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Physikalische Zündvorgänge

Arbeitsgruppe 3.73

Mechanische Zündgefahren in explosionsfähigen Gas- und Staubatmosphären (MECHEX)

Einleitung

Das MECHEX-Projekt (Mechanical Ignition Hazards in Potentially Explosive Gas and Dust Atmospheres) ist ein von der EU gefördertes Forschungsvorhaben mit Partnern aus

 

Ziel dieses Projektes ist die Ermittlung von Bedingungen für die Zündung von Gas/Luft- und Staub/Luft-Gemischen sowie Staubschichten durch mechanisch erzeugte Zündquellen. Es werden Untersuchungen bei schlagender und schleifender Berührung von metallischen Flächen, Untersuchungen zur Zündung von Staubschichten durch heiße Partikel sowie die experimentelle Simulation des Zündverhaltens durch schnelle Aufheizung einzelner, kleiner Partikel mittels Laserlicht behandelt.

 Die Vermeidung von Zündgefahren ist ein wesentliches Ziel, das durch die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der Richtlinie 94/9/EG vorgegeben wird. Eine der wichtigsten Zündgefahren entsteht aus der schlagenden oder schleifenden Berührung von metallischen Bauteilen mechanischer Geräte im Fehlerzustand. Eine Zündwirkung kann dabei einerseits durch die heiße Oberfläche an der Kontaktstelle und andererseits durch die aus der Oberfläche heraus gelösten heißen Partikel erreicht werden. Fallen heiße Partikel in eine Staubschicht, besteht darüber hinaus noch Zündgefahr durch Brand bzw. infolge Bildung eines Glimmnestes.

 

Eigenschaften mechanisch erzeugter Zündquellen

Das Ziel dieses ersten Arbeitspaketes ist die Untersuchung unterschiedlicher potenzieller Zündquellen, um die grundlegenden Mechanismen und die Haupteinflussparameter der Zündquelleneigenschaft zu verstehen. Die Untersuchung von Schleif- und Reibvorgängen erfolgte mit einer Reibapparatur im Health & Safety Laboratory.

 

Zündverhalten brennbarer Staubablagerungen

Neben einem Standard-Testprogramm zur Ermittlung der Selbsterhitzungseigenschaften der Stäube wurden Experimente mit einer beheizbaren 20 mm Kugel ausgeführt, die in Stäuben mit einem würfelförmigen Korb von 10 cm Kantenlänge eingebettet waren. Das Heizelement besteht aus einem gewendelten NiCr-Thermodraht, der von Hochtemperaturkleber umgeben ist. Als Energiequelle wird ein einstellbares Niederspannungsnetzteil verwendet. Die Temperatur in der Kugel, an der Kugeloberfläche und an verschiedenen Positionen in der Staubschicht werden während des Experimentes kontinuierlich aufgezeichnet. Bis jetzt wurden Experimente mit Holzstaub und Maisstärke durchgeführt. Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, wurde der Holzstaub auf eine Partikelgröße von weniger als 1 mm gesiebt. [...]

 

Zündung von explosionsfähigen Atmosphären durch simulierte mechanische Funken

Kernstück der Versuchsapparatur ist ein Dauerstrich-Nd:YAG-Laser, der bei im nahen IR-Bereich bei einer Wellenlänge von l = 1064 nm emittiert. Gearbeitet wird mit Leistungen zwischen 50 mW und 2000 mW. Der Laserstrahl wird durch einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen gesplittet (5%/95%). Der schwächere Teilstrahl fällt im Winkel von 90° auf einen Referenzmesskopf. Vor dem Referenzmesskopf ist ein weiterer 5 % Spiegel angebracht, der die Aufnahme des Strahlprofils mit Hilfe eines Abschwächers und des Beam-Profilers ermöglicht. [...]

 

Untersuchungen zur Zündung explosionsfähiger Gemische und Staubschichten durch kleine heiße Partikel

Im einzelnen werden folgende Themen behandelt:

  • experimentelle Simulation mechanisch erzeugter Funken durch schnelle Aufheizung mittels Laserlicht
  • Temperaturmessung an kleinen heißen Partikeln
  • Untersuchungen zur Zündung von Gas/Luft-Gemischen
  • Untersuchungen zur Zündung von Staub/Luft-Gemischen
  • Untersuchungen zur Zündung von Staubschichten
  • Schlussfolgerungen

Veröffentlichungen

Vollständiger Tagungsbericht: BAM-PTB-Kolloquium (Download, PDF, 830 kB)

Lakic, D., Beyer, M.: Untersuchungen zur Zündung explosionsfähiger Gemische und Staubschichten durch kleine heiße Partikel. In: CIT 77 (2005) Heft 8, 1215 (Zeitschrift Chemie Ingenieur Technik)

Hawksworth, S., Rogers, R., Proust, C., Beyer, M., Schenk, S., Gummer, J. Raveau, D.: Ignition of Explosive Atmospheres by Mechanical Equipment. In: Hazards XVIII: Process Safety - Sharing Best Practice, November 2004, UMIST, Manchester, UK

Lakic, D., Beyer, M., Hawksworth S., Rogers R., Raveau, D., Proust, C.: Mechanisch erzeugte Zündgefahren in explosionsfähigen Atmosphären - Ergebnisse des MECHEX-Projektes. In: 10. Kolloquium zu Fragen der chemischen und physikalischen Sicherheitstechnik, Tagungsbericht, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, 2004, S. 7-12

Hawksworth S., Rogers R., Beyer, M., Proust, C.: Mechanical Ignition Hazards. In: ATEX - Clarified & Updated, Institution of Mechanical Engineers, London, 2004

Hawksworth S., Rogers R., Proust, C., Beyer, M, Schenk, S., Gummer, J., Raveau, D.: Mechanical Ignition Hazards in Potentially Explosive Atmospheres - EC Project MECHEX. In: Int. ESMG Symp. On Process Safety and Industrial Explosion Protection, Nürnberg, 2004 

Kontakt

Ansprechpartner Dr.-Ing. Michael Beyer
Tel.: 0531-592-3700
E-Mail: Michael Beyer
Anschrift Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Arbeitsgruppe 3.73
Bundesallee 100
38116 Braunschweig