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Safety first:

Silofilter als wichtige Komponente für den reibungslosen und

sicheren Silobetrieb

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Sicher ist sicher …

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Pneumatische Befüllung im Überdruck mit freiem Ausblas

- Silofahrzeug mit Bordkompressor(Endschwall)

- Stationäre Kompressoranlage (z.B. Bahnwaggonentladung)

Pneumatische Befüllung im Überdruck mit Weiterleitung des Reingases - Sammelleitung z.B. zur Reststaub-messung oder Zuführung zu Sicherheitsfilter

- Befüllung im Unterdruck (Saugförderung)

Einsatzmöglichkeiten von Silofiltern - Teil 1/3

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Pneumatische Befüllung im Überdruck mit Ausblasklappe und Saugventilator

Bypassklappe zur Abführung des Endschwalls bei Silofahrzeugbefüllung

Ventilator zur Verhinderung des Falschluftzutritts in das Silo über den Filter (z.B. hygroskopische Produkte)

Mechanische Befüllung mit angebautem Ventilator zur Zwangsabsaugung

Einsatzmöglichkeiten von Silofiltern - Teil 2/3

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Pneumatische Befüllung im Überdruck:

Filter mit angebautem Ventilator nur zur Überwindung des Leitungswiderstandes

Mechanische Befüllung:

Filter mit angebautem Ventilator zur Zwangsabsaugung

Silo mit separat gestelltem Filter (z.B. Höhenbegrenzung oder Sammelfilter)

Einsatzmöglichkeiten von Silofiltern - Teil 3/3

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Eine wahre Geschichte:

Ein Silo für PP-Pulver wurde pneumatisch befüllt und gleichzeitig mit N2 im geschlossenen Kreislauf inertisiert.

Da die Filterfläche im Verhältnis zur Förderleistung zu klein dimensioniert war, verstopften die Filtermedien, wodurch der Gegendruck im Silo während der Förderung anstieg.

Man erhöhte also den Förderdruck bis unbeabsichtigt das Sicherheitsventil am Silo öffnete. Das Bedienpersonal registrierte dies durch einen Stickstoffverlust im System und behob die Leckage durch zusätzliche Gewichte auf der Klappe des Sicherheitsventils.

Weil sich dadurch der Filterwiderstand erneut erhöhte, steigerte man wiederum den Förderdruck. Dieser Automatismus wurde erst unterbrochen, als der Überdruck im Silo mit 150 mbar dreimal höher war als zulässig.

Pneumatisch befüllte Silos: Was kann passieren ?

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Schlussfolgerung:

Ein reibungsloser und sicherer Betrieb von Silos ist nur möglich, wenn

Wie vermeidet man Fehlfunktionen des Filters ?

- in der Planungsphase der richtige Filtertyp ausgewählt wird

- durch Inspektion und Wartung die Funktionsfähigkeit des Filtersdauerhaft erhalten wird.

- während des Betriebes das Bedienpersonal die nötige Kenntnis übereventuelle Fehlfunktionen der Gesamtanlage (auch der Filter !), derenUrsache, mögliche Folgeschäden und deren Beseitigung besitzt.

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I. Sicherstellung der reibungslosen Funktion:1. Planung

2. Betrieb

3. Inspektion / Wartung

Was ist zu tun ?

- Auswahl des richtigen Abreinigungssystems und Filtermediums (Schlauch – Patrone – Tasche – Lamelle)

- Filterfläche in Abhängigkeit von Volumenstrom, Filtermedium, Produkt, Betriebsweise etc. (spezifische Filterflächenbelastung)

- Richtig dimensioniertes Filtergehäuse (Auftriebsgeschwindigkeit < Sinkgeschwindigkeit)

- Inbetriebnahme / Sicherstellung der Funktionsfähigkeit- Einbindung in das „Komplettsystem Silo“

- Inspektionsplan- Wartungsfreundlichkeit

9Planung: Auswahl des Silofilters nach Abreinigungssystem

1. Planung: a) Motorisch abgereinigter Filter (Rüttelfilter)

b) Pneumatisch abgereinigter Filter (Jet-Filter)

- Abreinigung nur nach Ende des Befüllvorgangs(statische Luftverhältnisse)

- Kontinuierlich steigender Filterwiderstand führt zu erhöhtem Siloinnendruck und kann zum Ende des Befüllvorgangs (Endschwall) evtl. zur Abschaltung der Förderung oder sogar zum Staubaustritt durch Entlastungsöffnungen führen.

