Wie entstehen Explosionen? Was braucht es dafür? Wie kann man die Gefahr beurteilen und letztlich vermeiden? Diese Fragen stellen sich überall dort, wo z. B. durch das Vorhandensein von Stäuben explosionsfähige Gemische entstehen können.
Eine Explosion kann auftreten, wenn ein brennbarer Stoff in ausreichender Konzentration mit einem Oxidationsmittel (z.B. Luft) in Anwesenheit einer Zündquelle zusammentrifft. Besonders in Industriebereichen, in denen feine Stäube wie Holz-, Metall- oder organische Stäube anfallen, ist das Risiko einer Staubexplosion nicht zu unterschätzen.
Die Beurteilung und Vermeidung von Explosionsgefahren basiert wesentlich auf der Kenntnis der Explosionskennzahlen, die die Eigenschaften eines Stoffes hinsichtlich seiner Explosivität beschreiben. Zu diesen Kennzahlen gehören unter anderem die untere Explosionsgrenze (UEG), die obere Explosionsgrenze (OEG), die Zündtemperatur, der Mindestzündenergie und der maximale Explosionsdruck.
Wie entstehen Explosionen?
Beschäftigt man sich mit dem Thema ATEX fallen immer wieder die gleichen Begriffe. Um einen Überblick zu diesem Thema zu bekommen, sollten diese Begriffe geklärt sein.
Die Begriffe und ihre Bedeutung im kurzen Überblick:
- ATEX: ATmosphères EXplosibles = explosionsfähige Atmosphären
- Explosionsfähige Stoffe: Feste, flüssige, pastöse, gelantinöse Stoffe oder Gemische, die ohne den Sauerstoff in der Luft explosiv sein können
- Explosionsfähiges Gemisch/ explosionsfähige Atmosphäre: Gemisch aus brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebeln oder aufgewirbelten Stäuben mit Luft oder anderem Oxidationsmittel
- Explosion: Sprunghafter Druck- und/oder Temperaturanstieg
Wichtige Explosionskennzahlen zum Thema ATEX
Die sicherheitstechnischen Kenngrößen beschreiben die Brand- und Explosionseigenschaften eines Stoffes. Sie sind abhängig von den Umgebungsbedingungen, dem Bestimmungsverfahren sowie dem Stoff selbst.
Mit den Explosionskennzahlen lassen sich geeignete Schutzmaßnahmen und notwendige Schutzvorrichtungen berechnen und passend zum Einsatzzweck auswählen. Weiterhin sind diese Kennzahlen die Basis bei der Erstellung von Gefährdungsbeurteilungen (Explosionsschutzdokument) oder auch für die Auswahl der Ex-Zonen.
Die wichtigsten Kennzahlen für Staub finden Sie nachfolgend als praktische Übersicht:
Explosionskennzahl | Bedeutung |
|---|---|
| Brennzahl BZ | Kenngröße für das Brandverhalten von Feststoffen. Erfahrungsgemäß nimmt die Brandausbreitung bei Stoffen, die bei Raumtemperatur nur ein schwaches Abbrandverhalten zeigen, mit steigender Temperatur zu, d. h. die Brennzahl wird höher. 1 -> kein Anbrennen, z. B. Salz 2 -> kurzes Anbrennen, z. B. Malz 3 -> längeres örtliches Glimmen/Brennen, z.B. Lactose 4 -> Ausbreitung eines Glimmbrands, z. B. Tabak 5 -> Ausbreitung eines offenen Brands, z. B. Schwefel 6 -> verpuffungsartiges Abbrennen, z. B Schwarzpulver |
| Glimmtemperatur [°C] | Kenngröße für die Zündtemperatur einer Staubschicht: Unter Versuchsbedingungen ermittelte niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche, bei der sich eine Staubschicht von 5 mm Dicke entzündet. Mit Zunahme der Schichtdicke des Staubs sinkt die Glimmtemperatur. |
| Explosionsdruck Pmax [bar] | Höchster Druckwert eines Staub-/Luftgemisches in einem geschlossenen Behälter bei einer Explosion. |
| Explosionsgruppe III | Einteilung von Stäuben anhand ihrer spezifischen Zündfähigkeit, Unterscheidung nach Eigenschaften: IIIA (brennbare Flusen), z.B. Flock IIIB (nicht leitfähiger Staub), z.B. Pulverlack IIIC (leitfähiger Staub), z.B. Metallstaub |
| Mindestzündenergie MZE [mJ] | Unter vorgeschriebenen Versuchsbedingungen (atmosphärischer Druck, 20°C) ermittelte, kleinste Energie, die ausreicht, die zündwilligste explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden. (EN 13237) MZE > 10.000 mJ nicht entzündlich MZE 10 - 10.000 mJ normal entzündlich MZE 3 - 10 mJ besonders entzündlich MZE < 3 mJ extrem entzündlich |
