Becherelevatoren mit runden Förderschächten – Ablauf von Staubexplosionen und konstruktiver Explosionsschutz

Versuchselevator in Kappelrodeck

Becherelevatoren für die Senkrechtförderung von Schüttgütern, z.B. zur Befüllung von Silos, sind häufig Ausgangspunkt von Bränden und Staubexplosionen.
Die FSA hatte daher in den vergangenen Jahren umfangreiche Untersuchungen und Großversuche zum konstruktiven Explosionsschutz dieser Geräte durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in die VDI-Richtlinien 2263 Blatt 8.1 (Explosionsdruckentlastung) und Blatt 8.2 (Explosionsunterdrückung) sowie in einen „Technical Report“ der europäischen Normungsorganisation CEN TC 305 eingeflossen.

In den oben genannten Untersuchungen wurden Becherelevatoren mit rechteckigen Elevatorschächten betrachtet, die die Vielzahl der bislang in der Praxis anzutreffenden Elevatoren ausmachen. Zunehmend werden jedoch Becherelevatoren mit runden Elevatorschächten auf den Markt gebracht, weil sich durch diese Bauweise mit geringerem Aufwand höhere Festigkeiten erzielen lassen. Aus Sicht des Explosionsschutzes kann jedoch ein Nachteil dadurch entstehen, dass die Wandabstände zwischen den rechteckigen Bechern und den runden Elevatorschächten erheblich größer sind als im Falle rechteckiger Elevatorschächte. Es ist zu erwarten, dass aufgrund der dadurch bedingten Vergrößerung der freien Querschnittsfläche höhere Flammengeschwindigkeiten und in Folge dessen höhere Explosionsdrücke auftreten können als in den bisher untersuchten rechteckigen Elevatorschächten. 

Konservative Abschätzungen führten zu der Anforderung, dass Becherelevatoren mit runden Elevatorschächten die doppelte Baufestigkeit im Vergleich zu solchen mit rechteckigen Elevatorschächten aufweisen müssen.

Um zu belastbaren Ergebnissen zu gelangen, wurde der Versuchselevator der FSA umgebaut und mit runden Elevatorschächten ausgestattet. Für die Durchführung der Explosionsversuche wurde die gleiche Vorgehensweise gewählt,  wie  sie sich bereits in den Versuchsreihen mit rechteckigen Elevatorschächten bewährt hatte.  Auf dem Bild ist der Versuchsaufbau mit dem eingerüsteten Becherelevator zu sehen.  

Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass im Gegensatz zur bisherigen konservativen Annahme nicht prinzipiell mit einer Verdoppelung der Explosionsdrücke gerechnet und somit eine Verdoppelung der Baufestigkeit gefordert werden muss. Unabhängig von den explosionstechnischen Kenngrößen des Schüttguts können für die Auslegung der Explosionsdruckentlastung dieselben Erkenntnisse und Regeln wie im Falle rechteckiger  Elevatorschächte zugrunde gelegt werden, wenn die Einbauabstände der Druckentlastungen nicht größer sind als 6 m. Erst mit größeren Einbauabständen der Druckentlastungen und somit längeren Anlaufstrecken der Staubexplosion nehmen Flammengeschwindigkeit und in Folge dessen die Explosionsdrücke in relevanter Weise zu.

Erfolgte eine Druckentlastung nur im Elevatorkopf bei gleichzeitiger Zündortlage im Elevatorfuß, d.h. bei einem Abstand zwischen Zündortlage und Explosionsdruckentlastung von ca. 14 m, so lagen die maximalen Explosionsdrücke im Falle eines Staubes mit niedrigem KSt – Wert (KSt = 100 bar•m•s-1) ca. 20 % über den Explosionsdrücken, die in rechteckigen Elevatorschächten gemessen wurden.  Bei Verwendung eines  Staubs mit höherem KSt – Wert (KSt = 150 bar•m•s-1) wurde bereits der dreifache maximale Explosionsdruck im Becherelevator erreicht.


Verantwortlich: Peter Schepp
E-Mail: peter.schepp(ат)fsa.de