Neue Risiken durch die Kombination von konstruktiven Explosionsschutzmaßnahmen erforscht
Die Explosionsdruckentlastung als auch die explosionstechnische Entkopplung von Anlagenteilen sind vielfach angewandte Maßnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Kombination dieser Schutzmaßnahmen eine starke Erhöhung des Explosionsdrucks mit erheblicher Zerstörungskraft hervorrufen kann. Was war geschehen?
Nach einer Staubexplosion in einem Behälter auf unserer Versuchsanlage in Kappelrodeck sprach die Explosionsdruckentlastung an. Zeitgleich strömten heiße expandierende Verbrennungsgase auch in die angeschlossene Rohrleitung hinein. Zur Vermeidung einer Flammenübertragung wurde die Rohrleitung schlagartig durch ein zu prüfendes mechanisches Explosions-Entkopplungssystem verschlossen. Trotz der Explosionsdruckentlastung stieg der Druck so stark an, dass es zur Zerstörung des Entkopplungssystems und zu Flammendurchschlag kam.
Diesem Phänomen widmeten wir uns im Rahmen des Forschungsprojekts „Rückwirkung explosionstechnischer Entkopplungssysteme auf druckentlastete Apparaturen“.
Die durch den plötzlichen Rohrleitungsverschluss verursachten Rückströmungseffekte erhöhen die Turbulenz des noch unverbrannten Staub-Luft-Gemisches offenbar derart, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit und als Folge der Explosionsdruck schlagartig ansteigen können. Stoffspezifische Eigenschaften des entzündeten Staubes, charakterisiert durch den sogenannten KSt – Wert, und das Verhältnis des Behältervolumens zur Rohrquerschnittsfläche wurden als maßgebliche Einflussgrößen identifiziert.
Es drängt sich die Frage auf, in welchen Anlagenteilen der Industriepraxis entsprechend kritische Verhältnisse existieren, so dass dieses Risiko in Betracht gezogen werden muss und mit welchen Druckerhöhungen im realen Anlagenbetrieb gerechnet werden muss.
Durch weiterführende Analysen der Messdaten wurde eine empirische Gleichung entwickelt, die die Berechnung eines „Pressure Piling Factors“ und damit die zu erwartende Druckerhöhung ermöglicht. Es kann ferner das kleinste kritische Behältervolumen in Abhängigkeit des angeschlossenen Rohrleitungsquerschnitts und des stoffspezifischen KSt -Wertes ermittelt werden, unterhalb dessen dieses Risiko in realen Anlagen beachtet werden muss.
Ansprechpartnerin:
Ulrike Faißt
Ulrike.Faisst@fsa.de