Explosion protection in the process industry: EX zones, ATEX and sensor technology explained simply

Many industrial processes create conditions under which explosive atmospheres can occur. Particularly in the chemical, pharmaceutical, food, and bulk materials industries, flammable gases, vapors, or dusts can form a dangerous mixture when combined with oxygen. If an ignition source is also present, an explosion can occur – with potentially serious consequences for employees, equipment, and production processes. To minimize such risks, strict international regulations govern explosion protection (EX protection). These regulations cover both plant design and the equipment and sensors used. But what does explosion protection actually mean for companies, and what role do sensors and measurement technology play in EX areas?

Wann entsteht eine Explosion? Das Explosionsdreieck 

Eine Explosion entsteht, wenn drei Voraussetzungen gleichzeitig erfüllt sind. Dieses Prinzip wird häufig als Explosionsdreieck bezeichnet.

Die drei notwendigen Faktoren sind:

1. Brennbarer Stoff
Zum Beispiel Gase, Dämpfe, Nebel oder brennbare Stäube.

2. Sauerstoff
In der Regel aus der Umgebungsluft.

3. Zündquelle
Beispielsweise elektrische Funken, heiße Oberflächen oder elektrostatische Entladungen.

Treffen diese drei Komponenten aufeinander, kann eine schnelle chemische Reaktion entstehen, bei der innerhalb kürzester Zeit große Energiemengen freigesetzt werden. Der plötzliche Druckanstieg und die starke Wärmeentwicklung können zu erheblichen Schäden führen.

Typische Zündquellen in industriellen Anlagen sind unter anderem:

• elektrische Geräte und Anlagen
• mechanisch erzeugte Funken
• heiße Oberflächen
• elektrostatische Entladungen
• elektromagnetische Strahlung
• Blitzschlag oder Reibung

Um diese Risiken zu minimieren, müssen Geräte, Sensoren und Anlagenkomponenten für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (EX-Bereichen) speziell konstruiert und zertifiziert sein.

EX-Zonen: Klassifizierung explosionsgefährdeter Bereiche

Ein zentraler Bestandteil des Explosionsschutzes ist die Zoneneinteilung. Sie dient dazu, das Risiko explosionsfähiger Atmosphären systematisch zu bewerten und geeignete Schutzmaßnahmen festzulegen.

Explosionsgefährdete Bereiche werden in sogenannte EX-Zonen eingeteilt.

Gas-Atmosphären

• Zone 0
  Eine explosionsfähige Atmosphäre ist ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden.
• Zone 1
  Eine explosionsfähige Atmosphäre kann im Normalbetrieb gelegentlich auftreten.
• Zone 2
  Eine explosionsfähige Atmosphäre tritt im Normalbetrieb normalerweise nicht oder nur kurzzeitig auf.

Staub-Atmosphären

Bei brennbaren Stäuben erfolgt eine ähnliche Einteilung:

• Zone 20
• Zone 21
• Zone 22

Die jeweilige Zone bestimmt, welche Geräte dort eingesetzt werden dürfen und welche Schutzarten erforderlich sind. Je höher das Risiko einer explosionsfähigen Atmosphäre, desto strengere Anforderungen gelten für die eingesetzte Technik.

ATEX und IECEx: Wichtige Normen im Explosionsschutz 

Geräte und Komponenten für den Einsatz in EX-Bereichen müssen internationalen Sicherheitsstandards entsprechen. Zwei der wichtigsten Regelwerke sind ATEX und IECEx.

ATEX - Explosionsschutz in der Europäischen Union

Die ATEX-Richtlinie (2014/34/EU) bildet die gesetzliche Grundlage für Geräte und Schutzsysteme in explosionsgefährdeten Bereichen innerhalb der Europäischen Union.

Sie legt Anforderungen an Konstruktion, Prüfung und Zertifizierung von Geräten fest, die in EX-Bereichen eingesetzt werden.

ATEX-konforme Produkte sind in der Regel durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

• CE-Kennzeichnung
• EX-Symbol
• Kennnummer einer benannten Prüfstelle

Die Richtlinie stellt sicher, dass Geräte ein hohes Maß an Sicherheit erfüllen, bevor sie in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden dürfen.

