Einstufung der Explosionszonen im Stripp-Prozess

Abstract

Bei einer Anlage zur Herstellung von Polymerdispersionen wird der Stripp-Prozess auf Explosionsgefahren untersucht. Ziel des Prozesses ist die Entfernung der nach der Polymerisation noch vorhandenen Restmonomere (Butadien und Styrol) mittels Wasserdampf aus der Dispersion. Durch die Zugabe von Umgebungsluft in einzelnen Prozessschritten kann sich eine explosionsfähige Atmosphäre im Abgasstrom ausbilden. Das Abgas durchläuft einen Kondensator und einen Gassammelbehälter und wird am Ende verbrannt. Für eine Gefährdungsbeurteilung wurde der Prozess ab dem Stripper bis vor die Brennkammer untersucht. Für diese Untersuchung wurde eine kurze Literaturstudie zum Thema Explosionsschutz durchgeführt, anschließend Messungen im Prozess ausgeführt und die Ergebnisse bewertet. Eine genaue Erfassung der Kohlenwasserstoffe erwies sich als zu aufwändig und nicht zielführend, da prozessbedingt die Überschreitung der unteren Explosionsgrenze bekannt ist. Daher wurde mittels amperometrischer und optischer Sonden der Sauerstoffgehalt im gesamten Prozess erfasst. Die aggressiven Prozessbedingungen machten Messungen mit den zur Verfügung gestandenen Mitteln über mehr als eine Woche unmöglich. Trotzdem konnten Bereiche mit Sauerstoffkonzentrationen, die zur Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre ausreichen, identifiziert werden. Durch die Zündquellenfreiheit des Prozesses ergibt sich dennoch keine Explosionsgefahr im Prozess. Bei Leckagen ist eine Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre im ersten Prozessabschnitt mit Unterdruck innerhalb der Behälter möglich. Im Bereich nach der Vakuumpumpe kann sich im Störfall eine explosionsfähige Atmosphäre außerhalb der Behälter bilden. Der Sauerstoffeintrag im Prozess kann durch Einsatz von Prozessdampf statt Umgebungsluft vermindert werden. Durch diese Maßnahme nimmt die Sauerstoffkonzentration ab und die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre wird seltener.

This thesis aims to investigate explosion hazards in the stripping process of a production plant of polymer dispersions. During this process the remaining monomers (butadiene and styrene) are removed by water vapour from the dispersion. The addition of ambient air in some process steps can form an explosive atmosphere. The off gas passes a condenser and is finally burned. For a risk assessment the process was examined from the stripper to the combustion chamber. A short literature study on explosion protection was followed by measurements in the process and the results were evaluated. An accurate detection of the hydrocarbons proved to be too time-consuming and not necessary, because it is known, that the concentration of the hydrocarbons exceeds the lower explosion limit. Therefore the oxygen concentrations in the process were measured via amperometric and optical probes. The aggressive process conditions made measurements lasting more than one week impossible with the equipment utilised. Nevertheless, areas with oxygen concentrations sufficient to create an explosive atmosphere could be identified. Due to the fact that the process is free of ignition sources, there is no danger of explosion. In the case of leaks the formation of an explosive atmosphere in the first process section with low pressure inside the containers is possible. In the area after the vacuum pump an explosive atmosphere might be formed outside the containers. The oxygen input in the process can be reduced by using process steam instead of ambient air. Thereby the oxygen concentration decreases and the formation of an explosive atmosphere becomes less likely.