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Im Zuge der Energiewende finden Wasserstofftechnologien in der industriellen Praxis und im öffentlichen Raum immer mehr Anwendung. Beim Einsatz von Wasserstoff als Ersatz für andere fossile Energieträger wie Erdgas müssen u.a. Explosionsschutzmaßnahmen überprüft und angepasst werden. Eine Art von Explosionsschutzmaßnahmen ist die Vermeidung von Zündquellen. Gemäß den einschlägigen Regelwerken ist die Bildung von Funken oder heißen Aufschlagstellen beim mechanischen Schlag eine mögliche Zündquelle, die vor allem beim Wasserstoff berücksichtigt werden muss. Die Zündwirksamkeit ist dabei u.a. stark von der Werkstoffpaarung und der kinetischen Schlagenergie abhängig. Der Einsatz von funkenarmen Werkzeugen aus schwer oxidierbaren Nicht-Eisen-Metallen in explosionsgefährdeten Bereichen kann z.B. eine Maßnahme sein, um diese Zündquelle zu vermeiden und wird als solche in den Regelwerken benannt. Es gibt aber kaum Quellen, die dabei helfen die Zündwirksamkeit bei Schlägen mit heterogenen Materialpaarungen einzuschätzen. In dieser Arbeit wurde zu diesem Zweck die Zündwirksamkeit von mechanischen Schlägen mit unterschiedlichen, auch nicht-metallischen Schlagpartnern in wasserstoffhaltigen Atmosphären systematisch untersucht.
Die Ergebnisse des Forschungsprojektes zeigen, dass Schlagvorgänge mit Edelstählen eine erhebliche Zündgefahr von explosionsfähigen Brenngasgemischen darstellen können. Dabei bestehen jedoch mitunter deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Brenngasgemischen. Besonders hohe Zündwahrscheinlichkeiten konnten bei Brenngasgemischen mit Brenngasen der IEC-Explosionsgruppe IIC beobachtet werden, die Acetylen bzw. Wasserstoff als Brenngas enthielten. Schläge im Wasserstoff/Luft-Gemisch waren dabei jedoch bedeutend zündwirksamer. In diesem Gasgemisch konnte bei nied-rigen maximalen Schlagenergien bis 60 J sogar eine mitunter höhere relative Zündhäufigkeit beobachtet werden als bei Versuchen mit unlegiertem Baustahl.
Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen fallen unter die europäische Richtlinie 2014/34/EU /1/. Diese ist eine Richtlinie zur Harmonisierung des Handels (Beschaffenheitsrichtlinien) nach Artikel 114 des Vertrages über die Arbeitsweise der Europäischen Union /2/ (früher Artikel 95 EG-Vertrag) und regelt grundlegende Anforderungen an die Sicherheit der entsprechenden Geräte. Die Forderungen der Richtlinien nach Artikel 114 werden durch harmonisierte europäische Normen konkretisiert. Hinsichtlich der grundlegenden Struktur der Normen im nicht-elektrischen Bereich unterscheidet man dabei:
A-Normen
• Normen zu Grundprinzipien des Explosionsschutzes, wie Gefährdungsbeurteilung und Zündgefahrenbewertung
B-Normen
• Normen zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen
• Normen für nicht-elektrische Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen
• Normen zu konstruktiven Explosionsschutzmaßnahmen
C-Normen
• Normen für spezielle Geräte oder Schutzsysteme, wie Flammendurchschlagsicherungen oder Ventilatoren
Von besonderer Bedeutung für nicht-elektrische Geräte sind die Normenreihe DIN EN 13463ff/3/ und die DIN EN ISO 80079-36 /4/ und DIN EN ISO 80079-37 /5/.