- Abreinigung während des Befüllvorgangs (Gegenstrom)- Filterwiderstand bleibt während der Befülldauer konstant niedrig. Siloinnendruck steigt auch während des Endschwalls nicht über die Alarm-, bzw. Auslöseschwelle für Sicherheitseinrichtungen.

10Silobefüllung: Prinzipieller Druckverlauf bei Rüttelfilter und Jet-Filter

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Druck (daPa)

Zeit (Minuten)

Druckverlauf Rüttelfilter Druckverlauf Jet-Filter

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Fazit: Je kürzer die Befüllleitung und je größer ihr Durchmesser, destohöher der Endschwall und desto größer die erforderliche Filterfläche !

Auswahl der Filterfläche nach Größe der Befüllleitung

Endschwall bei Silobefüllung in Abhängigkeit von Leitungsdurchmesser und Leitungslänge

0

20

40

60

80

100

120

140

10 20 30 40 50Leitungslänge (m)

Ends

chwa

ll (m

3/m

in.)

DN 125

DN 80

DN 100

AJB 800-980-22P

AJV 1100-1000-40P

AJB 800-1400-31P

AJV 1100-1400-56PFilter für Zement:

12Filterdifferenzdruck während Silobefüllung und Endschwall

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Anzahl Befüllungen

Druck (daPa)

DruckwährendEndschwall

DruckwährendBefüllung

Überhöhter Bereich

Kritischer Bereich

Normaler Bereich

Gemessen wurde an einem pneumatisch abgereinigten Patronenfilter (22 m2 Filterfläche)

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Auftriebsgeschwindigkeiten in Aufsatzfiltern bei typischen FilterflächenbelastungenGehäuse: Ø 800 mm - Anströmquerschnitt Abrutto 0,5 m2 - Anströmquerschnitt Anetto 0,32 m2

Filtertyp

Schlauchfilter Länge Filtermedium:1100 mmFilterfläche: 5 m2

Schlauchfilter Länge Filtermedium:1600 mmFilterfläche: 7 m2

Patronenfilter Länge Filtermedium:1000 mmFilterfläche: 22 m2

Patronenfilter Länge Filtermedium:1400 mmFilterfläche: 31 m2

Volumenstrom V (m3/min.) 9 13 22 31

Filterflächenbelastungf (m3/m2 x min.) 1,8 1,85 1,0 1,0

Höhe Ummantelung(mm) 1000 1500 1000 1500

Auftriebsgeschwindig-keit vbrutto (m/s) 0,3 0,43 0,73 1,03

Auftriebsgeschwindig-keit vnetto (m/s) 0,47 0,67 1,15 1,61

Produkte höherer Schüttdichte (ρSch >1.000 kg/m3): vnetto max. 1 m/sProdukte mittlerer Schüttdichte (500< ρSch <1.000 kg/m3):0,5 m/s < vnetto < 1 m/sProdukte geringer Schüttdichte (ρSch < 500 kg/m3): vnetto < 0,5 m/s

Bei zu hoher Auftriebsgeschwindigkeit: Filtermedien ins Silo hineinhängen lassen

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2. Betrieb:a) Inbetriebnahme / Sicherstellung der Funktionsfähigkeit

Fehlerquellen während der Inbetriebnahme

- Ausreichender Druck für die Abreinigung im Druckluftspeicher. (5 – 6 bar)- Druckluft trocken, öl- und partikelfrei (DIN ISO 8573-1, Klasse 2). - Zuführleitungen entsprechend dem Druckluftverbrauch dimensionieren.

