ATEX-Explosionsschutz bei Lösemittel-Destillieranlagen und Waschmaschinen

Wie entsteht überhaupt Ex-Atmosphäre

Farben, Lacke, Druckfarben und Beschichtungsstoffe enthalten, entsprechend ihren vom Kunden geforderten Eigenschaften, häufig brennbare organische Lösemittel. Bei Herstellung und Verarbeitung dieser Produkte können, je nach Flüchtigkeit der enthaltenen Lösemittel, explosionsfähige Gemische aus Lösemitteldampf und Luft entstehen. Deshalb sind sowohl die Hersteller dieser lösemittelbasierten Produkte als auch die Verarbeiter, insbesondere Druckereien sowie Betreiber von Beschichtungs- oder Lackieranlagen, mit der Notwendigkeit des sicheren Betriebs von Maschinen in explosionsgefährdeten Bereichen konfrontiert.

Nach der Herstellung oder Verarbeitung der lösemittelbasierten Produkte verbleiben Produkt-Reste/-Anhaftungen an Werkzeugen, Maschinenteilen und Produktionsmitteln, die gereinigt werden müssen. Ein meistens geeignetes Reinigungsverfahren ist das Abspritzen der Oberflächen-Anhaftungen mit dem gleichen Lösemittel, das schon im Produkt enthalten ist. Dafür bietet Renzmann geschlossene Lösemittel-Waschmaschinen an. Durch das Verspritzen entsteht in der Waschmaschine immer eine explosionsfähige Atmosphäre (= Zone 0), bei einer Anwendungstemperatur oberhalb des Lösemittel-Flammpunktes (bei leicht flüchtigen Lösemitteln) eine explosionsfähige Lösemitteldampf/Luft-Atmosphäre sowie eine explosionsfähige Lösemittelaerosol/Luft-Atmosphäre (unabhängig vom Flammpunkt, auch bei schwer flüchtigen Lösemitteln).  

Für die Aufbereitung und Rückgewinnung sowohl der Reinigungslösemittel als auch von Restlösemitteln aus der Produktion bietet Renzmann Destillieranlagen an. In deren Innenraum befindet sich immer Lösemittel mit einer Temperatur oberhalb seines Flammpunktes, auch bei schwer flüchtigen Lösemitteln durch Erhitzen über den Flammpunkt. Bis zum Erreichen des Siedepunktes befindet sich Luft oberhalb des Flüssigkeitsstandes, die durch die beim Siedevorgang entstehenden Dämpfe verdrängt wird. Beim Ablassen des Rückstandes strömt wieder Luft in den Destillierkessel. Die Lösemitteldampf/Luftgemische bilden regelmäßig bei An- und Abfahrvorgängen des Destillationsprozesses eine explosionsfähige Atmosphäre (= Zone 0). Für Zone 0, hier im Innenraum von Lösemittel-Waschmaschinen und -Destillieranlagen, ist immer die Gerätekategorie 1 erforderlich. (Eine Erklärung zu Zoneneinteilung und Gerätekategorien nach ATEX finden Sie hier).

Für Hersteller von Farben, Lacken, Druckfarben und Beschichtungsstoffen sowie für Druckereien ist deshalb nicht allein entscheidend, ob eine Maschine, eine Anlage oder ein Gerät eine ATEX-Kennzeichnung trägt. Entscheidend ist, ob ihr Explosionsschutz mit der auf dem CE-Schild angegebenen Kategorie 1 tatsächlich zu der im Inneren auftretenden Zone 0 passt.

Renzmann setzt bei Lösemittel-Destillieranlagen und Lösemittel-Waschmaschinen auf ein konsequent hohes Schutzniveau. Denn beim Explosionsschutz geht es nicht um eine formale Kennzeichnung, sondern um den Schutz von Menschen, Produktionsanlagen und Investitionen – und um die Verantwortung, die Hersteller und Betreiber gemeinsam tragen.

ATEX: Worauf muss der Betreiber achten?

