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TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Biogasanlagen Gastechnische Sicherheit, Belüftung von Räumen, Anforderungen gemäß
des TÜV SÜD-Standards IS-TAF 410 unter Berücksichtigung der TI 4 der
Landwirtschaftlichen Berufsgenossenschaft
Volker Schulz, Kompetenzzentrum Biogasanlagen
Fachforum Biogas, 8. Dezember 2011 in Trostberg
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Zusammensetzung Biogas
Biogas besteht im Wesentlichen aus
Methan (50 bis 80 Vol.-%),
Kohlendioxid (20 bis 50 Vol.-%),
Schwefelwasserstoff (0,01 bis 0,4 Vol.-%)
sowie Spuren von Ammoniak, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid
Mit dem Auftreten von Schwebstoffen ist zu rechnen
Regelfall: Methan 60 Vol.-%, Kohlendioxid 38 Vol.-%, Restgase 2 Vol.-%
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Sicherheitstechnische Kenndaten von Methan:
untere Explosionsgrenze (UEG) 4,4 Vol.-%
obere Explosionsgrenze (OEG) 16,5 Vol.-%
Zündtemperatur 595 °C
Mindestzündenergie 0,3 mJ
Temperaturklasse nach VDE 170/171 T1 II A *1
Explosionsgruppe II A *2
Explosionsklasse 1
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Brand- bzw. Explosionsgefahr
Methan als Hauptbestandteil von Biogas kann mit Luftsauerstoff ein
zündfähiges Gasgemisch bilden.
Dazu muss in der Mischung Methan in Konzentrationen zwischen
4,4 und 16,5 Vol.-% und ein Sauerstoffgehalt von mindestens 12 Vol.-%
vorhanden sein.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Stoffkonzentration
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Einstellung Gassensor
UEG 4,4 Vol.-% CH4 = 100 % UEG für Gassensor
Gassensor 20 % UEG = 0,88 Vol.-% CH4 im Raum
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Biogasanlagen
Belüftung von Räumen
Personenschutz
Erstickungs- bzw. Vergiftungsgefahr durch Gase vor allem in geschlossenen
Räumen, Behältern und tiefen Gruben bzw. Schächten, in die Biogas
einströmt kann.
Kohlenstoffmonoxid (CO)
Farb-, geruchs- und geschmackloses giftiges Gas
Konzentration in der Atmosphäre: 0,1 ppm bis 5 ppm
Gesundheitsgefährdend bei > 100 ppm
MAK 30 ppm = 0,5 Vol%,
Alt: MAK-Wert
Neu: AGW-Wert (maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration)
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Biogasanlagen
Belüftung von Räumen
Kohlenstoffdioxid (CO2)
Konzentration in der Atmosphäre: 390 ppm
Gemäß DIN EN 13779: < 800 ppm Raumluftqualität gut
MAK 5000 ppm = 0,5 Vol%, geruchslos
Schwindel, Beeinträchtigungen 1...5 Vol.-%
Tödlich in Minuten 10 Vol.-%
Alt: MAK-Wert
Neu: AGW-Wert (maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration)
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Biogasanlagen
Belüftung von Räumen
Personenschutz
Schwefelwasserstoff (H2S)
MAK 10 ppm = 14 mg/m³ = 1/1000 Vol%
Neu AGW = 5 ppm
Ex bei von 4,3 Vol% bis 45,5 Vol%
Starker, unerträglicher Geruch 50 mg/m³
Schleimhautreizung 150 mg/m³
Geruchlos, in Minuten tödlich 500 mg/m³
sofort tödlich 1500 mg/m³
Sauerstoff (O2)
Verminderung der Leistungsfähigkeit < 17 Vol%
Bewusstlosigkeit und Tod < 6-8 Vol%
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Zu Reduzierung bzw. Minimierung der Explosionsgefahr sind zusätzlich zu den
Anforderungen für den Explosionsschutz auch die Anforderungen an die
gastechnische Sicherheit für die gesamte Biogasanlage zu bewerten.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Dichtheitsprüfung
Gasspeicher
Der Gasspeicher in der Ausführung als Folienhaube oder Folienspeichersack
ist einer „unmittelbaren“ Dichtheitsprüfung zu unterziehen.
Es gilt zusätzlich zu berücksichtigen, dass der Prüfdruck mindestens dem
1,5-fachen max. zul. Betriebsdruck oder dem Ansprechwert der
Überdrucksicherung entspricht, je nachdem welcher höher ist.
