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D2 Beurteilungsmaßstäbe

Bei der Beurteilung der Explosionsgefahr ⁴⁾ ist davon auszugehen, dass eine Entzündung eventuell vorhandener explosionsfähiger Atmosphäre stets möglich ist. Die Beurteilung ist also unabhängig von der Frage, ob Zündquellen vorhanden sind.

Es ist zu beachten, dass sicherheitstechnische Kenngrößen des Explosionsschutzes in der Regel nur unter atmosphärischen Bedingungen gelten. Unter anderen als atmosphärischen Bedingungen ändern sich die sicherheitstechnischen Kenngrößen. Liegen entsprechende Kenngrößen nicht vor, so müssen sie bestimmt werden. ^{108 109 110} In Zweifelsfällen gelten die Feststellungen der für die Bestimmung sicherheitstechnischer Kennzahlen akkreditierten Stellen.

Zur Beurteilung der Explosionsgefahr sind die Fragen D2.1 bis D2.3 zu beantworten:

D2.1 Kann im Bereich der zu beurteilenden Anlage oder im Inneren von Apparaturen explosionsfähige Atmosphäre auftreten?

Diese Frage bezieht sich allein auf die Eigenschaften der Stoffe und deren mögliche Verarbeitungszustände, bei denen Gase, Dämpfe, Nebel oder Stäube, die explosionsfähige Atmosphäre bilden können, vorhanden sind oder möglicherweise entstehen. ^{4) 6) 13) 44) 74) 76) 105)}

Zur Beantwortung dieser Frage sind je nach Erfordernis zu berücksichtigen:

1. Eigenschaften der Stoffe
   
   bei allen Stoffen:
   Untere und obere Explosionsgrenze
   
   bei Flüssigkeiten:
   Flammpunkt bzw. unterer Explosionspunkt und oberer Explosionspunkt; ^{8) 92)}
   Sattdampfdruck bei den Verarbeitungs- bzw. Umgebungstemperaturen
   
   bei Stäuben:
   Korngrößenverteilung und Dichte, Feuchte, Schwelpunkt ¹³⁾
2. Verarbeitungszustand der Stoffe ¹¹⁴⁾
   
   bei allen Stoffen:
   Während des Umganges entstehende oder herrschende maximale (ggf. auch minimale) Konzentrationen der brennbaren Stoffe ^{35) 45)}
   
   bei Flüssigkeiten und Nebeln:
   • Art der Verarbeitung einer Flüssigkeit (z.B. Versprühen ^{26) 31}) Verspritzen und Aufreißen eines Flüssigkeitsstrahles, Verdampfen und Kondensation). - Maximale (ggf. auch minimale) Verarbeitungs- bzw. Umgebungstemperaturen.
   • Liegt z.B. die maximale Verarbeitungstemperatur über dem unteren Explosionspunkt (UEP) der Flüssigkeit, so können explosionsfähige Dampf/Luft-Gemische vorhanden sein.
   • Sofern der jeweilige UEP nicht bekannt ist, kann er wie folgt abgeschätzt werden:
     • bei reinen, nicht halogenierten Flüssigkeiten 5 K unter dem Flammpunkt, -
     • bei Lösemittel-Gemischen ohne halogenierte Komponente 15 K unter dem Flammpunkt.
   • Werden die Flüssigkeiten in Tröpfchen verteilt, z.B. versprüht, ist auch bei Temperaturen unterhalb des UEP mit der Bildung von explosionsfähiger Atmosphäre zu rechnen.
   • Bei Nebeln können sich wegen des Dampfdruckes der Flüssigkeit bei höheren Temperaturen die gefährlichen Eigenschaften den Werten des Dampf/Luft-Gemisches annähern.

   bei Stäuben:
   Vorhandensein oder Entstehen von Staub/Luft-Gemischen bzw. Staubablagerungen (vgl. auch D1.2), z.B. beim Mahlen, Sieben, Fördern, Füllen, Entleeren und Trocknen. ^{37) 53)}

D2.2 Weiche Menge explosionsfähiger Atmosphäre kann auf Grund der örtlichen und betrieblichen Verhältnisse vorhanden sein oder entstehen und wo kann sie auftreten?

