Explosionsfähige Atmosphären

Explosionsfähige Atmosphären

Wann ist ein Gemisch entflammbar oder explosiv? 

Ein Gemisch aus einem Brennstoff und Luft (Sauerstoff) ist nur dann explosionsfähig, wenn Brennstoff und Sauerstoff im richtigen Verhältnis vorhanden sind. Ist zu wenig Brennstoff in der Luft, ist das Gemisch "zu mager", ist zu viel Brennstoff in der Luft, ist das Gemisch "zu fett"; das Gemisch kann dann nicht gezündet werden und ist daher nicht explosionsfähig.

Die Grenzen, innerhalb derer sich das Gemisch entzündet, werden als Explosionsgrenzen eines Gases oder Stoffes bezeichnet. Der Bereich zwischen den Grenzen wird als Explosionszone bezeichnet.

Untere Explosionsgrenze (UEG) und obere Explosionsgrenze (OEG)

Untere und obere Explosionsgrenze

Die untere Explosionsgrenze gibt an, bei welchem Prozentsatz von Gas oder Staub in der Luft das brennbare Gemisch gerade noch explosiv ist. Unterhalb dieser Grenze befindet sich zu wenig brennbares Material in der Luft und das Gemisch kann nicht entzündet werden und ist somit nicht explosionsfähig. Die UEG wird in der angelsächsischen Literatur mit LEL (Lower Explosion Level) bezeichnet.

Die obere Explosionsgrenze (OEG) gibt an, bei welchem Prozentsatz von Gas oder Staub in der Luft das brennbare Gemisch noch explosionsfähig ist bzw. kurz vor der Sättigung ist. Oberhalb dieser Grenze ist im Verhältnis zur vorhandenen Gasmenge zu wenig Sauerstoff vorhanden und das Gemisch kann nicht entzündet werden. Die OEG wird in der angelsächsischen Literatur mit UEL (Upper Explosion Level) bezeichnet.

UEG- und OEG-Werte

Die Gefahren einer explosionsfähigen Atmosphäre können auch dadurch vermieden werden, dass die brennbaren Gemische mit chemisch inerten (nicht reaktiven) Stoffen verdünnt werden. Diese Schutzmaßnahme wird als Inertisierung bezeichnet. Dazu muss die minimale Sauerstoffkonzentration (die Sauerstoffgrenzkonzentration) bekannt sein, bei der eine Explosion noch gerade stattfinden kann.

UEG- und OEG-Werte für Staub

Bei brennbaren Stäuben ist es sehr schwierig, einen UEG-Wert für die Staubwolke zu bestimmen, da die Größe und Form der Staubpartikel sehr unterschiedlich sind. Bei Stäuben und Fasern hängen Explosionsneigung und Explosionsstärke viel stärker von der Partikelgröße als von der Staubkonzentration ab (kleine Partikel entzünden sich eher als große Partikel).

Für einen bestimmten Produktionsprozess kann der UEG-Wert durch die Untersuchung einer Probe ermittelt werden. Die UEG-Werte für eine Staubwolke liegen häufig zwischen 50 und 200 g/m3. Wenn der UEG-Wert nicht bekannt ist, sollte ein konservativer Wert von z. B. 20 g/m3 verwendet werden.

Die Bestimmung des OEG-Wertes von brennbarem Staub ist noch schwieriger. Selbst bei sehr hohen Staubkonzentrationen (bis zu Kilogramm pro m³) scheint es möglich zu sein, die Staubwolke zu entzünden. Außerdem setzen sich schwere Staubpartikel schnell ab und bilden eine Staubschicht. Leichtere Partikel bleiben länger in der Schwebe und bilden eine gefährlichere Staubwolke, da ihre Entzündbarkeit größer ist. Der niedergeschlagene Staub wird bei einer Explosion wieder aufgewirbelt und verursacht die gefürchteten Sekundärexplosionen. Es ist daher wenig sinnvoll, den OEG-Wert einer Staubwolke zu bestimmen.

Die Staubkonzentration für den Raum wird letztlich durch die Gesamtstaubmenge und das Volumen des Raumes bestimmt, wobei davon ausgegangen wird, dass der Staub homogen im Raum verteilt ist. In der Praxis ist dies aber so gut wie nie der Fall, die Staubkonzentration kann lokal sehr viel höher sein!