minimieren, sollten die Druckentlastungsöffnungen achssymmetrisch gegenüber liegen.


Die Druckentlastungseinrichtungen dürfen außerdem nicht mit Füllgut zugeschüttet werden können.

Bei Filteranlagen sollten die Druckentlastungseinrichtungen im Rohluftbereich angeordnet werden. Der Sammel- oder Lagerbereich ist immer Rohluftbereich. Falls im Einzelfall Druckentlastungseinrichtungen nur im Reinluftbereich angebracht sind, z.B. bei Siloeinbaufiltern mit innenbeaufschlagten Filterschläuchen, muss für deren Wirksamkeit ein Einzelgutachten einer anerkannten Prüfstelle vorliegen. Bei einer Anordnung im Reinluftbereich sind die erforderlichen Druckentlastungsflächen größer als bei der Anordnung im Rohluftbereich.

Bei Anordnung von Druckentlastungsöffnungen im Dach oder in der Decke müssen Witterungseinflüsse, z.B. Schneelasten, berücksichtigt werden.

Das Einrichten von Silos im Untergeschoß - sogenannte Spänekeller - bzw. Aufstellen von Filteranlagen im Unterschoss erfordert einen hohen Aufwand an brand- und explosionsschutztechnischen Maßnahmen (insbesondere Festigkeit des Raumes, Druckableitung).

Werden Silos im Untergeschoss eingerichtet - sogenannte Spänekeller -, bzw. Filteranlagen im Unterschoß aufgestellt, müssen die Druckentlastungsöffnungen in der Kellerwand angeordnet werden. Bei Hanglagen müssen die Druckentlastungsöffnungen in den außenliegenden Kellerwänden angeordnet werden. Bei Wänden, die allseitig vom Erdreich umgeben sind, kann im Bereich der Druckentlastungsöffnungen ein Schacht vorgesehen werden, durch den im Explosionsfall der Überdruck und die Flammen ins Freie abgeleitet werden können.

Die Ausblasöffnung muss so platziert werden, dass der dabei entstehende Staub- und Flammenstrahl gefahrlos abgeleitet wird.

Statt Druckentlastungsöffnungen nach außen können auch geprüfte Quench- Rohre, die eine Explosionsdruckentlastung ohne gefährliche Flammen- und Druckausbreitung sicherstellen, eingebaut werden.

Einfluss von Abblasrohren auf die Druckentlastung

Soll einer Druckentlastungseinrichtung ein Abblasrohr nachgesetzt werden (z.B. bei Druckentlastung von Filterräumen ohne Außenwand oder Filteranlagen, die zur Druckentlastung nicht an der Innenseite einer Gebäudeaußenwand aufgestellt werden können), muss mit steigender Abblasrohrlänge der Querschnitt des Abblasrohres erheblich erweitert werden.

Berechnungsmethode siehe VDI 3673 Blatt 1.

Der Winkel des Abblasrohres zur Achse der Druckentlastungsöffnung darf 20° nicht überschreiten. Ansonsten ist eine weitere Vergrößerung der Druckentlastungsfläche notwendig (rechnerischer Nachweis erforderlich!)

Abblasrohrlängen über 3 m sind bei Filteranlagengehäusefestigkeiten von pred,max = 0,2 bar praktisch nicht mehr möglich, weil sie außerordentlich große Druckentlastungsflächen erfordern würden.

Beispiel für

V = 200 m3, pstat = 0,1 bar, H/D = 2, pred,max = 0,5 bar

 Druckentlastungsflächenerhöhung bei
pred,max = 0,5 bar
Druckerhöhung bei gleich bleibender Druckentlastungsfläche
A (1m) = 1,62 * Ap(1m) = 1,75 * pred,max
A (3m) = 2,81 * Ap (3m) = 3,25 * pred,max
A (6m) = 3,98 * Ap (6m) = 5,5 * pred,max


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Bemessung der Druckentlastungseinrichtungen an Silos Anhang 12.2


Die Größe der Druckentlastungsfläche ist nach VDI 3673 "Druckentlastung von Staubexplosionen", Blatt 1, 2002, abhängig von:

Für Silos mit H/D = 1 oder pred, max > 1,5 bar kann die erforderliche Druckentlastungsfläche A in m2 gemäß VDI 3673 für Berstscheiben 8 nach folgender empirischer Formel ermittelt werden:

A = (3,264 * 10- 5* pmax * KSt * pred,max -0,569 + 0,27 * (pstat - 0,1) pred,max -0,5) * V0,753

Die meisten Silos haben aber ein Höhen/Durchmesser-Verhältnis von H/D > 1. Für diese Silos sind - unter der Bedingung, dass pred,max < 1,5 bar ist - größere Druckentlastungsflächen erforderlich.

