Ein Handbuch zur Verhinderung von Staubexplosionen in explosionsgefährdeten Bereichen
Viele Branchen auf der ganzen Welt bemühen sich ständig darum, Staubexplosionen zu verstehen und zu verhindern, da sie die Relevanz von Sicherheit und der Einhaltung von Vorschriften erkannt haben. Ein proaktiver Ansatz ist hierbei von entscheidender Bedeutung, da er Leben, die Umwelt und Vermögenswerte schützt. Indem sie sich auf dem Laufenden halten, bewährte Verfahren implementieren und eine ausgeprägte Sicherheitskultur fördern, können Unternehmen die Explosionsrisiken erheblich minimieren und sicherere Arbeitsplätze schaffen.
In diesem Blog erfahren Sie, weshalb eine Staubexplosion gefährlich ist, welche welche Voraussetzungen für eine Staubexplosion vorliegen müssen, wie Staubexplosionen in explosionsgefährdeten Bereichen verhindert werden können, welche Branchen am stärksten von Staubexplosionen betroffen sind und schließlich, welche Geräteuntergruppen es für brennbare Stäube gibt und wie hoch die Zündtemperaturen von Stäuben sind.
Erfahren Sie über:
- Wie entsteht eine Staubexplosion
- Was sind die wichtigsten Voraussetzungen für eine Staubexplosion?
- Entzündungstemperatur von Stäuben (Schicht und Wolke)
- Geräteuntergruppen für brennbare Stäube Beispiele für die Zuordnung von Gasen und Dämpfen zu den jeweiligen Temperaturklassen und Explosionsuntergruppen
- Vermeidung gefährlicher Staubexplosionen
- Quellen
- Häufig gestellte Fragen
Wie entsteht eine Staubexplosion?
Eine Staubexplosion ist eine schnelle Verbrennung von feinen, in der Luft schwebenden Partikeln in einem geschlossenen Raum. Sie tritt auf, wenn sich brennbarer Staub, wie Getreide, Kohle, Metall oder chemisches Pulver, mit Sauerstoff vermischt und durch eine Wärmequelle, z. B. einen Funken, eine Flamme oder eine heiße Oberfläche, entzündet wird. Die Explosion verläuft in zwei Phasen:
- Primäre Explosion – Die anfängliche Zündung von Schwebestaub, die eine Druckwelle erzeugt.
- Sekundäre Explosion – Die primäre Explosion wirbelt mehr Staub auf, was zu einer viel größeren und zerstörerischen Explosion führt.
Jeder brennbare Stoff kann schnell brennen, wenn er in feiner Form vorliegt. Wenn ein solcher Staub in der richtigen Konzentration in der Luft schwebt, kann er unter bestimmten Bedingungen explosiv werden. Selbst Materialien, die in größeren Stücken nicht brennen (wie Aluminium oder Eisen), können unter den richtigen Bedingungen in Staubform explosiv sein.
Was sind die wichtigsten Voraussetzungen für eine Staubexplosion?
Explosionen durch brennbare Stäube sind heftige und oft verheerende Ereignisse, die auftreten, wenn feine, trockene Partikel aus brennbaren Materialien und explosiven Stäuben in der Luft schweben und sich dann entzünden, was zu einer raschen Energiefreisetzung und einer primären Explosion führt.
Zu den Schlüsselelementen, die für eine solche Explosion erforderlich sind, gehören Brennstoff (der Staub), Sauerstoff (in der Luft vorhanden) und eine Zündquelle (in der Regel ein Funke, eine offene Flamme oder sogar heiße Oberflächen).
Das Feuerdreieck für die Staubexplosion muss drei Elemente enthalten:
- Brennstoff - ein brennbarer Staub
- Sauerstoff - Ausreichende Luftzufuhr
- Zündquelle - Hitze, Funken oder offene Flammen
Wenn man also diese drei Elemente gleichzeitig und in der richtigen Konzentration hat, entsteht ein Feuer, das im Wesentlichen eine Staubexplosion ist.