Zur Beantwortung dieser Frage ^{10) 11) 13)} können je nach Erfordernis berücksichtigt werden:

1. folgende Eigenschaften der Stoffe neben den zu D2.1 unter a) genannten

   bei Gasen und Dämpfen:

   • Dichteverhältnis bezogen auf Luft.
   • Die Dichte der Dämpfe aller brennbaren Flüssigkeiten ist größer als die der Luft bei gleicher Temperatur.
   • Die Dichte von Gasen ist im Allgemeinen größer als die Dichte der Luft (ausgenommen z.B. Acetylen, Ammoniak, Cyanwasserstoff, Ethylen, Kohlenmonoxid, Methan und Wasserstoff). Je schwerer die Gase und Dämpfe sind, desto schneller fallen sie nach unten, wobei sie sich fortschreitend mit der zur Verfügung stehenden Luft vermischen.
   • Die Entmischung eines einmal gebildeten Gemisches in leichte und schwere Anteile allein durch die Schwerkraft ist nicht möglich. Schwere Schwaden fallen nach unten und breiten sich aus. Sie können auch über weite Strecken "kriechen" und dort ggf. entzündet werden.
   • Hierbei ist zu beachten, dass die Dichte des sich über einer Flüssigkeit bildenden Dampf/Luft-Gemisches durch den temperaturabhängigen Saftdampfdruck der Flüssigkeit begrenzt wird.

   • So beträgt z.B. die auf Luft bezogene Dichte (Dichteverhältnis) des Dampfes von Hexan 2,97. Da jedoch Hexan bei 20 °C nur einen Saftdampfdruck von 0,16 bar hat, lässt sich die auf Luft bezogene Dichte des über der Flüssigkeit sich bildenden Dampf/Luft-Gemisches zu 1,3 wie folgt berechnen:

     2,97 x 0,16 + (1 - 0,16) = 1,3

   • Gase, die leichter als Luft sind, steigen umso schneller nach oben, je geringer ihre Dichte ist; sie vermischen sich hierbei fortschreitend mit Luft.

   Diffusionskoeffizient
   Dieser ist nur dann eine die Menge explosionsfähiger Atmosphäre bestimmende Größe, wenn im Raum keine wesentlichen Strömungen vorhanden sind (siehe hierzu auch b)).

   bei Flüssigkeiten:
   Verdunstungszahl

2. die örtlichen und betrieblichen Verhältnisse ⁷⁶

   bei allen Stoffen:

   • Art des Umganges mit den Stoffen unter gasdichtem, flüssigkeitsdichtem oder staubdichtem Einschluss oder in offenen Apparaturen, z.B. Beschickung und Entleerung.
   • Möglichkeit des Austretens von Stoffen an Ventilen, Schiebern, Rohrleitungsverbindungen usw.
   • Be- und Entlüftungsverhältnisse ^{117 118} und sonstige räumliche Verhältnisse.
   • Mit dem Vorhandensein von brennbaren Stoffen oder Gemischen ist insbesondere in Bereichen zu rechnen, die von der Lüftung nicht erfasst sind, z.B. unbelüftete tief liegende Bereiche, wie Gruben, Kanäle und Schächte.

   bei Gasen und Dämpfen:
   Geringe Luftbewegungen (natürlicher Zug, Umhergehen von Personen, thermische Konvektion) können bereits die Vermischung mit Luft erheblich beschleunigen.

   bei Flüssigkeiten:
   Größe der Verdunstungsfläche, Verarbeitungstemperatur, Versprühen oder Verspritzen von Flüssigkeiten.

   bei Stäuben:
   Bildung von Staubablagerungen, bevorzugt auf waagerechten oder schwach geneigten Flächen (vgl. E2.3 Nr. 1), Aufwirbeln von Stäuben. ^{37) 53)}

D2.3 Sind die zu erwartenden Mengen explosionsfähiger Atmosphäre auf Grund der örtlichen und betrieblichen Verhältnisse gefahrdrohend?

Bei dieser Beurteilung ist eine Entzündung der eventuell auftretenden explosionsfähigen Atmosphäre anzunehmen, um die Auswirkung einer Explosion abzuschätzen.