Die erforderliche Vergrößerung ΔA ergibt sich für Berstscheiben 8 aus der Gleichung:

ΔA = A * (-4,305 * log pred,max + 0,758) * log (H/D)

Für Räume mit H/D > 1 und pred,max < 1,5 bar ergibt sich damit die erforderliche Gesamt-Druckentlastungsfläche für Berstscheiben 8 zu:

Ages =A + ΔA

Die Gleichungen gelten für:


Erläuterungen zur Anwendung der Formeln

  1. Für das Volumen V ist bei Silos ohne Einbauten das Leervolumen zugrunde zu legen. Sind Einbauten vorhanden, kann deren Volumen vom Siloleervolumen abgezogen werden. Bei der Bestimmung des Volumens V von Filterkammern, z.B. Siloeinbaufiltern, kann das Volumen des Reinluftbereiches von dem der Filterkammer abgezogen werden.
    Bei Siloeinbaufiltern mit innen- oder außenbeaufschlagten Filterschläuchen kann für das Volumen V näherungsweise das Hüllvolumen um sämtliche Schläuche (= das Volumen der Schläuche selbst + das der Schlauchzwischenräume) eingesetzt werden, wenn diese als kompaktes Volumen anzusehen sind.
  2. Für rechteckige Silogrundflächen errechnet sich der Durchmesser D aus
  3. Der statische Ansprechüberdruck pstat der Druckentlastungseinrichtung muss vom Hersteller angegeben werden. Er muss kleiner als der maximale reduzierte Explosionsüberdruck
    pred,max sein (pstat < pred,max).
  4. Der maximale reduzierte Explosionsüberdruck pred,max (= zulässiger Innenüberdruck) ist vom Errichter des Silos nachzuweisen (VDI 2263, Blatt 3).
  5. Bei Holzstäuben ist mit einem maximalen Explosionsüberdruck pmax = 9 bar und mit einer Staubtechnischen Kenngröße KSt = 200 bar m/s zu rechnen. In begründeten Ausnahmefällen kann hiervon abgewichen werden. Dann muss der Berechnung die entsprechende fachliche Begründung beigefügt werden.
  6. Bei Bemessung von Druckentlastungsflächen bei bestimmten Beschickungsverfahren, für die andere Berechnungsformeln zugrunde gelegt werden, muss der Berechnung die entsprechende fachliche Begründung beigefügt werden (siehe folgenden Abschnitt).
    Die ermittelte Gesamt-Druckentlastungsfläche kann in mehrere Einzel-Druckentlastungsflächen aufgeteilt werden.

In der folgenden Tabelle ist die erforderliche Gesamt-Druckentlastungsfläche Ages in Abhängigkeit vom Siloleervolumen V und vom Verhältnis H/D für folgende Werte angegeben (die Staubkennzahlen entsprechen üblichen Holzstäuben:

V in m3 Ages in m2 bei H/D = 1 Ages in m2 bei H/D = 1,5 Ages in m2 bei H/D = 2 Ages in m2 bei H/D = 3 Ages in m2 bei H/D = 4
5 0,29 0,40 0,47 0,58 0,65
10 0,49 0,67 0,80 0,98 1,10
20 0,83 1,13 1,35 1,65 1,86
30 1,13 1,54 1,83 2,23 2,52
40 1,40 1,91 2,27 2,78 3,14
50 1,66 2,26 2,68 3,28 3,71
60 1,90 2,59 3,08 3,77 4,25
70 2,14 2,91 3,46 4,23 4,78
80 2,36 3,22 3,82 4,68 5,28
90 2,58 3,52 4,18 5111 5,77
100 2,79 3,81 4,52 5,53 6,25
200 4,71 6,41 7,62 9,32 10,53
300 6,39 8,70 10,34 12,65 14,29
400 7,94 10,81 12,84 15,72 17, 75
500 9,39 12,79 15,19 18,59 21,00
600 10,77 14,67 17,43 21,33 24,09
700 12,10 16,47 19,58 23,95 27,06
800 13,38 18,21 21,65 26,48 29,92
900 14,62 19,90 23,65 28,94 32,69
1000 15,82 21,55 25,61 31,33 35,39


