3.11 Wasserversorgung

Mindestlöschwasserleistung:

Bei der Schutzfläche von 25 m² und der geforderten Löschwasserbeaufschlagung von mindestens 7,5 l/(m² * mm) ergibt sich eine Mindestlöschwasserleistung von 25 m² x 7,5 l/(m² * mm) = 187,5 l/min.

 Düsenwasserleistung:

Der Löschwasserüberdruck an den Löschdüsen muss mindestens 0,5 bar betragen. An den Löschdüsen steht jedoch durch die Wasserversorgung ein Leitungsdruck von 2 bar zur Verfügung. Bei der ausgewählten Löschdüse ergibt sich nach Herstellerangabe bei 2 bar für jede Löschdüse eine Düsenleistung von 56 l/min. Weil 4 Löschdüsen für eine vollständige Besprühung der Schutzfläche notwendig sind, ergibt sich eine gesamte Düsenwasserleistung von 4 x 56 l/min = 224 l/min. Die geforderte Mindestlöschwasserleistung von 187,5 l/min ist damit eingehalten.

Löschwasservorrat:

Die Mindestlöschzeit beträgt 30 min. Die 4 ausgewählten Löschdüsen mit der Löschwasserleistung von 4 x 56 l/min benötigen innerhalb dieser Zeit einen Mindestwasservorrat von 30 min x 4 x 56 l/min - 6720 l Löschwasser.

Rohrleitungsnetz:

• bei Schlauchanschluss: Steigleitung DN 50 mit C-Kupplung
• bei Anschluss an ein Wasserversorgungsnetz: Steigleitung DN 25 mit Handventil und Verteilerleitungen DN 25 an der Decke

3.12 Funkenlöschanlagen in Förderleitungen

3.13 Notwendigkeit

Funken oder glimmende Teilchen können z.B. bei der Spanplatten- und Türenherstellung in Mehrblattkreissägemaschinen und Breitbandschleifmaschinen entstehen. In diesen Fällen besteht erhöhte Brand- und Explosionsgefahr. Wenn bei solchen Maschinen die Absauganlage mit einer Luftrückführung ausgestattet ist, ist zusätzlich zu einer ortsfesten Löscheinrichtung im Silo eine Funkenlöschanlage in der Absaugleitung erforderlich.

Führen mehrere Absaugleitungen zum Silo oder in die Filteranlage, sind Funkenlöschanlagen nur in den Absaugleitungen notwendig, an die die genannten Maschinen angeschlossen sind.

3.14 Wirkungsweise

Funkenlöschanlagen bestehen im wesentlichen aus einem oder mehreren Funkenmeldern sowie Löschdüsen zum Einsprühen von Löschwasser. Die Funken werden gelöscht, bevor sie das Silo erreichen.

Durch nachgeschaltete Funkenmelder können die Löschwirkung überwacht und gegebenenfalls die Fördereinrichtungen stillgesetzt werden.

3.15 Abstand zwischen Funkenmelder und Löschdüse

Für den Einbau einer Funkenlöschanlage ist eine ausreichende Länge der Förderleitung zwischen Funkenmelder und Löschdüsen (Mindestabstand) erforderlich, der von der Transportgeschwindigkeit des Fördergutes und der Gesamtverzögerungszeit des Anlagensystems abhängt.

Bei der Projektierung kann davon ausgegangen werden, dass sich die Funken mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Fördergut durch die Rohre bewegen.

Beispiel:

Fördergeschwindigkeit v - 20 m/s

Gesamtverzögerungszeit der Anlage t_VZ = 0,3 s Abstand

a= v * t_VZ = 20 m/s * 0,3 s = 6 m

Der Abstand zwischen Funkenmelder und Löschdüsen muss in diesem Fall also mindestens 6 m betragen.

4 Explosionsschutz

4.1 Notwendigkeit, Wirkung, Auftragsvergabe

In Silos besteht die Gefahr von Staubexplosionen, weil

• bei Glimmbränden explosionsfähige Schwelgase und
• beim Materialeintrag oder Abreinigen der Filter explosionsfähige Staub/Luft-Gemische entstehen können und
• Zündquellen, z.B. Funken, glimmende Teilchen, nicht sicher auszuschließen sind.

In Silos für Holzstaub und -späne können Explosionen auch durch vorbeugende Maßnahmen nicht sicher ausgeschlossen werden. Deshalb müssen die gefährlichen Auswirkungen von Explosionen vermieden werden.

Da bei einer Explosion Überdrücke bis 10 bar auftreten können und eine explosionsdruckfeste Bauweise von Silo und Filteranlagen kaum möglich ist, ist als konstruktive Maßnahme Explosionsdruckentlastung notwendig.