Die unmittelbare Dichtheitsprüfung kann prinzipiell als Sichtprüfung erfolgen,
wobei ein Absprühen des Gasspeichers mit schaumbildenden Mitteln oder
Absuchen mit Gasspürgeräten aus praktischen Gründen weniger aber
geeignet sein dürfte. Bei Überprüfung über die Druckabfallmethode ist
zusätzlich zu den Anforderungen gemäß TI 4 zum Feststellen eines
Druckabfalls ein geeignetes Manometer zu verwenden.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Anforderungen an Gasspeicher
Gasspeicher sind so aufzustellen, zu unterhalten und zu betreiben, dass die
Sicherheit des Anlagenbetreibers/Bedienpersonals und Dritter gewährleistet ist.
Gasspeicher müssen den Erfordernissen entsprechend gasdicht, druckfest,
medien-, UV-, temperatur- und witterungsbeständig sein.
Bei der Auswahl der Materialien sind – insbesondere bei Folien aus
Kunststoffen – folgende Anforderungen zu erfüllen:
Reißfestigkeit mind. 500 N / 5cm oder n Zugfestigkeit 250 N / 5cm
Gasdurchlässigkeit bezogen auf Methan < 1000 cm³ / m² x d x bar
Temperaturbeständigkeit für den Anwendungsfall
Gasspeicher sind vor Inbetriebnahme auf Dichtigkeit zu prüfen (Anhang 13 TI4)
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Anforderungen an Gasspeicher
Eine unzulässige Änderung des Innendrucks muss durch jederzeit wirksame
Sicherheitseinrichtungen verhindert werden.
Aufstellräume für den Gasspeicher müssen eine wirksame Lüftung (Querlüftung) haben.
Eine Diagonallüftung ist anzustreben. Die Zuluftöffnung ist im Bereich des Fußbodens,
die Abluftöffnung unter der Decke anzuordnen.
Die Zuluft- und Abluftöffnungen müssen jeweils folgende Mindestquerschnitte haben:
Gasspeichervolumen Querschnitt
bis 100 m³ 700 cm²
bis 200 m³ 1 000 cm²
über 200 m³ 2 000 cm²
Türen müssen nach außen aufschlagen und abschließbar sein
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Dichtheitsprüfung
Behälter/Fermenter
Die Behälter/Fermenter sind einer „mittelbaren“ Dichtheitsprüfung zu
unterziehen.
Prüfdruck: 1,5 x Pmax
Eine zulässige Leckagerate ist in Abhängigkeit des Nenninhaltes festgelegt.
Die Leckagerate erhält man durch Division des Volumenverlustes durch die
Messzeit.
Dichtheitsprüfung gemäß WHG: 0,5 m Wassersäule
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Anforderungen an Behälter/Fermenter
Gärbehälter müssen mit jederzeit wirksamen Sicherheitseinrichtungen versehen sein,
die eine unzulässige Änderung des Innendrucks verhindern.
Die Flüssigkeitsverschlüsse müssen als Sicherheitsverschluss Ausgeführt und so
eingerichtet sein, dass die Sperrflüssigkeit bei Über- oder Unterdruck nicht ausläuft
und bei nachlassendem Über- oder Unterdruck selbsttätig wieder zurückfließt.
Im Gärbehälter und Nachgärbehälter muss gewährleistet sein, dass der Füllstand nicht
überschritten wird, z. B. dadurch, dass die vergorenen Substrate über ein Steigrohr
(Überlauf) frostfrei dem Güllelager zugeführt werden.
Es ist ein separater Unterdruckwächter vorzusehen, der auf den Gasverbraucher wirkt.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Dichtheitsprüfung
Gasleitungen
Die Prüfung der Dichtheit erfolgt gemäß der TRGI:2008-04.
Die Dichtheitsprüfung ist mit 150 mbar durchzuführen. In Abhängigkeit des
Leitungsvolumens beträgt die Prüfdauer bis zu 30 Min. nach vorheriger
Anpassungszeit.
Die Belastungsprüfung gemäß TRGI ist in der Regel ohne Armaturen
durchzuführen, der Prüfdruck von 1 bar darf nicht fallen (Auflösung des
Messgerätes mind. 100 mbar).
Die Dichtheitsprüfung gemäß TRGI ist mit Armaturen durchzuführen, der
Prüfdruck von 150 mbar darf nicht fallen (Auflösung des Messgerätes
mind. 0,1 mbar).
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Anforderungen an Gasleitungen
Gasführende Leitungen sind entsprechend den allgemein anerkannten Regeln
der Technik auszuführen. Die fachgerechte Herstellung und die Dichtigkeit ist
nachzuweisen, z. B. durch Herstellerbescheinigung (s. Muster Anh. 2 TI4).