Bei folgenden Beschickungsverfahren können geringere Druckentlastungsflächen ausreichend sein (Berechnung mit anderen Formeln):

Fall 1

Pneumatische Förderung mit axialem Eintritt der Späne in Silos, z.B. Silos mit Zyklonabscheider.

Die in VDI 3673 Blatt 1 für diesen Fall genannten Berechnungsformeln gelten u.a. nur unter folgenden Bedingungen:


Fall 2:

Befüllung im freien Fall, z.B. über eine Zellenradschleuse.

Die in VDI 3673 Blatt 1 für diesen Fall genannten Berechnungsformeln gelten u.a. nur unter folgenden Bedingungen:

Fall 3:

Pneumatische Förderung mit tangentialem Späneeintrag.

Die in VDI 3737 Blatt 1 für diesen Fall genannten Berechnungsformeln gelten u.a. nur unter folgenden Bedingungen:

Berechnungsbeispiel: Silo ohne Einbauten aus Stahlbeton

a) Ausgangsgrößen:
 Höhe des Silos:H= 10 m
Grundfläche des Silos
runder Querschnitt (bei D = 5 m):
 = 19,63 m2
maximaler reduzierter Explosionsüberdruck (Silofestigkeit)pred,max= 0,5 bar
statischer Ansprechüberdruck der Berstscheibenpstat= 0,1 bar
Staubtechnische KenngrößeKSt= 200 bar m/s
Explosionsüberdruckpmax= 9 bar
b) Berechnungen:
 Behälter/Silo-Leervolumen:V = 10 m * 19,63 m2 = 196,3 m3
Äquivalenter Durchmesser
Höhen/Durchmesser-VerhältnisH/D = 10 m/5 m ∼ 2
c) Bestimmung der Gesamt-Druckentlastungsfläche:
 Aus den Berechnungsformeln (siehe auch Tabelle) ergibt sich eine erforderliche Druckentlastungsfläche von 7,52 m2.
Bei einer Silofestigkeit von pred,max = 0,2 bar ergibt sich eine erforderliche Druckentlastungsfläche von 16,7 m2.

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Bemessung der Druckentlastungseinrichtungen an Filteranlagen Anhang 12.3


Die Größe der Druckentlastungsfläche ist nach VDI 3673 "Druckentlastung von Staubexplosionen", Blatt 1, 2002, abhängig von:

Die meisten Filtergehäuse sind langgestreckt, haben aber die Druckentlastungsflächen beidseitig und gleichmäßig über die Gehäuselänge angeordnet. Unter dieser Bedingung schützt jedes Druckentlastungsflächenpaar ein Teilvolumen der Länge L+. In diesem Fall kann statt L/D in den folgenden Formeln L*/D eingesetzt werden (Beispiel: L = 6 m; 3 Druckentlastungsflächen gleichmäßig über beide Seiten angeordnet. Ergebnis L+ = 6 m: 3 = 2 m).

Für Filtergehäuse mit (L/D = 1) oder pred, max > 1,5 bar kann die erforderliche

Druckentlastungsfläche A in m2 gemäß VDI 3673 für Berstscheiben 8 nach folgender empirischer Formel ermittelt werden:

A = (3,264. 10-5 * pmax * KSt * pred,max -0,569 + 0,27 * (pstat - 0,1) * pred,max -0,5) * V0,753

Weil sich bei langgestreckten Filtergehäusen in der Regel ein Verhältnis L+/D > 1 ergibt, sind - unter der Bedingung, dass pred,max < 1,5 bar ist - größere Druckentlastungsflächen erforderlich. Die erforderliche Vergrößerung Δ A ergibt sich für Berstscheiben 8 aus der Gleichung:

