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TÜV SÜD Industrie Service GmbH

Biogasanlagen Gastechnische Sicherheit, Belüftung von Räumen, Anforderungen gemäß

des TÜV SÜD-Standards IS-TAF 410 unter Berücksichtigung der TI 4 der

Landwirtschaftlichen Berufsgenossenschaft

Volker Schulz, Kompetenzzentrum Biogasanlagen

Fachforum Biogas, 8. Dezember 2011 in Trostberg

TÜV SÜD Industrie Service GmbH Gastechnische Sicherheit an Biogasanlagen / Volker Schulz / 8. Dezember 2011 / Trostberg / 2

Biogasanlagen

Gastechnische Sicherheit

Zusammensetzung Biogas

Biogas besteht im Wesentlichen aus

Methan (50 bis 80 Vol.-%),

Kohlendioxid (20 bis 50 Vol.-%),

Schwefelwasserstoff (0,01 bis 0,4 Vol.-%)

sowie Spuren von Ammoniak, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid

Mit dem Auftreten von Schwebstoffen ist zu rechnen

Regelfall: Methan 60 Vol.-%, Kohlendioxid 38 Vol.-%, Restgase 2 Vol.-%


Biogasanlagen


Sicherheitstechnische Kenndaten von Methan:

untere Explosionsgrenze (UEG) 4,4 Vol.-%

obere Explosionsgrenze (OEG) 16,5 Vol.-%

Zündtemperatur 595 °C

Mindestzündenergie 0,3 mJ

Temperaturklasse nach VDE 170/171 T1 II A *1

Explosionsgruppe II A *2

Explosionsklasse 1


Biogasanlagen


Brand- bzw. Explosionsgefahr

Methan als Hauptbestandteil von Biogas kann mit Luftsauerstoff ein

zündfähiges Gasgemisch bilden.

Dazu muss in der Mischung Methan in Konzentrationen zwischen

4,4 und 16,5 Vol.-% und ein Sauerstoffgehalt von mindestens 12 Vol.-%

vorhanden sein.


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Stoffkonzentration


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Einstellung Gassensor

UEG 4,4 Vol.-% CH4 = 100 % UEG für Gassensor

Gassensor 20 % UEG = 0,88 Vol.-% CH4 im Raum


Biogasanlagen

Belüftung von Räumen

Personenschutz

Erstickungs- bzw. Vergiftungsgefahr durch Gase vor allem in geschlossenen

Räumen, Behältern und tiefen Gruben bzw. Schächten, in die Biogas

einströmt kann.

Kohlenstoffmonoxid (CO)

Farb-, geruchs- und geschmackloses giftiges Gas

Konzentration in der Atmosphäre: 0,1 ppm bis 5 ppm

Gesundheitsgefährdend bei > 100 ppm

MAK 30 ppm = 0,5 Vol%,

Alt: MAK-Wert

Neu: AGW-Wert (maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration)


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Kohlenstoffdioxid (CO2)

Konzentration in der Atmosphäre: 390 ppm

Gemäß DIN EN 13779: < 800 ppm Raumluftqualität gut

MAK 5000 ppm = 0,5 Vol%, geruchslos

Schwindel, Beeinträchtigungen 1...5 Vol.-%

Tödlich in Minuten 10 Vol.-%

Alt: MAK-Wert

Neu: AGW-Wert (maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration)


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Personenschutz

Schwefelwasserstoff (H2S)

MAK 10 ppm = 14 mg/m³ = 1/1000 Vol%

Neu AGW = 5 ppm

Ex bei von 4,3 Vol% bis 45,5 Vol%

Starker, unerträglicher Geruch 50 mg/m³

Schleimhautreizung 150 mg/m³

Geruchlos, in Minuten tödlich 500 mg/m³

sofort tödlich 1500 mg/m³

Sauerstoff (O2)

Verminderung der Leistungsfähigkeit < 17 Vol%

Bewusstlosigkeit und Tod < 6-8 Vol%


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Zu Reduzierung bzw. Minimierung der Explosionsgefahr sind zusätzlich zu den

Anforderungen für den Explosionsschutz auch die Anforderungen an die

gastechnische Sicherheit für die gesamte Biogasanlage zu bewerten.


Biogasanlagen

Gastechnische Sicherheit, Dichtheitsprüfung

Gasspeicher

Der Gasspeicher in der Ausführung als Folienhaube oder Folienspeichersack

ist einer „unmittelbaren“ Dichtheitsprüfung zu unterziehen.