Das Staubexplosionsfünfeck ist eine Erweiterung des Feuerdreiecks, das sich auf brennbaren Staub bezieht. Damit es zu einer Staubexplosion kommt, müssen fünf Elemente vorhanden sein:
- Brennstoff - ein brennbarer Staub
- Sauerstoff - Ausreichende Luftzufuhr
- Zündquelle - Hitze, Funken oder offene Flammen
- Dispersion - Der Staub muss in der Luft suspendiert sein
- Eingeschlossenheit - Ein geschlossener oder halbgeschlossener Raum, um den Druck einzuschließen
Entzündungstemperatur von Stäuben (Schicht und Wolke)
Für die verschiedenen Staubarten wurde die Methode zur Bestimmung der Zündtemperatur vereinheitlicht und im Dokument EN-ISO/IEC 80079-20-2 kodiert. Bitte beachten Sie, dass Staub in seiner abgelagerten Form (Schicht) eine andere Entzündungstemperatur (lies: schwelende) hat als in seiner aufgewirbelten Form (Wolke).
Die zulässige Oberflächentemperatur für diese Anlagenteile wird ermittelt, indem von dem für die 5 mm dicke Staubschicht ermittelten Wert der Glimmtemperatur 75 K (Tmax = T5 mm - 75 K) abgezogen werden und 2/3 3 (Tmax, = 2/3TCloud) des für die Staubwolke ermittelten Wertes der Zündtemperatur genommen werden.
Die zulässige Oberflächentemperatur des Betriebsmittels muss immer kleiner sein als das niedrigste Ergebnis der mit den oben genannten Formeln ermittelten Tmax Werte. Temperaturklassen sind für Stäube nicht definiert, so dass immer von einer konkreten Staubart ausgegangen werden muss. Die Parameter werden in umfangreichen Tabellen zur Verfügung gestellt, Laboratorien ermitteln die Werte auf Anfrage, und eine kleine, nicht offizielle Übersicht ist in der herunterladbaren Broschüre 'basic concepts' (Ausgabe 14) enthalten.
Geräteuntergruppen für brennbare Stäube
Aus der Sicht der Elektrotechnik ist es nicht möglich, Stäube so genau zu klassifizieren wie die chemisch definierten Gase und Dämpfe. Aus diesem Grund wird es als ausreichend angesehen, den Staub nach Art und Leitfähigkeit zu unterteilen. Die EN ISO/IEC 80079-20-2 enthält das Prüfverfahren zur Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes von Stäuben. Stäube werden in drei Untergruppen eingeteilt:
- IIIA - brennbarer Flusen
- IIIB - nicht leitfähiger brennbarer Staub mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von > 1 kΩ·m
- IIIC - leitfähiger brennbarer Staub mit einem spezifischen elektrischen Widerstand ≤ 1 kΩ·m
Werfen Sie einen Blick auf die Gruppeneinteilung der elektrischen Sicherheitsanlagen:
Gruppe I
Geräte, die zur Verwendung in schlagwettergefährdeten Gruben bestimmt sind (brennbares Gasgemisch, das in einer Grube natürlich vorkommt).
Gruppe II
Geräte, die zur Verwendung in Bereichen mit explosionsfähiger Gasatmosphäre bestimmt sind, ausgenommen schlagwettergefährdete Gruben. Die Geräte der Gruppe II sind in drei Untergruppen unterteilt:
Gruppe IIA-Atmosphären, die Propan enthalten.
Gruppe IIB-Atmosphären, die Ethylen enthalten.
Gruppe IIC-Atmosphären, die Wasserstoff oder Acetylen enthalten.
Gruppe III
Geräte zur Verwendung in Bereichen mit explosionsfähiger Staubatmosphäre, ausgenommen schlagwettergefährdete Gruben. Die Geräte der Gruppe III sind in drei Untergruppen unterteilt:
Gruppe IIIA-Atmosphäre mit brennbarem Flugstaub.
Gruppe IIIB-Atmosphäre, die nichtleitenden Staub enthält.
Gruppe IIIC-Atmosphären, die leitfähigen Staub enthalten.
