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Kenngrößen des Explosionsschutzes

Arbeitsgruppe 3.71

Profil

Schwerpunkte

  • Forschung und Entwicklung zum Einfluss nichtatmosphärischer Bedingungen und der Gemischzusammensetzung
  • Dienstleistung zur Bestimmung der Kenngrößen für externe Kunden
  • Bereitstellung von Kenngrößen in der kostenfreien Datenbank CHEMSAFE
  • Beratung von Politik, Industrie und Aufsichtsorganen
  • Mitarbeit in Normungsgremien

 

Das Explosionsverhalten brennbarer Stoffe wird durch die Kenngrößen des Explosionsschutzes quantifiziert. Diese Kenngrößen ordnen die Stoffe nach einem bestimmten Gefährdungsmerkmal ein. Sie dienen sowohl der Ermittlung sicherer Betriebsparameter als auch der konstruktiven Auslegung von Explosionsschutzmaßnahmen.

 

 

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Forschung/Entwicklung

Zündtemperaturen in großen Behältern

In wieweit ist es sicherheitstechnisch vertretbar, Zündtemperaturdaten, die in kleinen Volumina bestimmt wurden, auf größere Volumina zu extrapolieren?
Aufgrund der erarbeiteten Datenbasis ist es möglich, sowohl das Ausmaß der Erniedrigung der Zündtemperatur, als auch das Ausmaß der Verlängerung der Zündverzugszeit in Abhängigkeit des Behältervolumens aus der Normzündtemperatur bzw. der Kaltflammentemperatur nach Norm abzuschätzen und zu beurteilen. Bei einigen Stoffen, die zu ausgeprägten Kaltflammenreaktionen neigen, wird die explosionsfähige Atmosphäre im Inneren größerer erhitzter Behälter durch heiße Wände mit deutlich niedrigerer Temperatur (>100 K Unterschied) als der Norm-Zündtemperatur des Brennstoffs entzündet.

Einfluss von Druck und Temperatur auf die Explosionsgrenzen

Es werden im Rahmen der Normungstätigkeit Untersuchungen bei erhöhten Drucken und Temperaturen  durchgeführt, die dazu dienen Verifizierungswerte für Apparaturen zur Verfügung zu stellen.

Des Weiteren wurde der Verlauf der unteren Explosionsgrenze für verschiedene brennbare Dämpfe im Druckbereich zwischen 1 bar und 20 bar und bei Temperaturen von 100°C und 150°C bestimmt. Unter Einbeziehung von Literaturwerten für den Unterdruckbereich zeigte sich, dass die unteren Explosionsgrenzen dieser Stoffe oberhalb von ca. 0,6 bar nur schwach druckabhängig sind. Man kann nicht generell davon ausgehen, dass die UEG mit steigendem Druck fällt. Bei mehreren Substanzen scheint zwischen 2 bar und 10 bar ein flaches Maximum der UEG zu existieren. Ein solches Verhalten ist bereits aus der Literatur bekannt. Die Annäherung des Verhaltens der UEG bei Druckerhöhung durch eine lineare Regression ist deshalb nicht immer sinnvoll. Die Konstruk­tion einer Ausgleichsgeraden würde in Einzelfällen zu einer Abschätzung der UEG zur unsicheren Seite führen. 

Einfluss des Oxidationsmittels auf die Zündtemperatur

Die Zündtemperatur in Distickstoffmonoxid/Luft-Gemischen wurde für verschiedene organische Substanzen bestimmt. Sie steigt mit dem Distickstoffmonoxidanteil an und erreicht spätestens bei einem Anteil von 80 Vol.% im Oxidatorgas nahezu 600°C, was der Zerfallstemperatur des Distickstoffmonoxids entspricht. Demnach wirkt Distickstoffmonoxid inertisierend auf den Selbstentzündungsprozess. Die Initiierung der Zündung erfolgt durch den Sauerstoffanteil. Das Distickstoffmonoxid wird in der Folge zum Selbstzerfall angeregt. In reinem Distickstoffmonoxid konnten keine Zündungen unterhalb der Zerfallstemperatur festgestellt werden.

Außerdem wurde die Abhängigkeit der Zündtemperatur vom Sauerstoff/Stickstoff-Verhältnis im Oxidatorgas in einer leicht modifizierten Normapparatur für verschiedene organische Substanzen bestimmt. Erwartungsgemäß nimmt die Zündtemperatur mit zunehmendem Sauerstoffgehalt ab. In den meisten Fällen ist die Abnahme stärker, als es einem linearen Verlauf zwischen der Normzündtemperatur und der in reinem Sauersoff entsprechen würde. In Einzelfällen erreicht die Zündtemperatur bereits bei einem Sauerstoffanteil von 30 Volumenprozent im Oxidator den in reinem Sauerstoff gefundenen Wert.

