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Die Kenntnisse der Einflüsse von Druck, Temperatur und Oxidationsmittel auf sicherheitstechnische Kenngrößen wie Explosionsgrenzen sind eine notwendige Voraussetzung, um zu entscheiden, ob mit den bei atmosphärischen Bedingungen geltenden Kenngrößen eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten ist. Dies wird anhand von Beispielen erklärt und die Konsequenzen für die praktische Anwendung in der Industrie diskutiert.
Explosionsfähige Stoffe sind Stoffe, die in der Lage sind zu explodieren. Daher zählt die Gefahrstoffverordnung die explosionsfähigen Stoffe zu Recht zu den Gefahrstoffen und verlangt, dass Maßnahmen zum Schutz der Beschäftigten vor unzulässigen Gefährdungen durch explosionsfähige Stoffe getroffen werden. Schwierig ist die Beantwortung der Frage, welche Stoffe unter welchen Bedingungen tatsächlich in der Lage sind, zu explodieren. Hierfür wird eine Hilfestellung gegeben. Ausgehend von der nationalen Gefahrstoffverordnung und ihrer Definition für explosionsfähig wird die Verzweigung zu verschiedenen Rechtsvorschriften und technischen Regeln und damit verschiedenen Stoffkategorien und Stoffgruppen aufgezeigt und ein Ausblick über die Einstufung und Kennzeichnung nach dem GHS bzw. der zukünftigen CLP-Verordnung gegeben.
The explosion regions of 1-propanol, 2-propanol, acetone and 1-butanol in air were measured in the presence of CO2, He, N2 and Ar in accordance with EN1839 method T at high temperatures and at atmospheric pressure. The experimental results show that 1-propanol, 2-propanol and acetone have very similar lower explosion limits (LELs). 1-Butanol shows a slightly wider explosion area near the LEL line. In addition, the explosion regions of all combustible/inert gas/air mixtures were calculated with the method of constant adiabatic flame temperature profiles (CAFTP), using the flame temperature profile along the explosion region boundary curve of each combustible/N2/air mixture as a reference to determine the explosion regions of combustible/inert gas/air mixtures with inert gases other than N2 at different initial temperatures. To calculate the explosion regions for systems containing He, the calculation method was modified to include the very different physical transport properties of He. Moreover, the procedure for calculating the apexes in the ternary explosion diagrams was modified. The calculation results show good agreement with the experimental results.
Die Explosionsbereiche für Dreistoffsysteme aus Brennstoff Inertgas und Luft wurden nach dem Modell der konstanten adiabatischen Flammentemperaturprofile berechnet. Für die Parametrisierung des halbempirischen Modells muss der Explosionsbereich für ein bestimmtes Dreistoffsystem aus Brennstoff, Inertgas und Luft bekannt sein. Dann lassen sich Explosionsbereiche desselben Brennstoffs mit einem beliebigen Inertgas und bei einer beliebigen Temperatur berechnen. Ergänzend zu früheren Arbeiten, in denen die Explosionsbereiche für Brenngase aus der homologen Reihe der Alkane und Alkene berechnet worden sind, wurden nun die Berechnungen für 1-Propanol, Aceton und Difluormethan durchgeführt. Als Inertgase wurden neben Stickstoff und Kohlendioxid auch die Edelgase Argon und Helium berücksichtigt.
Für die Berechnung der Explosionsbereiche in Systemen mit Helium, ist das Modell erweitert worden, so dass auch die Transporteigenschaften (d.h. Wärmeleitfähigkeit, Diffusionskoeffizient) der Komponenten berücksichtigt werden. Weiterhin ist eine Möglichkeit zur praxisnahen Berechnung der Spitze des Explosionsbereichs implementiert worden. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass die Berechnung der Explosionsbereiche für Alkohole, Ketone und halogenierte Kohlenwasserstoffe mit ähnlicher Genauigkeit wie für Alkane und Alkene möglich ist. Die vorgenommenen Modifikationen sind geeignet, um auch eine Berechnung für Gasgemische mit Helium durchzuführen, dessen starke inertisierende Wirkung im Vergleich zu den Inertgasen
Argon oder Stickstoff vor allem auf den stark unterschiedlichen Transporteigenschaften beruht.
Explosion regions of propane, isopropanol, acetone, and methyl acetate/inert gas/air mixtures
(2016)
The explosion regions for propane, isopropanol, acetone, and methyl acetate with air in the presence of nitrogen, argon, helium, and carbon dioxide were determined experimentally according to EN 14756/EN1839, method T. Except for propane, all the measurements were executed at 323 K and 1 bar. Propane experiments were carried out at 293 K and 1 bar. The results show that for the same type of inert gas, propane, isopropanol, and acetone have great closeness concerning the concentration of the inert gas at the apex of the explosion envelope in a ternary diagram with air as oxidizer. This leads to consistency in the limiting oxygen concentration (LOC) and minimum required amount of inert gas (MAI) values. Concerning methyl acetate, the apex was always reached at higher percentages of inert gases compared with the other fuels. This can be attributed to the presence of two oxygen atoms inside the chemical structure. Calculation of the explosion regions was carried out based on calculated adiabatic flame temperature (CAFT) method. The flame temperatures for the experimentally determined fuel/air/N2 mixtures were calculated. Then, these temperatures were used to predict the explosion limits of similar mixtures with other inert gases than nitrogen. The modeling results show reasonable agreement with the experimental results.
Bei der Bewertung der Verlässlichkeit der im Labor gewonnenen Prüfergebnisse spielen Ringversuche eine entscheidende Rolle. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unterstützt deshalb den weiteren Ausbau des Ringversuchsprogramms des im Jahr 2007 gegründeten Kompetenzzentrums zur Qualitätssicherung für Prüfungen von Gefahrgütern und Gefahrstoffen auf physikalische Gefahren (Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances, CEQAT-DGHS).
Bei allen bisher untersuchten Prüfmethoden besteht ein Verbesserungsbedarf. Die RV müssen daher zunächst auf die Methodenentwicklung, -verbesserung und -validierung abzielen und nicht auf Leistungstests.
Anwender in Industrie, Handel, Handwerk und Behörden benötigen verlässliche, von Fachleuten bewertete Kenngrößen des Brand- und Explosionsschutzes, um Brand- und Explosionsgefahren beim Verarbeiten, Abfüllen, Lagern, Befördern und Entsorgen brennbarer Stoffe beurteilen und angemessene Schutzmaßnahmen ergreifen zu können.
Schon früher hat die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) Tabellenwerke herausgegeben, die solche Daten zur Verfügung stellten. Darauf aufbauend wurde 1989 gemeinsam mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e. V. (DECHEMA) die Datenbank CHEMSAFE erstellt. CHEMSAFE enthält bewertete sicherheitstechnische Kenngrößen von brennbaren Flüssigkeiten, Gasen und Stäuben. Die Bewertung der brennbaren Gase und Stäube erfolgt durch die BAM, die der brennbaren Flüssigkeiten durch die PTB. CHEMSAFE dient nun als Grundlage, um dem Wunsch nach Daten in gedruckter Form nachzukommen. Die im Tabellenwerk bei Drucklegung wiedergegebenen Kenngrößen entsprechen dem Update 2002 der Datenbank CHEMSAFE.
Das neue Tabellenwerk "Sicherheitstechnische Kenngrößen", das auf den empfohlenen Werten aus CHEMSAFE beruht, erscheint in zwei Bänden. Der erste Band "Brennbare Flüssigkeiten und Gase" wird von der PTB herausgegeben, der zweite Band "Explosionsbereiche von Gasgemischen" von der BAM.