Die ATEX-Arbeitsschutzrichtlinie 1999/92/EG, häufig als ATEX 137 bezeichnet, verpflichtet Arbeitgeber dazu, Explosionsgefährdungen zu beurteilen und geeignete Schutzmaßnahmen festzulegen. In Deutschland werden diese Anforderungen insbesondere durch die Gefahrstoffverordnung und durch die Betriebssicherheitsverordnung konkretisiert.

Damit liegt eine wesentliche Verantwortung beim Betreiber. Er muss unter anderem:

• explosionsgefährdete Bereiche beurteilen und gegebenenfalls in Zonen einteilen,
• die erforderliche Gerätekategorie bestimmen,
• Explosionsgruppe und Temperaturklasse berücksichtigen,
• geeignete Arbeitsmittel auswählen,
• die Übereinstimmung von Kennzeichnung, Dokumentation und Einsatzbedingungen kontrollieren,
• die Ergebnisse im Explosionsschutzdokument festhalten,
• Anlagen und Maschinen in explosionsgefährdeten Bereichen vor Inbetriebnahme und wiederkehrend durch befähigte Personen, Hersteller oder zugelassene Überwachungsstellen prüfen zu lassen

Die aktuelle Gefahrstoffverordnung definiert Zone 0 als einen Bereich, in dem eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. Für eine nach diesem Schema ausgewiesene Zone 0 sind grundsätzlich Geräte der Kategorie 1 vorgesehen. Im Zweifelsfall ist nach der Verordnung die strengere Zone zu wählen.

Das bedeutet: Betreiber sollten sich nicht mit der allgemeinen Aussage „ATEX-konform“ zufriedengeben. Sie benötigen eine eindeutige Antwort darauf, welcher Bereich der Maschine für welche Zone und welche Gerätekategorie ausgelegt wurde.

ATEX bei destillieranlagen – was Renzmann anders macht

Zone 0 im Destillierkessel: Die An- und Abfahrvorgänge zählen mit

In einer Lösemittel-Destillieranlage wird verschmutztes Lösemittel erhitzt. Die leichter siedenden Bestandteile verdampfen, werden kondensiert und anschließend als wiederverwendbares Lösemittel zurückgewonnen.

Während des stabilen Siedevorgangs kann eine hohe Lösemitteldampfkonzentration den Sauerstoffanteil im Kessel deutlich reduzieren. Bei Vakuumanlagen wird ein großer Teil der Luft zudem vor Beginn der Destillation abgesaugt. Daraus darf jedoch nicht vorschnell geschlossen werden, dass der Innenraum grundsätzlich nur der Zone 1 zuzuordnen sei.

Besonders relevant sind:

• die Aufheizphase
• der Aufbau des Vakuums
• der Abbau des Vakuums
• das Abkühlen
• mögliche Lecklufteinträge
• das Öffnen und Befüllen der Maschine

In diesen Betriebsphasen kann sich ein explosionsfähiges Lösemitteldampf-Luft-Gemisch bilden. Werden solche Vorgänge bei jedem Destillationszyklus und damit mehrmals täglich durchlaufen, handelt es sich nicht um ein lediglich gelegentliches Ereignis.

Genau hier liegt ein entscheidender Unterschied zwischen einem formal möglichst knapp ausgelegten Schutzkonzept und einer konsequenten Sicherheitsphilosophie: Regelmäßig wiederkehrende An- und Abfahrvorgänge müssen in die Gefährdungsbeurteilung einbezogen werden.

Renzmann betrachtet den dampfführenden Innenraum des Destillierkessels daher grundsätzlich mit dem für Zone 0 erforderlichen hohen Sicherheitsanspruch. Potenzielle Zündquellen, beispielsweise Rührwerke, Sensoren oder Niveauschalter, müssen entsprechend bewertet und für die vorgesehene Verwendung geeignet ausgeführt sein.

Eine Alternative kann ein wirksam überwachtes Inertisierungskonzept sein, bei dem kritische Betriebsphasen unter Stickstoff ablaufen. Ob dadurch eine Zone vermieden oder verändert werden kann, muss jedoch für die konkrete Anlage und den konkreten Prozess fachkundig nachgewiesen werden. Die bloße Möglichkeit einer Stickstoffzufuhr reicht dafür nicht aus.

