Laboreinrichtungen
in explosionsgeschützter Bauweise aus einer Hand
von Maic Patric Manz
Laboreinrichtungen (326 kB)
- Explosionsgeschützte Steckvorrichtungen Typ 8575 montiert an einer WALDNER-Medienzelle
Die WALDNER-Firmengruppe ist eines der ältesten Unternehmen und inzwischen der größte Arbeitgeber in Wangen im Allgäu. Hervorgegangen aus einer 1908 vom Firmengründer übernommenen Flaschnerei, wurde die Firma im 20. Jahrhundert u.a. als weltweiter Innovationsführer für Labor- und Schuleinrichtungen mit dem sicherheitsrelevanten Schlüsselprodukt ›Abzug‹ bekannt. Neben den Laboreinrichtungen des Unternehmensbereichs WALDNER Laboreinrichtungen GmbH & Co. KG liefert Waldner mit der Sparte DOSOMAT Verpackungsmaschinen für Milchprodukte, Lebensmittel und Tiernahrung. Auch das Produktprogramm in den Sparten Process- und Wassertechnik wächst erfolgreich. Das Thema Explosionsschutz hat bei der Errichtung für Laborgebäude und bei den Produkten des Geschäftsbereiches Process Systems innerhalb der letzten Jahre deutlich an Bedeutung gewonnen. WALDNER Laboreinrichtungen GmbH & Co. KG hat schon frühzeitig die Integration der Vorschriften des Explosionsschutzes in die Laboreinrichtungen vorgenommen. Ihr Laboreinrichtungsprogramm (seit 2009 Modell SCALA) wurde in einem Zeitraum von mehreren Jahren um Komponenten in explosionsgeschützter Ausführung erweitert, sodass ihre Kunden nun sowohl Standard-Laboreinrichtungen als auch Laboreinrichtungen in explosionsgeschützter Bauweise aus einer Hand erhalten können.
Explosionsschutz in Laboratorien
Laboratorien unterliegen, wie andere Arbeitsstätten auch, gesetzlichen Regelungen, Vorschriften der Unfallversicherungsträger und allgemein anerkannten Regeln der Technik. Für den Explosionsschutz sind neben der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) [1] und der Gefahrstoffverordnung [2] (GefStoffV) und deren Technischen Regeln TRBS, TRGS besonders die ›Labor-Richtlinie‹ der Berufsgenossenschaft BGI/ GUV-850-0 [3] und die TRGS 526 Laboratorien [4] zu beachten.
Warum Explosionsschutz im Labor
Die Frage ›Ist Explosionsschutz in Laboratorien notwendig?‹ wurde in der Vergangenheit oft kontrovers diskutiert. Üblicherweise wird in einem Labor nur mit einer geringen Menge an Gefahrstoffen, z.B. einer brennbaren Flüssigkeit, gearbeitet. Wann jedoch handelt es sich um eine geringe Menge? Im Sinne der Gefahrstoffverordnung kann eine Menge von 2,5 l noch eine geringe Menge darstellen (s. TRGS 526 Abs. 3.3.3). Bezogen auf brennbare Flüssigkeiten ist dieser Wert jedoch kritisch zu betrachten. Etwa 20 ml Benzin ergeben bei vollständiger Verdampfung 10 l explosionsfähige Atmosphäre, die bereits als gefährlich gilt, wenn die entstandene Wolke geschlossen bleibt. Neben der Menge kommt es wesentlich auf die Exposition des Stoffes an. Wird in Laboratorien nach den Regeln der Technik und den einschlägigen Vorschriften gearbeitet, wird in der Regel auch nur eine geringe Exposition vorliegen. Expositionsmöglichkeiten im Havariefall müssen jedoch berücksichtigt werden.
Gefährdungsbeurteilung
Beim Arbeiten mit Stoffen, die eine explosionsfähige Atmosphäre bilden können, muss der Arbeitgeber eine Gefährdungsbeurteilung vornehmen. Kann nach den Bestimmungen des § 6 der GefStoffV die Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre nicht sicher verhindert werden, ist u. a. die Wahrscheinlichkeit und Dauer des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre zu beurteilen. Die Menge des Stoffes allein ist zur Beurteilung nicht ausreichend. Im Wesentlichen kommt es auf die Höhe der Freisetzung an. Ist nicht sicher auszuschließen, dass eine erhöhte Exposition vorliegt, so ist dies durch geeignete Beurteilungsverfahren, wie beispielsweise Berechnungsverfahren und insbesondere durch Analogieschlüsse zu vergleichbaren Laborarbeitsplätzen zu ermitteln. Solche Beurteilungsverfahren müssen einer Messung gleichwertig sein. Ist eine Beurteilung der Exposition damit nicht möglich, so muss die Einhaltung von Grenzwerten durch Messung nachgewiesen werden. Ist die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre bei Tätigkeiten mit brennbaren Gasen, Dämpfen oder Stäuben nicht vermeidbar, sind Maßnahmen durchzuführen, welche eine Entzündung verhindern (TRGS 526 Absch. 4.12.).
