umwelt-online: VDI 3673 - Druckentlastung von Staubexplosionen (2)

zurück

6.1.2 Inhomogene Staubverteilung

Bei axialer, zentraler Einförderung von Produkt durch pneumatischen Transport mittels Flugförderung in kubische Behälter entsteht bis zu Fördergeschwindigkeiten von υ_F = 40 m × s^-1 eine inhomogene Staubverteilung und daher bei einer Staubexplosion ein wesentlich verminderter Druck im entlasteten kubischen Behälter gegenüber einer homogenen Gemischverteilung [10; 11; 12]. Die erforderliche Entlastungsfläche a kann nach der folgenden empirischen Zahlenwertgleichung berechnet werden:

Bild 9. Nomogramm zur Bestimmung der Entlastungsflächen für kubische Behälter bei homogener Staubverteilung (maximaler Explosionsüberdrück p_max= 9 bar, statischer Ansprechüberdruck p_stat= 0,1 bar)

Die Gleichung gilt unabhängig von der Produktbeladung des Förderstromes für

• Volumina 5 m³< V< 10000 m³
• eine axiale, zentrale Einförderung des Gutstromes über ein Förderrohr vom Durchmesser D_F in m bis zu Fördergeschwindigkeiten von υ_F = 40 m × s^-1 in einen kubischen Behälter ohne Einbauten
• einen Luftvolumenstrom von Q< 2500 m³ × h^-1
• einen statischen Ansprechüberdruck der Berstscheibe von p_stat< 0,1 bar
• einen maximalen reduzierten Explosionsüberdruck von 0,1 bar< p_red,max< 2 bar
• einen maximalen Explosionsüberdruck von 8 bar< p_max< 9 bar
• eine staubspezifische Kenngröße von 50 bar × m × s^-1< s^-1< K_St< 300 bar × m × s^-1

Das zu schützende Volumen V ist dem Inhalt eines Zylinders vom Höhen/Durchmesser-Verhältnis = 1 gleichzusetzen, dessen Durchmesser D_Z sich aus folgender Gleichung ergibt:

in m

( 5)

Für den Fall einer vorhandenen Behälterfestigkeit von p> 0,25 bar liefert die Gleichung (4) auch für höhere Luftvolumenströme (jedoch Q< 5000 m³ × h^-1) den erforderlichen Flächenbedarf, wenn p_red,max= 0,1 bar gesetzt wird [10; 11].

Die Bestimmung der beim pneumatischen Befüllen von kubischen Behältern erforderlichen Entlastungsfläche für die Staubexplosionsklassen St 1 kann nach dem in Bild 10 gezeigten Nomogramm erfolgen.

6.2 Langgestreckte Behälter

Stehende oder liegende langgestreckte Behälter sind dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe oder die Länge größer ist als der Durchmesser (äquivalenter Durchmesser). Diese geometrische Eigenschaft bedingt, daß sich mit zunehmender Höhe oder Länge eines Behälters die Flammenausbreitung beschleunigt. Die diesen Einfluß beschreibenden Gleichungen gelten bereits dann, wenn das Verhältnis Höhe (Länge) zu Durchmesser H/D> 1 ist. Für die Praxis ist dies allerdings erst ab H/D> 2 relevant.

Der Flächenbedarf für Druckentlastungsflächen wird dabei mit zunehmendem Verhältnis Höhe (Länge) zu Durchmesser gegenüber dem Flächenbedarf für kubische Behälter größer (Bild 11).

Die prozentuale erforderliche Vergrößerung der Entlastungsfläche gegenüber einem kubischen Behälter

Bild 10. Nomogramm für die Bestimmung der Druckentlastungsflächen für kubische Behälter mit inhomogener Staubverteilung (pneumatisches Befüllen)

- Staubexplosionsklasse St 1 -

Bild 11. Flächenmehrbedarf ΔA_H von langgestreckten Behältern und Silos mit homogenen Staub/Luft-Gemischen in Abhängigkeit vom Höhen/Durchmesser-Verhältnis H/D

mit dem gleichen Volumen hängt außer vom Höhen/ Durchmesser-Verhältnis vom maximalen reduzierten Explosionsüberdruck und von der Art der Staubwolkenbildung ab.

Ist der maximale reduzierte Explosionsüberdruck bei homogenen Staub/Luft-Gemischen p_red,max> 1,5 bar und bei inhomogenen Staubluft-Gemischen p_red,max> 2 bar, dann ist der Einfuß des Höhen/Durchmesser-Verhältnisses nicht mehr festzustellen, d.h. diese Behälter können wie kubische Behälter betrachtet werden [1].

Die Entlastungsfläche für einen langgestreckten Behälter ergibt sich aus der Entlastungsfläche für den kubischen Behälter und einem Zuschlag. Dabei müssen sich die Rechenoperationen der gleichen Grundparameter bedienen, d. h. der maximale reduzierte Explosionsüberdruck sowie das Füllverfahren müssen bei der Benutzung der Gleichungen für die Berechnung der Entlastungsfläche für den kubischen Behälter und für die Berechnung des Zuschlages identisch sein. Somit ergibt sich für die Entlastungsfläche AL eines langgestreckten Behälters unabhängig von der Befüllungsart bis zu Volumina V = 10000 m³: