131204 Ringvorlesung RUButrm.rub.de/.../explosionsschutz_neumann_131204.pdf · Explosionsschutz – Anwenden von Schutzmaßnahmen. ne / Seite 26 Ringvorlesung - Explosionsschutz Stand

ne / Seite 1Ringvorlesung - Explosionsschutz

Stand 12/2013

Gliederung

� Einteilung der Explosionsschutzmaßnahmen

� Primärer Explosionsschutz

- Inertisieren

- Anforderungen die technische Dichtheit von Apparaturen

- Lüftungsmaßnahmen

� Sekundärer Explosionsschutz

- Einteilung in Ex-Zonen

- Zündschutzarten

� Konstruktiver Explosionsschutz

- Explosionsdruck(stoß)feste Bauweise

- Explosionsdruckentlastung

- Explosionsunterdrückung / Löschmittelzugabe

- Verhindern der Explosionsübertragung (explosionstechnische Entkopplung)

Explosionsschutz – Anwenden von Schutzmaßnahmen


Stand 12/2013

Voraussetzungen zur Entstehung einer Flamme

Explosionsschutz


Stand 12/2013

E1 Maßnahmen, welche eine Bildung gefährlicher explosionsfähiger

Atmosphäre verhindern oder einschränken

(Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre)

E2 Maßnahmen, welche die Entzündung gefährlicher Atmosphäre

verhindern (Vermeiden wirksamer Zündquellen)

E3 Konstruktive Maßnahmen, welche die Auswirkung einer

Explosion auf ein unbedenkliches Maß beschränken

(Konstruktiver Explosionsschutz)

E4 Anwenden von Prozessleittechnik im Rahmen von

Explosionsschutzmaßnahmen („ergänzender“ Explosionsschutz)

Gliederung nach TRBS 2152



Stand 12/2013

Gliederung



- Inertisieren





- Zündschutzarten








Stand 12/2013

Primärer Explosionsschutz

� Vermeiden oder Einschränken von Stoffen,

die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen (Substitution)

� Verhindern oder Einschränken explosionsfähiger Atmosphäre im Innern von

Anlagen und Anlagenteilen (Inertisieren, Evakuieren auf p < 50mbar)

� Verhindern oder Einschränken gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre

in der Umgebung von Anlagen und Anlagenteilen (Lüftung)

� Überwachung der Konzentration in der Umgebung von Anlagen oder Anlagenteilen

(Gaswarnanlagen)

� Maßnahmen zum Beseitigen von Staubablagerungen in der Umgebung von

staubführenden Anlagen und Anlagenteilen sowie Behältern (saugen, nicht blasen)

Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre


Stand 12/2013

Explosionsschutz - Inertisieren

Bildung von Ex-Atmosphäre innerhalb geschlossener Apparaturen verhindern

� Geschlossene Apparaturen

� Konzentrationsbegrenzung (z.B. auch oberhalb der OEG)

� Inertisierung (N2, CO2)

� Evakuierung(unterhalb von 50 mbar)


Stand 12/2013


1) maximaler Anteil an Sauerstoff im Gesamtgemisch (LOC),

bis zu dem unabhängig von der sonstigen Zusammensetzung des Gemisches

keine explosionsfähigen Gemische entstehen

2) maximaler Anteil an Brenngas in einem Gemisch aus Brenngas und Inertgas (MXC),

bis zu dem dieses Gemisch bei beliebiger Vermischung mit Luft

keine explosionsfähigen Gemische bildet

3) minimaler Anteil von Inertgas in einem Gemisch aus Inertgas und Luft (MAI),

ab dem dieses Gemisch bei beliebiger Vermischung mit Brenngas

keine explosionsfähigen Gemische mehr bildet

Fragestellungen von technischem Interesse


Stand 12/2013


Konstruktion des Explosionsgebiets über 4 Eckdaten

Brennstoff

Sauerstoff StickstoffLuft

UEG

OEG


Stand 12/2013


Explosionsgebiet im Dreiecksdiagramm

Brennstoff



Stand 12/2013

Brennstoff



1) maximaler Anteil an Sauerstoff im Gesamtgemisch (LOC),

bis zu dem unabhängig von der sonstigen Zusammensetzung des Gemisches

keine explosionsfähigen Gemische entstehen

Tangente an den Explosionsbereich parallel zur Achse 0 Mol-% Sauerstoff

LOC entspricht der Sauerstoffgrenzkonzentration

Konstruktion im Dreiecksdiagramm


Stand 12/2013


Konstruktion des Explosionsgebiets über 4 Eckdaten

Brennstoff

Sauerstoff StickstoffLuft LOC


Stand 12/2013


Lüftungsmaßnahmen

� Natürliche Lüftung

� Technische Lüftung (Raumlüftung)

� Objektabsaugung


Stand 12/2013


Lüftungsmaßnahmen

� Natürliche Lüftung

� Technische Lüftung

� Objektabsaugung


Stand 12/2013

Gliederung



- Inertisieren





- Zündschutzarten








Stand 12/2013

Vermeiden der Entzündung

Wirksame Zündquellen müssen dort

vermieden werden, wo explosionsfähige

Atmosphäre vorhanden ist oder auftreten

kann, d. h. in explosionsgefährdeten

Bereichen, die in Zonen eingeteilt werden.

Sekundärer Explosionsschutz


Stand 12/2013

Die in der Praxis wichtigsten Zündquellen


mechanisch erzeugte Funken


Stand 12/2013

Beispiel Fasslager

Metallische Gegenstände

elektrisch leitfähig miteinander verbunden

� Potenzialausgleich

Elektrostatik / Statische Elektrizität


Stand 12/2013


Explosionsgefährdete Bereiche sind nach

Häufigkeit und Dauer des Auftretens bzw. Vorhandenseins

gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre

in Zonen zu unterteilen.