Unter Explosionsdruckentlastung versteht man das sehr schnelle Offnen des gefährdeten Raumes oder Behälters im Explosionsfall an bestimmten Stellen. Dazu sind Öffnungen eingebaut, die mit Folien, Berstscheiben oder Explosionsklappen verschlossen sind. Durch diese "Sollbruchstellen" - Druckentlastungseinrichtungen -wird der Explosionsdruck so weit reduziert, dass das Silo nicht über seine Festigkeit beansprucht wird.

Der noch verbleibende Überdruck (als maximaler reduzierter Explosionsüberdruck bezeichnet) ist wesentlich kleiner als der maximale Explosionsüberdruck. Die Räume und Behälter müssen so dimensioniert sein, dass sie diesem maximalen reduzierten Explosionsüberdruck standhalten. Dies gilt auch für Zugänge wie Türen und Klappen.

Bei Silos mit ein- oder aufgebauter Filteranlage ist der Filterraum unabhängig vom Siloraum mit Druckentlastungseinrichtungen auszurüsten.

Da alle grundlegenden Untersuchungen zur Frage der Explosionsdruckentlastung mit Berstscheiben mit Membranen aus Polyethylen oder Aluminium durchgeführt wurden, müssen alle andersgearteten Entlastungseinrichtungen, die nicht als massearme Einrichtungen trägheitslos -ansprechen, auf ihre Entlastungsfähigkeit geprüft werden.

Vor der Auftragsvergabe und Installation von Druckentlastungseinrichtungen sollten die notwendigen Maßnahmen mit dem Schadenversicherer abgesprochen werden.

4.2 Ausführungen von Druckentlastungseinrichtungen

Die Druckentlastungseinrichtungen müssen nach VDI 3673 "Druckentlastung von Staubexplosionen" ausgeführt sein.

4.3 Berstscheiben und Reißfolien

Bei einer Explosion und beim Ansprechen der Berstscheiben dürfen Personen durch fortgeschleuderte oder herabfallende Teile nicht gefährdet werden können.

Um Schäden durch Windlasten zu vermeiden, sollten dünne Berstscheiben oder Reißfolien auf der Innenseite des Silos durch Streben oder Gitter abgestützt werden.

4.4 Explosionsklappen

Das Herabfallen der gesamten Entlastungseinrichtung oder das Fortschleudern von Klappen muss z.B. durch eine ausreichende Rahmenbefestigung und geeignete Ausführung der Scharniere verhindert werden.

Die Entlastungsfähigkeit ist nachzuweisen.

4.5 Lage der Druckentlastungsöffnungen

Außerhalb der Druckentlastungsöffnungen ist bei Explosionen mit gefährlichen Druck- und Flammenauswirkungen zu rechnen, Sie dürfen deshalb weder in andere Räume oder auf benachbarte gefährdete Gebäude noch direkt auf Verkehrs und Rettungswege gerichtet sein. Die Öffnungen für die Druckentlastungseinrichtungen sollten deshalb im oberen Teil der Wände oder in der Decke angeordnet werden.

Bei Siloeinbaufiltern sollten sie ebenfalls im oberen Teil der Wände angeordnet werden. Bei Anordnung in der Decke muss die Funktionsfähigkeit experimentell nachgewiesen werden. Um die Wirkung von Rückstoßkräften zu minimieren, sollten die Druckentlastungsöffnungen achssymmetrisch gegenüber liegen.

Die Druckentlastungseinrichtungen dürfen außerdem nicht mit Füllgut zugeschüttet werden können.

Grundsätzlich sollten die Druckentlastungseinrichtungen im Rohluftbereich angeordnet werden. Das Silo selbst ist immer Rohluftbereich. Falls im Einzelfall Druckentlastungseinrichtungen nur im Reinluftbereich angebracht werden können, z.B. bei Siloeinbaufiltern mit innen beaufschlagten Filterschläuchen, muss für deren Wirksamkeit ein Einzelgutachten einer anerkannten Prüfstelle vorliegen. Bei einer Anordnung im Reinluftbereich sind die erforderlichen Druckentlastungsflächen wesentlich 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 -erfordert einen hohen Aufwand an brand- und explosionsschutztechnischen Maßnahmen (insbesondere Festigkeit des Raumes, Druckabteilung).

Werden Silos im Untergeschoss eingerichtet - sogenannte Spänekeller -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.