Zoneneinteilung
Laboratorien müssen mit ausreichenden, jederzeit wirksamen technischen Belüftungseinrichtungen ausgerüstet sein, sodass ein Luftwechsel von 25 m3/h pro m2 Laborfläche (ca. 8-facher Luftwechsel) gewährleistet ist. Solange also nur mit laborüblichen Mengen gearbeitet wird und mit begrenzter Freisetzung brennbarer Stoffe zu rechnen ist, ist der Laborbereich kein explosionsgefährdeter Bereich oder unter Berücksichtigung von seltenen Störfällen möglicherweise als Zone 2 einzustufen.
Werden in Laboratorien Tätigkeiten mit größeren Mengen an brennbaren Stoffen durchgeführt, ist dieses in der Gefährdungsbeurteilung gesondert zu berücksichtigen. Ist mit einer möglichen Freisetzung zu rechnen, sind weitere Schutzmaßnahmen erforderlich und der Laborbereich oder Teilbereiche des Labors als Zone 1 einzustufen.
Die Gefährdungsbeurteilung ergibt, ob und mit welchen Zusatzmaßnahmen die Tätigkeiten im Labor dann ausgeführt werden können oder ob eine Durchführung im Labor nicht möglich ist und beispielsweise aus Gründen des Explosionsschutzes in einem entsprechend ausgestatteten Technikum gearbeitet werden muss.
Arbeiten in Abzügen
Arbeiten, bei denen Gase, Dämpfe oder Schwebstoffe in gefährlicher Konzentration oder Menge auftreten können, dürfen nur in Abzügen ausgeführt werden. Dies ist z.B. der Fall, wenn mit einer brennbaren Flüssigkeit oberhalb ihres Flammpunktes offen gearbeitet wird. Die Abzüge müssen den Sicherheits- und Leistungsanforderungen der DIN EN 14175-2:2003 [5] genügen.
Bei Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten in laborüblichen Mengen im Abzug sind keine weiteren Schutzmaßnahmen nötig (siehe auch Beispielsammlung ›Zoneneinteilung‹ Nr. 2.2.6a der BGR 104 Explosionsschutz-Regeln [6]).
Bei Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten oberhalb des Flammpunktes in nicht-laborüblichen Mengen ist der Bereich im Abzug als Zone 2 einzustufen, da bei Bruch des Gefäßes (seltene, aber realistische Störung) im Abzug kurzzeitig eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre auftritt. Beispiel Nr. 2.2.6b aus der Beispielsammlung: Rotationsverdampfer mit 10 l brennbarer Flüssigkeit oberhalb des Flammpunktes.
Wird ein Abzug in einer bereits bestehenden Zone aufgestellt, besteht im Innenraum des Abzuges die gleiche Zone wie außerhalb. Durch Tätigkeiten im Innenraum des Abzuges kann sich dieses jedoch in Richtung Verschärfung ändern.
- Bild 1: Laborraumregelung in explosionsgeschützter Ausführung für Zone 1
- Bild 3: Steckvorrichtungen von R. STAHL Typ 8575, montiert im Inneren eines Laborabzuges.
Aufbewahrung brennbarer Flüssigkeiten
Gemäß Ziffer 4.15.1 der Richtlinien für Laboratorien dürfen brennbare hochentzündliche, leichtentzündliche und entzündliche Flüssigkeiten (Flammpunkt < 55°C) an Arbeitsplätzen für den Handgebrauch nur in Behältnissen von höchstens 1 l Nennvolumen aufbewahrt werden, wobei die Anzahl der Behältnisse auf das unbedingt nötige Maß zu beschränken ist. Der Begriff ›Handgebrauch‹ wird als diejenige Menge definiert, die innerhalb einer täglichen Arbeitsschicht benötigt wird. Für Laboratorien, in denen ständig größere Mengen brennbarer Flüssigkeiten benötigt werden, ist ein Bereithalten in nicht bruchsicheren Behältnissen bis zu 5 l und in bruchsicheren Behältnissen bis zu 10 l Nennvolumen an geschützter Stelle zulässig. Die geschützte Stelle eines Labors ist beispielsweise ein Sicherheitsschrank nach DIN EN 14470-1:2006 [7], der wärmeisoliert ist und grundsätzlich an die Abluft angeschlossen sein muss. Ist der Anschluss an die Abluft aufgrund der vorhandenen Raumlufttechnik nicht möglich, so sind bestimmte Auflagen des Explosionsschutzes einzuhalten. Um die Bruchgefahr zu verringern, dürfen für leichtentzündliche Flüssigkeiten grundsätzlich keine Behältnisse aus dünnwandigem Glas verwendet werden.
WALDNER Laboreinrichtungen in explosionsgeschützter Ausfertigung
- Bild 2: Ein rückwandinstallierter Tischabzug für den Betrieb in der Zone 1. II2G Ex IIB T6. Die Materialien sind elektrostatisch ableitfähig und halten einen Wert von <106 Ω ein. Eine konstruktive Veränderung mit leitfähigem Steinzeug ist wegen der hohen chemischen Beständigkeit jederzeit möglich.