Zur Beantwortung dieser Frage können je nach Erfordernis berücksichtigt werden:

a) folgende Eigenschaften der Stoffe, neben den in D2.1 unter a) genannten

bei allen Stoffen:

• Maximaler Explosionsdruck,
• Druckanstiegsgeschwindigkeit (s. auch E3.2),
• Detonationsgrenzen bzw. Neigung zur Detonation.

b) die örtlichen und betrieblichen Verhältnisse

bei allen Stoffen:

• Mengen der explosionsfähigen Atmosphäre und Art ihres Einschlusses, z.B. in Behältern, mehr oder weniger geschlossenen Räumen, Gruben, Kanälen und im Freien. ⁴⁶⁾
• Mehr als 10 Liter explosionsfähiger Atmosphäre als zusammenhängende Menge müssen in geschlossenen Räumen unabhängig von der Raumgröße grundsätzlich als gefährliche explosionsfähige Atmosphäre angesehen werden (s. auch D2.2). Auch kleinere Menge können bereits gefahrdrohend sein, wenn sie sich in unmittelbarer Nähe von Menschen befinden. ¹⁰⁴ Auch in Räumen von weniger als etwa 100 m³ kann bereits eine kleinere Menge als 10 Liter gefahrdrohend sein. Eine grobe Abschätzung ist mit Hilfe der Faustregel möglich, dass in solchen Räumen explosionsfähige Atmosphäre von mehr als einem Zehntausendstel des Raumvolumens gefahrdrohend sein kann, also z.B. in einem Raum von 80 m³ bereits 8 Liter. Hieraus darf aber nicht gefolgert werden, dass dann der gesamte Raum als explosionsgefährdeter Bereich gilt. Nur der Teilbereich, in dem gefährliche explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann (vgl. ^{10) 11)} ), auch E1.3.4.1), gilt als explosionsgefährdeter Bereich.
• Bei den meisten brennbaren Stäuben reicht bereits eine gleichmäßig über die gesamte Bodenfläche verteilte Staubablagerung von weniger als 1 mm Schichtdicke aus, um beim Aufwirbeln einen Raum normaler Höhe mit explosionsfähigem Staub/Luft-Gemisch vollständig auszufüllen. ²⁴⁾
• Welche Menge explosionsfähiger Atmosphäre im Freien als gefahrdrohend angesehen werden muss, lässt sich nur für den Einzelfall abschätzen. ^{13) 64)}
• Befindet sich explosionsfähige Atmosphäre in Gefäßen, die dem möglicherweise auftretenden Explosionsdruck nicht standhalten, so sind wegen der Gefährdung, beispielsweise durch Splitter beim Bersten, weitaus geringere Mengen als die oben angegebenen als gefahrdrohend anzusehen. Eine untere Grenze kann hierfür nicht angegeben werden.
• Befindet sich explosionsfähige Atmosphäre im menschlichen Atmungstrakt, z.B. beim Narkotisieren oder in Gefäßen, die mit diesem verbunden sind, so sind bereits kleinste Mengen als gefahrdrohend anzusehen.

D2.4 Auswirkungen von Explosionen

Flammenausbreitung

Die in explosionsfähiger Atmosphäre sich ausbreitenden Flammen können ein Volumen einnehmen, das etwa zehnmal so groß ist wie das der explosionsfähigen Atmosphäre vor ihrer Entzündung. Bei Ausbreitung in einer Richtung muss deshalb mit entsprechend langen Stichflammen gerechnet werden.

Möglichkeiten zur Ausbildung von Detonationen

In lang gestreckten Behältern oder Rohrleitungen besteht die Gefahr der Ausbildung von Detonationen. Detonationswellen haben beim Aufprall auf Hindernisse eine extrem starke zerstörende Wirkung (s. E2.3.12, E3.1 und E3.2 und E3.4).

Zerstörbarkeit von Anlageteilen in der Umgebung der explosionsfähigen Atmosphäre

• Durch eine Explosion können auch in der Umgebung Schäden hervorgerufen werden, durch die wiederum brennbare oder andere gefährliche Stoffe freigesetzt und gegebenenfalls entzündet werden.
• Besondere örtliche Verhältnisse, das übliche Maß über- oder unterschreitende Gefährdung, vgl. Abschnitt E2.2.

E. Schutzmaßnahmen

Im Folgenden werden die verschiedenen Maßnahmen des Explosionsschutzes

• Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre
• Vermeiden wirksamer Zündquellen
• Konstruktiver Explosionsschutz

beschrieben.

E1 Maßnahmen, welche eine Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre verhindern oder einschränken (Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre)

Der Begriff "Einschränken "kann räumliche, zeitliche und mengenmäßige Begrenzung umfassen.

