Maximaler Explosions(über)druck p_max

Definition

Unter vorgeschriebenen Versuchsbedingungen ermittelter maximaler Druck, der in einem geschlossenen Behälter bei der Explosion eines Staubes im Gemisch mit Luft auftritt.

Bestimmungsverfahren

Zuverlässige Werte für diese Explosionskenngröße von Stäuben werden erhalten, wenn zu ihrer Ermittlung ein der Kugelform angenähertes Gefäß mit einem Volumen ³ 20 l verwendet wird. Den hier angegebenen Werten liegen Untersuchungen im 1-m³-Behälter und/oder in der 20-l-Kugel zu Grunde.

Im 1-m³-Behälter wird der zu untersuchende Staub in einen außerhalb des Explosionsgefäßes befindlichen Staubvorratsbehälter (V=5 l) gefüllt. Das Einblasen des Staubes in das Explosionsgefäß erfolgt in der Regel über ein an der Gefäßinnenwand entlanggeführtes halbkreisförmiges, perforiertes 3/4"-Rohr. Der Durchmesser der 20 bzw. 13 Bohrungen in der Rohrwandung beträgt 5 mm bzw. 6 mm. Druckluft unter einem Überdruck von 20 bar im Staubvorratsbehälter sorgt nach Öffnen eines sprengkapsel- oder elektropneumatisch-betätigten Ventils für ein genügend rasches Ausbringen des Staubes und ein gutes Verwirbeln innerhalb des Explosionsgefäßes, sodass zum Zeitpunkt der Zündung ein hinreichend homogenes Staub/Luft-Gemisch definierter Konzentration im Explosionsgefäß vorliegt.

Die Zündverzögerungszeit, d.h. die Zeit zwischen Einleiten des Staubeinblasens und Auslösen der Zündquelle, ist ein willkürliches Maß für den im Augenblick der Zündung vorhandenen Turbulenzgrad. Turbulenz ist einerseits notwendig, um den Staub in Schwebe zu halten, andererseits beeinflusst sie aber auch den Explosionsablauf. Mit abnehmender Zündverzögerungszeit nimmt die Turbulenz zu, und die Werte für den maximalen zeitlichen Druckanstieg und den maximalen Explosionsdruck erhöhen sich. Dabei strebt dieser einem Höchstwert zu, der etwa dann erreicht wird, wenn der zu untersuchende Staub aus dem Vorratsbehälter gerade vollständig ausgetragen worden ist. Die entsprechende Zündverzögerungszeit beträgt 0,6 s. Allen Untersuchungen wird daher vereinbarungsgemäß eine Zündverzögerungszeit von 0,6 s zu Grunde gelegt.

Entzündet wird das Staub/Luft-Gemisch im Zentrum des Explosionsgefäßes. Als Zündquelle werden grundsätzlich zwei chemische Zünder mit einer Gesamtenergie von 10 000 J verwendet. Der Explosionsablauf wird über in die Gefäßwand eingesetzte Druckaufnehmer in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet.

Im Verlauf einer Versuchsreihe werden die Staubkonzentration über einen weiten Bereich verändert und die jeweiligen Werte für den Explosionsdruck der Reaktionen bestimmt. Ausgehend von einer Staubkonzentration von 500 g·m^-3 wird in Schritten von 250 g·m^-3 die Konzentration so lange erhöht bzw. durch jeweiliges Halbieren so lange verringert, bis die Höchstwerte für den Druck eindeutig erfasst sind.

Bei der 20-l-Kugel entsprechen sowohl das Untersuchungsverfahren als auch der Aufbau der Apparatur im Prinzip dem 1-m³-Behälter. Die Randbedingungen sind so festgelegt, dass im Rahmen der Messgenauigkeit vergleichbare Werte wie im 1-m³-Behälter erhalten werden.

Neben der Behältergröße sind die wichtigsten Unterschiede darin zu sehen, dass das Explosionsgefäß vor dem eigentlichen Versuchsablauf teilweise evakuiert werden muss (damit nach dem Einblasen des Staubes im Explosionsgefäß Atmosphärendruck vorliegt) und dass die Zündverzögerungszeit nur 0,06 s beträgt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Untersuchungen über den weiten Konzentrationsbereich in drei Versuchsreihen erfolgen. Der maximale Explosionsdruck wird durch Mittelwertbildung aus den in jeder Versuchsreihe gemessenen Maximalwerten errechnet.

Als Zündquelle werden, wie im 1-m³-Behälter, jeweils zwei chemische Zünder mit einer Gesamtenergie von 10 000 J eingesetzt.

Anmerkungen zu den angegebenen Werten

Für das Auslegen von Behälterfestigkeiten ist es in der Praxis üblich, mit Überdrücken zu arbeiten. Insbesondere aus diesem Grund wird der maximale Explosionsüberdruck p_max ausgewiesen.

Die Angabe "k.E." (kein Entzünden) sagt aus, dass der jeweilige Staub in dem untersuchten Zustand nicht explosionsfähig ist. Ein Verallgemeinern dieser Aussage insbesondere auf feineren oder trockeneren Staub ist nicht zulässig.

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