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Nach dem Prinzip der integrierten Explosionssicherheit sind bei der Planung von Anlagen
folgende Maßnahmen in Betracht zu ziehen:
a) Vermeidung der Bildung von explosionsfähiger Atmosphäre
b) Vermeidung der Entzündung von explosionsfähiger Atmosphäre und
c) Vorrichtungen, die anlaufende Explosionen umgehend stoppen und/oder den von einer Explosion betroffenen Bereich begrenzen.
Im Folgenden werden einige Aspekte der konstruktiven Maßnahmen zur Auswirkungsbegrenzung von Explosionen nach c) erläutert.
Die vier wesentlichen, eingeführten und erprobten derartigen Schutzmaßnahmen sind Explosionsdruckentlastung, explosionsfestes Gerät, Explosionsunterdrückung und Explosionsentkopplung.
The effects of a gas explosion in enclosures like vessels can be limited e.g. by gas explosion venting systems. The major design step of this constructive explosion protection method is to determine the required vent area, which depends significantly on whether turbulent combustion exists. However, current standards like NFPA 68 or EN 14994 are applicable only to limited boundary conditions and as far as possible only to laminar flame propagation. Difficulties arise in the assessment or predictability of gas explosion hazard when turbulence occurs. In this research especially venting at elevated initial pressure has been shown to accelerated flame propagations and therefore, to a considerably higher reduced pressure. Therefore, it is essential to provide a broader data base of turbulent combustion and explosion behavior to verify the existing rules or to determine their safety-relevant parameters. For a better safety assessment or design of protective systems the turbulent combustion and accelerated gas explosion behaviour of quiescent methane and hydrogen in air were investigated at initial pressures up to 8 bar using vessels up to 100 litres. In particular a systematic study was performed to investigate the influence of turbulence on the overpressure development during accelerated gas explosion. Moreover, the present study consider the position of the spark igniters, the burning velocity and the maximum pressure rise for different concentration of fuel as well as the size of orifice and/or vent area. A choice of experimental tests showed under the investigated conditions that not only turbulence inducing obstacles but also over sized vent areas could lead to an increased pressure development and therefore to an inacceptable safety state.
Zur Bemessung von Druckentlastungseinrichtungen bei Gasexplosionen in Umschließungen existieren derzeitig nur wenige wissenschaftlich fundierte Auslegungskriterien, die die konstruktiven Randbedingungen oder Prozessbedingungen der explosionsgefährdeten Anlagenteile ausreichend berücksichtigen. Aus diesem Grund werden in der Praxis häufig stark konservative Annahmen getroffen, die zu erheblichen Überdimensionierungen der Druckentlastungseinrichtungen führen können.
Aus sicherheitstechnischer Perspektive können gerade diese vermeintlichen Sicherheitsmargen zu einer erheblichen Beschleunigung des transienten Druckverlaufs und damit eher zu einer Unterdimensionierung führen oder sogar den Übergang von Deflagrationen zu Detonationen begünstigen.
Sowohl Messungen als auch erste Simulationen mit Hilfe von CFD-Modellen begründen die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen mit
explosionsgefährdeten Gasanlagen.
Da insbesondere bei turbulenten Verbrennungsvorgängen in den Normen Verbesserungspotential herrscht, wird bei der BAM zukünftig verstärkt dieses Thema in Forschungsarbeiten berücksichtigt.