Zonen dienen zur Bestimmung des Umfangs

der zur Vermeidung von Zündquellen

erforderlichen Maßnahmen.

Zoneneinteilung – Was sind Zonen?


Stand 12/2013

ExplosionsfähigeAtmosphäre

Zündquellen

Schutzmaß-nahmen

Zone 0Zone 20

ständig, langzeitig

oder häufig

nie

sicher bei 2 Fehlern


Einteilung der Anlage in Ex-Zonen bzw. Ex-Bereiche

Zone 1Zone 21

gelegentlich

selten und nur

kurzzeitig

sicher bei 1 Fehler

Zone 2Zone 22

selten und nur kurzzeitig

gelegentlich

sicher im Normalbetrieb

Nicht gefähr-deter Bereich

nie

beliebig

keine

strenger


Stand 12/2013

Ortsfeste Lagerung in Silos

Zone 21(gelegentl. Befüllung) oderZone 20 (häufige Befüllung)

Zone 22


Beispiele zur Zoneneinteilung – Brennbare Stäube


Stand 12/2013

Gliederung



- Inertisieren





- Zündschutzarten








Stand 12/2013

Konstruktiver Explosionsschutz

Explosionsdruck(stoß)feste Bauweise –Belastung der Raumwände

Explosionsdruckfeste Bauweise = statische Beanspruchung

- langanhaltender, gleichverteilter Druck

- keine schwingende Beanspruchung

- Beanspruchung entspricht dem Enddruck pe der Explosion

- Sicherheitsfaktor 1,5

Explosionsdruckstoßfeste Bauweise = dynamische Beanspruchung

- kurzzeitiger, gerichteter Impuls

- Anregung von Schwingungen

- Schwingungsamplitude kleiner als bei stat. Beanspruchungen

(Eigenfrequenz nicht gleich Impulsfrequenz)

- plastische Verformungen werden zugelassen

- Sicherheitsfaktor = 1,0


Stand 12/2013


Explosionsdruck(stoß)feste Bauweise


Stand 12/2013


Druckentlastung- Sollbruchstelle

(Bestscheibe)

- in Arbeitsräumen grundsätzlich verboten


Stand 12/2013

Gliederung



- Inertisieren





- Zündschutzarten








Stand 12/2013

Explosionsunterdrückung - Löschmittelzugabe



Stand 12/2013

Löschmittelzugabe - Beispiel Filteranlage

Öffnungszeit 10 ms

elektromechanische Ventilöffnung

Quelle: INCOM Explosionsschutz AG, Olten, CHTransienter Drucksensor

1. Explosionsdrucksensor

2. HRD-Behälter (Explosionsunterdrückung)

3. Löschmittelsperre

4. Ventilator

5. Staubkontrollgerät

6. Zellenradschleuse



Stand 12/2013


Verhinderung der Flammen- und Explosionsübertragung

A: Explosionsrohrsicherung

B1: Dauerbrandsicherung ohne Brandeinwirkung

B2: Dauerbrandsicherung im Falle eines Brandes

C: Detonationssicherung


Stand 12/2013


Davysche Sicherheitslampe

- Ausnutzung der Kenngröße Norm- bzw. Grenzspaltweite

- Flamme umschlossen von engmaschigem Drahtzylinder

- Drahtnetz nimmt entstehende Wärme auf, bevor sie das Grubengas Methan entzündet (Schlagwetterexplosion)

- mehr als 1% Methan in der Grubenluft ruft über dem Benzinflämmchen eine bläuliche Haube hervor.

- steigt der Methananteil in der Grubenluft auf 14%, so erlischt die benzingetriebene Lampe komplett

- Namensgeber ist Sir Humphry Davy (1778-1829)

Quelle: Institut für Experimentalphysik, Uni Innsbruck


Stand 12/2013


Flammenfilter

� Ausnutzung der Kenngröße Norm- bzw. Grenzspaltweite

� abhängig vom Stoffgemisch die Flammfilter-Spaltweite dimensionieren

� Schutz ist nicht von Strömungsgeschwindigkeit abhängig


Stand 12/2013


FlammenfilterDurchzündung von Methan/Luft-Gemischen durch Spalte f {Methangehalt}

- Kugelbehälter V = 6 Liter

- ebene, parallele Spalte

- Spaltlänge 25 mm

- Methankonzentration in Luft

Durchzündung


Stand 12/2013


Flammenfilter


Stand 12/2013


Flammenfilter

Flammendurchschlag und Flammenfilter

Durchschlag möglich

evtl. Spalte zu groß

Durchschlag verhindert

Spalte „eng genug“

Quelle: Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB)


Stand 12/2013

� Löschmittelsperre

� Schnellschlussschieber, Schnellschlussklappe

� Schnellschlussventil (Explosionsschlussklappe)

� Zellenradschleuse

� Entlastungsschlot

� Produktvorlage

� Doppelschieber

Verhindern der Explosionsübertragung –Entkopplungseinrichtungen für Stäube



Stand 12/2013


Explosionstechnische Entkopplung - Zellenradschleuse

Dicke des Stegs

(Spaltlänge)

Steg

Rotor

Kammer

Gehäuse

Spaltweite

Explosion

keine Explosion


Stand 12/2013

Fazit Explosionsschutz


Risiko = Wahrscheinlichkeit ×××× Schadensausmaß

primär u. sekundär konstruktiv

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