Flammenausbreitung einer Staubexplosion in der MIKE 3 Apparatur
Quelle: BAM, Fachbereich Sicherheit von Energieträgern
Sowohl die vermehrte Nutzung von Wasserstoff in industriellen Prozessen als auch die Wandlung des Energiesektors weg von der Nutzung fossiler Rohstoffe sowie Maßnahmen zur Verminderung der Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre sind verbunden mit dem Einsatz neuer, immer komplexerer Technologien. Diese bergen vielfach neue und im Vorfeld nicht einschätzbare Risiken, wie z.B. das gleichzeitige Auftreten brennbarer Stäube und Gase, so genannte hybride Gemische, oder das Auftreten von Atmosphären mit erhöhtem Sauerstoffgehalt.
Hybride Gemische stellen ein erhebliches Risiko hinsichtlich des Auftretens unerwünschter Explosionen dar und können dabei in technischen Anlagen zu wesentlich kritischeren Bedingungen führen als reine Staub/Luft-Gemische. Der Einsatz solch fortschrittlicher Technologien kann nur gelingen, wenn die von ihnen ausgehenden Gefahren bekannt sind und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von Unfällen, hier Explosionen, getroffen werden.
Im Rahmen der vorgestellten Studie wurden der Einfluss der Zumischung von brennbaren Gasen (Wasserstoff und Methan) und die Erhöhung des Sauerstoffgehaltes auf die sicherheitstechnische Kenngröße Mindestzündenergie untersucht. Diese Kenngröße beschreibt die Zündempfindlichkeit explosionsfähiger Gemische und ermöglich die Festlegung von Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Staub- und Gasexplosionen.
Eine Erhöhung des Sauerstoffgehaltes von 21 % auf 50 %, wie es z.B. zur Abscheidung von CO2 erfolgen muss, führte bereits zu einer erheblichen Absenkung der Mindestzündenergie der untersuchten Stäube von Werten > 1000 mJ auf einen Bereich zwischen 10 mJ und 30 mJ. Eine Zumischung von 1 % bis 2 % Wasserstoff oder Methan senkte die Mindestzündenergie zum Teil auf Werte zwischen 1 mJ und 3 mJ. Stäube, die in Luft aufgewirbelt zündunempfindlich sind, können im hybriden Gemisch mit Brenngasen ein sehr kritisches Zündverhalten aufweisen. In diesen Fällen müssen Schutzmaßnahmen vor Vermeidung von Staubexplosionen angepasst werden. Auf Basis der experimentell ermittelten Daten wurden zusätzlich verschiedene empirischen Modelle zur Abschätzung der Mindestzündenergien hybrider Gemische verglichen und bewertet.
Effect of oxygen concentration, inert gas and CH4/H2 addition on the minimum ignition energy of coal dusts
Dejian Wua, Arne Krietsch, Martin Schmidt, Ulrich Krause
veröffentlicht in Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Band 77, Aufsatznummer 104772, Seite 1-10, 2022
BAM Abteilung Chemische Sicherheitstechnik
BAM Fachbereich Sicherheit von Energieträgern