Ex-Schutz auf See mit Ventilen von Wandfluh

Wo gashaltige Gemische aus einem Bohrloch austreten, besteht für Mensch, Material und Umwelt Gefahr. Dass sich das Gas verflüchtigt, ist rund um das Bohrloch nicht zu vermeiden. Auch wo ein Gemisch oder Gas durch Leitungen fließt, mit Schiffen transportiert oder umgeladen wird, kann auch um Füllstutzen und Kupplungen Gas in die umgebende Luft austreten. Nicht zu reden von Lecks. Gas und Sauerstoff in der Luft können eine explosive Mischung bilden, die sich an einer Zündquelle entzünden kann.

Für eine Zündung müssen die Anteile an Gas und Sauerstoff in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Auch die Temperatur oder die Energie der Zündquelle ist entscheidend. Da es verschiedene Gase mit unterschiedlichen Zündtemperaturen gibt, werden sie in entsprechende Temperaturklassen, T1 bis T6, eingeteilt. Die Gase werden aber auch eingeteilt in Gruppen IIA bis IIC, entsprechend ihrer Fähigkeit, bei einer Zündung einen Spalt zu überwinden. Diese Temperaturklassen und Gasgruppen sind wichtig, wenn es um die Auswahl der geeigneten Ausrüstung geht. Dabei kann es sich um Lampen, Funkgeräte oder zum Beispiel auch Hydraulikventile handeln. Um die Gefahren zu verhindern, ist es wichtig, ein mögliches Gefahrenpotenzial zu erkennen. Das ist die Aufgabe des Anwenders. Die Gefahrenbereiche werden in Zonen unterteilt:

• Zone 0 ist ein Bereich, in dem gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. Der Begriff häufig ist im Sinne von zeitlich überwiegend zu verstehen. Hier herrscht eine sehr hohe Gefährdung.
• Zone 1 ist ein Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln bilden kann. Hier besteht das Risiko einer hohen Gefährdung.
• Zone 2 ist ein Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine gefährlich explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig auftritt. Hier spricht man von kleiner Gefahr.

Bei Komponenten, die gleichzeitig eine Explosion auslösen könnten und einer korrosiven Umgebung ausgesetzt sind, wie etwa salzhaltiger Luft auf Deck, ist die Materialwahl für die Gewährleistung der Funktion und einer langen Lebensdauer wichtig.

Einen guten Korrosionsschutz bieten zum Beispiel rostfreie Stähle mit hohem Chromgehalt. Diese sind aber teuer. Wo möglich, wird deshalb mit günstigeren Materialien mit einer zusätzlichen Beschichtung gearbeitet, beispielsweise mit niedriglegiertem Stahl mit einer zusätzlichen Zink-Nickel-Beschichtung. Die weltweit tätige Schweizer Firma Wandfluh hat sich des Problems schon vor längerer Zeit angenommen und ein Hydraulikventil-Programm geschaffen, welches sowohl dem Explosionsschutz als auch dem Korrosionsschutz Rechnung trägt.

Die Hydraulik auf und unter Deck eines Schiffes oder einer Plattform hat vielfältige Aufgaben. Immer geht es um die Übertragung von Energie mit Hilfe einer Flüssigkeit, damit eine Bewegung ausgelöst oder eine Kraft ausgeübt werden kann. Als Beispiel seien das Betätigen von Butterfly-Ventilen für flüssige Medien, das Lösen eines Schiffes von einem Mooring-System im Notfall oder die Steuerventile in einem Topdrive erwähnt.

Die Oberflächentemperatur der Komponenten darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten, um eine Zündung eventueller Gasgemische zu verhindern. Bei Hydraulikventilen kann das zu einer Herausforderung werden, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist wie beispielsweise in tropischer Umgebung. Ein Strom, der durch eine Magnetspule fließt, bewirkt wegen des Spulenwiderstandes immer eine Erwärmung des Gehäuses, welche zur Umgebungstemperatur addiert wird. Das kann bedeuten, dass die elektrische Leistung des Ventilmagneten und damit die Gesamtleistung des hydraulischen Ventiles gedrosselt werden muss, um die Oberflächentemperatur innerhalb der zulässigen Temperaturklasse zu halten. Eine genaue Abklärung des Bedarfs an Durchflussmenge und Druck durch den Systembauer ist darum wichtig. Es gibt verschiedene, in den Ex-Schutznormen beschriebene Konstruktionsmöglichkeiten für Ventilmagnete.

Wandfluh setzt bei den Ventilen zwei Ex-Schutzarten ein: Die Ex-d-Magnetspule BDBPM22 für die Zonen 1 und 2: Die druckfeste Kapselung „Ex d“  der Magnetspule beziehungsweise das robuste Gehäuse verhindern, dass eine Explosion im Innern nach außen dringt. Wandfluh bietet Ventile in der Schutzart „Ex d“ auf Wunsch mit Korrosionsschutz bis zu AISI 316L an.

Die Ex ia-Magnetspule AEXi4Z60a für die Gefahrenzone 0: Bei der Schutzart „Ex ia“ ist der Magnet relativ einfach konstruiert, dafür wird die Leistung soweit reduziert, dass die Energie im Magnetstromkreis bei einem Vorfall nicht ausreicht, um ein Gemisch zu entzünden. Für „Ex ia“ wird zusätzlich eine Elektronik zur Leistungsbegrenzung benötigt.

Auf einem LNG-Tanker befinden sich zur Ansteuerung der Butterfly-Ventile sehr viele Ventile in einem Steuerschrank. Hier ist die Leckage ein wichtiges Thema. „Low-leak“-Ventile in der Schutzart „Ex ia“ von Wandfluh halten das Leck und damit den Energieverlust im gesamten System klein.

Da der Umweltschutz im Meeresbereich ein hohes Anliegen ist, werden Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt, welche sich durch eine hohe Umweltverträglichkeit auszeichnen. Wegen deren Eigenschaften können diese Flüssigkeiten die Ventilfunktion aber beeinflussen oder den Innenteilen der Ventile schaden. Durch die Anwendung von speziellen Materialen hat Wandfluh jedoch auch dafür Lösungen erarbeitet. fa

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