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Der Einsatz von Druckentlastungseinrichtungen bietet bei sachgemäßer Auslegung eine sehr gute Variante, Behälter im Falle einer Explosion des im Innenraum vorhandenen Gasgemischs vor einer Zerstörung zu schützen. Die Auslegung von Druckentlastungseinrichtungen für Behälter erfolgt unter Anwendung verschiedener Standards und erfordert verschiedene Kenngrößen der involvierten explosionsfähigen Gasgemische.
Diese werden jedoch in der Regel im Labormaßstab bestimmt und dann auf den Industriemaßstab übertragen.
Viele Einflussgrößen und insbesondere die bei der Druckentlastung einsetzenden Turbulenzen werden nicht berücksichtigt. Fehldimensionierungen der Druckentlastungseinrichtungen sind möglich. In einer Forschungskooperation zwischen der BAM und der BASF AG werden experimentelle Daten für verschiedene Gassysteme im Technikumsmaßstab ermittelt, die später zur Validierung geeigneter Berechnungsmethoden verwendet werden sollen. Erste Ergebnisse werden vorgestellt.
Es wurden Druckentlastungsvorgänge in einem 5 m³ Autoklav mit einem L/D-Verhältnis von 1,14 nach der Zündung von Methan-Luft-Gemischen untersucht. Schwerpunkt der Arbeit war die Bestimmung der Explosionsdrücke, der zeitlichen Druckanstiege bzw. der KG-Werte und der reduzierten Explosionsdrücke in Abhängigkeit der Methankonzentration. Im geschlossenen Behälter wurden die Explosionsdrücke und zeitlichen Druckanstiege für Methan-Luft-Gemische mit Methankonzentrationen von 5,9 Vol-% bis 13,5 Vol-% ermittelt. Die Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung mit den Literaturwerten. Weiter wurden Druckentlastungsversuche mit einer kreisrunden Entlastungsfläche von 0,011 m² und einer Druckentlastungsfolie mit einem statischen Ansprechdruck von 1,94 bar durchgeführt. Hierbei wurden Gemische mit Methankonzentrationen von 5,9 Vol-% bis 14,3 Vol-% untersucht. Dabei zeigte sich, dass die vergleichsweise kleine Entlastungsfläche nur dann zu reduzierten Explosionsdrücken gleich dem statischen Ansprechdruck der Berstfolie führte, wenn die Methankonzentration ≤ 5,9 Vol-% oder ≥ 14,0 Vol-% betrug. Bei allen anderen untersuchten Methankonzentrationen führten die durch die Druckentlastung induzierten Turbulenzen zu einer Beschleunigung der Verbrennungsreaktion und zu Explosionsdrücken vergleichbar denen im geschlossenen Behälter.
Determination of deflagration venting requirements in chemical/process plants is usually carried out using well established standards employing an empirically based formula. However, this formula is shown to have severe shortcomings, especially in the range of low KG-values, where either negative or inconceivably large venting areas can be predicted. Due to these shortcomings a method has been developed using the efflux function for gases as a basis to predict the mass flow through a vent opening in a vessel during an internal explosion. The simulated rise in pressure due to the internal explosion is quantitatively determined from the KG-value, with the mass flow through the vent opening in the vessel resulting from the pressure difference between the vessel and its surroundings. This enables the maximum overpressure as a function of the pressure relief surface area to be predicted. The method takes into account the temperature of the efflux gases and turbulence enhancement brought about by the venting process. In the following paper explosion pressure relief experiments are described and the results from these experiments are compared to predictions from the efflux method. It is shown that by adjusting the assumed turbulence which evolves during the venting process, the reduced explosion pressure can be reasonably well reproduced.
Zur Einschätzung der Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle für ein Gas oder ein Gasgemisch werden in der Praxis Zündtemperaturen experimentell bestimmt. Die Zündtemperatur gemäß dem europäischen Standardverfahren EN 14522 wird bei Atmosphärendruck bestimmt und ist vor allem dazu geeignet die Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle bei einem unerwünschten Stoffaustritt aus einer geschlossenen Anlage einzuschätzen. Eine Aussage bzgl. der der Zündfähigkeit an heißen Oberflächen innerhalb einer geschlossenen Anlage, z. B. in größeren Behältern bei bestimmten Gemischzusammensetzungen und höheren Anfangsdrücken, kann anhand der Zündtemperatur gemäß EN 14522 nicht getroffen werden. Die Bestimmung nach dem europäischen Standard erfolgt in einem offenen System, bei atmosphärischem Druck und in Luft als Oxidationsmittel.
Die adiabate Kompression stellt insbesondere für zerfallsfähige Gase eine potentielle Zündquelle sowohl bei Herstellungsprozessen als auch beim Umgang in weiterverarbeitenden Betrieben oder beim Endnutzer dar. So kam es in der Vergangenheit etwa in TFE-verarbeitenden Anlagen wiederholt zu Störfällen durch Adiabate Kompressionsvorgänge des Monomers. Unter dem Begriff „zerfallsfähige Gase“ oder auch „chemisch-instabile Gase“ versteht man Gase, bei denen es auch in Abwesenheit eines Oxidators nach einer Zündung zu einem explosionsartigem Reaktionsverlauf kommen kann, wie es etwa beim Tetrafluorethylen (TFE) der Fall ist.
Die Zerfallsreaktion von TFE ist in Gleichung dargestellt. Sobald eine Zündquelle die Zerfallsreaktion initiiert, kann diese bei bestimmten Anfangsbedingungen von Druck und Temperatur explosionsartig verlaufen. Die schnelle Reaktionsrate zusammen mit der hohen Exothermie der Reaktion kann zur Bildung von heftigen Explosionen führen, wie sie sonst nur bei Brenngas/Oxidator-Gernischen üblich sind.
There is a lack of data on the self-ignition behaviour of tetrafluoroethylene in industrial sized equipment. Therefore, a facility was designed and constructed for the determination of the Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene in a cylindrical reactor with a volume of 100 dm3. Tests with initial pressures of 5 and 10 bar(a) were performed. The Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene was observed to decrease with the initial pressure, in agreement with previous experiments with small scale cylindrical vessels. This paper describes the test set-up und gives an overview of the achieved experimental results. In particular the effect of the reactor orientation (vertical or horizontal) is discussed. Furthermore, simplified equations from the Semenov thermal explosion theory are used to attempt extrapolations of previous and current data on the Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene to other vessel volumes or initial pressures. Moreover, the experimental data are plotted together against the heated volume to heated surface ratio, which should provide a better extrapolation to other vessel dimensions by taking into account that the efficiency of the dispersion of the heat generated by the reaction is different for two reactors with the same volume but different diameter. Finally, simplified methods for predicting the Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene presented previously by the authors are validated for large scale reactors with the experimental data collected within the current work.