Technischer Explosionsschutz

Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur bei der eine Flüssigkeit unter vorgeschriebenen Bedingungen brennbares Gas oder brennbaren Dampf in solcher Menge abgibt, dass bei Kontakt mit einer wirksamen Zündquelle sofort eine Flamme auftritt,

Es gibt verschiedene Standard-Methoden zur Bestimmung des Flammpunktes, die sich im Wesentlichen aber nicht unterscheiden.

Bsp.: Bestimmung nach Plensky-Martens:

Die in einem Tiegel befindlcihe Flüssigkeit wird langsam erhitzt. Die Temperatur bei der sich die Flüssigkeit mit einer Flamme zünden lässt ist der Flammpunkt.

Der untere Explosionspunkt UEP ist die Temperatur einer brennbaren Flüssigkeit, bei der die Konzentration des gesättigten Dampfes in Luft gleich der UEG ist. ER erlaubt eine genauere Aussage über die Bildung explosionsfähiger Atmosphäre als der Flammpunkt.

Kein genormtes Prüfverrfahren. Üblicherweise erfolgt die Messung in einem geschlossenen, homogen beheizten Gefäß, in dem oberhalb der Flüssigphase eine Zündeinrichtung (Funkenstrecke) eingebracht ist. Nach dem Spülen mit Luft wird das Gefäß verschlossen und gewartet, bis sich das Gleichgewicht zwischen FLüssig- und Gasphase eingestellt hat. Durch Zündversuche wird der Explosionspunkt in Abhängigkeit mit der Temperatur bestimmt.

Selbständige Verbrennung nach Zündung.

Die Prüfsubstanz wird in eine Schale gegeben und mit einer Flamme entzündet, und es wird geprüft ob sie bei bestimmten Temperaturen weiterbrennt.

Wird geprüft um auszuschließen, dass eine Substanz von nach Gefahrstoffrecht eine entzündliche Flüssigkeit ist.

Die Zündtemperatur ist die unter vorgeschriebenen Bedingungen ermittelte Temperatur einer heißen Oberfläche, bei der die Entzündung eines brennbaren Gas/Luft-Gemisches eintritt.

Bestimmung erfolgt in einem vorgeheizten 200-ml-Erlenmeyerkolben. Beobachtet wird die spontane Zündung bei verschiedenen Temperaturen.

Wird für die Neustoffanmeldung benötigt und dient der Einteilung in Temperaturklassen.

• Brennzahl
• Abbrandgeschwindigkeit
• Schwelpunkt
• Entzündlichkeit bei Berührung mit Wasser oder feuchter Luft
• Glimmtemperatur
• Selbstentzündungsverhalten
• Staubexplosionsgefahren
• Thermische Stabilität

Die Brennzahl ist ein Kriterium für die Ausbreitung eines Brandes nach lokaler Einwirkung einer hinreichend starken Zündquelle von festen Stoffen.

Zur Bestimmung wird die gemahlene und getrocknete Substanz auf einer feuerfesten Platte aufgeschüttet (2cm*4cm) und an einem Ende gezündet (glühender Draht oder kleine Flamme).

Einteilung in Brennzahl 1-6, Bsp.: BZ 2: Kurzes Anbrennen und rasches Erlöschen.

Die Abbrandgeschwindigkeit beschreibt die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungzone in Feststoffen.

Wird gemessen als die Abbrandzeit einer 25cm langen Schüttung, die an einem Ende mit Hilfe einer Gasflamme entzündet wird.

Der Schwelpunkt ist die niedrigste Temperatur bei der eine feste Substanz Schwelgase in solchen Mengen abgibt, dass das enstehende Gas/Luft-Gemisch durch Fremdzündung entflammt werden kann.

Es gibt keine genormte Messmethode dafür. Kann entweder  im Flammpunktprüfgerät oder mit der Lütolf-Apparatur bestimmt werden.

Einige Stoffe, (z.B. Alkalimetalle) reagieren mit Wasser unter Freisetzung leichtentzündlicher Gase.

Prüfung nach UN-Handbuch

Die Glimmtemperatur ist die unter vorgeschriebenen Bedingungen ermittelte niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche, bei der eine Staubschicht von 5mm Dicke entzündet wird. 

Prüfung auf einer elektrischen Heizplatte über eine halbe Stunde mit konstanter Temperatur.

Einige Stoffe (z.B. weißer Phosphor) können auch bei Raumtemperatur spontan mit der Luft reagieren und zünden. Prüfung gemäß UN-Handbuch.

Prüfsubstanz wird konstant auf 350°C erhitzt und das Selbstenzündungsverhalten beobachtet.

Substanz wird 24 Stunden gelagert. Ab einer Temperaturerhöhung von 60K spricht man von einer Selbstenzündung.

• Explosionsgähigkeit
• UEG
• OEG
• SGK
• max. Explosionsdruck
• max. zeitlicher Druckanstieg
• Mindestzündenergie
• Mindestzündtemperatur einer Staubwolke
• Elektrostatische Kenngrößen
• Thermische Stabilität

Ein Stoff ist staubexplosionsfähig, wenn er im Gemisch mit luft durch Einwirken einer Zündquelle definierter Energie zu einer sich selbst erhaltenden Flammenausbreitung initiiert werden kann, die im geschlossenen Behälter mit einer Drucksteigerung verbunden ist.

Eine Vorprüfung auf Staubexplosionsfähigkeit kann mit der modifizierten Hartmann-Apparatur erfolgen: In einem Rohr wird von unten Staub aufgewirbelt und in der Mitte durch einen Funken gezündet. Je nach Reaktion klappt der Deckel am oberen Ende des Rohres unterschiedlich weit auf. Die Flammenausbreitung wird visuell beobachtet.

Dies ist nur eine Vorprüfung, richtige Prüfung mit 20 L Staubexplosionskugel (oder 1m³).

Die Staubexplosionsgrenzen beschrieben den Konzentrationsbereich der Stäube mit Luft, innerhalb dessen Explosionen möglich sind.

Die Sauerstoffgrenzkonzentration ist die maximale Sauerstoffkonzentration in einem Gemisch aus brennbarem STaub, Luft und Inertgas, in dem unter festgelegten Bedingungen bei beliebigen Brennstoffkonzentrationen keine Explosion auftreten kann.

Die Prüfung erfolgt ebenfalls in der 20L Staubexplosionskugel.

Für UEG: Staubkonzentration wird so lange verringert bis kene Explosion mehr stattfindet.

Für OEG: Wird meist nicht bestimmt, da anhand ihr keine Schutzmaßnahmen gebildet werden können.-

SGK: Es wird solange Inertgas zugefügt, bis keine Explosion mehr stattfindet, über den gesamten Staubkonzentrationsbereich.

Prüfung in Staubexplosionskugel:

Geschlossener, annähernd kugelförmiger Behälter. Staub wird von unten aufgewirbelt und durch einen pyrotechnischen Zünder gezündet (10kJ). Der Explosionsverlauf wird über Druckaufnehmer in Abhängigkeit mit der Zeit aufgezeichnet. Die Konzentrationswerte werden über einen weiten Bereich verändert bis die Höchstwerte erreicht werden.

Der maximale zeitliche Druckanstieg ist volumenabhängig, das Produkt aus dem maximalen zeitlichen Druckanstieg und der dritten Wurzel des Volumens ist konstant und ergibt den K_ST-Wert (Vgl. K_G-Wert bei Gasen).

Der K_ST-Wert ist somit der auf 1m³ bezogene maximale zeitliche Druckanstieg. Über den K_ST-Wert werden Stäube in Staubexplosionsklassen St 1 - St 3 eingeteilt.

unter vorgeschriebenen Bedingungen ermittelte, kleinste, in einem Kondensator gespeicherte Energie, die bei einer Entladung ausreicht, das zündwilligste Gemisch einer explosionsfähigen Atmosphäre zu entzünden.

Prüfung mit modifizierter Hartmann-Apparatur und Variation der Apparateparameter.

unter vorgeschriebenen Bedingungen ermittelte niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche, bei der sich das zündwilligste Gemisch des Staubes mit Luft entzündet.

Ermittlung mit Ofen nach Godbert-Grennwald.

-senkrecht stehendem, elektrisch heizbaren Rohrofen (bis 850°C). Innentemperatur wird erfasst.

-Staubprobe senkrecht von oben mit Luft eingeblasen und das Reaktionsverhalten visuell beobachtet.

• Leitfähigkeit
• Spezifischer Widerstand
• Durchgangswiderstand
• Ableitwiderstand
• Oberflächenwiderstand

Bereich, in dem explosionsfähige Atmospähre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebel ständig, über lange Zeit oder häufig vorhanden ist.