(min. R ½“) Schnelles Nachfüllen des DLS sicherstellen. - Verbinden aller Kontakte mit der Schaltwarte:

Spannungsversorgung für Filtersteuerung, Fernstart, (Differenz-)Druckschalter- Kontrolle aller Parameter der elektrischen Betriebsmittel (Impuls- und

Pausenzeiten sowie Ventilanzahl an Steuerung, Niveau der Druckschalter)- Bei Ventilatoreinsatz: Funktionskontrolle – Unwucht – Drehrichtung –

Eindrosselung- Winterbetrieb berücksichtigen (Einfrieren / Verspröden):

Geeignete Druckluftspeicher, Membran- und Magnetventile, Steuerung mit Winterschutz

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1000 mm freier Expansionsraum bei Produkthöchststand

Position Max.-Melder (Überfüllung verhindern)

Position Min.-Melder

Unter- / Überdruckventil (-10/+40 mbar)

Druckschalter +5 mbar (Start Abreinigung)Druckschalter +25 mbar (Voralarm an Schaltwarte)

Absperrventil

(Quetschventil)

b) Einbindung des Filters in das „Komplettsystem Silo“

Druckschalter +35 mbar (Schliessen Quetschventil)

16Maximalen Füllstand im Silo beachten !

Filterpatrone nach Silo-überfüllung

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3. Inspektion / Wartung:a) Inspektionsplan (herstellerspezifisch)

Ziel: Fehlfunktionen erkennen, Störfällen und Stillstand vorbeugen !

Inspektionen nicht vergessen !

- Optische Kontrolle 1x pro Woche

- Wechsel der Filtermedien (Standzeit ca. 1-2 Jahre) - Kontrolle der Reingasseite auf Staubdurchschlag

- Kontrolle der Rohgasseite durch Wartungsdeckel (falls vorhanden)- Messung Filterwiderstand (max. 120 daPa während Silobefüllung)- Kontrolle aller mechanischen und elektrischen Betriebsmittel

und deren Parametereinstellungen (Filtersteuerung,Magnetventile, Ventilator-Unwucht-Drosselung,Motoren-Stromaufnahme, evtl. vorhandene Klappen)

- Funktion des Abreinigungssystems und ausreichendeDruckluftnachführung (Membranventile, Druckluft-Wartungseinheit)

- Dokumentieren der Ergebnisse

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b) WartungsfreundlichkeitVermeidung des rohgasseitigen Wechsels von Filterelementen, weil: - Erreichbarkeit aller Filterelemente erschwert- Arbeiten an großen Öffnungen im Rohgasraum gefährlich- Filtermedien und Werkzeug können ins Silo fallen

Einfache Wartungsarbeiten schaffen Sicherheit !

Deshalb: Wechsel der Filtermedien nur zur Reingasseite !

Für die Wartung sind bei der Filterkonstruktionzu berücksichtigen: - Keine / wenige lose Teile („Schwenken statt Abbauen“)- Öffnen / Lösen von Verbindungen durch einfacheHandgriffe

- Kein (Spezial-) Werkzeug Verwendung von Sterngriffen, Flügelmuttern usw.

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II. Sicherheit für Filter und Personal beim Handling von explosiblen Schüttgütern:

1. Gefahrenquellen beim Silobetrieb2. Explosionsvermeidung – ATEX3. Konstruktiver Explosionsschutz

Vorsicht bei explosiblen Stoffen !

Dixie Crystals Refinery, Port Wentworth, Georgia (07.02.2008)Quelle: Savannah Morning News

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Für Silo-/Filteranlagen sind als Zündquelle allgemein zu berücksichtigen:- Heiße Oberflächen- Flammen und heiße Gase- Mechanisch erzeugte Funken- Elektrische Anlagen- Blitzschlag- Exotherme Reaktionen, einschließlich Selbstentzündung

- Statische Elektrizität(Funkenentladung, z.B. Schüttkegelentladung)

1. Gefahrenquellen beim Silobetrieb:

21Ladungstrennung durch Transportvorgänge

Statische Elektrizität

Funkenentladung

- Aufladung eines leitenden ungeerdeten Bauteils

- Annäherung einer geerdeten leitfähigen Elektrode

- Gesamte gespeicherte Energie wird in Funken umgesetzt

- Schutzmaßnahme zur Explosions-vermeidung:

