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Einflussfaktoren auf Staubexplosionen

Einfluss von Partikelgröße, Feuchtigkeit, brennbarem Gas, Sauerstoffkonzentration und Turbulenz auf Staubexplosionen

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Zusammenfassung des Abschnitts
1. Einführung
2. Partikelgröße
3. Feuchtigkeit
4. Sauerstoffkonzentration
5. Brennbares Gas
6. Turbulenz

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1. Einführung

Welche Eigenschaften beeinflussen die Gefahren von Staubexplosionen?

Staubexplosionsparameter wie MIE, MIT, Pmax, Kst...usw. werden im Labor unter Standardbedingungen gemessen. Allerdings müssen eine Reihe von Faktoren, die Staubexplosionen beeinflussen und reale Fälle von den theoretischen Werten abweichen lassen, berücksichtigt werden. Bei der Durchführung einer DHA (Staubgefahrenanalyse) ist es wichtig, diese Faktoren zu verstehen, um die Staubexplosionseigenschaften der Materialien korrekt zu bewerten und das tatsächliche Staubexplosionsrisiko richtig einzuschätzen.

2. Partikelgröße

Einfluss der Partikelgröße des Staubs auf die minimale Zündenergie (MIE)

Das Risiko von Staubexplosionen in einer Staubwolke steigt mit abnehmender Partikelgröße. Kleinere Partikel lassen sich leichter in Schwebe versetzen, um eine Wolke mit dem richtigen Staub-/Gas-Verhältnis zu erzeugen. Gleichzeitig wird die Explosion heftiger, da die spezifische Oberfläche bei gleicher Menge durch die Verkleinerung der Partikel stark zunimmt – dies beschleunigt die Verbrennung des Pulvers.

Andererseits kann das Vorhandensein größerer Partikel die Explosion hemmen. Berichten zufolge wird eine Explosion bei Partikelgrößen von 200 bis 500 Mikrometern unwahrscheinlich. WARNUNG : Prozessbediener müssen sehr vorsichtig sein, da selbst eine anfangs sichere Partikelgrößenverteilung durch Prozessoperationen am Pulver Feinanteile erzeugen kann, was in der Praxis jedes Pulver bzw. Schüttgut potenziell gefährlich macht. Aus diesem Grund wird die MIE bei einer definierten Partikelgröße gemessen, um die Staubentstehung im Prozess zu berücksichtigen. Diese Phänomene müssen in der Risikoanalyse

3. Feuchtigkeit

Einfluss der Feuchtigkeit des Staubs auf die minimale Zündenergie (MIE)

Es ist logisch, dass eine höhere Feuchtigkeit des Pulvers die Wahrscheinlichkeit einer Explosion verringert. Feuchte Partikel sind deutlich schwerer entzündbar, da zunächst das Wasser verdampfen muss, bevor die Partikel zu brennen beginnen – dies erfordert deutlich mehr Energie, um eine Explosion auszulösen. Feuchtigkeit kann auch zur Agglomeration von Partikeln beitragen.

Laut Literatur lösen Partikel mit einer Feuchtigkeit von über 30 % wahrscheinlich keine Explosion aus. Diese Situation ist jedoch eher selten und auf spezifische Anwendungen beschränkt.

4. Sauerstoffkonzentration

Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf das Risiko einer Staubexplosion

Bezugnehmend auf das Explosionspentagon ist das Vorhandensein von Luft und damit Sauerstoff für die Auslösung einer Explosion erforderlich. Ein Sauerstoffmangel kann das Explosionsrisiko tatsächlich hemmen. Dies ist eine häufig angewandte Strategie zur Vermeidung von Staubexplosionsrisiken (Inertisierung). Natürlich muss das System so ausgelegt sein, dass es den Sauerstoffgehalt überwacht, reguliert und bei Nichterreichen des Sollwerts abschaltet. Eine niedrige Sauerstoffkonzentration wird typischerweise durch Inertisierung mit Stickstoff oder Kohlendioxid erreicht.

5. Brennbares Gas

Einfluss des Vorhandenseins von brennbarem Gas, gemischt mit Pulver, auf die minimale Zündenergie (MIE)

In den meisten Fällen ist der Staub in Luft dispergiert. Es muss jedoch darauf geachtet werden, alle Prozessaspekte zu verstehen, die ein brennbares Gas erzeugen könnten – entweder weil der Prozess so abläuft, dass das Gas kein Luftgemisch ist, oder weil der Staub selbst Materialien freisetzt.

Das Vorhandensein eines Lösemittels oder brennbaren Gases verändert die Explosionseigenschaften drastisch und erhöht die Wahrscheinlichkeit und/oder die Heftigkeit der Explosion.

• Niedrigere MIE für die in Luft + brennbarem Gas schwebende Staubwolke
• Das Gas kann in Kombination mit Staub leichter entzündbar sein als nur mit Luft

6. Turbulenz

Einfluss von Strömungsturbulenz auf den Kst-Wert – Staubexplosionseigenschaften von Pulvern

Die Turbulenz der Staubwolke ist ein weiterer bekannter Faktor, der die Auswirkungen einer Explosion beeinflusst. Sie ist schwer zu modellieren, aber es ist bekannt, dass der Druckanstieg Kst mit zunehmender Turbulenz höher ausfällt, z. B. bei einer Hochgeschwindigkeitsmühle.

Quelle
# [Laurent] Sécurité des procédés chimiques, André Laurent, Tec et Doc, 2003, Seiten 234–240