Dieses Artikel behandelt:

  • Die Methode zur Bestimmung der Sauerstoffgrenzkonzentration in Staubwolken in einem geschlossenen Behälter
  • Die Methode zur Bestimmung der Sauerstoffgrenzkonzentration in Staubwolken unter vorher festgelegten Druck- und Temperaturbedingungen
  • Das Verfahren, das befolgt werden muss

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Zuurstoffgrenzkonzentration in Staubwolken in einem geschlossenen Behälter feststellen

Zur Bestimmung der Sauerstoffgrenzkonzentration wird normalerweise ein Behälter verwendet, der dem Explosionsdruck von 1 m³ standhält. Dieser Behälter wird zur Feststellung von drei Aspekten genutzt:

  • Der maximalen Explosionsdruck,
  • Der maximalen Geschwindigkeit des Anstiegs des Explosionsdrucks, auch als Kst-Wert bezeichnet,
  • Der niedrigsten Explosionsgrenze von Staubwolken.

Der Behälter ist in der Regel kugelförmig oder zylindrisch und muss so konstruiert sein, dass er einen Überdruck von mindestens 20 bar aushält. Darüber hinaus sollte die Ausrüstung so gut wie möglich mit elektrischen oder mechanischen Abschaltungen ausgestattet sein, um sicherzustellen, dass Öffnungen im Behälter, wie Ein- und Auslass, vor Beginn der (Test-)Prozedur ordnungsgemäß geschlossen sind. Außerdem muss die Ausrüstung so konzipiert sein, dass Restdruck im Behälter entlüftet werden kann.

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Sauerstoffkonzentrationswerte

Sauerstoffgrenzkonzentration in Staubwolken unter vordefinierten Bedingungen feststellen

Das Staubverteilungssystem funktioniert wie folgt: Der Staub, der im oberen Teil des Systems verteilt werden soll, befindet sich in einem großen Staubbehälter mit einem Volumen von 5,4 dm³ und einem Seitenverhältnis von 3:1. Dieser Staubbehälter verfügt über einen Auslass, durch den der Staub den Behälter verlässt. Der Auslass ist durch ein schnell wirkendes Ventil verschlossen, das durch eine Strahlhaube aktiviert wird. Die Dichtung besteht aus einem kleinen Ring, der durch das Abschießen der Strahlhaube zerstört wird, wodurch das Ventil aufgrund des Drucks im Staubbehälter öffnet. Das Ventil ist so konstruiert, dass es in weniger als 10 Millisekunden öffnet und mit der Seite des Explosionsbehälters verbunden ist. Um den Staub zu verteilen, ist ein halbrunder Sprührohr an der Innenseite des Explosionsbehälters montiert, das der Form der Wand entspricht. Dieses Sprührohr hat 13 Löcher, jedes mit einem Durchmesser von 6 Millimetern.

Die Zündquelle im Staubverteilungssystem besteht aus zwei elektrisch aktivierten pyrotechnischen Zündern, die jeweils eine Zündenergie von 5 kJ haben. Diese sind in entgegengesetzte Richtungen im Zentrum des Explosionsbehälters platziert. Die Zünder werden in weniger als 10 Millisekunden durch elektrische Zündköpfe entzündet.

Das Druckmesssystem enthält mindestens zwei Drucksensoren und Aufzeichnungsgeräte. Es hat eine Genauigkeit von etwa 0,1 bar und eine Zeitauflösung von 1 Millisekunde. Das System zur Messung der Sauerstoffkonzentration hat eine Genauigkeit von etwa 0,1% (v/v).

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Sauerstoffkonzentrationsbedingungen für Staubexplosion

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Das Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffgrenzkonzentration

Die Sauerstoffgrenzkonzentration (LOC) entsteht zunächst durch schrittweises Erhöhen und Variieren des Verhältnisses von Inertgas zu Luft in Verbindung mit der Staubkonzentration. Dadurch wird die Sauerstoffkonzentration auf ein Niveau reduziert, bei dem keine Explosionen mehr auftreten können. Die Sauerstoffgrenzkonzentration ist nicht nur vom Staubtyp, sondern auch vom Inertgas abhängig. Um sicherzustellen, dass die Sauerstoffkonzentration im Behälter zum Zeitpunkt der Zündung den richtigen Wert hat, ist folgender Ansatz erforderlich:

Der Behälter wird mit einer Mischung aus Inertgas und Luft mit dem gewünschten Sauerstoffgehalt gefüllt. Dieser Sauerstoffgehalt muss durch einen Sauerstoffanalysator kontrolliert werden. Bei aufeinanderfolgenden Messungen mit derselben nominalen Sauerstoffkonzentration sollte die Sauerstoffkonzentration innerhalb von etwa 0,3 % V/V der nominalen Werte liegen.

Anschließend wird die erforderliche Menge an Staub in den Staubbehälter eingegeben. Dies darf nicht mehr als drei Viertel des Behältervolumens betragen, um einen ordnungsgemäßen Druck zu gewährleisten. Falls dies nicht möglich ist, müssen zwei Dispersionssysteme mit Staubbehältern von 5,4 dm³ parallel verwendet werden. Dieser Behälter kann sowohl unter Druck mit einer Mischung aus Luft und Inertgas als auch mit nur Luft gesetzt werden, wobei der gleiche nominale Sauerstoffgehalt wie im Behälter erreicht wird. In beiden Fällen wird ein Überdruck von 20 bar erreicht.

Die Zeit zwischen dem Beginn der Staubfreisetzung und der Aktivierung der Zündquelle, auch Zündverzögerung genannt, beträgt 0,6 ± 0,01. Außerdem wird der Druck als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Aus der Druck-Zeit-Kurve kann der Explosionsdruck (Pex) und die Geschwindigkeit der Erhöhung des Explosionsdrucks (dp/dt) ermittelt werden.

Die maximal zulässigen Abweichungen in Bezug auf dp/dtmax sind wie folgt:

dp/dtmax          bar · s-1Relative Abweichung
< 50± 30
>50 tot 100± 20
>100 tot 200± 12
>200± 10

Schließlich hat die Zündung des Staubs, also die Explosion, stattgefunden, wenn der gemessene Überdruck im Vergleich zum Anfangsdruck (p1) gleich 0,3 bar ist.

Abschließend muss nach jedem Test das Explosionsgefäß gereinigt werden, und sowohl die Testausrüstung als auch das Verfahren müssen alle 12 Monate oder nach einer größeren Reparatur überprüft und kontrolliert werden.

Juul Jenneskens

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