Explosionskenngrößen
Definition:
Wichtige Kenngrößen im Zusammenhang mit Staubexplosionen sind die bei der Explosion eines Staub/Luft-Gemisches in geschlossenem Behälter bei optimaler Konzentration gemessenen Werte für
- den maximal auftretenden Druck pmax (maximaler Explosionsdruck),
- den maximalen zeitlichen Druckanstieg (dp dt–1)max.
Sie beschreiben den Reaktionsverlauf einer Explosion.
Prüfverfahren: EN 14034-1/2
Als Versuchseinrichtungen werden in erster Linie die 20-L-Kugel bzw. auch der 1 m³-Behälter eingesetzt (siehe auch Staubexplosionsfähigkeit).
Das eingebrachte Staub/Luft-Gemisch im Zentrum des Explosionsgefäßes wird in beiden Apparaturen durch pyrotechnische Zünder mit einer Gesamtenergie von 10 000 J. Der Explosionsablauf wird über Druckaufnehmer in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet.
Bewertung:
Im Verlauf einer Versuchsreihe werden die Staubkonzentrationen über einen weiten Bereich verändert bis die Höchstwerte für den maximalen Explosionsdruck und den zeitlichen Druckanstieg eindeutig erfasst sind. Als Entzündung wird im 1-m3-Behälter ein Druckaufbau von ≥ 0,3 bar über dem prüfverfahrensspezifischen Ausgangsdruck gewertet, in der 20-l-Kugel ein Druckaufbau von ≥ 0,5 bar.
Bei der Auslegung konstruktiver Schutzmaßnahmen sind die betrieblichen Rahmenbedingungen sowie die Temperaturabhängigkeit des maximalen Explosionsdruckes und des maximalen zeitlichen Druckanstieges zu berücksichtigen.
Der maximale zeitliche Druckanstieg ist volumenabhängig; das Produkt aus dem maximalen zeitlichen Druckanstieg und der dritten Wurzel des betreffenden Volumens ist konstant (kubisches Gesetz):
(dp dt–1)max x·V1/3 = konst. = KSt
Der KSt-Wert ist somit der auf ein Volumen von 1 m3 bezogene maximale zeitliche Druckanstieg. Eine Übertragung des KSt-Wertes auf verschiedene Apparategrößen ist streng genommen nur bei ähnlichen Geometrien möglich.
| Explosionsklassen nach KSt-Wert für brennbare Stäube | |
| KSt-Wert | Staubexplosionsklasse |
| Bis 200 bar m s–1 | St 1 |
| Über 200 bis 300 bar m s–1 | St 2 |
| Über 300 bar m s–1 | St 3 |
Die Staubexplosionsklasse ist kein Kriterium für die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Staubexplosion oder die Wirkung einer Staubexplosion in einer Betriebsanlage (alle Explosionen sind mit teilweise erheblichen Schäden verbunden), sondern nur ein Hinweis, welches Schutzkonzept im Zusammenhang mit Staubexplosionen verfolgt werden kann bzw. wie Maßnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes auszulegen sind.
Sicherheitstechnische Relevanz:
Der maximale Explosionsdruck und der maximale zeitliche Druckanstieg werden zur Auslegung der konstruktiven Schutzmaßnahmen „Explosionsfeste Bauweise“, „Explosionsdruckentlastung“ bzw. „Explosionsunterdrückung“ benötigt
| Schutzmaßnahmen | Zu beachtende Kenngrößen |
| Explosionsfeste Bauweise | Maximaler Explosionsüberdruck |
| Explosionsdruckentlastung | Maximaler Explosionsüberdruck, KSt-Wert |
| Explosionsunterdrückung |