Diese Explosionsschutzmaßnahmen werden aufgegliedert in

• Vermeiden oder Einschränken von Stoffen, die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen (s. E1.1),
• Verhindern oder Einschränken der Bildung explosionsfähiger Atmosphäre innerhalb von Apparaturen (s. E1.2),
• Verhindern oder Einschränken der Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in der Umgebung von Apparaturen (s. E1.3),
• Überwachung der Konzentration in der Umgebung von Apparaturen (s. E1.4),
• Maßnahmen zum Beseitigen von Staubablagerungen in der Umgebung staubführender Apparaturen und Behälter.

E1.1 Vermeiden oder Einschränken von Stoffen, die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen

An erster Stelle ist zu prüfen, ob brennbare Stoffe durch solche ersetzbar sind, die keine explosionsfähigen Gemische zu bilden vermögen. ³⁰⁾

In manchen Fällen lassen sich z.B. ersetzen

• brennbare Löse- und Reinigungsmittel durch wässrige Lösungen,
• Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Flammpunkt durch Kohlenwasserstoffe mit einem ausreichend sicher über Raum- und Verarbeitungstemperatur ⁴⁾ liegenden Flammpunkt (vgl. D2.1b),
• brennbare pulverförmige Füllstoffe durch nichtbrennbare Füllstoffe.

Werden zu Kohlenwasserstoffen niedrigsiedende, nicht- oder schwerbrennbare Halogenkohlenwasserstoffe, z.B. Methylenchlorid zu Benzin als Lösemittelgemisch zu Reinigungszwecken, zugesetzt, kann der Flammpunkt dieser Mischung heraufgesetzt oder gar unterdrückt werden. Bei der Verdampfung des Gemisches kann allerdings in diesen Fällen der Anteil von Halogenkohlenwasserstoffen im Flüssigkeitsgemisch so stark abnehmen, dass die später frei werdenden Dämpfe wieder explosionsfähige Atmosphäre bilden, z.B. bei Reinigungsarbeiten oder wenn das Lösemittelgemisch in offenen Gefäßen gehandhabt wird. Bei derartigen Gemischen entfallen weitere Schutzmaßnahmen nur dann, wenn für den jeweiligen Anwendungsfall die Unbedenklichkeit sichergestellt ist. ⁹²⁾

E1.2 Verhindern oder Einschränken der Bildung explosionsfähiger Atmosphäre im Inneren von Apparaturen

Lässt sich der Umgang mit Stoffen, die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen, nicht vermeiden, so kann ein sehr hohes Sicherheitsniveau dadurch erreicht werden, dass die Bildung explosionsfähiger Atmosphäre in gefahrdrohender Menge innerhalb der Apparatur durch Begrenzung der Menge bzw. der Konzentration oder durch Inertisieren verhindert oder eingeschränkt wird.

Diese Maßnahmen sind in geeigneter Weise zu überwachen, sofern nicht die Einhaltung der unbedenklichen Konzentration durch die Verfahrensbedingungen sichergestellt ist.

Die Überwachung kann z.B. durch geeignete Gaswarngeräte oder Strömungswächter, gekoppelt mit der Auslösung eines Alarms, automatischer Schutzmaßnahmen oder automatischer Notfunktionen erfolgen.

Auch Druckminderung kann die Explosionsgefahr oder -heftigkeit herabsetzen, da entweder keine Explosion mehr stattfindet oder der maximale Explosionsdruck erniedrigt wird.

E1.2.1 Konzentrationsbegrenzung

Bei Anwendung dieser Maßnahmen muss die Konzentration der brennbaren Stoffe unterhalb der unteren oder oberhalb der oberen Explosionsgrenze gehalten werden. Es ist dabei zu beachten, dass beim Anfahren und Abstellen der Anlagen der Explosionsbereich durchfahren werden kann.

Liegt die Konzentration in der Apparatur über der oberen Explosionsgrenze, besteht zwar im Inneren keine Explosionsgefahr; austretende Gemische können jedoch durch Luftzutritt Explosionsgefahr außerhalb der Apparatur hervorrufen.

Bei Gasen lässt sich das Ziel, die Konzentrationen außerhalb der Explosionsgrenze zu halten, häufig ohne besondere Schwierigkeiten erreichen.

