Gasgruppen und Staubgruppen

Brennbare Gase, Dämpfe und Stäube werden nach ihren Zündeigenschaften in Gruppen eingeteilt. Betriebsmittel müssen für die spezifische Gas- oder Staubgruppe zertifiziert sein, die im explosionsgefährdeten Bereich vorhanden ist.

Gerätegruppen

Gruppe I. Bergbau (Grubengas)

Betriebsmittel für untertägige Bergwerke und Übertageinstallationen, in denen Grubengas (Methan aus Kohleflözen) und/oder brennbarer Staub vorhanden sein können.

Gruppe II. Übertägige Industrie (Gas/Dampf)

Betriebsmittel für alle anderen Bereiche mit explosionsfähiger Gas-/Dampfatmosphäre. Unterteilt in IIA, IIB und IIC.

Gruppe III. Übertägige Industrie (Staub)

Betriebsmittel für Bereiche mit explosionsfähiger Staubatmosphäre. Unterteilt in IIIA, IIIB und IIIC.

Gasgruppen (Gruppe II)

Gase werden anhand zweier messbarer Eigenschaften klassifiziert:

• MESG (Maximale experimentelle Spaltweite). die maximale Spaltbreite, durch die eine interne Explosion nicht auf eine externe explosionsfähige Atmosphäre übergreift. Geprüft in einer standardisierten 25-ml-Kugelkammer mit einem 25 mm langen Spalt. Kleinerer MESG = gefährlicheres Gas.
• MIC-Verhältnis (Mindestzündstromverhältnis). das Verhältnis des Mindestzündstroms des Gases zu dem von Methan, gemessen in einer standardisierten Eigensicherheits-Prüfeinrichtung. Kleineres MIC-Verhältnis = gefährlicheres Gas.

Wichtige Hinweise

• Für IIC zertifizierte Betriebsmittel können in IIA- und IIB-Atmosphären eingesetzt werden (IIC ist am strengsten)
• Für IIB zertifizierte Betriebsmittel können in IIA-Atmosphären eingesetzt werden
• Für IIA zertifizierte Betriebsmittel können nur in IIA-Atmosphären eingesetzt werden
• Die Hierarchie ist: IIC > IIB > IIA (IIC deckt alles ab)

Sonderfall: IIB + H₂

Manche Betriebsmittel sind für „IIB + H₂" zertifiziert. das bedeutet, sie sind für alle IIB-Gase plus Wasserstoff im Speziellen geprüft, aber nicht für Acetylen oder Schwefelkohlenstoff. Dies ist ein gängiger und kostengünstiger Ansatz, wenn Wasserstoff vorhanden ist, aber Acetylen/CS₂ nicht.

Bei Ex d (druckfeste Kapselung) Betriebsmitteln mit der Kennzeichnung IIB + H₂ müssen die Installationsabstände den IIC-Anforderungen (40 mm) entsprechen, nicht IIB (30 mm).

Repräsentative Gase nach Gruppe

Gruppe IIA:

• Methan (CH₄). Erdgas, Biogas
• Propan (C₃H₈). LPG
• Butan (C₄H₁₀). LPG
• Aceton. Lösemittel
• Ethanol. Pharma, Lebensmittel
• Benzol, Toluol, Xylol. Petrochemie
• Ammoniak (NH₃). Kältetechnik, Landwirtschaft
• n-Hexan. Extraktionsverfahren

Gruppe IIB:

• Ethylen (C₂H₄). petrochemischer Grundstoff
• Schwefelwasserstoff (H₂S). Öl & Gas, Abwasser
• Diethylether. Pharma
• Ethylenoxid. Sterilisation
• Stadtgas / Synthesegas

Gruppe IIC:

• Wasserstoff (H₂). Raffinerien, Elektrolyseanlagen, Brennstoffzellen
• Acetylen (C₂H₂). Schweißen, chemische Synthese
• Schwefelkohlenstoff (CS₂). Viskoseindustrie

Wasserstoff: Eine besondere Herausforderung

Wasserstoff gehört zur gefährlichsten Gasgruppe (IIC) aufgrund seiner extrem kleinen MESG (0,29 mm) und sehr niedrigen Mindestzündenergie (0,017 mJ. etwa 10× weniger als Methan). Seine Selbstentzündungstemperatur ist jedoch relativ hoch (560 °C), was ihn nur in Temperaturklasse T1 einordnet.

Das bedeutet, Wasserstoff erfordert den strengsten Schutz gegen Funken/Lichtbögen (IIC), ist aber bezüglich der Oberflächentemperatur relativ unkritisch (T1). Dies ist das Gegenteil einiger IIA-Gase.

Staubgruppen (Gruppe III)

Leitfähiger vs. nicht leitfähiger Staub

Die Unterscheidung ist wichtig, da leitfähige Staubpartikel Isolationsstrecken überbrücken und Kurzschlüsse verursachen können, was selbst bei Ex e (Erhöhte Sicherheit) Schutz eine Zündquelle darstellt. Leitfähige Stäube erfordern einen strengeren Schutz.

Ein Staub gilt als leitfähig, wenn sein spezifischer Widerstand ≤10³ Ω·m beträgt.

Zündeigenschaften von Staub

Zwei unterschiedliche Zündmechanismen existieren für Staub:

1. Staubwolkenzündung. Staub in der Luft innerhalb seines explosionsfähigen Bereichs
2. Staubschichtzündung. abgelagerter Staub, der durch eine heiße Oberfläche bei deutlich niedrigerer Temperatur als die Wolke gezündet wird

Die Temperaturklasse für Staubbetriebsmittel muss sowohl die Staubwolken-Zündtemperatur (T_CL) als auch die Staubschicht-Zündtemperatur (T_5mm) berücksichtigen.

Die maximale Oberflächentemperatur des Betriebsmittels darf nicht überschreiten:

• ⅔ × T_CL (Staubwolke). gemessen in Kelvin
• T_5mm − 75 °C (für 5 mm Schichtdicke)

Der niedrigere Wert bestimmt die maximal zulässige Oberflächentemperatur.

NEC/CEC-Gasgruppen (Nordamerika)

Hinweis: Das NEC/CEC-System verwendet Buchstaben (A–G) statt römischer Ziffern, und die Reihenfolge ist ungefähr umgekehrt (A = gefährlichstes Gas).

Auswahl von Betriebsmitteln nach Gas-/Staubgruppe

Bei der Auswahl von Betriebsmitteln:

1. Alle brennbaren Stoffe identifizieren, die im Bereich vorhanden sein können
2. Die Gas-/Staubgruppe für jeden Stoff bestimmen
3. Betriebsmittel auswählen, die für die gefährlichste vorhandene Gruppe zertifiziert sind
4. Überprüfen, ob die Temperaturklasse ebenfalls geeignet ist

Wenn mehrere Gase vorhanden sind (z. B. Methan IIA + Wasserstoff IIC), muss das Betriebsmittel für IIC ausgelegt sein.

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