4.6 Bemessung der Druckentlastungseinrichtungen

Die Größe der Druckentlastungsfläche ist nach VDI 3673 "Druckentlastung von Staubexplosionen", Blatt 1 , Juli 1995, abhängig von:

• Behälter/Siloleervolumen V in m³
• Verhältnis Höhe/Durchmesser des Behälters/Silos H/D
• statischer Ansprechüberdruck der Druckentlastungseinrichtung P_stat in bar
• maximaler reduzierter Explosionsüberdruck P_{red, max} in bar (entspricht dem zulässigen Innenüberdruck des Behälters, also der Silofestigkeit)
• maximaler Explosionsüberdruck p_max in bar
• Staubtechnische Kenngröße des gelagerten Staubes bzw. Spänematerials K_St in bar * m/s
• Art der Staubverteilung (homogen oder inhomogen)

Für sogenannte kubische Räume (H/D < 2) oder p_{red, max} > 1,5 bar kann bei homogener Staubverteilung die erforderliche Druckentlastungsfläche A in m² gemäß VDI 3673 für Berstscheiben nach folgender empirischer Formel ermittelt werden:

A= (3,264 * 10^-5 * p_max * K_St * p_red.max ^-0,569 + 0,27 * (p_stat - 0,1) * p_redmax ^-0,5) * V^0,753

Die meisten Silos haben aber ein H6hen/Durchmesser-Verhältnis von H/D > 2 (sogenannte langgestreckte Behälter). Für diese Silos sind - unter der Bedingung, dass P_{red, max} < 1,5 bar ist - größere Druckentlastungsflächen erforderlich.

Die erforderliche Vergrößerung ΔA ergibt sich bei homogener Staubverteilung für Berstscheiben aus der Gleichung:

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

Für Räume mit H/D > 2 (sogenannte langgestreckte Behälter) und P_red,max < 1,5 bar ergibt sich damit bei homogener Staubverteilung die erforderliche Gesamt-Druckentlastungsfläche für Berstscheiben zu:

A_ges= A + ΔA

Die Gleichungen gelten für:

• 0,1 m³ < V < 10000 m³
• 0,1 bar < p_stat < 1 bar
• 0,1 bar < p_{red, max} d 2 bar
• 5 bar < P_max < 10 bar
• 10 bar m/s < K_St < 300 bar m/s

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 D = 2 * Grundfläche/ π
3. Der statische Ansprechüberdruck P_stat der Druckentlastungseinrichtung muss vom Hersteller angegeben werden. Er muss gleich oder kleiner dem maximalen reduzierten Explosionsüberdruck p_red,max sein (p_stat < p_red,max)
4. Der maximale reduzierte Explosionsüberdruck P_red,max (= zulässiger Innenüberdruck) ist vom Errichter des Silos nachzuweisen (VDI 2263, Blatt 3).
5. Bei Holzstäuben ist mit einem maximalen Explosionsüberdruck p_max = 9 bar und mit einer Staubtechnischen Kenngröße K_St = 200 bar m/s zu rechnen. In begründeten Ausnahmefällen kann hiervon abgewichen werden. Dann muss der Berechnung die entsprechende fachliche Begründung beigefügt werden.
6. In Silos für Holzstaub und -späne liegt in der Regel eine homogene Staubverteilung vor. Wird in Ausnahmefällen von einer inhomogenen Staubverteilung ausgegangen, 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 A_ges in Abhängigkeit vom Siloleervolumen V und vom Verhältnis H/D für folgende Werte angegeben:

• maximaler Explosionsüberdruck p_max = 9 bar
• Staubtechnische Kenngröße K_St = 200 bar m/s
• maximaler reduzierter Explosionsüberdruck p_red,max = 0,2 bar
• statischer Ansprechüberdruck der Berstscheibe p_stat = 0,1 bar
  

Für sogenannte kubische Räume (H/D < 2) kann bei einem statischen Ansprechüberdruck der Entlastungseinrichtungen von p_stat = 0,1 bar und Stäuben mit einem maximalen Explosionsüberdruck p_max = 9 bar bei homogener Staubverteilung die erforderliche Größe der Druckentlastungsfläche auch aus dem Nomogramm entnommen werden.