Rohrleitungen müssen medien- und korrosionsbeständig sein. Beständig bei
Biogas sind z. B. Rohre aus Stahl, Edelstahl, Polyethylen (PE-HD) und PVC-U.
Hinweis für PVC-U-Rohre: PVC ist nicht UV-beständig und verfügt über eine
geringe Schlagfestigkeit. Bei der Verwendung ist die fachgerechte Lagerung
und Verarbeitung einzuhalten. Dazu sind insbesondere die Hinweise in Bezug
auf die Verlegung und Verarbeitung anzuwenden, z. B. die Herstellerhinweise
sowie die Klebeanleitung und Verlegeanleitung des Kunststoffrohrverbandes.
Die Sachkunde des Verlegers muss nachgewiesen werden.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Anforderungen an Gasleitungen
Kupfer ist nicht beständig gegen Biogas; Messing und Rotguss sind
erfahrungsgemäß geeignet (handelsübliche PVC-KG-Rohre sind nicht
zulässig, da sie nur einer konstruktiven Festigkeit von maximal 0,5 bar
entsprechen).
Rohrleitungen einschließlich aller Ausrüstungsteile und flexiblen Anschlüsse
müssen mindestens die konstruktive Festigkeit 1 bar aufweisen.
Generell sind Rohrleitungen aus Stahlrohr zu verwenden.
Kunststoffrohrleitungen können außerhalb von geschlossenen Räumen bei
Verlegung unter Erdgleiche generell und über Erdgleiche, als Anschlussleitung
des Folienspeichers und als Anschlussleitung des Fermenters, verwendet
werden. Kunststoffrohrleitungen sind vor mechanischen und thermischen
Beschädigungen zu schützen.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit
Quelle: Schwachstellen an Biogasanlagen
Anforderungen an Gasleitungen
Von sich aus nicht längskraftschlüssige Steckmuffenverbindungen sind
entsprechend der vorkommenden Drücke gegen Schub zu sichern.
Die Rohrleitungsverbindungen müssen längskraftschlüssig sein.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Belüftung
Gemäß TI 4 ist für Wartungs- und Bedienstände sowie Bedienteile unter
Flur eine Zwangsbelüftung vorzusehen sowie ein ausreichender Luftwechsel
und eine Beschilderung.
Für eine maschinelle / technische Lüftung gemäß BGR 121 und BGR 126 sind
die folgenden Anforderungen zutreffend und zu berücksichtigen:
Luftleitungen sind gemäß VDI 3803, Abschnitt 4.6 zu kennzeichnen
Luftansaugöffnung > 3 m über Erdoberfläche usw. …
(BGR 121, Abschn. 3.5.2)
Luftvolumenströme gemäß VDI 2261, VDI 3802
optische und akustische Warnsignale bei Störung
sichere Überwachung der Betriebsmeldung der Gebläse
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Belüftung
Gemäß der TI 4 sind für Schächte und Gruben die Anforderungen der
BGR 126 für eine ausreichende Lüftung sicherzustellen und zu berücksichtigen:
O2-Gehalt mind. 20,9 Vol.-%
brennbare Gase < 10 % UEG
gesundheitsschädliche oder giftige Gase vermeiden
bei einer technischen Lüftung ist ein 6- bis 8-facher Luftwechsel pro Stunde
(s. BGR 126, Ziffer 4.2.4.4) sicherzustellen
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Belüftung
Gemäß TI 4 ist für Einstiegsöffnungen eine ausreichende Belüftung
sicherzustellen und folgendes zu berücksichtigen:
O2-Gehalt mind. 20,9 Vol.-%
brennbare Gase < 10 % UEG
gesundheitsschädliche oder giftige Gase vermeiden
Atemschutz und/oder Handmessgeräte vorhalten
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Belüftung
Ein Ausfall des Raumluftgebläses ist optisch und akustisch zu alarmieren.
Wird der Lüfter als Abluftventilator verwendet, ist eine Ex-Ausführung
erforderlich.
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Biogasanlagen
Gastechnische Sicherheit, Belüftung
Belüftung des Aufstellungsraumes des BHKW´s ist gesondert zu betrachten.
Siehe Präsentation „BHKW-Aufstellraum“.
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TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Kompetenzzentrum Biogasanlagen
Ridlerstraße 65
80339 München
Volker Schulz
Telefon +49 (0)89 5190–2324
E-Mail: volker.schulz@tuev-sued.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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