Oberflächenvorbereitung in ATEX Zone 1: Anforderungen und zugelassene Methoden

Dieser Leitfaden erklärt, was ATEX-Zone 1 für die Oberflächenvorbereitung bedeutet: den rechtlichen Rahmen, wie Zonen und Gerätekategorien zusammenpassen, wie eine ATEX-Kennzeichnung zu lesen ist, warum Strahlen und Schleifen eingeschränkt sind und welche Werkzeugkonfiguration und welches sichere Arbeitssystem es ermöglichen, die Instandhaltung von Beschichtungen in einem in Betrieb befindlichen explosionsgefährdeten Bereich fortzusetzen.

In explosionsfähigen Atmosphären wie auf laufenden Offshore-Plattformen, in aktiven Raffinerien, LNG-Terminals und petrochemischen Anlagen ist offenes Strahlen mit Strahlmittel kaum eine Option, solange die Anlage in Betrieb ist. Mit hoher Geschwindigkeit auf Stahl auftreffendes Strahlmittel erzeugt Schlagfunken und heiße Partikel, die eine entzündliche Gas- oder Dampfatmosphäre zünden können. Die meisten Betreiber behandeln es daher als Heißarbeit, die erst zulässig ist, wenn der Bereich im Rahmen einer Heißarbeitsgenehmigung gasfrei gemacht wurde.

Doch gerade in diesen Umgebungen ist die Instandhaltung von Schutzbeschichtungen am wichtigsten. Offshore-Strukturen in korrosiver Meeresatmosphäre, Raffinerierohrleitungen im Schwefelwasserstoffbetrieb und Stahlkonstruktionen von LNG-Anlagen, die kryogenen Temperaturwechseln ausgesetzt sind, benötigen regelmäßige Beschichtungsinstandhaltung – oft in Bereichen, in denen das übliche Verfahren der Oberflächenvorbereitung nicht ohne Abschaltung des Prozesses eingesetzt werden kann.

Der regulatorische Rahmen ATEX / IEC 60079

Geräte für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären werden durch zwei technisch aufeinander abgestimmte Regelwerke geregelt:

• In Europa: Die ATEX-Produktrichtlinie 2014/34/EU (oft ATEX 114 genannt) gilt für Geräte und Schutzsysteme, die ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG (ATEX 137) für den Schutz der Arbeitnehmer einschließlich der Einteilung explosionsgefährdeter Bereiche in Zonen. Geräte, die in der EU für den Einsatz in diesen Bereichen in Verkehr gebracht werden, müssen die Produktrichtlinie erfüllen und die entsprechende Kennzeichnung tragen.
• International: Die Normenreihe IEC 60079, ganz oder teilweise von vielen Rechtsordnungen übernommen, darunter das US-Zonensystem in NEC Article 505, Kanada, Australien und die Golfstaaten. Viele internationale Betreiber verweisen in ihren globalen Gerätestandards auf IEC 60079 oder ATEX.

In Nordamerika werden explosionsgefährdete Bereiche entweder nach dem traditionellen Class/Division-System oder nach dem mit NEC Article 505 eingeführten Class/Zone-System eingeteilt. Eine Zone 1 nach Article 505 entspricht der IEC/ATEX-Zone 1.

Die Zoneneinteilung verstehen

Die Richtlinie 1999/92/EG definiert die Gaszonen 0, 1 und 2 sowie die Staubzonen 20, 21 und 22 und legt fest, welche Gerätekategorien in welcher Zone eingesetzt werden dürfen.

Zone 1 ist für die Beschichtungsinstandhaltung die betrieblich kritischste Zone, weil sie die aktiven Prozessbereiche einer Anlage umfasst: die Bereiche, die in Betrieb bleiben müssen und die oft am stärksten korrosiven Bedingungen ausgesetzt sind.