Durchgängige ERDUNG

22Explosionsvermeidung geht vor

Schutzkonzept „Erdung“ am Filter:Bei explosiblen, statisch aufladbaren Stoffen - Filtermedien „antistatisch“ (= ableitfähig, spezifischer Widerstand 105 - 109 Ωm. ) - Durchgängige Erdung vom Ende des Filtermediums bis zum ÜbergangFiltergehäuse SiloVom Filter selbst geht keine Gefahr aus(Elektrische Verbraucher befinden sich außen)

2. Explosionsvermeidung - ATEX

Jedoch Achtung bei Eintrag von anderen Zündquellen oder Selbstentzündung !- Explosionsvermeidung durch Herabsetzen der Sauerstoffgrenzkonzentration (Inertisierung, z.B. N2)

Schutzkonzept immer mit dem Silohersteller, bzw. mit dem Betreiber der Anlage abstimmen!

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Auch für Silofilter gilt:

Die Zoneneinteilung erfolgt immer durch den Betreiber, nie durch den Hersteller !

ATEX: Aufteilung der Aufgaben beim Explosionsschutz

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Filternde Abscheider

Absaugleitung 20 21 21 22 oder zonenfrei

22 oder zonenfrei 21 22 oder

zonenfrei Rohgasbereich des Abscheiders (1) 20 20 21 20 21 Rohgasbereich ohne betriebliche Abreinigung 21 22 Reingasbereich (2)

-unbekannte Staubkonzentration 20 oder 21 (6) 21 21 21 21 21 22

-Überwachungssystem (3) / Stillsetzung (4) 22 22 22 22 22 22 22 -Sicherheitsfilter (5) / Stillsetzung (4) zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei -rechnerische Staubkonzentration > 1% UEG 21 21 21 21 21 21 22 -rechnerische Staubkonzentration < 1% UEG ohne Kontroll-/Reinigungsmaßnahmen 22 22 22 22 22 22 zonenfrei

-rechnerische Staubkonzentration < 1% UEG mit Kontroll-/Reinigungsmaßnahmen zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei

(1) unter Berücksichtigung der Abreinigung außer Massenkraftabscheider und Nassabscheider (2) unter Berücksichtigung eines Filterbruchs (3) Überwachungssystem: bei Massenkraftabscheidern z.B. Füllstandüberwachung, ansonsten Stauberkennungssystem auf der Reingasseite (4) Stillsetzung des nachgeschalteten Ventilators (5) Bereich hinter Sicherheitsfilter (6) Zone 20 z.B. bei Abscheider mit einer einzelnen Filterpatrone, ansonsten Zone 21

Beispiele für Zoneneinteilung bei filternden Abscheidern nach VDI 2263, Blatt 6

- Untere Explosionsgrenze (UEG) von Stäuben gemäß VDI 2263: 20 g/m3

- Reststaubgehalt für Silofilter gemäß TA-Luft: 20 mg/m3 = 0,1% der UEG

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Können explosionsfähige Atmosphäre und das Vorhandensein einer wirksamen Zündquelle nicht ausgeschlossen werden, muss mit dem Auftreten einer Explosion gerechnet werden. Konstruktive Explosionsschutzmaßnahmen ergreifen !

Explosionsfeste Bauweise

(EN 14460, VDI 2263-3)

Explosionsdruckfest für den maximalen Explosionsdruck pmax

Explosionsdruckstoßfest für den reduzierten Explosionsdruck pred

Explosionsdruck-entlastung

Explosions-unterdrückung

Explosionsdruckstoßfest für den maximalen Explosionsdruck pmax

3. Konstruktiver Explosionsschutz

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Zusammenfassung explosible Schüttgüter:

Prioritäten:

Rangfolge der Explosionsschutzmaßnahmen

- Ersatz von brennbaren durch unbrennbare Stoffe ( nicht möglich, da vom Prozess vorgegeben)

- Begrenzen der Staubkonzentration ( nicht möglich, da vom Prozess vorgegeben)

- Vermeidung von Zündquellen

- Vermeiden des Wirksamwerdens von Zündquellen- Verhindern, dass eine explosionsfähige Atmosphäre die Zündquelle erreicht

- Konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung gefährlicher Auswirkung von Staubexplosionen

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Vielen Dank für

Ihre Aufmerksamkeit !