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Ermittlung der Zündwahrscheinlichkeit mechanisch erzeugter Schlagfunken in explosionsfähigen Brenngas/Luft-Gemischen - Untersuchung der Werkstoffkombination Stahl/Stahl

Determination of the ignition probability of mechanically generated impact sparks in explosive combustible gas/air mixtures - Investigation of the material combination steel/steel

  • Geräte für den bestimmungsgemäßen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen müssen die Anforderungen der europäischen Richtlinie 94/9/EG (Explosionsschutzrichtlinie) erfüllen. Die Erfüllung dieser Anforderungen wird in der EG-Konformitätserklärung des Herstellers dokumentiert. Grundlage für die Bewertung der Konformität ist die Zündgefahrenbewertung, die im Wesentlichen die Identifizierung und Bewertung möglicher Zündquellen beinhaltet. In den der Richtlinie 94/9/EG nach geordneten einschlägigen Normen, z. B. EN 1127-1 und EN 13463-1 ff., sowie in der BGR 104 (Regeln für das Vermeiden der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphäre mit Beispielsammlung (Explosionsschutz-Regeln - EX-RL) sind die 13 möglichen Zündquellenarten aufgelistet. Die mechanisch erzeugten Funken stellen hierbei eine von diesen möglichen Zündquellenarten dar. Aussagen über die Zündwirksamkeit und insbesondere Zündwahrscheinlichkeit von mechanisch erzeugten Schlagfunken in Abhängigkeit von der jeweiligenGeräte für den bestimmungsgemäßen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen müssen die Anforderungen der europäischen Richtlinie 94/9/EG (Explosionsschutzrichtlinie) erfüllen. Die Erfüllung dieser Anforderungen wird in der EG-Konformitätserklärung des Herstellers dokumentiert. Grundlage für die Bewertung der Konformität ist die Zündgefahrenbewertung, die im Wesentlichen die Identifizierung und Bewertung möglicher Zündquellen beinhaltet. In den der Richtlinie 94/9/EG nach geordneten einschlägigen Normen, z. B. EN 1127-1 und EN 13463-1 ff., sowie in der BGR 104 (Regeln für das Vermeiden der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphäre mit Beispielsammlung (Explosionsschutz-Regeln - EX-RL) sind die 13 möglichen Zündquellenarten aufgelistet. Die mechanisch erzeugten Funken stellen hierbei eine von diesen möglichen Zündquellenarten dar. Aussagen über die Zündwirksamkeit und insbesondere Zündwahrscheinlichkeit von mechanisch erzeugten Schlagfunken in Abhängigkeit von der jeweiligen Brenngas/Luft- Atmosphäre bei bekannter kinetischer Schlagenergie lassen sich nach dem bisherigen Kenntnisstand nur sehr vage formulieren. Eine umfangreiche Literaturrecherche auf diesem Gebiet bestätigte diesen Mangel, der sowohl bei der Zündgefahrenbewertung als auch bei der Erstellung und Novellierung des für den Explosionsschutz einschlägigen Regelwerkes problematisch ist. Im Maschinenbau und in der Verfahrenstechnik werden zum Bau u. a. von nichtelektrischen Geräten und Schutzsystemen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosions-gefährdeten Bereichen häufig Baustähle verwendet. Daher war es das Ziel der Forschungsarbeit, statistisch gesicherte Werte für die Zündwahrscheinlichkeit von Stahl-Schlagfunken in Abhängigkeit von der kinetischen Schlagenergie und der Mindestzündenergie der verwendeten Brenngas/Luft-Gemische zu ermitteln. Die Untersuchungen zur Entstehung mechanisch erzeugter zündfähiger Schlagfunken erfolgten mit Hilfe von Schlagfunkenmaschinen bei drei kinetischen Schlagenergiewerten. Folgende Ergebnisse wurden für die Referenzbrenngase der IEC-Explosionsgruppen bei unterschiedlichen Gemischzusammensetzungen mit Luft erzielt: 1. Unterhalb der kinetischen Schlagenergie von 3 Nm konnten mit der im Rahmen dieser Untersuchung angewendeten Schlagkinematik und Schlaggeometrie keine zündfähigen mechanisch erzeugten Stahl-Schlagfunken erzeugt werden. 2. Bereits mit einer kinetischen Schlagenergie von 10 Nm konnten einzelne mechanisch erzeugte Stahl-Schlagfunken durch Oxidationsvorgänge des abgetrennten Teilchens zur gefährlichen Zündquelle werden. Die Versuche haben weiterhin gezeigt, dass dies für Brenngasgemische der IEC-Explosionsgruppe IIC (z. B. Acetylen und Wasserstoff) mit Luft mit einer Zündwahrscheinlichkeit im einstelligen Prozentbereich zutrifft. Literaturangaben zufolge können Explosionen aber auch für Brenngasgemische der Explosionsgruppe IIB (z. B. Ethylen) mit Luft nicht sicher ausgeschlossen werden. 3. Mit der vergleichsweise hohen kinetischen Schlagenergie von 190 Nm wurden alle Brenngas/Luft-Gemische unabhängig von einer stattfindenden Oxidation des Teilchens durch einen einzigen Schlagvorgang zur Explosion gebracht. Dabei lag die Zündwahrscheinlichkeit bei 100 % für Brenngasgemische der IEC-Explosionsgruppe IIC mit Luft. Für Brenngasgemische der IEC-Explosionsgruppen IIA (z. B. Propan und Benzindampf) und I (z. B. Methan) mit Luft fiel die Zündwahrscheinlichkeit bis in den einstelligen Prozentbereich ab. Die experimentellen Untersuchungen haben weiter gezeigt, dass die Zündfähigkeit mechanisch erzeugter Funken grundsätzlich von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängig ist. Eine Interpolation der Ergebnisse zwischen den kinetischen Schlagenergien von 10 Nm und 190 Nm ist daher nicht möglich. Für zukünftige Untersuchungen ist deshalb eine Fortführung der Arbeiten u. a. mit weiteren kinetischen Schlagenergien vorgesehen. Diese Ergebnisse können ferner zur Validierung von numerischen Simulationen herangezogen werden.zeige mehrzeige weniger
