Experimentelle Untersuchungen zum Staubexplosionsrisiko an Mischern

Status:

abgeschlossen 10/2006

Zielsetzung:

Ziel des Vorhabens ist es zu ermitteln, ob mit explosionsfähigen Stäuben befüllte Pflugscharmischer bei Befüllungsgraden von 70 Vol.-% bzw. 50 Vol.-% explosionssicher betrieben werden können. Hierbei soll ein hohes Zündinitial von 10 kJ chemischen Zündern zur Verfügung gestellt werden. Bei Nichtzündung der Staub/Luft-Gemische im laufenden Mischer kann unterstellt werden, dass unter den vorliegenden Bedingungen (hohe Konzentration und Turbulenz) keine explosionsfähige Atmosphäre vorliegt, sodass das Beispiel "Mischer" unter Nr. 3.3.5 Spalte 3 d in der EX-RL-Beispielsammlung auch weiterhin Gültigkeit hat.

Aktivitäten/Methoden:

Versuchsaufbau: Im Rahmen der Versuche wurde ein 300 l Pflugscharmischer mit folgender Messtechnik ausgestattet:

- Zwei Druckaufnehmer
- Zwei Temperaturaufnehmer

Diese dienten der kontinuierlichen Aufzeichnung des Druckes und der Temperatur während der Versuche. Die Einfüllöffnung des Mischers wurde mit einer PE-Folie als Berstfolie verschlossen. Die Versuche wurden an sechs festgelegten Zündorten durchgeführt. Vier Zündorte befanden sich oberhalb und zwei Zündorte unterhalb der Welle. Nach einer Entzündung des Staub/Luft-Gemisches wurde der Mischer mit einer neuen Berstfolie versehen, ggf. neu befüllt und mit neuen Zündern bestückt. Bei der Entleerung wurde visuell geprüft, dass sich das Produkt durch die Zündungen nicht verändert hat. Der Füllgrad betrug bei allen Versuchen 70 %. Der Versuchsablauf wurde per Videokamera aufgezeichnet. Eingesetzte Stäube: Um ein möglichst breites Spektrum an unterschiedlichen Stäuben für die verschiedenen, relevanten Branchen abzudecken, wurden die Versuche mit folgenden Stäuben durchgeführt:

- Antioxidant
- Maisstärke
- Braunkohle

Ergebnisse:

Die Versuche haben gezeigt, dass bei den festgelegten Versuchsbedingungen bei allen drei Stäuben eine Entzündung des Staub/Luft-Gemisches ausgelöst wurde. Die Entzündungen der Staub/Luft-Gemische erfolgten ausschließlich oberhalb der Welle. An den beiden Zündorten unterhalb der Welle erfolgte bei jeweils fünf Zündversuchen mit allen drei Stäuben keine Entzündung. Es ist anzunehmen, dass die Konzentrationsverteilung im Mischer nicht homogen ist. Oberhalb der Welle liegen die Konzentrationen der Staub/Luft-Gemische innerhalb der Explosionsgrenzen und lassen sich entzünden. Unterhalb der Welle ist die Staubkonzentration wahrscheinlich so hoch, dass das Staub/Luft-Gemisch nicht explosionsfähig ist. Bezogen auf den untersuchten Mischer wird deutlich, dass oberhalb der Welle explosionsfähige Gemische auftreten, sodass zumindest bei der geprüften Konstellation nicht davon ausgegangen werden kann, dass die Konzentration im Mischer mit 70 % Befüllgrad im Mischbetrieb an jeder Stelle oberhalb der oberen Explosionsgrenze liegt. Die Versuchsergebnisse klären nicht, ob diese Entzündungen auch bei niedrigeren Zündenergien auftreten, wie sie beispielsweise durch heiße Oberflächen dargestellt werden können. Durch entsprechende weitere Untersuchungen könnte eine Bewertung darüber, inwieweit bei bestehenden Anlagen mit derartigen Mischern tatsächlich eine höhere Gefährdung vorhanden ist, ermöglicht werden. Somit kann erst nach weiteren Untersuchungen beurteilt werden, ob und inwieweit die EX-RL Beispielsammlung unter Nr. 3.3.5 Spalte 3 d zu hinterfragen und zu ändern ist.
Da die ersten Versuche mit einem Befüllungsgrad von 70 Vol.-% zu Entzündungen des Staub/Luft-Gemisches geführt haben, ist davon auszugehen, dass bei einem Befüllgrad von 50 % bei ansonsten gleichen Betriebsparametern die Wahrscheinlichkeit einer Entzündung an den festgelegten Zündorten eher noch zunimmt. Daher sind bei diesem Befüllgrad keine weiteren Versuche durchgeführt worden.

Stand: