Lufttechnische icherheit für Druckmaschinen
1. Trockner
Bei der Auslegung von Trocknern nimmt neben der eigentlichen Trocknungsaufgabe die Frage nach dem richtigen und minimalem Abluftvolumen eine zentrale Stellung ein.
Dieses Volumen wird definiert durch die UEG- und MAK-Grenzwerte. Wichtig ist, dass die Temperaturabhängigkeit der UEG-Werte ebenso beachtet wird, wie eine mögliche nichthomogene Verteilung im Trockner. Hat man das richtige Abluftvolumen ermittelt, so gilt es sicherzustellen, dass der minimale Wert niemals unterschritten wird und zudem nicht gedruckt werden kann, wenn die Abfuhr des Mindestvolumens nicht geprüft und überwacht wird.
Modell einer dichtschließenden Bypassklappe aus Edelstahl (1.4301)
Wird wie üblich die „Druck an“ Funktion gewählt, um die Bypassklappe zu schalten und Abluft zur Abluftreinigungsanlage zu leiten, so muss zuvor sichergestellt sein,
dass auch nach (!) der UEG-Klappe eine ausreichende Luftströmung herrscht. UEG-Klappe und Antrieb müssen sicher gefertigt sein, d.h. Welle und Antrieb dürfen sich auch bei großen Belastungen nicht vom Klappenblatt lösen.
Die Druckwerke müssen also sicher verriegelt sein, solange kein ausreichender Ab-luftstrom vorhanden ist.
Es gilt das Prinzip der Redundanz, d.h. der doppelten Sicherheit die durch zwei von-einander unabhängige Einrichtungen kontrolliert wird.
Ist das Auftreten explosiver Gemische z.B. in Beschichtungsanlagen wahrscheinlich, so sind die Trockner zu inertisieren und der Restsauerstoffgehalt sicher kontinuierlich zu überwachen.
Sonderfälle sind die Einbindung von Nebenabluftströmen in die Trocknerabluft. Besonders bei Bodenluftabsaugungen wird das Risiko umfallender Farb- oder Lösemittelbehältern in Kauf genommen. Besser ist es, dies zu vermeiden oder derartige Abluftquellen separat abzuführen.
Rezirkulierungsleitungen und Volumenregelklappen sind so auszulegen, dass sie als potentielle Zündquelle ausscheiden. Bei den UEG-Regelklappen sind die Klappenwellen also in leitendem Material (z.B. Messing) zu lagern. Sollten Kompensatoren gebraucht werden, so sind in Fällen von nichtleitenden Materialien die entsprechenden elektrischen Brücken einzubauen. UEG-Klappen sollten zudem mechanisch so ausgeführt sein, dass sie nicht vollständig schließen können (z. B. Anschläge, Öffnungen im Klapenblatt)
2. UEG-Überwachung
Bei der Auswahl von UEG-Messgeräten und –Verfahren sind die Empfindlichkeiten gegenüber dem Messumfeld und die Reaktionszeiten zu beachten.
Aus Preisgründen wurden in der Vergangenheit häufig Wärmetönungssensoren verwendet. Sie sind natürlich empfindlich gegenüber Katalysatorgiften wie Silikon oder Phosphor und relativ träge bezüglich der T-90-Zeit. Werden sie eingesetzt, um den Eintrag eines explosiven Gemisches z.B. in eine RNV-Anlage zu verhindern, so ist eine entsprechend lange Abluftleitung (mind. 30 – 40 m) vorzusehen.
Empfindlich gegenüber Staub aber schneller sind IR-Sensoren, die aufgrund der geringeren T-90-Zeit zunehmend zur UEG-Überwachung und -Regelung bei Ver-packungsdruckmaschinen Anwendung finden.
Teuer aber präzise sind FTA-Analysatoren (flame temperature analyser) und FID-Geräte (Flammen-Ionisations-Detektoren), die in Kombination mit einer Messgas-aufbereitung auch schwierigere Fälle wie Trocknung von Silikontrennpapieren oder Rollenoffsettrockner lösen können.
