Explosionsschutz
Ein Brand ist eine nicht bestimmungsgemäße Verbrennung, die sich selbstständig und unkontrolliert ausbreiten und zu einem Schaden führen kann. Brennbare Stoffe sind gasförmige, flüssige oder feste Stoffe, einschließlich Dämpfe, Nebel und Stäube, die im Gemisch oder im Kontakt mit Luft oder Sauerstoff zum Brennen angeregt werden können.
Die Voraussetzungen für alle Verbrennungsvorgänge ist in folgender Abbildung dargestellt:
Explosionen entstehen dann, wenn Gase im richtigen Mischungsverhältnis zur Luft stehen und ausreichend Zündenergie erhalten; darüber hinaus gibt es Explosionen von Flüssigkeiten oder Feststoffen, wenn diese feinst verteilt sind und ebenfalls die Mischungsverhältnisse stimmen sowie die Zündenergien ausreichen.
Alle Voraussetzungen müssen zur gleichen Zeit am gleichen Ort vorhanden sein.
Eine Beurteilung, ob Explosionsgefahr herrscht, d.h. die Klärung der Frage, ob gefährliche explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann, muss sich auf den Einzelfall beziehen. Explosionsgefahren können beim Umgang mit brennbaren bzw. oxidierbaren Stoffen auftreten, wenn diese Stoffe in feiner Verteilung als Gase, Dämpfe, Nebel (Flüssigkeitströpfchen bzw. Aerosole) oder Stäube (Feststoffteilchen bzw. Aerosole) vorliegen (Dispersionsgrad), ihre Konzentration im Gemisch mit Luft innerhalb bestimmter Grenzen liegt (Explosionsgrenzen) und die Gemischmenge gefahrdrohend ist (gefährliche explosionsfähige Atmosphäre).
Zur Einleitung einer Explosion muss eine wirksame Zündquelle vorhanden sein. Bei Explosionen treten Flammen, hohe Temperaturen und vielfach auch hohe Drücke bzw. Druckanstiegsgeschwindigkeiten auf. Hierbei können Personen verletzt, Gebäude oder Anlageteile zerstört sowie weitere brennbare Stoffe entzündet werden (Folgebrände).
Explosionen mit gefährlichen Auswirkungen können auftreten, wenn die folgenden vier Voraussetzungen gleichzeitig erfüllt sind:
- Hoher Dispersionsgrad der brennbaren Stoffe
- Konzentration der brennbaren Stoffe in Luft innerhalb ihrer Explosionsgrenzen
- Gefahrdrohende Menge explosionsfähiger Atmosphäre
- Wirksame Zündquelle
Dispersionsgrad
Der Dispersionsgrad von Nebeln oder Stäuben kann für das Zustandekommen einer Explosion bereits ausreichend sein, wenn die Tröpfchen- bzw. Teilchen- größe bei 1 mm liegt. Zahlreiche praktisch vorkommende Nebel, Aerosole und Stäube haben Teilchengrößen zwischen 0,1 und 0,001 mm. Bei Stoffen in gas- oder dampfförmigem Zustand ist ein ausreichender Dispersionsgrad naturgemäß gegeben.
Explosionsgrenzen
Wenn die Konzentration des ausreichend dispergierten brennbaren Stoffes in Luft einen Mindestwert (untere Explosionsgrenze) überschreitet, ist eine Explosion möglich. Eine solche kommt nicht mehr zustande, wenn die Konzentration einen maximalen Wert (obere Explosionsgrenze) überschritten hat.
Unter anderen als atmosphärischen Bedingungen ändern sich die Explosionsgrenzen. Der Konzentrationsbereich zwischen den Explosionsgrenzen erwei- tert sich z.B. in der Regel mit steigendem Druck und steigender Temperatur des Gemisches. Die oberen Explosionsgrenzen liegen bei Gemischen mit Sauerstoff wesentlich höher als bei Gemischen mit Luft. Einige chemisch instabile Stoffe haben unter bestimmten Bedingungen keine obere Explosionsgrenze, z.B. Acetylen und Ethylenoxid. Solche Stoffe können durch Zündung auch ohne Anwesenheit von Luft oder Sauerstoff zu exothermen Reaktionen angeregt werden.
Über einer brennbaren Flüssigkeit kann sich explosionsfähige Atmosphäre nur bilden, wenn die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche einen Mindestwert überschreitet
Für Stäube haben die Explosionsgrenzen nicht die gleiche Bedeutung wie für Gase und Dämpfe. Die Staubkonzentration kann durch Aufwirbelung von Ablagerungen oder durch Absetzen von aufgewirbeltem Staub stark verändert werden. Es ist z.B. möglich, dass durch Aufwirbeln von Staub explosionsfähige Atmosphäre entsteht. Andererseits kann durch Absetzen eines Teiles des aufgewirbelten Staubes, dessen Konzentration zunächst oberhalb der oberen Explosionsgrenze lag, ebenfalls eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen. So ist in Gegenwart abgelagerter brennbarer Stäube stets mit Explosionsgefahr zu rechnen.
Gefahrdrohende Menge
Bereits 10 Liter explosionsfähige Atmosphäre als zusammenhängende Menge müssen in geschlossenen Räumen unabhängig von der Raumgröße in der Regel als gefahrdrohend angesehen werden.
Wirksame Zündquelle
Zündquellen werden in ihrer Wirkung häufig unterschätzt oder nicht erkannt. Ihre Wirksamkeit, d.h. die Fähigkeit explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden, hängt u.a. von der Energie der Zündquelle und von den Eigenschaften der explosionsfähigen Atmosphäre ab. Eine große Anzahl verschiedener, auch nichtelektrischer Zündquellen wird im Abschnitt E 2.3 beschrieben. Unter anderen als atmosphärischen Bedingungen ändern sich die für die Entzündung maßgebenden Eigenschaften der explosionsfähigen Gemische, z.B. wird die Mindestzündenergie von Gemischen mit erhöhtem Sauerstoffgehalt um Zehnerpotenzen verringert.