Den Kreis schließen: Best Practices für die Erdung von Kesselwagen im Rahmen von Transferoperationen
Einleitung
In der gefahrstoffverarbeitenden Prozessindustrie kommt es häufig zur Entstehung elektrostatischer Ladungen. Verschiedene Rohölsorten, raffinierte Mineralölerzeugnisse wie Flüssiggas (LPG) sowie zahlreiche Chemikalien gehören zu einer Gruppe von Substanzen, die zu elektrostatischer Aufladung neigen.
Bei einem typischen Beladevorgang wird das zu elektrostatischer Aufladung neigende Produkt über ein Ladeportal aus einem Vorratstank in einen Kesselwagen transferiert.
Beim Transferprozess kommt es zu einer elektrostatischen Aufladung, während das Produkt Pumpen, Filtersysteme und Rohrleitungen durchläuft.
Verfügt der Kesselwagen über keine direkte Verbindung zur Erde, lädt sich seine Oberfläche immer stärker auf, wodurch die Spannung schnell ansteigt. Der Kesselwagen versucht dann, diese überschüssige potenzielle Energie loszuwerden. Besonders effizient ist dies durch eine elektrostatische Funkenentladung möglich.
Energieentladung in elektrostatischen Funken
Geerdete Objekte im Umfeld aufgeladener Oberflächen sind ein bevorzugtes Ziel für elektrostatische Funkenentladungen. Eine unkontrollierte elektrostatische Aufladung in explosionsgefährdeten Bereichen stellt eine hohe Zündgefahr dar. Ist der Kesselwagen nicht geerdet, kann die Spannung in sehr kurzer Zeit auf gefährliche Werte ansteigen.
Die Mindestzündenergie ist ein Maß für die Mindestmenge an Funkenenergie, die für die Zündung brennbarer Gase und/oder Dämpfe erforderlich ist.
NFPA 77:2024
Anhang B – Physikalische Eigenschaften von Werkstoffen
B.1 Parameter für die Brennbarkeit von Gasen und Dämpfen
C Niedrigste Mindestzündenergie, berechnet mithilfe der Oxidationswärmemethode
Der Vergleich der Energie von elektrostatischen Funken und der Mindestzündenergie von Mineralölerzeugnissen und brennbaren Chemikalien verdeutlicht, wie wichtig der Potentialausgleich und die Erdung der Kesselwagen und der zugehörigen Schlauch- und Rohrleitungen sind. Mit Blick auf die Mitarbeiter ist es bei diesen Energiepegeln darüber hinaus äußerst wichtig, die Gefahr von Stromschlägen zu minimieren, da unwillkürliche Reaktionen auf diese Entladungen zu Unfällen, insbesondere bei der Durchführung von Arbeiten in der Höhe, führen können.
Auch wenn die elektrostatische Aufladung durch verschiedene Faktoren beeinflusst wird, ist die Erdung der Kesselwagen die Methode, die sich im Rahmen von Verfahrensanweisungen für das Beund Entladen von Kesselwagen am besten kontrollieren und umsetzen lässt. Durch eine korrekte Erdung ergibt sich ein niedriger Widerstand zur Erdmasse, sodass elektrostatische Ladungen sicher abgeleitet werden können.
In Nordamerika sind dedizierte Erdungssysteme für Kesselwagen Standard. In Europa gibt es hingegen unterschiedliche Vorgehensweisen. Teilweise werden Kesselwagen aktiv geerdet, teilweise wird aber auch einfach davon ausgegangen, dass zwischen dem eigentlichen Kessel und den Rädern des Schienenfahrzeugs eine Potentialausgleichsverbindung vorliegt und die Ladungen über die Gleise abgeleitet werden können.
Verfahrensrichtlinien innerhalb der Branche
Im Hinblick auf Kesselwagen wird in IEC TS 60079-32-1 (Explosive Atmospheres: Electrostatic Hazards) (Explosionsgefährdete Atmosphäre: Elektrostatische Gefährdungen) ein Widerstand
der Potentialausgleichsverbindung zwischen den Gleisen und dem Ladeportal von maximal 1 Megohm empfohlen. Da im Bereich der Gleise und Ladeportale jedoch in der Regel robuste Metallleiter vorliegen, kann ein Schwellenwert über 10 Ohm auf einen möglichen Fehler des Erdungskreises hinweisen.
Die National Fire Protection Association (NFPA) stellt spezifische Leitlinien zur Kontrolle elektrostatischer Gefahren in Gefahrenbereichen bereit.