Wichtig ist bei allen Verfahren aller Hersteller, die Wartungs- und Rekalibrierungs-interwalle einzuhalten. Kennt man aufgrund besonderer Umstände diesen Zeitraum nicht genau, so sind zunächst Prüfungen im monatlichen oder 3-monatlichen Abstand erforderlich, um herauszufinden, wie schnell die Passivierung des Sensors vonstatten geht.
Auch wenn es Behördenvertretern nicht immer gefällt, so muss doch noch einmal betont werden, dass Abluftbypässe aus Sicherheitsgründen erforderlich sind. Zudem ist sicherzustellen, dass die Wellen von Sicherheitsklappen (UEG, Bypass, Frischluft) auf dem Klappenblatt fest montiert oder verschweißt sind, so dass ein Abriss ausgeschlossen wird. Bei Strom- oder Druckluftausfall müssen diese Klappen in die sichere Position fahren. Neben Federn können auch ausreichende Gewichte dafür sorgen, dass die Klappen bei Störungen sicher reagieren. Die Abluftleitungen sind dem Prozess anzupassen. Bypassklappen zur Abluftreinigungsanlage müssen dichtschließend sein. Ansonsten ist bei längeren Stillstandzeiten der Abluft-reinigungsanlage eine Sperrung der Abluftleitung vorzunehmen (Steckscheibe).
Die im Verpackungsdruck häufig eingesetzten Wickelfalzleitungen sind ausreichend, wenn auf mechanische Stabilität und Dichtigkeit geachtet wird. Bei Durchmessern > 560mm sollten Kreuzverstrebungen die Rohrleitungen innen ertüchtigen.
Zudem muss eine richtig eingestellte Unterdruckklappe installiert sein, um eine Kontraktion der Leitungen zu verhindern. Die Leitungswege zwischen Druckmaschine und Abluftreinigungsanlage sind konsequent und ohne Ausnahme
elektrisch zu erden, auch über jeden Kunststoff-Kompensator hinweg. Obwohl Wickelfalzleitungen und die sie verbindenden Kunststoffkompensatoren in der Regel starker Druckentwicklung keinen großen Widerstand entgegensetzen, so ist doch zu klären, ob im System eine Überdruckklappe oder Berstscheiben zu installieren sind. Letztere sind z.B. in Rollenoffsettocknern gängige Praxis und preisgünstig einzubauen.
Im Rollenoffsetdruck sind die Bypassklappen und die Frischluftklappen 100% dichtschließend zu installieren. Die Abluftleitungen werden aus geschweißtem Stahlrohr ausgeführt und so isoliert, dass kein Kondensat anfällt.
Kunststoffrohre dürfen bei lösemittelhaltiger Abluft nicht verwendet werden.
Bei der Auswahl geeigneter Klappenantriebe ist auf die Laufzeit und die Drosselung der Geschwindigkeit zu achten, um Druckschwankungen im System zu minimieren. Grundsätzlich ist es besser, Bypassklappensysteme mit einer fest installierten Welle und einem Antrieb gegenläufig zu betreiben. Grundsätzlich müssen alle sicherheitsrelevanten
Luftklappen mit Endlagenkontrolle, Federrückstellung und Laufzeitüberwachung ausgerüstet ausgerüstet sein.
4. RNV- bzw. RTO-Anlagen
Aus energetischen Gründen werden bei RNV- bzw. RTO-Anlagen häufig lufttechnische Maßnahmen vorgenommen, die in der Summe Sicherheitsrisiken beinhalten. Hierzu zählen: Heißgasrückführung bei Aufheiz- und Stand-by-Zyklen, Gaseindüsung ohne Verbrennungsluft, Verbrennungsluft aus der Abluft, Spülluftsperre und Sperre der Frischluftklappe beim Aufheizen und im Stand-by-Betrieb. So sinnvoll einzelne Maßnahmen auch sein mögen, so darf doch nie vergessen werden, dass immer eine ausreichende Frischluftmenge vorhanden sein muss, um die Kohlenwasserstoffe vollständig zu oxidieren. Auch hier gilt das Prinzip der Redundanz und die richtige Entscheidung bezüglich des Einbauortes der Kontrolleinrichtungen.
RNV- bzw. RTO-Anlagen können als Einzelanlagen z.B. für eine Druckmaschine oder als Sammelanlagen zur Entsorgung mehrer Druckmaschine konzipiert werden.Einzelanlagen stellen dabei ein ungleich höheres Risiko dar, weil die ausgleichende Wirkung durch mehrere Maschinen entfällt.
Verfahrensprinzip einer 3-Kammer RNV-Anlage, konzipiert als Sammelanlage zur Entsorgung mehrerer Druckmaschinen
Läuft nun eine RNV-Anlage im Anfahr- oder Warmhaltebetrieb mit Reingasrezirkulierung bei geschlossener Frischluftklappe, so ist die Sauerstoff-einströmung über die Spül-oder Verbrennungsluft (soweit vorhanden) abzusichern. Natürlich kann bei Gaseindüsung die separate Verbrennungsluft entfallen oder die Spülung durch (warmes) Reingas erfolgen. In diesem Fall muss aber die Frischluftklappe, ausgestattet mit der notwendigen Sicherheitstechnik, geöffnet bleiben. Zusätzlich ist dann eine online Sauerstoffmessung erforderlich.
Ein weiteres Problem stellt die Sicherstellung der Mindestvolumens für eine RNV-Anlage dar. In der Regel erfolgt eine Festsetzung der Mindestfrequenz am Prozessventilator.
Dies allein ist jedoch nicht ausreichend. Zusätzlich muss eine Differenzdruck- oder
Volumenstrommessung den Durchfluss durch die RNV überwachen.
Beispiel einer 3-Kammer-RNV-Anlage, konzipiert als Sammelanlage zur
Entsorgung mehrerer Druckmaschinen
5. Schnittstellenproblematik
Eine spezielle Problemzone stellen die elektrischen und lufttechnischen stellen zwischen der Druckmaschine und einer Abluftreinigungsanlage dar.
Es ist daher erforderlich, eine enge Abstimmung zwischen dem Lieferanten und dem Endkunden zu organisieren. Die Teilung von Aufträgen darf nicht dazu führen, dass eine Sicherheitsanalyse vom Gesamtpaket Druckmaschine, Rohrleitung und Abluftreinigung unterbleibt. Neben dem üblichen Signalaustausch wie Start, Stop, Stand by und Produktion ist die Kommunikation bei Wartungsarbeiten sicherheitsrelevant. So muss es ausgeschlossen sein, dass bei Wartungsarbeiten das Signal Produktion ausgelöst wird, ohne dass die Trockner laufen und die minimale Abluftmenge abfließt. Empfohlen wird hierfür eine offizielle Wartungsschaltung, die die Sicherheitssysteme blockieren kann. Dieses Signal muss dann der Abluftreinigung zur Verfügung stehen, damit andere Signale von der Druckmaschine ignoriert werden und die Anlage im „stand by“ verharrt.
Viel zu selten werden sicherheitsrelevante Informationen, z.B. UEG-Kontrolle von der Druckmaschine auch der Abluftreinigungsanlage zur Verfügung gestellt. Es ist aber nicht akzeptabel, pro forma ein weiteres Messgerät in die Abluftleitung zu montieren, gleichzeitig aber die frühest mögliche Information aus dem Trockner zu ignorieren. Ein besonderes Problem stellen Mehrzylinder- Flexo- oder Tiefdruckmaschinen dar, weil mit wechselnden Druckwerken gedruckt werden kann, während gleichzeitig an anderen Druckwerken Wartungsarbeiten durchgeführt werden.
Was heißt also in diesem Fall Produktion? Eine minimale Luftmenge oder eine minimale Lösemittelkonzentration? Zur sicherheitstechnischen Lösung dieser Schnittstelle sind eine Maßnahmenkombination eine spezielle Software erforderlich oder elektrische Signale von allen Druckwerken erforderlich.
6. Abhitzekessel
Obwohl zunächst sicherheitstechnisch unscheinbar, so stellen doch Abhitzekessel
noch thermische Abluftreinigungsanlagen ein Sicherheitsrisiko dar. Meistens wird die
Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums (Wasser, Öl, Luft) durch Luftbypässe geregelt. Bei Fehlfunktionen können diese Klappen den Abluftweg verschließen und so zum Auftreten explosiver Gemische führen. Die Anforderungen an Sicherheitsklappen und –antriebe wurden bereits bei den Bypassklappen thematisiert. Solche Systeme sind sicher, wenn eine starre mechanische Verbindung die Gegenläufigkeit der Klappen für Bypass und Heizregistergewährleistet. Es versteht sich von selbst, dass bei Thermoöl-, Heiß- und Warmwasserkessel die einschlägigen Vorschriften beachtet werden und Überdruck, Übertemperatur und Durchfluss des Mediums überwacht
werden.
Am Ende des Weges befindet sich in der Regel ein Reingaskamin, an den vor allem emissionstechnische und statische Anforderungen gestellt werden. Manchmal werden dabei andere Sicherheitsaspekte außer Acht gelassen. So dürfen Bypass- und Reingaskamin nicht durch das selbe Rohr geführt werden. Sonst kommt es u.U. zur Zündung, wenn ein explosiver Bypassstrom rückwärts in die Abluftreinigungsanlage einströmt. Es sind demnach getrennte Kamine oder Doppelrohrkamine zu installieren.
Stellen Kamine wegen der herausragenden Höhe z.B. auf dem Dach von Druckereien, einen Entladungspool dar, so sollte auf Blitzschutz mit ausreichender Erdung nicht verzichtet werden.
5.Lösemittelwaschmaschinen
Abschließend sollen noch das vermutlich größte Sicherheitsrisiko, nämlich die Lösemittelwaschmaschinen, betrachtet werden. Bei der Entlüftung dieser Maschinen ist es unvermeidbar, von der Sättigungsgrenze her den Bereich zwischen OEG und UEG zu durchschreiten.
Entsprechend vorsichtig muss man dabei zu Werke gehen. Der Abluftstrom ist demnach mit Frischluft so weit zu verdünnen, dass der UEG-Grenzwert immer unterschritten wird. Manchmal jedoch lecken die Abluftklappen oder –ventile der Waschmaschinen. Dann kann hoch angereicherte Abluft in die Abluftleitung gelangen. Wird nun die Waschmaschine in das Abluftreinigungssystem eingekoppelt, so ist eine Explosion kaum noch zu vermeiden. Abluftleitungen von Lösemittel- waschmaschinen sind daher zunächst mit Frischluft zu spülen, bevor die Abluftklappe der Waschmaschine langsam geöffnet wird. Bei der Entlüftung der Waschmaschine müssen dann zwei UEG Geräte die Regelung und Überwachung des Abluftstroms sicherstellen.
Trotz der hier beschriebenen Vorsichtsmaßnahmen empfiehlt es sich, den
Abluftstrom von Waschmaschinen mit Hilfe eines Molekularsiebes zu puffern. Bei ausreichender Größe des Siebes kann auch bei Fehlfunktion der vorgeschalteten Komponenten eine Explosion vermieden werden.
Fazit: Die hier beschriebenen Sicherheitsfragen sind in eine Sicherheitscheckliste einzuarbeiten, die bei jeder Installation pedantisch abgeprüft werden muss. Zudem müssen sie in die Dokumentation der beteiligten Fachfirmen einfließen. Überdies sind mit allen Beteiligten Koordinierungsgespräche zu initiieren deren Verlauf protokollarisch festgehalten wird.
Nur so lässt sich verhindern, dass im Kompetenzwirrwar und der Hektik des Alltags Risiken übersehen werden, die man vernünftigerweise nicht auf sich nimmt.
Bremen, 22.01.2009
Dipl-Phys. Siegfried Woitkowitz
Vereidigter Sachverständiger für
Industrielle Abluftreinigung,
Geschäftsführender Gesellschafter
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