Einfluss von Inertgasen auf die Spaltweite

Die Normspaltweite (MESG, maximum experimental safe gap) ist ein wichtiges Kriterium für die Anforderung an die Vermeidung der Zündquelle „Flammen und heiße Gase“. Explosionsgeschützte Geräte der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ und die Eignung von Flammendurchschlagsicherungen werden auf Basis des MESG beurteilt. Entsprechend werden diese Geräte für das „Oxidationsmittel Luft“ bei leicht erhöhtem Druck ausgelegt. Da typische reale Einsatzbedingungen aber oftmals abweichende Sauerstoffgehalte und höhere Drücke erfordern, ergibt sich hier die Fragestellung nach der Eignung der Normspaltweite als Klassifizierungskriterium. Bisherige Erkenntnisse lassen vermuten, dass sich eine gerätespezifische Grenzspaltweite aus der Kombination von Druck und Sauerstoffanteil ergibt.

Ziel des Projekts ist die Ermittlung der Grenzspaltweite von Gasgemischen in Abhängigkeit von Inertgasanteil und Druck im Überdruckbereich. Es soll geklärt werden, ob die bisher bekannten theoretischen Korrelationen zur Abschätzung der Grenzspaltweite validiert werden können und wie groß der erforderliche Sicherheitszuschlag ist. Das Ergebnis wird auch zeigen, ob die Einteilung der Brennstoffe in Explosionsgruppen unter nicht-atmosphärischen Bedingungen beibehalten werden kann. 

Unterer Explosionspunkt bei nicht-atmosphärischen Bedingungen

Der untere Explosionspunkt (UEP) ist ein Anhaltspunkt dafür, ab welcher Temperatur über einer brennbaren Flüssigkeit eine explosionsfähige Atmosphäre entsteht. Das Dampf-Luft-Gemisch über der Flüssigkeit muss sich bei dieser Temperatur gerade noch nicht mittels eines elektrischen Funkens zur Entzündung bringen lassen. In modernen Prozessen werden jedoch in zunehmenden Maße nicht-atmosphärische Bedingungen zur Prozessoptimierung eingesetzt. Dies können erhöhte oder reduzierte Drücke, veränderte Sauerstoffkonzentrationen oder gänzlich andere Oxidationsmittel als Luft sein. Eine Druckerniedrigung würde zum Absinken des UEP führen und erhöht damit das Gefahrenpotential. Eine Druckerhöhung würde sich gegenteilig auswirken. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wird eine Apparatur konstruiert und verifiziert, die den Anschluss an die existierende Norm sicherstellt. Die Messergebnisse werden auf Übereinstimmung mit der Berechnung des UEP aus Dampfdruckkurve und Temperaturabhängigkeit der unteren Explosionsgrenze überprüft.

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Dienstleistungen

Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen

bei atmosphärischen und nicht-atmosphärischen Bedingungen

 

 

 

 

Charakterisierung explosionsfähiger Gemische:

  • Flammpunkt
  • untere und obere Explosionsgrenze
  • Sauerstoffgrenzkonzentration
  • unterer und oberer Explosionspunkt

Charakterisierung von Zündquellen:

  • Zündtemperatur
  • Flammendurchschlagsichere Spaltweite

Charakterisierung der Auswirkung einer Explosion:

  • maximale Explosionsdruckanstiegsgeschwindigkeit 
  • maximaler Explosionsdruck

 
Eine Preisliste finden Sie Opens internal link in current windowhier

Kenngrößen des Explosionsschutzes sind keine reinen Stoffgrößen sondern in unterschiedlichem Maße vom Bestimmungsverfahren abhängig. Deshalb sind die Bestimmungsverfahren im allgemeinen in nationalen oder internationalen Normen festgeschrieben, die jedoch kontinuierlich dem wissenschaftlichen und technischen Fortschritt angepasst werden. Die Kenngrößen des Explosionsschutzes sind von Druck und Temperatur abhängig. Die vorhandenen Bestimmungsmethoden umfassen den Druckbereich 10 mbar bis 30 bar (Druck vor Zündung) und den Temperaturbereich -20 °C bis 200 °C.

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