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Verfahrenstechnik 3/2016

Verfahrenstechnik 3/2016

POWTECH I VORBERICHTE

POWTECH I VORBERICHTE Gute Erdung ist wichtig Elektrostatische Aufladung von Pulververarbeitungsanlagen verhindern Mike O’Brien Bei der Verarbeitung von Pulverstoffen können aufgrund des Materialflusses große Ladungsmengen entstehen. Liegt jedoch eine Erdung vor, besteht auch keine Gefahr der Aufladung durch Reibungselektrizität. Gerade bei der Pulververarbeitung in der Pharmaindustrie spielt das Thema Erdung eine große Rolle. Autor: Mike O’Brien, Leiter Marketing, Newson Gale a HOERBIGER Solutions Company, Nottingham, Großbritannien Standardmäßig kommt es bei der Pulververarbeitung durch Reibungselektrizität zur Aufladung. Ausschlaggebend sind hierbei der Kontakt des Pulvers mit der Verarbeitungsanlage und die anschließende Wiederaufhebung dieses Kontakts, Bewegungen innerhalb des Pulvers selbst oder auch andere aufladungsbegünstigende Faktoren wie z. B. Oberflächenverunreinigungen. Es gibt mehrere Typen von Anlagen, Geräten und Behältern, die zu einer Aufladung von Pulverstoffen führen können. Die verschiedenen Prozesse, die damit durchgeführt werden, tragen in unterschiedlichem Ausmaß zur Entstehung von elektrostatischen Ladungen bei. Selbst die Spannung, die durch einen Prozess hervorgerufen wird, der eher wenig zur Ladungserzeugung beiträgt, kann eine so hohe Funkenenergie erzeugen, dass es zu einer Entzündung der explosionsgefährdeten Atmosphäre kommen kann. Wenn das Pulver in einen Mischer gegeben wird, der wiederum ein Lösungsmittel enthält, kann die Mindestzündenergie der Hybridatmosphäre sogar wesentlich niedriger liegen, sodass sich die zuerst erfolgende Zündung des Lösungsmitteldampfes zu einer Staubdeflagration oder -verpuffung fortsetzen kann. Als Sicherheitsfaktor muss bedacht werden, dass die Geräte, Anlagen und Behälter, die durch das aufgeladene Pulver „elektrifiziert“ werden, nicht geerdet sind. Liegt jedoch eine Erdung vor, dann besteht auch keine Gefahr der Aufladung durch die Reibungselektrizität. Erdungsschutz bei Pharma pulvern In ihrer reinsten Form ist „Erdung“ ein Verfahren, bei dem eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen Geräten, Anlagen und Behältern, bei denen die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung besteht, und der Erdmasse hergestellt wird. Eine derartige Verbindung wird normalerweise als „echte Erdung“ bzw. als tatsächlicher Kontakt mit dem Erdreich beschrieben. Die Verbindung mit dem Erdreich wird mittels speziell dafür ausgelegter und unterirdisch verankerter Erdungsstäbe oder Gebäudestrukturen realisiert. Diese Erdungssysteme werden von Ingenieuren überprüft, um sicherzustellen, dass der Widerstandswert unter den Werten liegt, die in den einschlägigen Normen gefordert werden. Einige zurzeit auf dem Markt erhältliche Erdungssysteme prüfen, ob die Geräte, Anlagen und Behälter, für die sie Erdungsschutz bereitstellen, über eine Verbindung zur Erde verfügen, die so dimensioniert ist, dass sie elektrostatische Ladungen ableiten kann. In der Pharmaindustrie können sich Geräte und Anlagen wie Pulverfördersysteme, Feinmahlanlagen, Mischer und Siebtürme stark elektrostatisch aufladen, wenn diese Systemkomponenten elektrisch vom Erdreich isoliert sind. Erdungsriemen o. ä. hergestellte Verbindungen können für einen gewollten Potenzialausgleich zwischen verschiedenen Metallkomponenten sorgen. Entsprechendes geschieht naturgemäß über die Kontaktflächen zwischen verschiedenen Geräten und Anlagenteilen. Wenn die Geräte und Anlagen regelmäßig zu Reinigungs- und Wartungszwecken demontiert werden, kann es dazu kommen, dass die Potenzialausgleichsverbindungen beim Wiedereinbau vergessen oder falsch wiederhergestellt werden. Vibrationen und Korrosion können sich ebenfalls negativ auf die Qualität der Montageverbindungen auswirken, weshalb unbedingt sichergestellt werden muss, dass sich innerhalb der Montagegruppe keine Komponenten befinden, die elektrisch von der Bezugserde isoliert sind. Das effektivste Verfahren, um sicherzustellen, dass sich die bei der Pulververarbeitung verwendeten Anlagen, Geräte und Behälter nicht elektrisch aufladen können, besteht in der Bereitstellung einer entsprechenden Erdungslösung, die die Erdverbindung der gefährdeten Komponenten überwacht und das Personal warnt, wenn eine dieser Komponenten den Erdschluss verliert. Besonders wichtig ist dies, wenn der Erdanschlusspunkt an den Geräten und Anlagen nicht direkt sichtbar oder nur schwer zugänglich ist. Spezialisierte Erdungssysteme Geräte und Anlagen zur Pulververarbeitung stellen beim Thema Erdungslösung eine größere Herausforderung dar, da sie zahlreiche Metallteile enthalten, die wiederum größere Baugruppen bilden können, die elektrisch voneinander isoliert sind. Es muss daher unbedingt gewährleistet werden, dass auch mehrere Komponenten, die mit aufgeladenen Pulverstoffen in Kontakt kommen, im Hinblick auf ihren Erdungsschutz überwacht werden. Das ist jedoch leichter gesagt als getan, besonders wenn die Anordnung der Anlagenkomponenten, der verfügbare Platz und die Zugänglichkeit durch das Bedienpersonal Einschränkungen unterliegen, sodass sich mehrere Erdungssysteme aus räumlichen Gründen nur schwer installieren lassen. 18 VERFAHRENSTECHNIK 3/2016