Bei Silos mit einem Höhen/Durchmesser Verhältnis von H/D > 2 kann bei homogener Staubverteilung die Flächenvergrößerung ΔA auch aus dem nachfolgenden Diagramm bestimmt werden:

4.7 Berechnungsbeispiel
a) Ausgangsgrößen: Silo ohne Einbauten
Höhe des Silos:	H	= 8m
Grundfläche des Silos (rechteckiger Querschnitt):	3,5 m * 3,5 m	= 12,25 m2
maximaler reduzierter Explosionsüberdruck (Silofestigkeit)	pred, max	= 0,2 bar
statischer Ansprechüberdruck der Berstscheiben	pstat	= 0, 1 bar
Staubtechnische Kenngröße	KSt	= 200 bar m/s
Explosionsüberdruck	pmax	= 9 bar
b) Berechnungen:
Behälter/Silo-Leervolumen	V = 8 m * 12,25 m2 = 98 m3
Äquivalenter Durchmesser	D = 2 * 12,25 m2π = 3,95 m
Höhen/Durchmesser-Verhältnis	H/D = 8 m/3,95 m ∼ 2
c) Bestimmung der Gesamt- Druckentlastungsflache:
Aus dem Nomograrnm ergibt sich zunächst für einen kubischen Raum eine erforderliche Druckentlastungsfläche A = 5 m2
Aus dem Flächenmehrbedarf-Diagramm ergibt sich für H/D = 2 ein Flächenmehrbedarf ΔA ∼ 110 % (entspricht 5,5 m2).
Die gesamte erforderliche Druckentlastungsfläche beträgt damit: Ages = 5 m2 + 5,5 m2 = 10,5 m2

5 Instandhaltung, Prüfungen

Druckentlastungseinrichtungen müssen durch einen Sachkundigen überprüft werden. Zum Beispiel

• müssen Druckentlastungseinrichtungen im Dach von Schnee freigehalten werden,
• sollten Verschlüsse und Scharniere von Klappen nach Angaben des Herstellers kontrolliert werden (mögliche Korrosionsschäden).

Sprühwasser-Löscheinrichtungen und Sprühwasser-Löschanlagen müssen durch einen Sachkundigen überprüft werden. Zum Beispiel

• muss bei "trockenen" Anlagen das Rohrleitungssystem frei von Staub und Spänen gehalten werden,
• müssen bei offenen Löschdüsen die Staubkappen vorhanden sein,
• muss die Festkupplung (C-Anschluss) mit einem Blinddeckel versehen sein,
• muss bei betrieblicher Löschwasserversorgung der Wasserdruck kontrolliert werden.

6 Melden von Bränden und Explosionen

Brände und Explosionen in Silo- und Filteranlagen müssen der Berufsgenossenschaft und der Aufsichtsbehörde unverzüglich angezeigt werden. Dies gilt auch für Fälle ohne Personenschaden.

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Anhang 1
Vorschriften und Regeln

Wesentliche Forderungen für das sichere Errichten und Betreiben von Silos werden insbesondere gestellt in:

1. Gesetze/Verordnungen

Gewerbeordnung,

Bauordnungen der Länder,

Gefahrstoffverordnung,

Störfall-Verordnung mit TAA GS 07 Leitfaden, Explosionsfähige Staub/Luft-Gemische und Störfallverordnung,

Teil 1: Anwendungsbereich" und TAA GS 1 3 Leitfaden "Explosionsfähige Staub/Luft-Gemische und Störfallverordnung,

Teil 2:"Störfallvorsorge und Anhang",

Arbeitsstättenverordnung mit Arbeitsstätten-Richtlinien,

Technische Regel Dampfkessel TRD 414 "Holzfeuerungen an Dampfkesseln".

2. Unfallverhütungsvorschriften

Allgemeine Vorschriften (BGV A1),

Elektrische Anlagen und Betriebsmittel (BGV A2),

Kraftbetriebene Arbeitsmittel (VBG 5)

Stetigförderer (VBG 10)

Leitern und Tritte (BGV D36),

Silos (BGV C12).

3. Berufsgenossenschaftliche Richtlinien, Sicherheitsregeln, Merkblätter

Sicherheitsregeln für den Brand und Explosionsschutz in Spanplattenanlagen (ZH 1/114),

Richtlinien für die Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen - Richtlinien "Statische Elektrizität" (BGR 132),

Sicherheitsregeln für hochziehbare Personenaufnahmemittel (BGR 159),

Richtlinien für die Beschickungseinrichtungen in Holzspäne- und Holzstaubfeuerungen (ZH 1/472).

4. DIN-Normen

5. VDE-Bestimmungen

6. VDI-Richtlinien

7. Bestimmungen

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Berstscheiben und Reißfolien sind u.a.:

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Das Verzeichnis ist nicht vollständig. Weitere Auskünfte erteilt der

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Das Verzeichnis ist nicht vollständig. Weitere Auskünfte erteilt der

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Das Verzeichnis ist nicht vollständig. Weitere Auskünfte erteilt der

ENDE