Bei brennbaren Flüssigkeiten ist das Ziel erreicht, wenn die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche stets genügend weit (etwa 5 K bis 15 K, vgl. D2.1) unterhalb des Flammpunktes gehalten wird. Liegt die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche oberhalb des oberen Explosionspunktes, so ist in der Apparatur in unmittelbarer Nähe der Flüssigkeitsoberfläche mit Sättigung, also mit Gemischkonzentrationen oberhalb der oberen Explosionsgrenze, stets zu rechnen. In einem von den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängigen Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche kann aber die Konzentration wesentlich geringer sein. Bei vielen Arbeitsprozessen lassen sich jedoch durch geeignete Wahl der Betriebsbedingungen auch in der gesamten Apparatur Sattdampfkonzentrationen aufrechterhalten. In manchen Fällen - z.B. bei der Lagerung - nimmt die Konzentration jedoch nach oben hin ab, sodass das Gemisch in gewissen Abständen von der Flüssigkeitsoberfläche explosionsfähig sein kann ¹⁰⁾ erst nach extrem langer Lagerzeit in wenig atmenden Lagerbehältern und wenn die Oberflächentemperatur weit über dem oberen Explosionspunkt liegt, hat das Gemisch an allen Stellen im Lagerbehälter eine Konzentration oberhalb der oberen Explosionsgrenze.

Bei Stäuben ist das Ziel, explosionsfähige Gemische durch Begrenzung der Konzentration zu vermeiden, schwer zu erreichen. Die gefährlichen Wechselwirkungen zwischen aufgewirbeltem und abgelagertem Staub sind in Abschnitt D behandelt. Homogene Staub/Luft-Gemische treten äußerst selten auf. In der Regel ist es falsch, als Staubkonzentration einfach die Gesamtmenge des Staubes bezogen auf den gesamten Raum oder das Gesamtvolumen einer Anlage zu betrachten und dabei eine gleichmäßige Verteilung anzunehmen. Diese summarische Betrachtung gibt bei inhomogener Staubverteilung nicht die Konzentrationsverhältnisse für jedes Teilvolumen wieder, sodass örtlich Staubkonzentrationen vorliegen können, die von der so errechneten sehr verschieden sind. In Teilen von Anlagen, Behältern oder Räumen kann also auch dann Explosionsgefahr bestehen, wenn die auf das Gesamtvolumen bezogene Staubmenge außerhalb der Explosionsgrenze liegt.

Es ist auch möglich, durch Zugabe von brennbaren Gasen die Gesamtkonzentration der brennbaren Komponenten stets oberhalb der oberen Explosionsgrenze zu halten.

E1.2.2 Inertisieren

Durch Zugabe von gasförmigen Inertstoffen (z.B. Stickstoff, Kohlendioxid, Edelgasen), Wasserdampf oder auch von pulverförmigen Inertstoffen, kann die Bildung explosionsfähiger Gemische verhindert werden ^{34) 37)}

Als Methoden des Inertisierens haben sich in der Praxis beispielsweise verschiedene Druckwechselverfahren mit oder ohne Vakuumanwendung, die Durchflussspülung sowie die Inertgasbeatmung mit Druckhaltung zur Aufrechterhaltung der vorhandenen Inertisierung bewährt. ¹¹¹⁾

Beim Inertisieren mit Wasserdampf ist der Einfluss der Kondensation zu berückt sichtigen.

Es ist zu unterscheiden zwischen dem partiellen und totalen Inertisieren. Das partielle Inertisieren beruht auf der Verringerung der Sauerstoffkonzentration im Gemisch, sodass dieses nicht mehr explosionsfähig ist. Nach Zumischung ausreichender Mengen von Sauerstoff oder Luft (z.B. Austritt ins Freie) wird das Gemisch wieder explosionsfähig. Ausschlaggebender Wert für die Auslegung des partiellen Inertisierens ist die Sauerstoffgrenzkonzentration; hierunter wird die höchste Sauerstoffkonzentration verstanden, bei der eine selbstständige Flammenfortpflanzung (Explosion) gerade nicht mehr möglich ist. Dieser Wert ist vor allem vom brennbaren Stoff und vom Inertgas, aber auch von Temperatur und Druck abhängig.

