Die Explosivität eines bestimmten Staubes kann durch Tests in einem geschlossenen Gefäß nachgewiesen werden. Das Nennvolumen eines dafür ausgelegten Standardgefäßes beträgt 1 m3, die Prüfung kann aber auch in einem deutlich kleineren Gefäß von 20 Litern durchgeführt werden.

Ausrüstung für die Prüfung:

Die Prüfkammer ist eine doppelwandige Kugel aus Edelstahl, deren Innenvolumen je nach Ausführung meist 20 Liter oder 1 m3 beträgt. Durch die doppelte Wand kann Flüssigkeit um die Kammer fließen. Dies kann der Kühlung dienen, also zur Abfuhr der durch Explosionen entstehenden Wärme und zum anderen auch eine Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur ermöglichen.

KÉPET ILLESZTENI !

Prüfung:

Vor Beginn des Tests wird die zu prüfende Pulverprobe sorgfältig dosiert und in den Probenhalter gefüllt. Mittels Druckluft, gesteuert durch ein Magnetventil, wird der abgemessene Staub in das Innere des Behälters gefördert, wo es mit der Luft eine homogene Mischung bildet. Mit dem in der Mitte des Behälters platzierten chemischen Zündsatz wird die Explosion ausgelöst, die nach Ablauf der Verzögerungszeit 10 kJ Energie im Behälter mit einem Volumen von 1 m3 und 2 kJ im Behälter mit 20 Litern freisetzt. Die im Inneren des Behälters eingebauten Drucktransmitter übermitteln die von ihnen erfassten Daten zur Aufzeichnung an die steuernde SPS. Sie werden von einer grafischen Auswertesoftware ausgewertet. Das geprüfte Pulver ist nicht explosiv, wenn der während der Prüfung gemessene Druckanstieg 0,3 bar nicht überschreitet (Dp ≤ 0,3 bar). In diesem Fall müssen keine weiteren explosionstechnischen Prüfungen durchgeführt werden. Wenn während der Prüfung Staub platzt, sind für die Erstellung der Explosionsschutzdokumentation und die Risikobewertung die untere Explosionsgrenze, die maximale Druckanstiegsrate und der Höchstdruck zu bestimmen.

Untere Explosionsgrenze:

Die niedrigste Konzentration (typische Maßeinheit: gPulver/m3 Luft), bei der eine Explosion auftritt, wird als unterer Explosionsgrenzwert bezeichnet. Dabei wird die Masse des in den Innenraum des Behälters einströmenden Pulvers so lange reduziert, bis das Gemisch nicht mehr gezündet werden kann.

Die untere Explosionsgrenze ist eine Materialeigenschaft, die nicht direkt genutzt werden kann, da die Staubkonzentration in Prozesssystemen schwer zu beurteilen ist. Sein Wert hilft hauptsächlich bei der Abschätzung des Risikos, eine Explosionsgefahr zu entwickeln.

Maximaler Explosionsüberdruck (pmax):

Staubexplosionen können in einem geschlossenen oder halbgeschlossenen System interpretiert werden. Bei der Explosion entzünden sich die kleinen Staubpartikel in der Luft und die dabei freigesetzte Wärme entzündet auch die um die Staubpartikel herum schwebenden Partikel, wodurch eine Kettenreaktion ausgelöst wird. Der Selbsterregungsprozess - ein geschlossenes System - dauert so lange, wie genügend Sauerstoff und brennbares Material vorhanden sind, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Infolge der großen Energiemenge, die bei der schnellen Verbrennung freigesetzt wird, beginnt der anfänglich atmosphärische Druck in dem geschlossenen Behälter intensiv anzusteigen. Ist der Behälter robust genug, um den entstehenden Überdruck auszuhalten, stoppt der Prozess durch den Verbrauch von Verbrennungsprodukten oder Sauerstoff, der Druck im Behälter steigt nicht weiter an, er hat sein Maximum erreicht.

KÉPET ILLESZTENI !

Es ist wichtig zu wissen, dass der maximale Druck, der während einer Staubexplosion gemessen werden kann, unabhängig von der Größe des geschlossenen Behälters betrachtet werden kann, so dass sein Wert in einem Silo von mehreren tausend Kubikmetern derselbe ist wie in einem viel kleineren Zyklonabscheider. Der maximale Überdruck ist im Wesentlichen die Materialeigenschaft des verwendeten Pulvers, die von der Pulverkonzentration abhängt.

KÉPET ILLESZTENI !

Die Bestimmung des maximalen Explosionsüberdrucks kann bei der Dimensionierung von druckfesten Gehäusen, Gehäusen und Konstruktionen erforderlich sein. Dies ist jedoch recht selten, da großtechnische Systeme dem typischerweise 6-10 bar explosiven Überdruck nicht standhalten und daher auf reduzierten Druck (pred) mit spaltbaren, spaltbaren Öffnungsflächen skaliert werden.

Maximaler Druckanstieg (dp/dt) max:

Nach Beginn der Explosion steigt der Druck im geschlossenen Behälter mit der Zeit kontinuierlich an. Die Wachstumsrate kann als erste zeitliche Ableitung der obigen Druck-Zeit-Kurve definiert werden. Der Verlauf der Druckanstiegsgeschwindigkeit ist bei idealem Verlauf zunächst progressiv, dann konstant und schließlich degressiv. Am Nullpunkt der ersten Ableitung der Kurve kann der maximale Explosionsüberdruck interpretiert werden. Die maximale Druckanstiegsrate hängt von der Staubkonzentration ab, daher müssen die Tests in einem weiten Konzentrationsbereich durchgeführt werden, um sie zu bestimmen.

KÉPET ILLESZTENI !

Druckanstiegskonstante (Kst)

Während der maximale Explosionsüberdruck quasi unabhängig von der Behältergröße betrachtet werden kann, nimmt die Druckanstiegsgeschwindigkeit mit zunehmendem Behältervolumen tendenziell ab. Dies bedeutet natürlich nicht, dass die Auswirkungen der Explosion in einem größeren Behälter weniger gefährlich sind, da die gesamte freigesetzte Energie proportional zur Volumenzunahme zunimmt. Die maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit ist daher jeweils auf einen Behälter mit einem Volumen von 1 m3 normiert. Dies kann mit der folgenden Formel erfolgen:

KÉPET ILLESZTENI !

Damit sind der maximale Explosionsüberdruck und die Druckanstiegskonstante auch unabhängig vom Volumen des verwendeten Gefäßes, ihre Werte werden nur von den Eigenschaften des jeweiligen Pulvers beeinflusst.

Gefahrenklassen (St-0, St-1, St-2, St-3)

Anhand der ermittelten Kst- und Pmax-Werte werden die Stäube entsprechend ihrer Gefährlichkeit in verschiedene Klassen eingeteilt:

KÉPET ILLESZTENI !