Eigenschaften von Staubexplosionen
Beschreibung und Schlüsselparameter einer Explosion einer Pulverwolke
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| Zusammenfassung des Abschnitts |
|---|
| 1. Druckprofil einer Staubexplosion |
| 2. Maximaler Explosionsdruck |
| 3. Maximaler Drucksteigerungsrate |
| 4. Sekundäre Explosionsrisiken |
| 5. Pmax und Kst von häufigen Stäuben |
| 6. Wichtigkeit der Kenntnis der Eigenschaften von Staubexplosionen für Risikoanalyse |
1. Druckprofil einer Staubexplosion
Was passiert während einer Staubwolkenexplosion ?
Eine Staubexplosion, wenn eine Staubwolke in einem abgeschlossenen Raum entzündet wird, erzeugt eine Drucksteigerung, die schnell ansteigt, um einen maximalen Druck zu erreichen, dann wird der Druck langsam freigegeben.
Das Druckprofil hängt von dem Material ab, das die Explosion erzeugt.
Es ist notwendig, die Eigenschaften der Explosion eines bestimmten Materials zu kennen, um den Prozess zu schützen, insbesondere durch Druckfreigabesysteme oder Unterdrückungssysteme.
2. Maximaler Explosionsdruck Pmax
Was ist der Pmax-Wert eines Staubes ? Der maximale Druck, der während einer Pulverexplosion aufgezeichnet wird, wird als P
max bezeichnetmax.
3. Maximaler Drucksteigerungsrate, Konstante Kst
Was ist der Kst-Wert eines Staubes ?
Das Messen, wie schnell der Druck während einer Staubexplosion ansteigt, ist entscheidend, um Schutzmaßnahmen richtig zu entwerfen wie Explosionsschutzpanele oder Unterdrückungssystem, die wirken müssen, bevor der Druck unerreichbare Niveaus erreicht
Die Drucksteigerungsrate wird im Allgemeinen durch eine Konstante Kst dargestellt, die für jedes Material unterschiedlich ist und experimentell durch das Explodieren von Pulver in instrumentierten druckfesten Behältern gemessen werden kann. Die maximale Drucksteigerungsrate kann im Druck-Zeit-Diagramm (siehe oben) gemessen und dann Kst berechnet werden, wenn das Volumen V des Prüfgefäßes bekannt ist:
(dP/dt)max = Kst.V-0.33 [Laurent]
Kst wird in bar.m/s ausgedrückt
Abhängig vom Wert von Kst können Pulver in Klassen eingeteilt werden
St1 : 0 < Kst < 200
St2 : 200 < Kst < 300
St3 : 300 < Kst < 600
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4. Sekundäre Explosionsrisiken
Es muss berücksichtigt werden, dass eine erste Explosion tatsächlich weitere auslösen kann. Tatsächlich können der Druckstoß und die verbrannten Partikel durch Rohre zu einer anderen Prozessanlage wie einem Silo reisen und dort eine Explosion auslösen. Durch diesen Mechanismus wurden einige Getreidesilos vollständig zerstört.
Ebenso kann der Druckstoß Staubschichten in Suspension versetzen, die den Boden oder die Ausrüstung in einem Produktionsbereich bedeckten, der nicht gut gepflegt war und dann eine weitere Explosion auslösen, die das Gebäude beschädigen könnte.
5. Pmax und Kst von häufigen Stäuben
Bitte finden Sie unten einige Pmax und Kst-Daten, die in der Literatur angegeben sind. WARNUNG : diese sind allgemeine Werte, die ohne Garantie angegeben werden, eine Risikobewertung und Auslegung MÜSSEN IMMER auf die MSDS des TATSÄCHLICHEN Produkts verweisen, das für Tests verwendet wird, die speziell auf dem TATSÄCHLICHEN Material durch ein renommiertes Institut durchgeführt werden.
Die Bestimmung dieses Wertes ist schwierig, daher wird manchmal ein Bereich angegeben, wenn unterschiedliche Forschungsergebnisse berichtet wurden. Da die berichteten Ergebnisse möglicherweise nach unterschiedlichen Protokollen erhalten wurden, die nicht immer präzisiert sind, iEs fügt zu der Sorgfalt hinzu, die bei der Verwendung dieser Werte erforderlich ist. Konsultieren Sie immer die in Klammern angegebenen Referenzen für genauere Angaben.
Tabelle 1 : Pmax und Kst von gängigen Materialien
| Material | Pmax bar | Kst bar.m/s |
|---|---|---|
| Adipinsäure |
8 [Rhodes] | 97 [Rhodes] |
| Aluminium |
6.2 [Mills] 12.4 [Rhodes] |
1360 [Mills] 415 [Rhodes] |
| Kohle |
5.9 [Mills] 9.2 [Rhodes] |
150 [Mills] 129 [Rhodes] |
| |
||
| Kaffee |
3.4 [Mills] | 17 [Mills] |
| Kork |
9.6 [Rhodes] | 202 [Rhodes] |
| Kartoffelstärke |
10.3 [Rhodes] | 202 [Rhodes] |
| Dextrin |
8.8 [Rhodes] | 106 [Rhodes] |
| Körnerstaub |
6.6 [Mills] | 190 [Mills] |
| Magnesium |
6.6 [Mills] 17.5 [Rhodes] |
1020 [Mills] 508 [Rhodes] |
| Nylon |
6.5 [Mills] | 270 [Mills] |
| Polyethylene |
5.4 [Mills] | 510 [Mills] |
| Polystyrene |
6.2 [Mills] | 480 [Mills] |
| Sugar |
6.1 [Mills] | 340 [Mills] |
| Sulfur |
6.8 [Rhodes] | 151 [Rhodes] |
| Wheat flour |
6.4 [Mills] | 250 [Mills] |
| Wood flour |
7.6 [Mills] 10.5 [Rhodes] |
380 [Mills] 205 [Rhodes] |
| Zinc |
3.4 [Mills] | 120 [Mills] |
6. Bedeutung der Kenntnis der Staubexplosionseigenschaften für die Risikoanalyse
In vielen Ländern und insbesondere in den USA und Europa muss der Betreiber der Anlage eine Risikoanalyse durchführen, die die Risiken von Staubexplosionen und die potenziellen Folgen einer solchen Staubexplosion bewertet. In den USA wird eine solche Staubgefährdungsanalyse durch NFPA 652 geregelt, während in Europa die ATEX-Richtlinie festlegt, wie eine solche Risikoanalyse durchgeführt werden muss.
Die Definition der Staubexplosionseigenschaften aller in der Anlage vorhandenen Materialien ist ein wichtiger Dateneingang für eine solche Risikobewertung. Sie sind auch entscheidend, um vorhandene Schutzmaßnahmen zu überprüfen (Explosionsentlüftung, Unterdrückung...) und neue zu entwerfen.
Quellen
# [Laurent] Securite des procedes chimiques, Andre Laurent, Tec et Doc, 2003, Seite 233
# [Mills] Pneumatic Conveying Design Guide, David Mills, Butterworth Heinemann, 2004, Seite 577
# [Rhodes] Principles of Powder Technology, Martin Rhodes et al., John Wiley and Sons, 1990, Seite 307