Es gilt zusätzlich zu berücksichtigen, dass der Prüfdruck mindestens dem

1,5-fachen max. zul. Betriebsdruck oder dem Ansprechwert der

Überdrucksicherung entspricht, je nachdem welcher höher ist.

Die unmittelbare Dichtheitsprüfung kann prinzipiell als Sichtprüfung erfolgen,

wobei ein Absprühen des Gasspeichers mit schaumbildenden Mitteln oder

Absuchen mit Gasspürgeräten aus praktischen Gründen weniger aber

geeignet sein dürfte. Bei Überprüfung über die Druckabfallmethode ist

zusätzlich zu den Anforderungen gemäß TI 4 zum Feststellen eines

Druckabfalls ein geeignetes Manometer zu verwenden.


Biogasanlagen


Anforderungen an Gasspeicher

Gasspeicher sind so aufzustellen, zu unterhalten und zu betreiben, dass die

Sicherheit des Anlagenbetreibers/Bedienpersonals und Dritter gewährleistet ist.

Gasspeicher müssen den Erfordernissen entsprechend gasdicht, druckfest,

medien-, UV-, temperatur- und witterungsbeständig sein.

Bei der Auswahl der Materialien sind – insbesondere bei Folien aus

Kunststoffen – folgende Anforderungen zu erfüllen:

Reißfestigkeit mind. 500 N / 5cm oder n Zugfestigkeit 250 N / 5cm

Gasdurchlässigkeit bezogen auf Methan < 1000 cm³ / m² x d x bar

Temperaturbeständigkeit für den Anwendungsfall

Gasspeicher sind vor Inbetriebnahme auf Dichtigkeit zu prüfen (Anhang 13 TI4)


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Anforderungen an Gasspeicher

Eine unzulässige Änderung des Innendrucks muss durch jederzeit wirksame

Sicherheitseinrichtungen verhindert werden.

Aufstellräume für den Gasspeicher müssen eine wirksame Lüftung (Querlüftung) haben.

Eine Diagonallüftung ist anzustreben. Die Zuluftöffnung ist im Bereich des Fußbodens,

die Abluftöffnung unter der Decke anzuordnen.

Die Zuluft- und Abluftöffnungen müssen jeweils folgende Mindestquerschnitte haben:

Gasspeichervolumen Querschnitt

bis 100 m³ 700 cm²

bis 200 m³ 1 000 cm²

über 200 m³ 2 000 cm²

Türen müssen nach außen aufschlagen und abschließbar sein


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Behälter/Fermenter

Die Behälter/Fermenter sind einer „mittelbaren“ Dichtheitsprüfung zu

unterziehen.

Prüfdruck: 1,5 x Pmax

Eine zulässige Leckagerate ist in Abhängigkeit des Nenninhaltes festgelegt.

Die Leckagerate erhält man durch Division des Volumenverlustes durch die

Messzeit.

Dichtheitsprüfung gemäß WHG: 0,5 m Wassersäule


Biogasanlagen


Anforderungen an Behälter/Fermenter

Gärbehälter müssen mit jederzeit wirksamen Sicherheitseinrichtungen versehen sein,

die eine unzulässige Änderung des Innendrucks verhindern.

Die Flüssigkeitsverschlüsse müssen als Sicherheitsverschluss Ausgeführt und so

eingerichtet sein, dass die Sperrflüssigkeit bei Über- oder Unterdruck nicht ausläuft

und bei nachlassendem Über- oder Unterdruck selbsttätig wieder zurückfließt.

Im Gärbehälter und Nachgärbehälter muss gewährleistet sein, dass der Füllstand nicht

überschritten wird, z. B. dadurch, dass die vergorenen Substrate über ein Steigrohr

(Überlauf) frostfrei dem Güllelager zugeführt werden.

Es ist ein separater Unterdruckwächter vorzusehen, der auf den Gasverbraucher wirkt.


Biogasanlagen


Gasleitungen

Die Prüfung der Dichtheit erfolgt gemäß der TRGI:2008-04.

Die Dichtheitsprüfung ist mit 150 mbar durchzuführen. In Abhängigkeit des

Leitungsvolumens beträgt die Prüfdauer bis zu 30 Min. nach vorheriger

Anpassungszeit.

Die Belastungsprüfung gemäß TRGI ist in der Regel ohne Armaturen

durchzuführen, der Prüfdruck von 1 bar darf nicht fallen (Auflösung des

Messgerätes mind. 100 mbar).

Die Dichtheitsprüfung gemäß TRGI ist mit Armaturen durchzuführen, der

Prüfdruck von 150 mbar darf nicht fallen (Auflösung des Messgerätes

mind. 0,1 mbar).


Biogasanlagen


Anforderungen an Gasleitungen

Gasführende Leitungen sind entsprechend den allgemein anerkannten Regeln

der Technik auszuführen. Die fachgerechte Herstellung und die Dichtigkeit ist

nachzuweisen, z. B. durch Herstellerbescheinigung (s. Muster Anh. 2 TI4).

Rohrleitungen müssen medien- und korrosionsbeständig sein. Beständig bei

Biogas sind z. B. Rohre aus Stahl, Edelstahl, Polyethylen (PE-HD) und PVC-U.

Hinweis für PVC-U-Rohre: PVC ist nicht UV-beständig und verfügt über eine

geringe Schlagfestigkeit. Bei der Verwendung ist die fachgerechte Lagerung

und Verarbeitung einzuhalten. Dazu sind insbesondere die Hinweise in Bezug

auf die Verlegung und Verarbeitung anzuwenden, z. B. die Herstellerhinweise

sowie die Klebeanleitung und Verlegeanleitung des Kunststoffrohrverbandes.

Die Sachkunde des Verlegers muss nachgewiesen werden.


Biogasanlagen



Kupfer ist nicht beständig gegen Biogas; Messing und Rotguss sind

erfahrungsgemäß geeignet (handelsübliche PVC-KG-Rohre sind nicht

zulässig, da sie nur einer konstruktiven Festigkeit von maximal 0,5 bar

entsprechen).

Rohrleitungen einschließlich aller Ausrüstungsteile und flexiblen Anschlüsse

müssen mindestens die konstruktive Festigkeit 1 bar aufweisen.

Generell sind Rohrleitungen aus Stahlrohr zu verwenden.

Kunststoffrohrleitungen können außerhalb von geschlossenen Räumen bei

Verlegung unter Erdgleiche generell und über Erdgleiche, als Anschlussleitung

des Folienspeichers und als Anschlussleitung des Fermenters, verwendet

werden. Kunststoffrohrleitungen sind vor mechanischen und thermischen

Beschädigungen zu schützen.


Biogasanlagen


Quelle: Schwachstellen an Biogasanlagen


Von sich aus nicht längskraftschlüssige Steckmuffenverbindungen sind

entsprechend der vorkommenden Drücke gegen Schub zu sichern.

Die Rohrleitungsverbindungen müssen längskraftschlüssig sein.


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Gastechnische Sicherheit, Belüftung

Gemäß TI 4 ist für Wartungs- und Bedienstände sowie Bedienteile unter

Flur eine Zwangsbelüftung vorzusehen sowie ein ausreichender Luftwechsel

und eine Beschilderung.

Für eine maschinelle / technische Lüftung gemäß BGR 121 und BGR 126 sind

die folgenden Anforderungen zutreffend und zu berücksichtigen:

Luftleitungen sind gemäß VDI 3803, Abschnitt 4.6 zu kennzeichnen

Luftansaugöffnung > 3 m über Erdoberfläche usw. …

(BGR 121, Abschn. 3.5.2)

Luftvolumenströme gemäß VDI 2261, VDI 3802

optische und akustische Warnsignale bei Störung

sichere Überwachung der Betriebsmeldung der Gebläse


Biogasanlagen


Gemäß der TI 4 sind für Schächte und Gruben die Anforderungen der

BGR 126 für eine ausreichende Lüftung sicherzustellen und zu berücksichtigen:

O2-Gehalt mind. 20,9 Vol.-%

brennbare Gase < 10 % UEG

gesundheitsschädliche oder giftige Gase vermeiden

bei einer technischen Lüftung ist ein 6- bis 8-facher Luftwechsel pro Stunde

(s. BGR 126, Ziffer 4.2.4.4) sicherzustellen


Biogasanlagen


Gemäß TI 4 ist für Einstiegsöffnungen eine ausreichende Belüftung

sicherzustellen und folgendes zu berücksichtigen:

O2-Gehalt mind. 20,9 Vol.-%

brennbare Gase < 10 % UEG

gesundheitsschädliche oder giftige Gase vermeiden

Atemschutz und/oder Handmessgeräte vorhalten


Biogasanlagen


Ein Ausfall des Raumluftgebläses ist optisch und akustisch zu alarmieren.

Wird der Lüfter als Abluftventilator verwendet, ist eine Ex-Ausführung

erforderlich.


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Belüftung des Aufstellungsraumes des BHKW´s ist gesondert zu betrachten.

Siehe Präsentation „BHKW-Aufstellraum“.


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Kompetenzzentrum Biogasanlagen

Ridlerstraße 65

80339 München

Volker Schulz

Telefon +49 (0)89 5190–2324

E-Mail: [email protected]

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