IECEx - Internationales Zertifizierungssystem 

Das IECEx-System ist ein weltweit anerkanntes Zertifizierungssystem für Explosionsschutzgeräte. Es basiert auf der internationalen Normenreihe IEC 60079, die technische Anforderungen an Geräte für explosionsgefährdete Bereiche definiert.

Ziel von IECEx ist es, die internationale Anerkennung von Explosionsschutz-Zertifizierungen zu erleichtern und den weltweiten Handel mit sicheren Geräten zu vereinfachen.

Während ATEX innerhalb der EU gesetzlich vorgeschrieben ist, orientiert sich IECEx an international harmonisierten technischen Standards und wird in vielen Ländern weltweit angewendet.

Schutzarten im Explosionsschutz

Um zu verhindern, dass Geräte selbst zu einer Zündquelle werden, kommen im Explosionsschutz verschiedene technische Schutzprinzipien zum Einsatz.

Zu den wichtigsten Schutzarten gehören:

Eigensicherheit (Ex i)

Elektrische Energie wird so begrenzt, dass keine zündfähigen Funken oder unzulässigen Temperaturen entstehen können.

Druckfeste Kapselung (Ex d)

Eine mögliche Explosion wird innerhalb eines stabilen Gehäuses eingeschlossen, sodass keine Flammen nach außen dringen können.

Erhöhte Sicherheit (Ex e)

Durch konstruktive Maßnahmen wird verhindert, dass Funken entstehen oder Bauteile unzulässig hohe Temperaturen erreichen.

Welche Schutzart eingesetzt wird, hängt immer von mehreren Faktoren ab, darunter:

• die jeweilige EX-Zone
• das vorhandene Medium
• die Prozessbedingungen
• die Art der eingesetzten Geräte

Die Rolle von Sensorik im EX-Bereich

Sensoren und Messsysteme spielen eine zentrale Rolle für sichere und stabile industrielle Prozesse. Besonders in anspruchsvollen Prozessen der Chemie- oder Schüttgutindustrie sind präzise und zuverlässige Sensorsysteme entscheidend, um Prozessparameter kontinuierlich zu überwachen und Sicherheitsrisiken frühzeitig zu erkennen.

Sie liefern kontinuierlich wichtige Informationen über Prozessparameter wie:

• Viskosität
• Temperatur
• Druck
• Durchfluss
• Material- oder Stoffeigenschaften

Gerade in explosionsgefährdeten Bereichen müssen Sensoren so konstruiert sein, dass sie keine zusätzliche Zündquelle darstellen.

Bei der Entwicklung von Sensorik für EX-Bereiche werden daher verschiedene Aspekte berücksichtigt, beispielsweise:

• Begrenzung elektrischer Energie
• robuste und geeignete Gehäusekonstruktionen
• zertifizierte Komponenten
• klare Kennzeichnung und Dokumentation gemäß ATEX oder IECEx

Eine zuverlässige Messtechnik ermöglicht es Anlagenbetreibern, Prozesse kontinuierlich zu überwachen und frühzeitig auf Veränderungen zu reagieren. Dadurch lassen sich potenzielle Risiken reduzieren und gleichzeitig Prozessstabilität sowie Effizienz verbessern.

Fazit: Sicherheit beginnt bei der richtigen Geräteauswahl 

Explosionsschutz ist ein zentraler Bestandteil moderner Industrieanlagen. Nur durch die richtige Kombination aus Risikobewertung, Zoneneinteilung und zertifizierter Technik lassen sich Produktionsprozesse sicher betreiben.

Für Anlagenbetreiber bedeutet das:
Bereits bei der Planung von Mess- und Automatisierungstechnik sollte darauf geachtet werden, dass eingesetzte Geräte für EX-Bereiche geeignet und entsprechend zertifiziert sind.

Die Auswahl geeigneter Sensorik trägt dabei entscheidend dazu bei, Sicherheitsrisiken zu minimieren und gleichzeitig stabile sowie effiziente Prozesse zu gewährleisten.