Mechanical friction, impact or abrasion is one of the ignition sources that must be avoided in hazardous zones with explosive atmospheres. The effectiveness of mechanical impacts as ignition source is dependent from several parameters including the minimum ignition energy of the explosive atmosphere, the properties of the material pairing, the kinetic impact energy or the impact velocity. By now there is no standard procedure to determine the effectiveness of mechanical impacts as ignition source. In this work the effectiveness of mechanical impacts with defined and reproducible kinetic impact energy as ignition source for hydrogen containing atmospheres was studied systematically in dependence from the inhomogeneous material pairing considering materials with practical relevance like stainless steel, low alloy steel, concrete, and non-iron-metals. It was found that ignition can be avoided, if non-iron metals are used in combination with different metallic materials, but in combination with concrete even the impact of non-iron-metals can be an effective ignition source if the kinetic impact energy is not further limited. Moreover, the consequence of hydrogen admixture to natural gas on the effectiveness of mechanical impacts as ignition source was studied. In many cases ignition of atmospheres containing natural gas by mechanical impacts is rather unlikely. No influence could be observed for admixtures up to 25% hydrogen and even more. The results are mainly relevant in the context of repurposing the natural gas grid or adding hydrogen to
the natural gas grid.
Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen fallen unter die europäische
Richtlinie 2014/34/EU /1/. Diese ist eine Richtlinie zur Harmonisierung des Handels
(Beschaffenheitsrichtlinien) nach Artikel 114 des Vertrages über die Arbeitsweise der
Europäischen Union /2/ (früher Artikel 95 EG-Vertrag) und regelt grundlegende
Anforderungen an die Sicherheit der entsprechenden Geräte. Die Forderungen der Richtlinien
nach Artikel 114 werden durch harmonisierte europäische Normen konkretisiert. Hinsichtlich der grundlegenden Struktur der Normen im nicht-elektrischen Bereich
unterscheidet man dabei:
• A-Normen
o Normen zu Grundprinzipien des Explosionsschutzes, wie
Gefährdungsbeurteilung und Zündgefahrenbewertung
• B-Normen
o Normen zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen
o Normen für nicht-elektrische Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen
o Normen zu konstruktiven Explosionsschutzmaßnahmen
• C-Normen
o Normen für spezielle Geräte oder Schutzsysteme, wie
Flammendurchschlagsicherungen oder Ventilatoren
Von besonderer Bedeutung für nicht-elektrische Geräte sind die Normenreihe DIN EN 13463ff
/3/ und die DIN EN ISO 80079-36 /4/ und DIN EN ISO 80079-37 /5/.
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.
Beschaffenheitsanforderungen an Produkte, die Explosionsschutzanforderungen zu erfüllen haben, werden in Deutschland durch die 9. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (9. ProdSV, Maschinenverordnung) /2/ und speziell für atmosphärische Bedingungen in der 11. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (11. ProdSV, Explosionsschutzverordnung /3/ bis 19.4.2016 bzw. Explosionsschutzprodukteverordnung /4/ ab 20.04.2016) geregelt.Wesentlicher Inhalt dieser Verordnungen und der Europäischen Richtlinie 2014/34/EU sind die Begriffsdefinitionen für Geräte, Schutzsysteme und Komponenten, das System der Konformitätsbewertung und die Konformitätserklärung, sowie die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen. Es gilt dabei das Prinzip der Herstellerverantwortung. Der Hersteller eines Produktes dokumentiert die Erfüllung der Richtlinienanforderungen mit seiner Konformitätserklärung und der Kennzeichnung des Produktes mit dem CE-Zeichen.
Beschaffenheitsanforderungen an Produkte, die Explosionsschutzanforderungen zu erfüllen haben, werden in Deutschland durch die 9. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (9. ProdSV, Maschinenverordnung) und speziell für atmosphärische Bedingungen in der 11. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (11. ProdSV, Explosionsschutzverordnung bis 19.4.2016 bzw. Explosionsschutzprodukteverordnung ab 20.04.2016) geregelt. Wesentlicher Inhalt dieser Verordnungen und der Europäischen Richtlinie 2014/34/EU sind die Begriffsdefinitionen für Geräte, Schutzsysteme und Komponenten, das System der Konformitätsbewertung und die Konformitätserklärung, sowie die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen. Es gilt dabei das Prinzip der Herstellerverantwortung. Der Hersteller eines Produktes dokumentiert die Erfüllung der Richtlinienanforderungen mit seiner Konformitätserklärung und der Kennzeichnung des Produktes mit dem CE-Zeichen.