Beispiele für die Zuordnung von Gasen und Dämpfen zu den jeweiligen Temperaturklassen und Explosionsuntergruppen
| Bezeichnung des Feststoffes | Zündtemperatur EN-ISO/IEC 80079-20-2 T5 mm (°C) | Zündtemperatur EN-ISO/IEC 80079-20-2 TCL (°C) | Zulässige Grenztemperatur des Gerätes Kleinster Wert der Rechnung (T5 mm - 75 K) und 2/3*TCL | |||||||||
| > 300 ...450 | > 280 ...300 | > 260 ...280 | > 230 ...260 | > 215 ...230 | >200 ...215 | > 180 ...200 | > 165 ...180 | > 160 ...165 | > 135 ...160 | |||
| Stäube von Naturprodukten (Beispiele) | ||||||||||||
| Baumwolle | 350 | 560 | 275 | |||||||||
| Braunkohle | 225 | 380 | 150 | |||||||||
| Cellulose | 370 | 500 | 295 | |||||||||
| Getreide | 290 | 420 | 215 | |||||||||
| Holzmehl | 300 | 400 | 225 | |||||||||
| Kokoa | 460 | 580 | 385 | |||||||||
| Kork | 300 | 470 | 225 | |||||||||
| Kraftfutter | 295 | 525 | 220 | |||||||||
| Milchpulver | 340 | 440 | 265 | |||||||||
| Papier | 300 | 540 | 225 | |||||||||
| Soja | 245 | 500 | 170 | |||||||||
| Stärke | 290 | 440 | 215 | |||||||||
| Steinkohle | 245 | 590 | 170 | |||||||||
| Tabak | 300 | 450 | 225 | |||||||||
| Tee | 300 | 510 | 225 | |||||||||
| Weizenmehl | 450 | 480 | 320 | |||||||||
| Stäube von chemisch-technischen Produkten (Beispiele) | ||||||||||||
| Celluloseether | 275 | 330 | 200 | |||||||||
| Isosorbiddinitrat | 240 | 220 | 146 | |||||||||
| Kautschuk | 220 | 460 | 145 | |||||||||
| Petrolkoks | 280 | 690 | 205 | |||||||||
| Polyvenylacetat | 340 | 500 | 265 | |||||||||
| Polyvenylchlorid | 380 | 530 | 305 | |||||||||
| Ruß | 385 | 620 | 310 | |||||||||
| Schichtpressstoff | 330 | 510 | 255 | |||||||||
| Schwefel | 280 | 280 | 186 | |||||||||
| Metallstäube (Beispiele) | ||||||||||||
| Aluminium | 280 | 530 | 205 | |||||||||
| Bronze | 260 | 390 | 185 | |||||||||
| Eisen | 300 | 310 | 206 | |||||||||
| Magnesium | 410 | 610 | 335 | |||||||||
| Mangan | 285 | 330 | 210 | |||||||||
Erfahren Sie hier mehr über die Klassifizierung von Gefahrenzonen.
Vermeidung gefährlicher Staubexplosionen
Die Gefährdung durch brennbare Stäube ist nach wie vor ein großes Problem im modernen Leben.
In einer Vielzahl von Industriezweigen, darunter die Öl- und Gasindustrie, die pharmazeutische Industrie, die Energiewirtschaft und die chemische Industrie, entsteht Staub als Nebenprodukt ihrer Tätigkeit. Diese Industrien stehen vor der ständigen Herausforderung, die mit Staub verbundenen Risiken zu bewältigen.
Um den mit brennbaren Stäuben verbundenen Gefahren zu begegnen, haben Aufsichtsbehörden weltweit Sicherheitsstandards und -richtlinien festgelegt. In den Vereinigten Staaten haben die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) und die National Fire Protection Association (NFPA) branchenspezifische Vorschriften erlassen, darunter die NFPA 652, in der bewährte Verfahren zur Explosionsverhütung und -minderung beschrieben werden. In Europa regeln die ATEX-Richtlinien den sicheren Umgang mit explosionsgefährdeten Bereichen und gewährleisten die Einhaltung strenger Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz von Arbeitnehmern und Anlagen, während IECEx, das IEC-System zur Zertifizierung von Geräten zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen, ein weltweites System zugelassener Zertifizierungsstellen bereitstellt.
Die Verhinderung von Explosionen ist in verschiedenen Industriezweigen ein wichtiges Sicherheitsanliegen, und moderne Innovationen haben eine Reihe von Werkzeugen und Technologien eingeführt, um dieses Problem anzugehen. Um das Risiko von Staubexplosionen zu verringern, werden in der Industrie strenge Sicherheitsmaßnahmen getroffen.
Präventionsmaßnahmen:
- Staubkontrolle - Regelmäßige Reinigung zur Vermeidung von Staubansammlungen
- Richtige Belüftung - Verringerung der Staubkonzentration in der Luft
- Explosionsgeschützte Geräte - ATEX- oder IECEx-zertifizierte Geräte
- Zündungskontrolle - Vermeiden Sie statische Elektrizität, Funken und große Hitze
- Überwachung und Erkennung - Sensoren zur frühzeitigen Erkennung von gefährlichen Staubkonzentrationen
- Genauso wichtig wie die Technik ist die Schulung des Personals, um Staubgefahren zu erkennen und zu bewältigen. Richtige Schulung und Ausbildung sind Schlüsselkomponenten der Prävention.
