Physikalische Grundlagen und Definitionen

Unter einer Explosion versteht man die schlagartig verlaufende chemische Reaktion eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff unter Freisetzung hoher Energie. Brennbare Stoffe können in Form von Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben vorliegen. Eine Explosion kann nur ablaufen, wenn drei Faktoren zusammenkommen:

1. Brennbarer Stoff (in entsprechender Verteilung und Konzentration)
2. Sauerstoff (aus der Luft)
3. Zündquelle

Eine Explosion kann nur ablaufen, wenn diese drei Faktoren zusammenkommen

Für sicherheitstechnische Betrachtungen sind bestimmte Kenngrößen dieser Stoffe zu beachten. Der Flammpunkt gibt für brennbare Flüssigkeiten die niedrigste Temperatur an, bei der sich über dem Flüssigkeitsspiegel ein durch Fremdentzündung entflammbares Dampf-Luft-Gemisch bildet (bei normalem Luftdruck). Liegt der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit deutlich über den maximal auftretenden Temperaturen, kann sich keine explosionsfähige Atmosphäre bilden. Der Flammpunkt einer Mischung verschiedener Flüssigkeiten kann tiefer liegen als der der einzelnen Komponenten. In der Gefahrstoffverordnung bzw. Betriebssicherheitsverordnung dient der Flammpunkt einer Flüssigkeit neben ihrem Siedepunkt der Klassifikation von Flüssigkeiten in hochentzündliche, leicht entzündliche und entzündliche Flüssigkeiten.

Klassifikation von brennbaren Flüssigkeiten:

Um eine explosionsfähige Atmosphäre zu bilden, muss der brennbare Stoff in einem bestimmten Konzentrationsbereich vorliegen.

Explosionsgrenzen

Bei zu hoher Konzentration (fettes Gemisch) und bei zu geringer Konzentration (mageres Gemisch) findet keine Explosion, sondern nur eine stationäre oder keine Verbrennungsreaktion statt. Nur im Bereich zwischen der oberen und der unteren Explosionsgrenze reagiert das Gemisch bei Zündung explosionsartig. Die Explosionsgrenzen hängen vom Umgebungsdruck und vom Sauerstoffanteil der Luft ab.

Explosionsgrenzen ausgewählter Gase und Dämpfe:

Auszug aus den Tabellenwerken »Sicherheitstechnische Kenngrößen, Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase« von E. Brandes und W. Möller sowie von K. Nabert und G. Schön – (6. Nachtrag)

Je nach Geschwindigkeit der abgelaufenen Verbrennung spricht man von Deflagration, Explosion oder Detonation. Eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre liegt vor, wenn bei einer Zündung Gefahr für Menschen oder Sachgüter gegeben ist. Eine explosionsfähige Atmosphäre von wenigen Litern kann in einem geschlossenen Raum schon gefährlich sein.

Zündquelle

Eine Zündung explosionsfähiger Atmosphäre kann durch unterschiedliche Zündquellen erfolgen:

• Heiße Oberflächen
• Flammen und heiße Gase
• Mechanisch erzeugte Funken
• Elektrische Anlagen
• Elektrische Ausgleichsströme, kathodischer Korrosionsschutz
• Statische Elektrizität
• Blitzschlag
• Elektromagnetische Wellen (Hochfrequenz)
• Optische Strahlung
• Ionisierende Strahlung
• Ultraschall
• Adiabatische Kompression und Stoßwellen
• Exotherme Reaktionen

Vermeidung von explosionsfähiger Atmosphäre (Primärer Explosionsschutz)

Unter primärem Explosionsschutz versteht man alle Maßnahmen, die verhindern, dass eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre entsteht.

Dies kann erfolgen durch:

• Vermeidung brennbarer Stoffe (Ersatztechnologien)
• Inertisierung (Zugabe von Stickstoff, Kohlendioxid usw.)
• Begrenzung der Konzentration durch natürliche oder technische Belüftung

Verhinderung der Zündung explosionsfähiger Atmosphären

Wenn Explosionsgefahren durch Maßnahmen zum Verhindern der Bildung explosionsfähiger Atmosphären gar nicht oder nur unvollständig auszuschließen sind, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die eine Zündung explosionsfähiger Atmosphäre verhindern.

Das erforderliche Sicherheitsniveau dieser Maßnahmen ist abhängig vom möglichen Gefährdungspotential am Einsatzort. Explosionsgefährdete Bereiche werden deshalb nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in Gefahrenzonen eingeteilt.

In den USA und in einigen weiteren Staaten existiert eine Einteilung in Classes und Divisions. Für die so definierten Bereiche werden Anforderungen an die dort zulässigen Betriebsmittel gestellt und es wird festgelegt, wie die Einhaltung dieser Anforderungen nachzuweisen ist.

Beschränkung der Explosionsauswirkung (Konstruktiver Explosionsschutz)

Kann das Auftreten gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre nicht sicher vermieden werden und ist auch deren Zündung nicht auszuschließen, sind Maßnahmen vorzusehen, die die Auswirkungen einer Explosion auf ein ungefährliches Maß einschränken z.B. durch:

• Druckfeste Bauweise
• Druckentlastungs- und Druckausgleichseinrichtungen
• Explosionsunterdrückung durch Löscheinrichtungen

Das Prinzip des integrierten Explosionsschutzes fordert, dass die Explosionsschutzmaßnahmen in einer bestimmten Reihenfolge zu treffen sind.

Explosionsschutzmaßnahmen