Logo PTB

Bestimmung der Leistungsgrenzen von Flammendurchschlagsicherungen bei erhöhter Sauerstoffkonzentration

25.11.2019

In verfahrenstechnischen Prozessen gewinnt die Anreicherung der Prozessluft mit Sauerstoff zunehmend an Bedeutung. Dies erfordert eine veränderte Bewertung der möglichen Maßnahmen des Explosionsschutzes. Bei der explosionstechnischen Entkopplung von Anlagen und Anlagenteilen werden bei auftreten explosionsfähiger Gemische aus Gasen oder Dämpfen oft Flammendurchschlagsicherungen eingesetzt. Dies sind autonome Schutzsysteme im Sinne der Richtlinie 2014/34/EU. Geprüft werden sie in der Regel auf Basis der EN ISO 16852. Die Prüfverfahren werden bis zu einem maximalen Betriebsdruck von 160 kPa angewendet und gelten nur für explosionsfähige Gas/Dampf-Luft Gemische. Dabei sind explosionsfähige Gemische mit anderen Oxidationsmitteln als Luft (Sauerstoffgehalt 20,9 Vol%) nicht berücksichtigt.

Die Leistungsgrenzen einer Flammendurchschlagsicherung in verschiedenen Konfigurationen beim Einsatz von explosionsfähigen Gemischen mit erhöhtem Sauerstoffgehalt wurden im Rahmen dieser Untersuchung ermittelt. Propan und Ethen wurden als Brenngase eingesetzt, da diese auch Standardgase in der EN ISO 16852 sind. Der Sauerstoffgehalt wurde zwischen 19,6 Vol-% (Ethen-Luft) bzw. 20,1 Vol-% (Propan-Luft) und 30 Vol-% variiert. Die Leistungsgrenze wurde durch Erhöhung des Anfangsdruckes vor der Zündung ermittelt. Sie wird durch den höchsten Anfangsdruck beschrieben, bei dem ein Flammendurchschlag noch zuverlässig verhindert wird. Als charakteristische Kenngröße wird die Grenzspaltweite des Gemisches bei diesem Druck bestimmt. Der Versuchsaufbau entspricht dem in der EN ISO 16852 beschriebenen Aufbau zur Prüfung von Deflagrationsrohrsicherungen. Die Versuche wurden mit einer Flammendurchschlagsicherung der Anschlussnennweite DN 50 durchgeführt.

Die beiden folgenden Grafiken illustrieren die Ergebnisse dieser Untersuchungen. Die verwendeten Flammendurchschlagsicherungen weisen für verschiedene Sauerstoffkonzentrationen und Anfangsdrucke eine Grenzspaltweite auf bis zu der sie zuverlässig funktionieren. Die gelbe Linie in den Diagrammen markiert eine konservative Grenze für einen zuverlässigen Einsatz. Dies zeigt, dass die Bestimmung der Leistungsgrenze und deren Beschreibung durch die Grenzspaltweite eine Möglichkeit bietet erweiterte Einsatzmöglichkeiten für Flammendurchschlagsicherungen zu beschreiben.
Determination of the performance limits of flame arresters at increased oxygen concentra-tions, Journal of Loss Prevention in the Process Industries 58 (2019), S. 17 – 21, URL: Opens external link in new windowhttp://doi.org/10.1016/j.jlp.2019.01.003)