Δ A = A · (-4,305 * log pred,max + 0,758) * log (L/D)

Für langgestreckte Filtergehäuse mit L/D > 1, bei denen außerdem pred,max < 1,5 bar gegeben ist, ergibt sich damit bei homogener Staubverteilung die erforderliche Gesamt-Druckentlastungsfläche für Berstscheiben 8 zu:

AL =A + Δ A

Die Gleichungen gelten für:

0,1 m3 < V < 10000 m3

0,1 bar < pstat < 1 bar

0,1 bar < pred,max < 2 bar

5 bar < pmax < 10 bar

10 bar m/s < KSt < 300 bar m/s

L/D < 20

Erläuterungen zur Anwendung der Formeln

  1. Das Behälterleervolumen V eines Filtergehäuses ergibt sich aus dem Gesamtvolumen des Gehäuses einschließlich der damit verbundenen Sammeleinrichtung, abzüglich dem Volumen der Reinluftkammer, abzüglich dem Reinluftvolumen in der Schlauchkammer.
    Das Reinluftvolumen in der Schlauchkammer beträgt
  2. Der äquivalente Durchmesser D errechnet sich aus:
  3. Der statische Ansprechüberdruck pstat der Druckentlastungseinrichtung muss vom Hersteller angegeben werden. Er muss kleiner als der maximale reduzierte Explosionsüberdruck pred,max sein (pstat < pred,max)
  4. Der maximale reduzierte Explosionsüberdruck pred,max (= zulässiger Innenüberdruck) ist vom Hersteller des Filtergehäuses nachzuweisen (VDI 2263 Blatt 3).
  5. Bei Holzstäuben ist mit einem maximalen Explosionsüberdruck pmax = 9 bar und mit einer Staubtechnischen Kenngröße KSt = 200 bar m/s zu rechnen. In begründeten Ausnahmefällen kann hiervon abgewichen werden. Dann muss der Berechnung die entsprechende fachliche Begründung beigefügt werden.

    Die ermittelte Gesamt-Druckentlastungsfläche kann in mehrere Einzel-Druckentlastungsflächen aufgeteilt werden.

In der folgenden Tabelle ist die erforderliche Gesamt-Druckentlastungsfläche Ages in Abhängigkeit vom Behälterleervolumen V und vom Verhältnis L/D für folgende Werte angegeben (die Staubkennzahlen entsprechen üblichen Holzstäuben):

V in m3 Ages in m2 bei L/D = 1 Ages in m2 bei L/D = 1,5 Ages in m2 bei L/D = 2 Ages in m2 bei L/D = 3 Ages in m2 bei L/D = 4
5 0,49 0,82 1,05 1,38 1,61
10 0,83 1,38 1,77 2,33 2,72
20 1,40 2,33 2,99 3,92 4,58
30 1,90 3,16 4,06 5,32 6,21
40 2,36 3,93 5,04 6,60 7,72
50 2,79 4,65 5,96 7,81 9,13
60 3,20 5,33 6,84 8,96 10,47
70 3,60 5,99 7,68 10,07 11,76
80 3,98 6,62 8,49 11,13 13,00
90 4,35 7,23 9,28 12,16 14,21
100 4,71 7,83 10,04 13,17 15,38
200 7,93 13,19 16,93 22,19 25,92
300 10,76 17,91 22,97 30,11 35,18
400 13,37 22,24 28,53 37,40 43,69
500 15,81 26,31 33,75 44,24 51,68
600 18,14 30,18 38,71 50,75 59,29
700 20,37 33,89 43,48 57,00 66,59
800 22,53 37,48 48,08 63,02 73,63
900 24,62 40,95 52,54 68,87 80,46
1000 26,65 44,33 56,88 74,56 87,10