- In NFPA 77 „Recommended Practice on Static Electricity“ (Empfehlungen für den Umgang mit statischer Elektrizität) (Kapitel 12.4.2) (2024) werden Gefahren durch nichtleitende Verschleißbeläge und Lager beschrieben, die eine Ableitung der Ladungen vom Kessel zu den Rädern verhindern können.
- In der Norm wird ein Maximalwiderstand von 10 Ohm für die Erdungs- und Potentialausgleichskreise empfohlen.
- Darüber hinaus wird die Verwendung von Verriegelungen zur Verhinderung des Produkttransfers empfohlen, wenn der Kesselwagen nicht geerdet ist.
Spezifikation eines Erdungssystems für Kesselwagen
Eine der besonderen Herausforderungen von elektrostatischen Ladungen besteht darin, dass sie nicht wahrnehmbar sind. Dadurch wird Personen, die den Produkttransfer im Zusammenhang mit Kesselwagen durchführen, unter Umständen ein falsches Gefühl von Sicherheit vermittelt.
Ein Erdungssystem mit eindeutiger optischer „GO/NO GO“-Anzeige (Freigabe/keine Freigabe), beispielsweise durch ein Ampelsystem, unterstützt die Einhaltung von Best Practices im Rahmen von sicherheitsrelevanten Verfahrensanweisungen.
Die Verriegelung des Transfersystems mit dem Erdungssystem gewährleistet eine zusätzliche Kontrolle. Bei fehlender Erdung wird der Produkttransfer so wirksam verhindert. Newson Gale empfiehlt Earth-Rite® PLUS für die Herstellung einer Potentialausgleichsverbindung zwischen den Kesselwagen und Ladeportalen. Das System verfügt über eine ATEX- und IECEx-Zertifizierung für alle Gas- und Flüssigkeitsdampfgruppen und gewährleistet eine Verbindung mit einem maximalen Widerstandswert von 10 Ohm zwischen dem Kesselwagen und dem Produkttransfersystem.
Sobald es angeschlossen wurde, überprüft Earth-Rite® PLUS automatisch den elektrischen Durchgang der Verbindung zwischen dem Kesselwagen und dem Erdungsanschluss des Ladeportals. Das System nutzt eine durch Factory Mutual zugelassene Erdungsklammer mit Kontaktspitzen aus Wolframkarbid, die eine stabile, vibrationsbeständige Verbindung sicherstellen.
Anders als Erdungssysteme ohne Überwachungsfunktion, die eine Ableitung der elektrostatischen Ladungen einfach nur annehmen, überwacht Earth-Rite® PLUS die Verbindung aktiv mithilfe dedizierter Erdungsanschlüsse. Durch diese überwachte Verbindung ergibt sich eine verifizierter Erdungspfad für die Ableitung elektrostatischer Ladungen.
Sobald eine sichere Verbindung hergestellt wurde, zeigen LEDs durch fortgesetztes grünes Blinken die aktive Überwachung an. Das System verfügt darüber hinaus über potentialfreie, zweipolige Umschaltkontakte, die mit Pumpen und speicherprogrammierbaren Steuerungen verriegelt werden können.
Wenn der Widerstand 10 Ohm übersteigt, stoppt das System den Produkttransfer, wodurch nicht nur die Entstehung elektrostatischer Ladungen reduziert, sondern auch die Gefahr der Zündung brennbarer Atmosphären durch elektrostatische Ladungen verringert wird.
Abschließende Erklärung
Die ordnungsgemäße Erdung und Potentialausgleichsverbindung von Kesselwagen in Gefahrenbereichen (Ex) ist für die Vermeidung elektrostatischer Gefahren unerlässlich. Zu den Best Practices gehört Folgendes:
- Verwendung eines dedizierten Erdungssystems zur Gewährleistung einer überwachten niederohmigen Verbindung.
- Einhaltung der Empfehlungen von NFPA77, API RP 2003 und IEC 60079-32 zur Gewährleistung eines Widerstands von maximal 10 Ohm.
- Verriegelung der Erdungssysteme mit den Transferoperationen, um eine Beladung zu verhindern, wenn vor dem Produkttransfer keine Erdung hergestellt wurde.
Durch die Aufnahme dieser Maßnahmen Verfahrensanweisungen lassen sich Zündgefahren durch statische Elektrizität minimieren und eine sicherere Be- und Entladung von Kesselwagen
erreichen.