Hiervon zu unterscheiden ist die höchstzulässige Sauerstoffkonzentration, die sich aus der experimentell bestimmten Sauerstoffgrenzkonzentration durch Abzug eines Sicherheitsabstandes ergibt.

Der Sicherheitsabstand zwischen der experimentell bestimmten Sauerstoffgrenzkonzentration und der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration ist unter Berücksichtigung der betriebs- und störungsbedingten örtlichen und zeitlichen Schwankungen der Sauerstoffkonzentration und der Zeitspanne für das Wirksamwerden ausgelöster Schutzmaßnahmen bzw. Notfunktionen festzulegen.

Beim totalen Inertisieren ist das Verhältnis des Anteiles von Inertgas zu dem des brennbaren Stoffes so hoch, dass auch nach Zumischung beliebiger Luftmengen das Gemisch nicht explosionsfähig ist. Das totale Inertisieren findet in der Praxis nur bei explosionsfähiger Atmosphäre mit brennbaren Gasen und Dämpfen Anwendung.

Wesentliche Voraussetzung für jede Methode des Inertisierens ist ihre Überwachung mit geeigneten Messgeräten (z.B. Überwachung der Sauerstoffkonzentration, der Inertgaskonzentration, des Gesamtdruckes oder der Mengenströme von Inertgas und brennbarem Stoff bzw. Sauerstoff. ⁶¹⁾

Es ist weiterhin eine Alarmschwelle unterhalb der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration festzulegen. Hierbei sind die Eigenschaften der Überwachungsgeräte zu berücksichtigen. ⁶³⁾

Bei Erreichen der Alarmschwelle müssen - den Bedingungen des Einzelfalles entsprechend von Hand oder automatisch ausgelöst - Schutzmaßnahmen durchgeführt oder Notfunktionen ausgelöst werden.

E1.2.2.1 Inertisieren explosionsfähiger Atmosphäre brennbarer Gase und Dämpfe

Partielles Inertisieren

In der Tabelle 1 sind beispielsweise einige Sauerstoffgrenzkonzentrationen aufgeführt. ^{4) 19) 20)}

Rechenbeispiel zum partiellen Inertisieren

Ein bestimmter Prozess mit Propan (als einzigem brennbaren Stoff) ist bei ca. 20 °C und 1 bar unter Inertisieren mit Stickstoff so zu führen, dass im Innern der Apparaturen und Rohrleitungen keine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre entsteht. Die Sauerstoffkonzentration der Gasphase kann überwacht werden.

Die Sauerstoffgrenzkonzentration wird der Tabelle 1 entnommen (Molgehalt c_{max O2} = 9,8 % alte Bezeichnung c_{max O2} =9,8 Vol. %). Im vorliegenden Fall sei bekannt, dass verfahrensbedingt die Sauerstoffkonzentration örtlich und zeitlich um ± 1 % (Molgehalt) schwanken kann. Ferner sollen evtl. Schutzfunktionen so schnell wirksam werden, dass nach ihrer Auslösung die Sauerstoffkonzentration maximal noch um 1 % ansteigen kann. Damit wird die höchstzulässige Sauerstoffkonzentration auf

(9,8 - 2 ^a) - 1) % = 6,8 %

festgelegt. Zur Berücksichtigung der Eigenschaften der Sauerstoffüberwachungseinrichtung (u.a. Messabweichungen, Alarmverzögerungen) wird weiterhin eine Alarmschwelle unterhalb der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration bestimmt. Der hierfür nötige Sicherheitsabstand betrage im vorliegenden Fall ca. 3 %, sodass die Alarmschwelle bei

(6,8 - 3) % = 3,8 %

liegt.

Überschreitet die im Prozess gemessene Sauerstoffkonzentration die Alarmschwelle von 3,8 % (Molgehalt), so werden die Schutzfunktionen ausgelöst.

Totales Inertisieren

Beim totalen Inertisieren werden explosionsfähige Gemische dadurch vermieden, dass das Verhältnis des Partialdruckes des Inertgases zu demjenigen des brennbaren Gases oder Dampfes einen bestimmten Grenzwert (s. Tabelle 1) überschreitet.

Es sind hinreichende Sicherheitsabstände zu den experimentell bestimmten Grenzwerten vorzusehen.