Warum die Vakuumpumpe sicherheitstechnisch entscheidend ist

Eine Vakuumpumpe senkt den Druck im Destillierkessel und damit die Siedetemperatur des Lösemittels. Das ermöglicht eine schonende und energieeffiziente Destillation. Gleichzeitig kann die Pumpe während des Anfahrens Luft und während des Betriebs einströmende Leckluft zusammen mit Lösemitteldampf fördern.

Im Inneren der Vakuumpumpe kann deshalb eine explosionsfähige Atmosphäre auftreten. Ihre konstruktive Ausführung und ihre Überwachung sind ein wesentlicher Bestandteil des Explosionsschutzkonzepts.

Bei Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen hängt der sichere Betrieb unter anderem von der ausreichenden Menge und Temperatur der Betriebsflüssigkeit sowie von geeigneten Betriebszuständen ab. Je nach Pumpenausführung können deshalb Überwachungen von Durchfluss, Füllstand, Temperatur und Unterdruck erforderlich sein. Auch Kavitation und unzulässige Betriebszustände müssen berücksichtigt werden.

Renzmann setzt demgegenüber Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpen ein, deren Funktionsprinzip ohne bewegte Teile im gasführenden Bereich auskommt. Im Kern bestehen sie aus einem geerdeten metallischen Strömungsweg mit Düse. Dadurch werden mechanische Reib-, Schlag- und Heißlaufgefahren konstruktiv vermieden.

Dieser Ansatz folgt einem zentralen Grundsatz des Explosionsschutzes: Eine Zündquelle, die konstruktiv nicht vorhanden ist, muss nicht durch zusätzliche Überwachung beherrscht werden. Das ersetzt nicht die Bewertung des gesamten Systems. Es reduziert jedoch die Zahl möglicher Fehler- und Zündquellen und unterstützt damit ein robustes Sicherheitskonzept.

Nitrocellulosehaltige Lösemittel: Worauf ist zu achten?

In der Farben-, Lack- und Druckfarbenindustrie können verunreinigte Lösemittel Nitrocellulose, kurz NC, enthalten. Ihre Destillation erfordert besondere Aufmerksamkeit, weil eine zu hohe Temperatur oder eine zu starke Aufkonzentrierung des Rückstands gefährliche Reaktionen begünstigen kann.

Wichtige Schutzprinzipien sind daher:

• möglichst niedrige Siedetemperaturen
• eine zuverlässig begrenzte Beheizungstemperatur
• die Kontrolle der Rückstandskonzentration
• eine rechtzeitige automatische Beendigung des Destillationsprozesses
• die sichere Beherrschung vorhersehbarer Fehlzustände

Leistungsfähige Vakuumtechnik kann die Siedetemperatur geeigneter Lösemittelgemische deutlich senken. Bei Ethylacetat-Ethanol-Gemischen sind unter passenden Prozessbedingungen beispielsweise Siedetemperaturen im Bereich von etwa 30 bis 35 °C möglich. Renzmann begrenzt bei entsprechend ausgelegten Anwendungen zusätzlich die Beheizungstemperatur auf 100 °C. Der Prozess kann automatisch beendet werden, bevor eine unzulässig hohe Eindickung des Rückstands erreicht wird.

Die tatsächlichen Grenzwerte und Betriebsparameter müssen stets anhand der verwendeten Stoffe, Sicherheitsdatenblätter, Verunreinigungen und Prozessbedingungen festgelegt werden. Eine Anlage darf nicht allein aufgrund allgemeiner Erfahrungswerte für jede NC-haltige Mischung freigegeben werden.

ATEX bei Lösemittel-Waschmaschinen

Lösemittel-Waschmaschinen: Sprühreinigung erzeugt im Innenraum der Waschmaschine eine Ex-Atmosphäre der Zone 0

Im Innenraum einer Lösemittel-Waschmaschine entstehen regelmäßig über die Dauer des gesamten Reinigungsvorganges explosionsfähige Lösemittel/Luft-Gemische (= Zone 0). Beim Versprühen brennbarer Reinigungsflüssigkeiten bilden sich nicht nur Dämpfe, sondern auch fein verteilte Aerosole. Diese sind selbst dann sicherheitsrelevant, wenn eine Betrachtung allein anhand des Flammpunkts zunächst weniger kritisch erscheinen würde.

Entspechend der Zone 0 im Innenraum von Lösemittel-Waschmaschine müssen darin vorhandene potenzielle Zündquellen den Anforderungen der Kategorie 1 entsprechen, mit entsprechender CE-Kennzeichnung.tilliert werden können, hängt von den jeweiligen Prozessanforderungen ab.

ATEX außerhalb der Maschinen – Was ist wichtig?

Ex-Atmosphäre im Außenbereich von Lösemittel-Destillieranlagen und -Waschmaschinen

Bei der Zoneneinteilung in der Umgebung von Lösemittel-Destillieranlagen und -Waschmaschinen sind unter anderem zu berücksichtigen:

• Art und Zusammensetzung des Lösemittels
• Flammpunkt und Verarbeitungstemperatur
• Raum-Be- und Entlüftung
• Häufigkeit von Wasch- und Destilliervorgängen
• Transportwege des Waschgutes unter Berücksichtigung der Verdampfung von Restlösemittel aus Produktresten an zu reinigendem Waschgut und Restbenetzung von Reinigungslösemittel an gereinigtem Waschgut
• Einhausung/ Be- und Entlüftung des Rückstandsbereichs der Destillieranlage, Verschluss und Transportwege des Rückstandsbehälters
• Manuelle (Nach) Reinigung mit Lösemittel, Umgang mit feuchten Putzlappen und Verschluss von Lösemittel-Behältnissen

Mögliche Zündquellen sicher bewerten

Bei nicht-elektrischen Einrichtungen ist die Frage entscheidend, ob während des bestimmungsgemäßen Betriebs oder bei zu berücksichtigenden Störungen eine wirksame Zündquelle entstehen kann.

Die heute maßgebliche Methodik für nicht-elektrische Geräte wird insbesondere in der EN ISO 80079-36 beschrieben. Zu untersuchen sind beispielsweise:

• mechanisch erzeugte Funken
• heiße Oberflächen
• Reibungswärme
• elektrostatische Entladungen
• Lager- oder Antriebsschäden
• bewegte Bauteile mit hoher Energie
• vorhersehbare Fehlfunktionen

Langsame Bewegungen, geringe Energien und geeignete Materialpaarungen können dazu führen, dass keine wirksame potenzielle Zündquelle vorliegt. Diese Feststellung muss jedoch aus einer nachvollziehbaren Zündgefahrenbewertung hervorgehen.

Gerade bei Bauteilen, die mit erheblichen Kräften oder Bewegungsenergien arbeiten, genügt es nicht, eine Zündquelle lediglich auszuschließen, um den Aufwand einer höheren Gerätekategorie zu vermeiden. Entscheidend ist der technische Nachweis.

Innen und außen sind getrennt zu betrachten

Bei der Auswahl einer Lösemittel-Waschmaschine sollte genau geprüft werden, worauf sich ihre ATEX-Kennzeichnung bezieht. Innenraum und äußere Aufstellungsumgebung können unterschiedlichen Zonen und damit unterschiedlichen Anforderungen unterliegen.

Eine Kennzeichnung der Kategorie 2 für den Außenbereich sagt nicht automatisch aus, dass auch der Innenraum für Zone 0 ausgelegt ist. Besitzt eine Maschine im Innenraum keine eigene potenzielle Zündquelle und fällt sie dort deshalb nicht als Gerät unter die ATEX-Produktrichtlinie, muss dies transparent dokumentiert werden. Die fehlende Kategorie darf nicht als nicht vorhandener Sicherheitsnachweis missverstanden werden.

Welche Angaben sind für Betreiber unverzichtbar?

• Welche Zoneneinstufung wurde für den Innenraum zugrunde gelegt?

• Welche potenziellen Zündquellen wurden untersucht?

• Welche Gerätekategorie gilt innen und welche außen?