| Explosionskonstante K/KST-Wert [bar *m/s] | Klassifizierungswert, der die Brisanz einer Verbrennung ausdrückt. Er entspricht zahlenmäßig dem Wert für die maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit bei einer Explosion eines Staub/Luft-Gemisches in einem 1 m³-Behälter. |
| Staubexplosionsklasse | Ausdruck der Explosionsfähigkeit St 1 KST - Wert: < 200 St 2 KST - Wert: 200 - 300 St 3 KST - Wert: > 300 |
| Sauerstoffgrenzkonzentration SGK [Vol%] | Wert für die höchste Sauerstoffkonzentration in einem Gemisch aus Luft, Inertgas und Gas, bei der keine Explosion möglich ist. Wird die SGK unterschritten, ist es nicht mehr möglich, eine Explosion einzuleiten (zu wenig Sauerstoff vorhanden). |
| Selbstentzündung | Entzündung einer Staubschüttung bei allseitiger Wärmeeinwirkung und Anwesenheit von Luft nach vorangegangener Selbsterhitzung. |
| Selbstentzündungstemperatur [°C] | Temperatur, bei der bei Staub Selbstentzündung auftritt. Diese ist abhängig von Staubart, Form und Größe der Schüttung sowie Dauer der Wärmeeinwirkung. |
| Partikelgröße/Korngröße [μm] | Größe der Partikel, Angabe über den Median (50% sind größer und 50% sind kleiner als dieser Wert). Kennzahl für die Zündfähigkeit des Staubes. Mit abnehmender Korngröße steigt die Neigung der Stäube zu Explosionen, d.h. je feiner der Staub, umso leichter ist er zu entzünden, und umso heftiger verläuft die Reaktion. |
| Zündtemperatur [°C] | Unter Versuchsbedingungen ermittelte, niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche, bei der die Entzündungen eines brennbaren Stoffes als Staub-/Luft- oder Dampf-/Luft-Gemisch eintritt. Die Zündtemperatur einer Staubschicht (Glimmtemperatur) weicht von der Zündtemperatur einer Staubwolke ab. Der niedrigere Wert bestimmt die max. zulässige Oberflächentemperatur. |
Voraussetzungen für eine Explosion
Explosionen können verhindert werden. Dazu ist die Kenntnis des „Gefahren-Fünfecks“ Voraussetzung: Dieses Fünfeck stellt die Ursachen von Explosionen in einem Zusammenhang dar. Hier reicht es aus, eine dieser Voraussetzungen für eine Explosion zu eliminieren, um eine Explosion zu unterbinden.
| N° | Voraussetzung | Erklärung |
|---|---|---|
| 1 | Brennbarer Stoff/ Combustible substance | z.B. in der Produktion anfallender Staub |
| 2 | Ausreichende Feinheit/ sufficient degree of finess | Je feiner der Staub, umso leichter ist dieser zu entzünden. Ist die Korngröße < 1mm besteht keine Explosionsgefahr. Je kleiner die Korngröße wird, umso wahrscheinlicher wird eine Explosion (je nach Staubart) |
| 3 | Vermischung/ mixture | Je größer die Staubdichte in der Luft, umso explosionsfähiger ist das Gemisch. Hier ist die Konzentration entscheidend: es gibt eine minimale und eine maximale Konzentrationsgrenze, die den Bereich der Explosionsfähigkeit eingrenzen (ist zu wenig oder zu viel Staub vorhanden, kann keine Explosion stattfinden). |
| 4 | Wirksame Zündquelle/ effective source of ignition | Die DIN EN 1127 beschreibt verschiedene Zündquellen. Für die Konstruktion und Anwendung von Entstaubungsanlagen bzw. Filteranlagen sind beispielsweise heiße Oberflächen, statische Elektrizität oder mechanisch erzeugte Funken zu nennen. |
| 5 | Oxidationsmittel/ Oxidizing agents | Oxidationsmittel ist z.B. der Sauerstoff in der Luft. Der Anteil kann durch Inertisierung gesenkt werden, was die Explosionsgefahr eindämmt. |
Fazit
Je nach Staubart besteht in einer Produktionsanlage ein mehr oder weniger großes Risiko, dass Explosionen auftreten können. Dieses Auftreten muss zum Schutz des Personals sowie der Anlage und ggf. Folgeanlagen vermieden werden. Dazu sind Kenntnisse über die Staubart sowie die allgemeinen Voraussetzungen zur Entstehung einer Explosion von elementarer Bedeutung. Wenn bekannt ist, was im Prozess passiert, kann im Vorfeld das Risiko einer Explosion wirkungsvoll eliminiert werden.