Beispiel für eine Earth-Rite Multipoint-Installation Die einzige Alternative für die Anlagentechniker besteht in der Durchführung regelmäßiger Messungen mit Widerstandsmessgeräten, um zu gewährleisten, dass kein Anlagenteil elektrisch isoliert ist. Dies ist jedoch häufig sehr zeitaufwändig und führt dazu, dass die Techniker weniger Zeit für kritische Wartungen und Reparaturen haben. Ein spezialisiertes Erdungssystem wie Earth-Rite Multipoint bietet den Vorteil, dass es acht eigenständige Erdungssysteme in einem Gesamtpaket umfasst. Es ermöglicht den Anwendern ein hohes Maß an Flexibilität, da es Erdungsschutz sowie Erdungsüberwachung für mehrere Einzelkomponenten von Pulververarbeitungsanlagen über eine an der Wand montierte Überwachungseinheit mit acht einzelnen Erdungsanzeigen bietet. Darüber hinaus prüft das System ständig, ob alle Komponenten mit einem Bezugserdungspunkt verbunden sind. So wird sichergestellt, dass der Widerstandswert der Erdleitung zwischen den Anlageteilen und der Bezugserde zu keinem Zeitpunkt über den empfohlenen 10 Ohm liegt. Wenn die Überwachungseinheit des Mul tipoint-Systems erkennt, dass eines der Anlagenteile nicht geerdet ist, wird ein Signal an die Steuerung gesendet. Wenn die Steuerung wiederum mit dem Stromkreis gekoppelt ist, über den der Prozess mit Energie versorgt wird, kann der Prozess gestoppt und somit der Ladungsmechanismus und die potenzielle Aufladung des ungeerdeten Anlagenteils unterbunden werden. In einer solchen Situation kann der Anlagentechniker sehr schnell erkennen, welcher Anschluss überprüft werden muss. Dazu genügt ein Blick auf die Erdungsanzeige der Überwachungseinheit, die genau anzeigt, welcher Kanal einer Überprüfung bedarf. Sobald die Erdung des Anlagenteils wiederhergestellt ist, erteilt die Steuerung eine Freigabe für die Wiederaufnahme des Prozesses. Minimaler Platzbedarf In der pulververarbeitenden Industrie stellen elektrostatische Ladungen in potenziell brennbaren Atmosphären eine tückische Zündgefahr dar. Die elektrostatischen Ladungsmechanismen und die entsprechend erzeugten Ladungsmengen sind in der Regel umfassender und größer als jene, die bei der Förderung und Verarbeitung von brennbaren Flüssigkeiten in petrochemischen Prozessen auftreten. Es ist daher zwingend notwendig, dass alle leitenden Komponenten – seien sie nun Teil einer Maschinenanlage oder mobile Behälter – über einen Erdungsschutz verfügen, um eine elektrostatische Aufladung und eine mögliche Entladung in Form eines hochenergetischen Funkens zu verhindern. Konventionelle Erdungssysteme, die für die Überwachung eigenständiger Anlagen, Geräte und Komponenten wie IBCs und Tanklastzüge ausgelegt sind, sind aller Wahrscheinlichkeit nach keine praktikable Lösung für typische Pulververarbeitungs anlagen wie Wirbelschichttrockner oder Siebtürme. Aufgrund der Menge der benötigten Systeme, des Mangels an verfügbarem Raum und anderer Montageschwierigkeiten wäre die Verwendung derartiger Systeme zu kompliziert, zu teuer oder beides. Ein Erdungssystem wie Earth-Rite Multipoint minimiert den Platzbedarf für die Installation und überwindet gleichzeitig die Kluft zwischen zeitaufwändigen Prüfungen mit Universalmessgeräten einerseits und bestmöglichem Erdungsschutz durch angepasste Erdungsüberwachungssysteme andererseits. Halle 1, Stand 319 www.newson-gale.de

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