Grundlagen des Explosionsschutzes

Grundlagen des Explosionsschutzes

Das Explosionsdreieck

Drei Voraussetzungen müssen gleichzeitig erfüllt sein, damit es zu einer Explosion kommt:

  1. Brennstoff — brennbares Gas, Dampf, Nebel oder brennbarer Staub
  2. Oxidationsmittel — Sauerstoff in der Luft (≥21 % O₂)
  3. Zündquelle — ausreichend Energie, um das Gemisch zu entzünden

Entfernt man auch nur eine dieser drei Voraussetzungen, passiert nichts. Jede Schutzstrategie funktioniert, indem mindestens eine Seite dieses Dreiecks beseitigt wird.

Was ist eine explosionsfähige Atmosphäre?

Ein Gemisch aus Luft und brennbarem Material (Gas, Dampf, Nebel oder Staub), das gezündet werden kann. Die Konzentration muss zwischen zwei Grenzen liegen:

Zwischen UEG und OEG befindet sich das Gemisch im explosionsfähigen Bereich.

Beispiele für UEG/OEG

StoffUEG (Vol.-%)OEG (Vol.-%)
Methan4,417,0
Propan1,710,9
Wasserstoff4,077,0
Acetylen2,3100,0
Ethanoldampf3,127,7

Wasserstoff sticht hier hervor. Der Bereich von 4–77 % ist enorm im Vergleich zu allen anderen Stoffen, weshalb er eine eigene Gasgruppe (IIC) erhält.

Arten gefährlicher Stoffe

Gase und Dämpfe

Brennbare Gase (Methan, Wasserstoff, Propan) und Dämpfe brennbarer Flüssigkeiten (Benzin, Lösemittel, Alkohole). Eingeteilt in Gasgruppen (IIA, IIB, IIC) nach ihren Zündeigenschaften.

Nebel

Feine Tröpfchen brennbarer Flüssigkeiten. Das Tückische: Ein Nebel kann eine explosionsfähige Atmosphäre bilden, selbst wenn die Flüssigkeit unter ihrem Flammpunkt liegt. Dies wird bei Gefährdungsbeurteilungen häufiger übersehen als es sollte.

Stäube

Brennbare Stäube aus organischen Materialien (Getreide, Zucker, Holz, Kohle), Metallen (Aluminium, Magnesium) und synthetischen Materialien (Kunststoffe, Pharmazeutika). Eingeteilt in Staubgruppen (IIIA, IIIB, IIIC).

Die Partikel müssen fein genug sein, um in der Luft zu schweben (unter ~500 μm). Was oft vergessen wird: Eine Staubschicht auf einer heißen Oberfläche kann sich bei niedrigerer Temperatur entzünden als derselbe Staub als Wolke.

Zündquellen

IEC/EN 60079-0 und EN 1127-1 identifizieren 13 potenzielle Zündquellen:

  1. Heiße Oberflächen
  2. Flammen und heiße Gase
  3. Mechanisch erzeugte Funken
  4. Elektrische Betriebsmittel (Funken, Lichtbögen)
  5. Vagabundierende elektrische Ströme, kathodischer Korrosionsschutz
  6. Statische Elektrizität
  7. Blitzschlag
  8. Elektromagnetische Felder (HF, 9 kHz – 300 GHz)
  9. Elektromagnetische Strahlung (optischer Bereich, 300 GHz – 3×10⁶ GHz)
  10. Ionisierende Strahlung
  11. Ultraschall
  12. Adiabatische Kompression, Stoßwellen
  13. Exotherme Reaktionen (einschließlich Selbstentzündung von Stäuben)

Ziel ist es, zu verhindern, dass eine dieser Quellen „wirksam" wird — also genügend Energie besitzt, um das vorhandene Gemisch zu entzünden.

Die drei Schutzprinzipien

Die Rangfolge ist wichtig:

1. Primärer Schutz — Bildung verhindern

Die explosionsfähige Atmosphäre soll gar nicht erst entstehen:

  • Substitution (nicht brennbare Materialien verwenden)
  • Belüftung (unter die UEG verdünnen)
  • Inertisierung (Sauerstoff durch Stickstoff oder CO₂ ersetzen)
  • Konzentrationsüberwachung mit automatischer Abschaltung

2. Sekundärer Schutz — Zündung verhindern

Annahme: Die explosionsfähige Atmosphäre wird sich bilden; Zündquellen vermeiden:

  • Zertifizierte Ex-Geräte verwenden (siehe Schutzarten)
  • Korrekte Zoneneinteilung, um Geräte dem Risiko anzupassen
  • Erdung und Potenzialausgleich zur Vermeidung statischer Entladung
  • Heißarbeitserlaubnis und Verfahren

3. Tertiärer Schutz — Auswirkungen begrenzen

Annahme: Eine Zündung tritt auf; die Explosion eindämmen und abschwächen:

  • Explosionsfeste Bauweise
  • Explosionsdruckentlastung
  • Explosionsunterdrückungssysteme
  • Explosionsentkopplung (Flammensperren, schnell wirkende Ventile)

Wichtige Begriffe

BegriffDefinition
ExAbkürzung für Explosionsschutz
ATEXAus dem Französischen „ATmosphères EXplosibles" — EU-Richtlinienrahmen
IECExInternationales System der IEC für Ex-Zertifizierung
Explosionsgefährdeter BereichOrt, an dem eine explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann
ZoneEinteilung des gefährdeten Bereichs nach Wahrscheinlichkeit
EPLGeräteschutzniveau — Ga, Gb, Gc, Da, Db, Dc
SchutzartTechnisches Verfahren zur Zündvermeidung (Ex d, Ex e, Ex i usw.)
GasgruppeEinteilung der Gase nach Zündeigenschaften (IIA, IIB, IIC)
TemperaturklasseMaximale Oberflächentemperatur des Geräts (T1–T6)
Benannte StelleVon der EU benannte Organisation zur Zertifizierung von ATEX-Geräten
ExCBIECEx-Zertifizierungsstelle
ExTLIECEx-Prüflabor