Warum Strahlen mit Strahlmittel und Schleifen in Zone 1 eingeschränkt sind

Das Zündrisiko beim Strahlen mit Strahlmittel entsteht durch mechanische Schlageinwirkung. Wenn Stahlkies, Granat oder mineralisches Strahlmittel mit hoher Geschwindigkeit auf Stahl trifft, wird ein Teil der kinetischen Energie als Wärme frei und es entstehen glühende Schlag- und Reibfunken. Energie und Temperatur dieser Funken können ausreichen, um brennbare Dampf-Luft-Gemische innerhalb ihres Explosionsbereichs zu zünden. Beim Strahlen bauen sich zudem elektrostatische Ladungen an Schläuchen und Düsen auf, die durch Potenzialausgleich und Erdung beherrscht werden müssen.

Eine besondere Gefahr in Raffinerien und offshore ist der Thermitfunke. Er entsteht, wenn metallisches Aluminium, zum Beispiel Abrieb von Aluminiumlegierungen oder aluminiumpigmentierte Farbe, auf rostigen Stahl trifft: Das Aluminium reagiert mit dem Eisenoxid (2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe) und setzt sehr heiße Partikel frei. Strahlmittel aus Aluminiumoxid ist bereits oxidiert und geht diese Reaktion nicht ein, doch jedes schlagende Verfahren auf rostigem Stahl in der Nähe von Leichtmetall muss sie berücksichtigen.

Aus diesen Gründen lassen Betreiber offenes Strahlen mit Strahlmittel in einer laufenden Zone 1 in der Regel nicht zu. Ist Strahlen unvermeidbar, wird der Bereich üblicherweise abgetrennt und gasfrei gemacht, und die Arbeiten erfolgen für die gesamte Dauer unter einer Heißarbeitsgenehmigung.

Winkelschleifer stellen ein ähnliches Problem dar. Handelsübliche elektrische Winkelschleifer sind nicht für Zone 1 ausgelegt, und eine schnell drehende Schleifscheibe auf Stahl erzeugt Reibfunken und lokale Hitze. Daher wird auch Schleifen normalerweise als Heißarbeit behandelt.

Was eine ATEX-Kennzeichnung für Werkzeuge zur Oberflächenvorbereitung bedeutet

Nach der Richtlinie 2014/34/EU werden nicht-elektrische Geräte der Gruppe II, Kategorie 2, nach einer Zündgefahrenbewertung und interner Fertigungskontrolle durch den Hersteller in Verkehr gebracht, wobei die technischen Unterlagen bei einer benannten Stelle hinterlegt werden. Maßgebliche Normen sind IEC 60079-0 (allgemeine Anforderungen) und für nicht-elektrische Geräte EN ISO 80079-36 und EN ISO 80079-37. Die Kennzeichnung enthält folgende Angaben:

Der Bristle Blaster® Pneumatic in Zone 1

Der Bristle Blaster® Pneumatic von MontiPower® ist vollpneumatisch und hat keine elektrischen Komponenten. Er wurde einer unabhängigen Zündgefahrenanalyse und einer ATEX-Konformitätsbewertung nach 2014/34/EU als Gerät der Kategorie 2 für Zone 1 explosionsfähiges Gas (Gruppe IIA, EPL Gb) und Zone 21 explosionsfähigen Staub (Gruppe IIIC, EPL Db) unterzogen, bewertet nach EN ISO 80079-36, EN ISO 80079-37 und IEC 60079-0. Die MontiPower-Dokumentation gibt die Gaskennzeichnung als II 2G c IIA T4 X an; sie gilt ausschließlich für bestimmte Bristle Blaster® Bänder in Kombination mit der originalen Antriebseinheit des Bristle Blaster® Pneumatic.