Die besondere technische Schwierigkeit besteht darin, dass der Partialdruck des brennbaren Gases oder Dampfes oft verfahrenstechnisch oder physikalisch (nämlich entsprechend der Dampfdruckkurve der Flüssigkeit) vorgegeben ist und damit zur Aufrechterhaltung des totalen Inertisierens ein erheblicher Gesamtüberdruck erforderlich sein kann.

Rechenbeispiel zum totalen Inertisieren

In einem Behälter soll Hexan bei 20 °C mit Inertgas (ohne Luft) so unter Druck stehen, dass bei einer Undichtigkeit im Gasraum des Behälters explosionsfähige Atmosphäre im Freien nicht entstehen kann. Hexan hat bei 20 °C einen Sattdampfdruck von ca. 0,16 bar.

1. Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass für das Inertisieren mit Stickstoff das Verhältnis der Molanteile und damit in guter Näherung der Partialdrücke von Stickstoff und Hexandampf mindestens 42 betragen muss, d. h. der Partialdruck des Stickstoffs muss mindestens bei

   (42 x 0,16) bar = 6,7 bar

   liegen. Bei homogener Mischung des Stickstoffs mit dem Hexandampf im Behälter ist somit durch Aufdrücken von Stickstoff ein Gesamtdruck von

   (6,7 + 0,16) bar = 6,9 bar
   (entsprechend einem Überdruck von 5,9 bar)

   im Behälter erforderlich.
   

2. Beim Inertisieren mit Kohlendioxid beträgt das Verhältnis der Molanteile von Kohlendioxid zu Hexandampf nach Tabelle 1 mindestens 32. Die analoge Rechnung ergibt, dass zum Erreichen des Schutzzieles durch Zugabe von Kohlendioxid ein Gesamtdruck von

   (32 x 0,16 + 0,16) bar = 5,3 bar
   (entsprechend einem Überdruck von 4,3 bar)

   einzustellen ist.

Tabelle 1: Grenzwerte für das Inertisieren brennbarer Gase und Dämpfe bei 1 bar Gesamtdruck (Chemsafes ⁵⁾ )

E1.2.2.2 Inertisieren brennbarer Stäube

In Tabelle 2 sind beispielsweise für einige Staubarten die für ein Inertisieren von Staub/Luft-Gemischen mit Stickstoff maßgeblichen Sauerstoffgrenzkonzentrationen zusammengestellt. ^{13 37 79}

Ebenso wie bei Gasen und Dämpfen ist die Sauerstoffgrenzkonzentration von der Art des Inertgases abhängig. Bei Einsatz von Kohlendioxid als Inertgas werden für die Sauerstoffgrenzkonzentration höhere Werte gemessen als beim Einsatz von Stickstoff. Die Sauerstoffgrenzkonzentration fällt mit zunehmender Temperatur und steigendem Druck ab.

Da viele Leichtmetallstäube mit Kohlendioxid und zum Teil auch mit Stickstoff reagieren können, müssen in diesen Sonderfällen Edelgase als Inertgas verwendet werden.

Zum Vermeiden von Glimm- oder Schwelbränden bei Ablagerungen brennbarer Stäube müssen zum Teil noch wesentlich niedrigere Sauerstoffkonzentrationen eingehalten werden als es zum Vermeiden von Staubexplosionen notwendig ist. ⁷⁸⁾ Die dafür maßgebenden Sauerstoffkonzentrationen müssen gesondert ermittelt werden.

Hinweis: Explosionsfähige Staub/Luft-Gemische können auch durch Zugabe von inerten Stäuben (z.B. Steinsalz, Natriumsulfat oder Phosphat) ausreichend inertisiert werden. Im Allgemeinen ist hierfür jedoch ein Inertstaubzusatz von mehr als 50 % (Massegehalt), zum Teil über 80 % erforderlich.

Tabelle 2: Sauerstoffgrenzkonzentration für verschiedene Stäube für das Inertisieren von Staub/Luft-Gemischen durch Stickstoff bei einer Gemischtemperatur von etwa 20 °C und einem Gesamtdruck von etwa 1 bar ¹³⁾

E1.2.2.3 Inertisieren hybrider Gemische

Bei gleichzeitigem Vorhandensein gasförmiger, staubförmiger und/ oder nebelförmiger Stoffe ist zur Ermittlung der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration die Komponente mit der niedrigsten Sauerstoffgrenzkonzentration zugrunde zu legen. ^{79) 84)}

weiter .