In der Regel nur im Inneren von Behältern oder Anlagen.

Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln bilden kann.

Oft die nähere Umgebung von Zone 0.

Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosionfähige Atmosphäre aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln nicht oder nur kurzzeitig auftreten kann.

OFt die Umgebung von Zone 1.

Bereich, in dem eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus der in der Luft enthaltenem brennbaren Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist.

In der Regel nur im Inneren von Behältern oder Anlagen.

Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Woke aus der in der Luft enthltenem brennbaren Staub bilden kann.

Oft die Umgebung von Zone 20 oder allgemein wo Staubablagerungen auftreten.

Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus der in der Luft enthaltenem brennbaren Staub nicht oder nur kurzzeitig auftreten kann.

Zündquellen müssen sicher vermieden werden bei:

0/20 : störungsfreiem Betrieb (Normalbetrieb)

vorhersehbaren Störungen 

bei selten auftretenden Betriebsstörungen

1/21 : störungsfreiem Betrieb (Normalbetrieb)

vorhersehbaren Störungen

2/22 : störungsfreiem Betrieb (Normalbetrieb)

1. heiße Oberflächen
2. Flammen und heiße Gase (einschließlich heißer Partikeln)
3. mechanisch erzeugte Funken
4. elek. Anlagen
5. stat. Elektrizität
6. Blitzschlag
7. Ultraschall
8. adiabatische Kompression und Stoßwellen
9. ionisierende Strahlung
10. elektrische Ausgleichströme, kathodischer Korrosionsschutz
11. Elektromagnetische Wellen, Radiowellen 3*10⁴-3*10¹² Hz
12. Eletromagnetische Wellen, sichtbare Licht 3*10¹¹-3*10¹⁵ Hz
13. Selbstentzündung

ATEX-Richtlinien: ATnosphère EXplosive

94/9/EG (ATEX 95): Regelt die Produktsicherheit

1999/92/EG (ATEX 137): Regelt den Arbeitsschutz

Kann vom Menschen nicht wahgenommen werden, erst bei Entladung, dann ist es schon zu spät.

• Coronaentladung
• Büschelentladung
• FUnkenentladung
• Gleitstielbüschelentladung (GSE)
• Schüttkegelentladung

Entladung von aufgeladenen Gegenständen über Spitzen, Kanten und Ecken.

Ein-Elektroden-Entladung, i.d.R. ausgeghend von isolierenden Materialien.

Entladung zwischen zwei Elektroden (Leitern), i.d.R. ausgehend von gegen Erde isolierten leitfähigen Gegenstand.

Entladung durch einen sehr dünnen aIsolierenden Stoff hindurch (isolierende Platten, FOlien, Beschichtungen).

Durch Füllen eines Behälters mit aufgeladenem Schüttgut können im oberen Teil der Schüttung Starke elekt. Felder entstehen wo Entladungen entstehen können.

• schnell ablaufende chemische Reaktion eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff
• Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit bis Schall (330m/s)
• schlagartige Druckerhöhung bis 10bar

Bsp.: Aus einer ROhrleitung tritt Gas, wodurch sich außerhaalb der Leitung eine ex.-fähige Atmosphäre bildet welches sich an einem Funken entzündet..

• Sonderform der Explosion
• 330 m/s - 3000 m/s (Überschall)
• Druckherhöhung über 20 bar

Bsp.: Detonation in einer langen Rohrleitung

Bei Überschallgeschwindigkeit spricht man von einer Detonation. Die hohen Geschwindigkeiten entstehen unter anderen durch die Volumenausdehnung und Turbulenzen der heißen Verbrennungsgase, wodurch sich auch die Flammenfront vergrößert. Durch die Vergrößerung der FLammenfront, erhöht sich die Stoffumsetzung und damit auch die Energiefreisetzung. Der Druckanstieg hat nun eineen exponentiellen Verlauf. Die Flammenfront erzeugt eiine Stoßfront die das unverbrannte Gas erhitzt und komprrimiert und der zeitliche Abstand von Stoßwelle und FFlammenfront immer geringer wird, bis sie sich schließlich überlappen und Überschallgeschwindigkeit erreichen. Dabei wird das noch verbliebene Frischgas bis zuur Selbstzündung erhitzt und komprimiert. -> BOOOM

allgemeine Gefährdungsbeurteilung