Dasselbe Werkzeug erzielt in dokumentierten Tests auf Standardstahl nach API 5L eine Oberflächenreinheit vergleichbar mit ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10 und ein Rauheitsprofil von 65–85 µm Rz (2,6–3,3 mil). Die Ergebnisse variieren je nach Stahlsorte, Rostgrad, Band und Technik; über die Abnahme entscheiden die Beschichtungsspezifikation und der Inspektor. Diese Kombination aus einer Bewertung für explosionsgefährdete Bereiche und einem strahlvergleichbaren Ergebnis macht das Werkzeug für die Beschichtungsinstandhaltung in Zone 1 relevant.

Die ATEX-Bewertung bedeutet nicht, dass Drahtspitzen auf Stahl niemals einen Funken erzeugen können. Sie bedeutet, dass das Gerät bei Verwendung mit den vorgegebenen Bändern, dem vorgegebenen Antrieb und unter den besonderen Bedingungen (dem „X“) als konform mit den Anforderungen der Kategorie 2 für die angegebene Gasgruppe und Temperaturklasse bewertet wurde. Die eigenen Sicherheitshinweise von MontiPower weisen darauf hin, dass mechanische Vorbereitung auf Stahl Funken erzeugen kann; ob die Arbeiten durchgeführt werden dürfen, entscheiden die Zoneneinteilung, die Gefährdungsbeurteilung und das Genehmigungssystem des Anlagenbetreibers. Siehe Sicherheit bei der Oberflächenvorbereitung und funkenarme Oberflächenvorbereitung.

Typische Anwendungen in Zone 1 sind:

• Offshore-Plattformen: Spritzwasserzonen, Steigleitungen, Stahlkonstruktionen von Prozessdecks und Fackelausleger
• Raffinerien und petrochemische Anlagen: Instandhaltung im laufenden Betrieb, Arbeiten während Revisionsstillständen und Reparaturen unter Isolierung, innerhalb der Grenze der Gasgruppe IIA
• Onshore-Pipelineanlagen: Feldnähte und Beschichtungsreparaturen an Stationen und in Trassen, die als explosionsgefährdete Bereiche eingestuft sind
• LNG-Terminals: Stahlkonstruktionen neben Prozessanlagen, Rohrauflager und Konstruktionen in Auffangbereichen

Betriebliche Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung in Zone 1

Eine geeignete ATEX-Bewertung des Werkzeugs ist notwendig, aber nicht ausreichend. Die Oberflächenvorbereitung in Zone 1 erfordert ein vollständiges sicheres Arbeitssystem, das Folgendes umfasst:

• Arbeitsfreigabe. Instandhaltung in Zone 1 erfordert eine formelle Arbeitsgenehmigung für explosionsgefährdete Bereiche (typischerweise eine Kaltarbeitsgenehmigung für ein Werkzeug, das innerhalb seiner ATEX-Bedingungen eingesetzt wird). Die Genehmigung legt Umfang, Zoneneinteilung und Gasgruppe, Überwachung, Notfallmaßnahmen und befugtes Personal fest. Nehmen Sie die ATEX-Dokumentation des Werkzeugs und die besonderen Einsatzbedingungen in die Genehmigungsunterlagen auf.
• Kontinuierliche Gasüberwachung. Während der gesamten Arbeiten sollte ein kalibriertes tragbares Gaswarngerät getragen werden, das selbst für die Zone geeignet ist. Viele Betreiber legen die Alarmschwelle bei oder unter 10 % UEG fest und stellen die Arbeiten bei Auslösung sofort ein; befolgen Sie das Verfahren des Standorts.
• Luftversorgung. Der Kompressor für den Bristle Blaster® Pneumatic sollte außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs aufgestellt oder für diesen geeignet sein. Verlegen Sie den Luftschlauch abseits von Verkehrswegen, scharfen Kanten und heißen Oberflächen.
• Persönliche Schutzausrüstung. Schutzbrille oder Gesichtsschutz, Gehörschutz entsprechend den Lärmangaben in der Betriebsanleitung, schnitt- und schlagfeste Handschuhe, antistatische Sicherheitsschuhe, eine Staubmaske oder der in der Gefährdungsbeurteilung festgelegte Atemschutz sowie flammhemmende Overalls, wo die Standortvorschriften dies verlangen.
• Befugte Aufsicht. Arbeiten in Zone 1 müssen von einer Person beaufsichtigt werden, die nach dem Sicherheitsmanagementsystem der Anlage für Arbeiten in explosionsgefährdeten Bereichen befugt ist.