Berechnungsbeispiel 1
Filter mit innenbeaufschlagten Filterschläuchen (Rohrluftanlage)

a) Ausgangsgrößen:
   Filtergehäuselänge:L= 6 m
FiltergehäusebreiteB= 2,5 m
Höhe SchlauchkammerHK= 4,0 m
Höhe ReinluftkammerHR= 0,5 m
Anzahl Filterschläuche = 200
Durchmesser Filterschläuche = 0,20 m
Länge Filterschlauch = 3,80 m
Höhe SammelbereichHS= 2,16 m
maximaler reduzierter Explosionsüberdruck (Filtergehäusefestigkeit)pred,max= 0,2 bar
statischer Ansprechüberdruck der Berstscheibenpstat= 0,1 bar
Staubtechnische KenngrößeKSt= 200 bar m/s
maximaler Explosionsüberdruckpmax= 9 bar
je 3 Druckentlastungsflächen beidseitig und gleichmäßig über die Gehäuselänge verteilt.
b) Berechnungen:
 Gesamtvolumen des Gehäuses= 83,7 m3
Volumen der Reinluftkammer= 7,5 m3
Volumen der Filterschläuche= 24 m3
Volumen der Schlauchkammer= 60 m3
Reinluftvolumen der Schlauchkammer= 36 m3
Filter/Behälter-LeervolumenV = 40,2 m3
Äquivalenter Durchmesser

= 2,92 m

L+ = L/3 Druckentlastungsflächenpaare= 6 m: 3 = 2 m
Längen/Durchmesser-VerhältnisL/D = 2 m: 2,92 m = 0,685
c) Bestimmung der Gesamt-Druckentlastungsfläche:
 Das Filtergehäuse ist langgestreckt und die Gesamt-Druckentlastungsfläche soll in Einzelflächen aufgeteilt und gleichmäßig über die Gehäuselänge angeordnet werden.
Für L+/D = 0,685 ergibt sich aus den Berechnungsformeln eine erforderliche Gesamt-Druckentlastungsfläche A = 0,9 m2.
Die gesamte erforderliche Druckentlastungsfläche wird in 6 Teilflächen zu je etwa 0,15 m2 aufgeteilt.

Berechnungsbeispiel 2:
Filter mit außenbeaufschlagten Filterschläuchen

Filter/Behälterleervolumen= 52,2 m3
Äquivalenter Durchmesser= 3,33 m
Längen/Durchmesser-Verhältnis= 0,6
Gesamt-Druckentlastungsfläche= 0,48 m2

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Explosionstechnische Entkopplung Anhang 13


In Filtergehäusen können sich Staubexplosionen über Rohrleitungen und Kanäle in andere

Bereiche ausbreiten und dort Personen gefährden. Als Schutzmaßnahme muss das System aus

explosionstechnisch entkoppelt werden.

Absaugrohrleitungen können von der Filteranlage entkoppelt werden z.B. durch

Rückluftkanäle können von der Filteranlage entkoppelt werden z.B. durch

 


1) Absturz von Personen durch die Druckentlastungsfläche muss verhindert sein.
Die Druckentlastungsöffnung darf nicht auf Verkehrs- oder Rettungswege gerichtet sein.

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Elektrische Ausrüstung, Blitzschutz Anhang 14


Im Inneren von Silos oder Filterkammern sollten elektrische Einrichtungen vermieden werden.

Im Inneren von Silos und im Rohluftbereich von Filteranlagen liegt in der Regel Zone 20 vor (= Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem, brennbarem Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist). Elektrische Betriebsmittel müssen deshalb der Gruppe II, Gerätekategorie 1D nach der EG-Richtlinie 94/9/EG (ATEX 100a) bzw. Explosionsschutzverordnung (11. GSGV) entsprechen.

Elektrische Betriebsmittel im Reinluftbereich von Filteranlagen und in Filteraufstellräumen müssen mindestens der Gruppe II, Gerätekategorie 3D nach der EG-Richtlinie 94/9/EG (ATEX 100a) bzw. Explosionsschutzverordnung (11. GSGV) entsprechen. Mindestens Schutzart IP 54 (staub- und spritzwassergeschützt) einsetzen.

Elektrische Leuchten müssen außerdem mit der Kennzeichnung für geringe Oberflächentemperatur versehen sein.

 bisher

Um Zündungen des Holzstaub, -späne/Luftgemisches durch Entladungen statischer Elektrizität zu vermeiden, müssen alle metallischen Anlagenteile wie Stützkörbe von Filtern, Ventilatoren sowie Förder-, Abluft- und Rückluftleitungen elektrisch leitend verbunden und geerdet werden.

