Forum Verlag Herkert GmbH - Prüfhandbuch Explosionsschutz

Sicherheitstechnische Kennzahlen, die zur Charakterisierung von Feststoffen und Stäuben für die sicherheitstechnische Auslegung von Anlagen zu ermitteln sind, sind u. a.

Neben einer Definitionsbeschreibung werden entsprechenden Prüfverfahren im Einzelnen beschrieben sowie eine Einordnung der sicherheitstechnisch relevanten Bedeutung der Kennzahlen gegeben.

Schwelpunkt {Sicherheitstechnische Kennzahlen für Stäube, Schwelpunkt}

Der Schwelpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der eine feste Substanz Schwelgase abgibt, sodass die entstehenden Schwelgas-/Luft-Gemische durch Fremdzündung entflammt werden können.

Hierbei wird das Prüfverfahren gemäß VDI 2263-1 angewendet.

Brennbare Schwelgas-/Luft-Gemische entstehen bei unvollständiger Verbrennung, bei endothermer (Wärme benötigend) oder exothermer (Wärme freisetzend) Zersetzung und auch beim Ausgasen flüchtiger Komponenten.

In geschlossenen Behältern können sich bei einigen Produkten über einen längeren Zeitraum auch bei Temperaturen unterhalb des Schwelpunkts explosionsfähige Gemische ausbilden.

Bei der Beurteilung des Schwelpunkts gilt, dass die betrieblich relevanten Temperaturen, Verweilzeiten und örtlichen Gegebenheiten bewertend mit einbezogen werden müssen.

Maximaler Explosionsdruck {Sicherheitstechnische Kennzahlen für Stäube, Maximaler Explosionsdruck} und maximaler zeitlicher Druckanstieg

Im Zusammenhang mit Staubexplosionen wird der, bei einer Explosion eines Staub-/Luft Gemisches in geschlossenen Behältern bei optimaler Konzentration, maximal auftretende Druck pmax und der maximal zeitliche Druckanstieg (dp/dt) bestimmt.

Ein Staub ist in der jeweils untersuchten Form (z. B. Feinheit, Feuchte) nicht explosionsfähig, wenn über einen weiten Konzentrationsbereich (mindestens von 30-2.000 g/m³) keine Entzündung auftritt.

Als „nicht staubexplosionsfähig“ kann ein Stoff nur dann eingestuft werden, wenn von seiner chemischen Beschaffenheit her exotherme Oxidationsreaktionen ausgeschlossen sind oder wenn die Untersuchungen zur Explosionsfähigkeit auch für Feinstaub (< 63 µm) zu keiner Explosion geführt haben.

Der maximale zeitliche Druckanstieg ist volumenabhängig. Das Produkt aus dem maximalen zeitlichen Druckanstieg und der dritten Wurzel des betreffenden Volumens ist nach dem kubischen Gesetz konstant und wird als KSt-Wert bezeichnet.

Nach ihm lassen sich verschiedene Explosionsklassen für brennbare Stäube definieren:

Definition der Staubexplosionsklassen; Quelle: Inburex Consulting GmbH

Die Staubexplosionsklasse liefert nur einen Hinweis, welches Schutzkonzept im Zusammenhang mit Staubexplosionen bzw. wie Maßnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes auszulegen sind.

Beispielkennzahlen für verschiedene Stäube; Quelle: Inburex Consulting GmbH

Hierbei wird das Prüfverfahren gemäß EN 14034-1 und -2 in einer 20-L-Staubexplosionskugel oder in einem 1 m³-Behälter angewendet.

20-L-Staubexplosionskugel (Quelle: Inburex Consulting GmbH)

1 m³-Behälter (Quelle: Inburex Consulting GmbH)

Diese Daten werden für die apparative Auslegung und für den konstruktiven Explosionsschutz benötigt.

Schutzmaßnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes; Quelle: Inburex Consulting GmbH

Untere und obere Staubexplosionsgrenze {Sicherheitstechnische Kennzahlen für Stäube, Staubexplosionsgrenze}

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

Hierbei wird das Prüfverfahren gemäß EN 14034-3 verwendet.

Aufbauend auf der unteren Staubexplosionsgrenze UEG kann eine Gefährdungsbeurteilung für ein Explosionsschutzkonzept erarbeitet werden.

Die obere Staubexplosionsgrenze ist bei sicherheitstechnischen Betrachtungen im Zusammenhang mit aufgewirbelten brenn­baren Stäuben von geringer Bedeutung, da sich darauf kein Sicherheitskonzept zur Umsetzung in der Praxis aufbauen lässt. Sie wird daher i. d. R. nicht bestimmt.

Sauerstoffgrenzkonzentration {Sicherheitstechnische Kennzahlen für Stäube, Sauerstoffgrenzkonzentration}

Die Sauerstoffgrenzkonzentration ist die maximale Sauerstoffgrenzkonzentration in einem Gemisch eines brennbaren Stoffs mit Luft und inertem Gas, in dem unter festgelegten Versuchsbedingungen bei beliebigen Brennstoffkonzentrationen keine Explosion auftreten kann.

Auch hierbei wird das Prüfverfahren gemäß EN 14034-4 verwendet.

Die Sauerstoffgrenzkonzentration wird im Allgemeinen anhand der Explosionsbereiche von Dreistoffgemischen (Brenngas/ Inertgas/ Luft) ermittelt.

Die Explosionsgrenzen sind relevante Daten für Neustoffanmeldungen und werden zusammen mit der Sauerstoffgrenzkonzentration zur Auslegung der Schutzmaßnahme „Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre“ benötigt.

Beispiele für verschiedene Sauerstoffgrenzkonzentrationen, Quelle: Inburex Consulting GmbH

Diese Vermeidung der explosionsfähigen Atmosphäre kann z. B. durch Inertisierung erreicht werden. Je nach Inertgas werden verschiedene Grenzkonzentrationen benötigt.