Die richtige Konfiguration für Ihre Anwendung in Zone 1

Einen direkten Vergleich der Antriebe finden Sie unter Bristle Blaster® vs. Sandstrahlen.

Das schrittweise Vorbereitungs- und Prüfverfahren beschreibt unser Leitfaden So erreichen Sie mit SSPC-SP 10 vergleichbare Ergebnisse ohne Sandstrahlen. Die vollständige Definition von SSPC-SP 10 und die zugehörigen Prüfanforderungen finden Sie in unserem vollständigen technischen Leitfaden zu SSPC-SP 10.

Häufig gestellte Fragen

Gibt es ein für ATEX-Zone 1 zugelassenes Strahlverfahren mit Strahlmittel?

Offenes Strahlen mit Strahlmittel auf Stahl erzeugt Schlagfunken und elektrostatische Aufladung. Betreiber behandeln es daher normalerweise als Heißarbeit und lassen es in Zone 1 erst zu, wenn der Bereich abgetrennt, gasfrei gemacht und durch eine Heißarbeitsgenehmigung abgedeckt ist. Prüfen Sie jede Behauptung über ein funkenfreies Strahlverfahren anhand der ATEX-Dokumentation des Geräts und der Gefährdungsbeurteilung des Standorts, bevor Sie sich darauf verlassen.

Was ist der Unterschied zwischen ATEX-Zone 1 und NEC Class I Division 1?

Sie lassen sich nicht eins zu eins zuordnen. Class I Division 1 umfasst sowohl IEC-Zone 0 als auch Zone 1, während Division 2 der Zone 2 entspricht. Geräte der Kategorie 2G sind daher nicht an jedem Division-1-Standort zulässig. Nach NEC Article 505, das mit Zonen arbeitet, sind Geräte für Zone 1 in Zone-1-Bereichen zulässig. Prüfen Sie stets die Ex-Zonenpläne der Anlage.

Benötige ich für ATEX-Zone 2 ein anderes Werkzeug?

Nein. Die Richtlinie 1999/92/EG erlaubt in Zone 2 Geräte der Kategorie 1, 2 oder 3, sodass für Zone 1 geeignete Geräte der Kategorie 2 auch in Zone 2 eingesetzt werden dürfen. Der Bristle Blaster® Pneumatic kann daher in Zone 1 und Zone 2 verwendet werden, innerhalb seiner Gasgruppe IIA, der Temperaturklasse T4 und der besonderen Einsatzbedingungen.

Kann der Bristle Blaster® Pneumatic in Staubzonen eingesetzt werden?

Der Bristle Blaster® Pneumatic ist neben Zone 1 Gas auch für Zone 21 explosionsfähigen Staub (Gruppe IIIC, EPL Db) ATEX-bewertet. In Zone 21 sind Geräte der Kategorie 1 oder 2 zulässig, in Zone 22 zusätzlich Kategorie 3. Wie bei Gas gelten die besonderen Einsatzbedingungen und das Genehmigungssystem des Standorts, und abgetragenes Material sollte gesammelt werden, statt sich ansammeln zu können.

Welche Dokumentation sollte ich in Zone 1 vor Ort haben?

Halten Sie die EU-Konformitätserklärung und die ATEX-Dokumentation für die verwendete Antriebseinheit und die Bänder bereit, die Betriebsanleitung mit den besonderen Einsatzbedingungen hinter der X-Kennzeichnung sowie die Arbeitsfreigabedokumente der Anlage. Wenden Sie sich an MontiPower® für die aktuelle Dokumentation, die zu Ihrer Werkzeugkonfiguration und Ihrem Bandtyp passt.