Kunststoff- Flexschläuche müssen zur Ableitung statischer Elektrizität elektrisch leitfähig sein. Falls dies nicht der Fall ist, muss die eingearbeitete Stahlwendel elektrisch leitend mit dem Maschinenabsaugstutzen und dem fest verlegten Absaugrohr verbunden werden.

Freistehende Silos, im Freien aufgestellte Filteranlagen sowie Gebäude, in denen Lagerräume oder Filteranlagen eingebaut sind, müssen mit einer Blitzschutzanlage nach DIN VDE 0185 "Blitzschutzanlage (VDE-Richtlinie)" ausgerüstet sein, wenn sie blitzschlaggefährdet sind. Dann müssen auch alle anderen metallischen Anlagenteile wie Treppen, Steigleitern, Geländer elektrisch leitend verbunden und geerdet werden. Näheres entscheidet die für die Baugenehmigung zuständige Behörde.

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Wandausführungen nach DIN 4102 mit Ständern aus Stahlblech bzw. aus Holz Anhang 15
  1. Mindestdicken ein- oder zweischaliger nichttragender Wände aus Gipskarton-Bauplatten (GKB) mit Ständern und/oder Riegeln aus Stahlblechprofilen oder Gipskortonstreifenbündeln sowie Mindestrohdichte der Dämmschicht

    1) Alternativ auch 18 mm GKB oder > 2 x 9,5 mm GKB
  2. Mindestdicken ein- oder zweischaliger nichttragender Wände aus Gipskarton-Bauplatten (GKB) mit Ständern und/oder Riegeln aus Holz sowie Mindestrohdichte der Dämmschicht

1) Alternativ auch 18 mm GKB oder > 2 x 9,5 mm GKB

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Forderungen zum Brand- und Explosionsschutz an Entstaubern, Industriestaubsaugern und Kombigeräten Anhang 16


Entstauber, Industriestaubsauger, Kombigeräte

Entstauber, Industriestaubsauger und Kombinationen daraus (sogenannte Kombigeräte) mit einem

An Entstauber mit einem Anschlussdurchmesser < 200 mm, Industriestaubsauger und Kombigeräte werden darüber hinaus keine weiteren Anforderungen zum Brand- und Explosionsschutz gestellt.

Zusätzliche Brand- und Explosionsschutzmaßnahmen für einen Entstauber mit einem Anschlussdurchmesser von mehr als 200 mm und höchstens 300 mm:



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Vorgaben für die Konzeption einer Holzstaub-Absauganlage Anhang 17


A Anlagenleistung

Die anzubietende Anlage soll die notwendige Absaugleistung für den gleichzeitigen Betrieb folgender Holzbearbeitungsmaschinen bereitstellen:

a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)

B Rohrleitungen

C Filteranlage

Hinweis:

Neue Absauganlagen dürfen nur dann in Arbeitsräumen aufgestellt werden, wenn

  1. der Ventilator reinluftseitig angeordnet ist (Unterdruckanlage),
  2. der maximale Luftvolumenstrom nicht mehr als 6.000 m3/h beträgt,
  3. das Material entweder kontinuierlich ins Freie (z.B. Silo) oder in eine Brikettieranlage oder in Staubsammelbehälter mit eingelegten Säcken mit einem Gesamtvolumen von höchstens 0,5 m3 mit staubarmer Entsorgungsmöglichkeit gefördert wird,
  4. eine Feuerlöscheinrichtung vorhanden ist,
  5. das Gehäuse entweder druckstoßfest bis 200 mbar ausgeführt oder mit Druckentlastungseinrichtungen ausgestattet ist, über die der bei einer Staubexplosion entstehende Druck direkt ins Freie geleitet werden kann. Die Absauganlage muss dazu direkt an einer Gebäudeaußenwand aufgestellt werden.
  6. die Filteranlage von der Rückluftleitung explosionstechnisch entkoppelt ist,
  7. von Rückluft auf Fortluft umgeschaltet werden kann.

D Ventilatoren

E Anlagensteuerung

F Rückluftleitungen


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