• Welche Schutzmaßnahmen sind konstruktiv ausgeführt?

• Von welchen Überwachungen hängt die Sicherheit ab?

• Welche Einsatzgrenzen und Betreiberpflichten bestehen?

Was „höchster ATEX-Schutz“ bei Renzmann bedeutet

Höchster Explosionsschutz bedeutet für Renzmann nicht, jede Maschine/Anlage bzw. jedes Gerät pauschal mit einem möglichst eindrucksvollen Etikett zu versehen. Er bedeutet, die reale Gefährdung des jeweiligen Prozesses konsequent zu betrachten und dort, wo Zone 0 vorliegt, das dafür erforderliche Schutzniveau umzusetzen.

Dazu gehören:

• eine konservative und nachvollziehbare Bewertung wiederkehrender Betriebszustände,
• die systematische Untersuchung elektrischer und nicht-elektrischer Zündquellen,
• geeignete Geräte und Komponenten für die festgelegte Zone,
• möglichst zündquellenarme konstruktive Lösungen,
• überwachte sicherheitsrelevante Prozessparameter,
• klare Angaben zu Innen- und Außenbereichen,
• eine belastbare technische Dokumentation,
• die Berücksichtigung besonderer Stoffrisiken, etwa bei Nitrocellulose.

Dieses Sicherheitsverständnis schützt nicht nur Beschäftigte. Es erleichtert Betreibern auch die Gefährdungsbeurteilung, die Erstellung des Explosionsschutzdokuments, die Prüfung vor Inbetriebnahme und den rechtssicheren Betrieb.

Checkliste für die BEschaffung einer Lösemitteldestillieranlage

Vor dem Kauf einer Destillieranlage oder Lösemittel-Waschmaschine sollten Betreiber dem Anbieter mindestens folgende Fragen stellen:

1. Welche Zone wurde für den Innenraum angenommen – und wie wird diese Einstufung begründet?
2. Welche Gerätekategorie gilt für die innen liegenden Komponenten?
3. Sind Innen- und Außenbereich auf Typenschild und Dokumentation eindeutig unterschieden?
4. Liegt eine vollständige Zündgefahrenbewertung für nicht-elektrische Bauteile vor?
5. Welche Konformitätsbewertungsverfahren und Prüfungen wurden durchgeführt?
6. Welche Temperaturklasse und Explosionsgruppe deckt die Anlage/Maschine ab?
7. Welche Betriebszustände werden sicherheitstechnisch berücksichtigt?
8. Welche Überwachungen sind für den sicheren Betrieb zwingend erforderlich?
9. Wie werden Vakuumverlust, Leckluft, Übertemperatur und unzulässige Rückstandskonzentrationen beherrscht?
10. Ist die Anlage/Maschine für die tatsächlich eingesetzten Lösemittel und Verunreinigungen freigegeben?

Fazit: Explosionsschutz ist gelebte Verantwortung

Bei der Lösemittelrückgewinnung und Teilereinigung entscheidet sich die Sicherheit häufig im Inneren der Maschine – dort, wo Anwender sie im laufenden Betrieb nicht sehen können.

Eine ATEX-Kennzeichnung allein beantwortet deshalb noch nicht alle relevanten Fragen. Erst die Kombination aus korrektem Schutzkonzept, geeigneten Komponenten, nachvollziehbarer Zündgefahrenbewertung, sicherer Prozessführung und transparenter Dokumentation schafft eine belastbare Grundlage.

Renzmann setzt auf dieses hohe Schutzniveau, weil Explosionsschutz mehr ist als die Erfüllung einer formalen Vorgabe. Er ist Teil der Verantwortung gegenüber den Menschen, die täglich mit den Maschinen arbeiten, und gegenüber den Unternehmen, die sich auf deren Sicherheit und Verfügbarkeit verlassen.

Hinweis: Die konkrete Zoneneinteilung und Auswahl der Schutzmaßnahmen muss stets im Rahmen der Maschinen- und betriebsspezifischen Gefährdungsbeurteilung erfolgen. Der Artikel ersetzt keine individuelle sicherheitstechnische oder rechtliche Prüfung.