  • Equipment intended for use in potentially explosive atmospheres must meet the requirements of the European directive 94/9/EC. The declaration of conformity of the manufacturer testifies that they meet the requirements. The conformity assessment is based on the risk (ignition) assessment which identifies and estimates the ignition sources. The European standards in the area of the directive 94/9/EC (like EN 1127-1, EN 13463-1) describe 13 possible ignition sources. Mechanically generated sparks are one of them. Statements to the ignition effectiveness and especially the ignition probability in case of mechanically generated sparks for a given kinetic impact energy and given explosive gas/air-mixtures are not possible. An extensive literature looking confirms this state. This was and is a problem in making and revising standards. Simple ferritic steel is a common material for the construction of equipment also for non electrical applications intended for use in potentiallyEquipment intended for use in potentially explosive atmospheres must meet the requirements of the European directive 94/9/EC. The declaration of conformity of the manufacturer testifies that they meet the requirements. The conformity assessment is based on the risk (ignition) assessment which identifies and estimates the ignition sources. The European standards in the area of the directive 94/9/EC (like EN 1127-1, EN 13463-1) describe 13 possible ignition sources. Mechanically generated sparks are one of them. Statements to the ignition effectiveness and especially the ignition probability in case of mechanically generated sparks for a given kinetic impact energy and given explosive gas/air-mixtures are not possible. An extensive literature looking confirms this state. This was and is a problem in making and revising standards. Simple ferritic steel is a common material for the construction of equipment also for non electrical applications intended for use in potentially explosive atmospheres for chemical and mechanical engineering and manufacturing technology. Therefore it was the objective of this study to get some statistical ignition probabilities depending on the kinetic impact energy and the minimum ignition energy of the explosive gas/air-mixture. This study was made with impact testing machines of BAM (Federal Institute of Materials Research and Testing) at three kinetic impact energies. The following results were obtained for all the reference gas/air-mixtures of the IEC-explosion groups (I methane, IIA propane, IIB ethylene, IIC acetylene, hydrogen): 1. It was not possible to generate ignitable mechanically sparks for kinetic impact energies below 3 Nm for the test conditions in this study respectively the impact kinetics and impact geometry of the impact machines. 2. Single mechanically generated particles were able to be a dangerous ignition source through oxidation process at kinetic impact energies of 10 Nm. Furthermore the tests have shown that the ignition probability for explosive gas/air-mixtures of the IEC-explosion group IIC is below 10 %. The literature shows that ignitions of gas/air-mixtures of the IEC-explosion group IIB can not be excluded. 3. By using the relatively high kinetic impact energy of 190 Nm the tests have shown that it is possible to ignite all explosive gas/air-mixtures of the IEC-explosion groups by a single impact independent of an oxidation process. The ignition probability is 100 % in case of explosive gas/air-mixtures of the IEC-explosion group IIC. In case of the group IIA and I the ignition probability drops to below 10 %. The tests have further shown that the ignition probability depends on a multitude of parameters. An interpolation of the results between the kinetic impact energies of 10 Nm and 190 Nm is not possible. Future studies will include more tests with other kinetic impact energies. The results of the tests can be used for the validation of numeric simulations.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Thomas Grunewald, Rainer Grätz
Dokumenttyp:Forschungsbericht
Veröffentlichungsform:Eigenverlag BAM
Schriftenreihe (Bandnummer):BAM Forschungsberichtreihe (279)
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2007
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlagsort:Berlin
Jahrgang/Band:279
Erste Seite:1
Letzte Seite:54
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Funken; Heiße Oberflächen; Kinetische Schlagenergie; Mechanisch erzeugte Funken; Nichtelektrische Funken; Partikel; Reibfunken; Reibwärme; Schlagenergie; Schlagfunken; Schlagfunkenmaschine; Zündgefahrenbewertung; Zündwahrscheinlichkeit; Zündwirksamkeit
Grinding energy; Grinding sparks; Hot surface; Ignition effectiveness; Ignition probability; Impact energy; Impact sparks; Impact test machine; Kinetic energy; Mechanically generated sparks; Non electrical sparks; Particle; Risk assessment; Sparks
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-1727
ISSN:0938-5533
ISBN:978-3-9811655-1-7
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoAllgemeines Deutsches Urheberrecht
Datum der Freischaltung:23.01.2015
Referierte Publikation:Nein
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