Laborraumregelung
Wenn man bedenkt, dass ein einfacher Tischabzug im Rastermaß von 1.500 mm den Lüftungsbedarf von vier Einfamilienhäusern hat, wird deutlich, welches Energieeinsparungspotenzial in einem Laborgebäude steckt. WALDNER Laboreinrichtungen GmbH & Co. KG beschäftigt sich seit Jahren mit dem Thema Laborraum und bedarfsgerechte Volumenstromregelung in explosionsgeschützter Ausfertigung von Abzügen. Dem Unternehmen ist es gelungen, ein Laborraumregelsystem mit einem hohen Grad an Flexibilität und Anpassungsvermögen an die Arbeiten im explosionsgeschützten Labor zu entwickeln. Dabei ist die variable Abluftregelung nur ein Bestandteil des Laborraumregelsystems in explosionsgeschützter Ausfertigung. Die weiteren Komponenten sind Raumregler, Raumzuluft- und Raumabluft-Volumenstromregler für Absaugessen und mechanische Volumenstromregler für Sicherheitsschränke, die rund um die Uhr permanent be- und entlüftet werden müssen. Der Raumregler von WALDNER steht im Laborraum über ein Bussystem mit allen Abzugsvolumenstromreglern und sonstigen variablen Komponenten in Verbindung. Konstantverbraucher werden mit einem Fixwert hinterlegt, sodass der Raumregler durch eine stetige Berechnung der Raumluftbilanz den Abluftbedarf im explosionsgeschützten Laborraum besser optimieren kann. So kann zum Beispiel durch eine Luftmengenverschiebung zwischen mehreren Abzügen die Raumzuluft konstant gehalten werden, obwohl die Abzüge im Laborraum ständig geöffnet und geschlossen werden (Bild 1).
Explosionsgeschützte Abzüge
Kernstücke des WALDNER-Laboreinrichtungprogramms sind die Abzüge, die in unterschiedlichen Bauformen und Ausprägungen geliefert werden können. In Bild 2 ist ein rückwandig installierter Tischabzug in explosionsgeschützter Ausführung dargestellt. Er ist geeignet zum Betrieb in der Zone 1, entspricht also der Kategorie 2 für Gase der Gruppe II B und der Temperaturklasse T6. Die verwendeten Materialien sind elektrostatisch ableitfähig und halten den Wert von < 106 Ω ein. Die elektrischen Betriebsmittel, wie z. B. die montierten Steckvorrichtungen, erfüllen die Anforderungen der Kategorie 2 für Gase und Stäube (Bild 3). Neben den Explosionsschutzanforderungen bedingt die Einhaltung bestimmter Normen für Laboratorien sowie das Thema Säurebeständigkeit und thermische, mechanische Belastungen intensive und komplexe konstruktive Maßnahmen.
Entsorgungssystem für brennbare Flüssigkeiten
Restmengen brennbarer Flüssigkeiten am Laborarbeitsplatz sind sicher zwischenzulagern. Über leitfähige Trichter auf der Tischplatte des Abzugs werden diese in Kanistern, die in einem Sicherheitsschrank gemäß DIN EN 14470-1 bzw. TRbF 20 Anhang L [8] untergebracht sind, gefüllt (Bild 4). Unter Berücksichtigung der möglichen hohen Belegungsdichte ist das Innere von Sicherheitsschränken mit technischer Lüftung explosionsgefährdeter Bereich der Zone 2 (ohne technische Belüftung sogar Zone 1). Das Innere der Abluftleitung von Sicherheitsschränken ist ebenfalls explosionsgefährdeter Bereich der Zone 2. Im Arbeitsraum um technisch belüftete Sicherheitsschränke ist kein explosionsgefährdeter Bereich festgelegt, sofern nicht durch andere Emissionsquellen im Raum ein explosionsgefährdeter Bereich verursacht wird.
Eine weitere Einrichtung zur Entsorgung von Restmengen ist das in Bild 5 mobile Umfüllsystem. Über eine Saugleitung wird die Flüssigkeit in einen Kanister gefüllt, der in einer auf einem Wagen montierten Auffangwanne steht. Vor Betriebsaufnahme muss dieser Wagen mit dem Erdungssystem des Abzuges verbunden werden.
In Bild 6 ist ein Restmenge-Entsorgungssystem für einen Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographen dargestellt.
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Bild 4: Befüllungseinrichtung über leitfähige Trichter | Bild 5: Umfüllsystem fur die Entsorgung brennbarer Flüssigkeiten | Bild 6: Entsorgung fur Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographen (HPLC / High Performance Pressure Liquid Chromatography) |
Fazit
Bei der Einrichtung von Laboratorien, in denen mit Gefahrstoffen gearbeitet wird, sind eine Vielzahl von Vorschriften und Anforderungen zu erfüllen. Wird zudem mit brennbaren Flüssigkeiten hantiert, sind weiterhin die Regeln des Explosionsschutzes zu beachten. WALDNER Laboreinrichtungen hat durch jahrelange Erfahrung mit dem Standardprogramm und auch mit den Ausführungen für explosionsgefährdete Bereiche im Markt für Laboreinrichtungen eine weltweit führende Stellung erreicht und bietet dem Kunden ein umfassendes Produktprogramm aus einer Hand.
