Einstieg in den Explosionsschutz
Bei Tätigkeiten mit brennbaren Stoffen muss die Gefährdung durch einen Brand oder einer Explosion beurteilt werden. Als brennbar gelten alle Stoffe, die nach ihrer Entzündung in Reaktion mit (Luft-)Sauerstoff (und weiteren oder anderen sogenannten Oxidationsmitteln) verbrennen können. Sie kommen in festem, flüssigem und gasförmigem Zustand vor.
Brandentstehung
Für die Entstehung eines Brandes müssen bekanntlich drei Voraussetzungen gleichzeitig gegeben sein (siehe Abbildung 1).
Bei einer Verbrennung findet eine chemische Reaktion zwischen (Luft-)Sauerstoff und dem brennbaren Stoff statt. Ohne (Luft-)Sauerstoff kann es nicht zur Reaktion und somit nicht zur Verbrennung kommen. Mit einem Sauerstoffanteil von 20,9 % ist in der natürlichen Atemluft ausreichend Sauerstoff enthalten, um eine Verbrennung aufrechtzuerhalten.
Die Entzündbarkeit und die Verbrennungsgeschwindigkeit fester, brennbarer Stoffe hängen mit der Oberfläche zusammen, die mit (Luft-)Sauerstoff in Kontakt kommen kann. Eine große Oberfläche (hoher Zerteilungsgrad) begünstigt somit das Entzünden. So kann zum Beispiel ein Holzstock mit einem Feuerzeug nur schwer entzünden werden, Holzwolle hingegen sehr leicht.
Entstehung einer Explosion
Je höher der Zerteilungsgrad eines festen, brennbaren Stoffs ist, desto höher ist das Risiko einer Explosion. Denn eine Explosion im Sinne des Explosionsschutzes ist eine sehr schnell ablaufende Verbrennung (siehe www.exinfo.de). Dieser schnelle Reaktionsablauf erzeugt einen Druck- und Temperaturanstieg. Voraussetzung für eine Explosion ist, dass der brennbare Stoff und der (Luft-)Sauerstoff (oder ein anderes Oxidationsmittel) nicht wie bei einem Brand nebeneinander, sondern gut durchmischt vorliegen. Dies ist bei Gasen, Dämpfen und Nebeln meist der Fall. Feststoffe hingegen müssen als Stäube mit entsprechend geringer Korngröße vorliegen und aufgewirbelt werden.
Für die Entstehung einer Explosion müssen also vier Voraussetzungen gleichzeitig gegeben sein (s. Abb. 2):
1. Brennbarer Stoff (Feststoffe staubförmig)
2. (Luft-)Sauerstoff (oder ein anderes Oxidationsmittel)
3. Durchmischung im richtigen Mischungsverhältnis
4. Wirksame Zündquelle
Das Video „Explosionsschutz – Einführung“ der BG RCI Gefahrstoffvideos erläutert den Gefahrentetraeder und das Prinzip der Gefährdungsbeurteilung im Explosionsschutz näher.
Explosionsschutz Einführung
Explosionsfähiges Gemisch und explosionsfähige Atmosphäre
Liegen die Bedingungen 1 bis 3 vor, spricht man allgemein von einem „explosionsfähigen Gemisch“. Unter folgenden Bedingungen wird das Gemisch als „explosionsfähige Atmosphäre“ bezeichnet:
•brennbarer Stoff und Luft,
•atmosphärische Bedingungen (Umgebungstemperatur von –20 °C bis +60 °C und Luftdruck von 0,8 bis 1,1 bar)
Von einem gefährlichen explosionsfähigen Gemisch (g. e. G.) bzw. einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre (g. e. A.) spricht man, wenn eine sogenannte gefahrdrohende Menge vorliegt. Diese ist definiert als ein Volumen des Gemischs von mehr als 10 Litern, bzw. größer als 1/10.000 des Rauminhaltes oder als eine durch das Gemisch in unmittelbarer Nähe von Menschen.
Zur weiteren grundlegenden Erläuterung der Prinzipien des Explosionsschutzes wird im weiteren Verlauf der Fokus auf die gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gelegt.
Sicherheitstechnische Kenngrößen
Bei brennbaren Flüssigkeiten ist zu beachten, dass nicht die Flüssigkeit selbst, sondern nur ihre Dämpfe brennen. Diese bilden sich über der Flüssigkeitsoberfläche. Die Dämpfe können sich ausbreiten und eine Zündquelle finden. Eine wichtige Kenngröße ist der Flammpunkt. Dieser gibt die unter genormten Versuchsbedingungen ermittelte, niedrigste Temperatur an, bei der eine brennbare Flüssigkeit genügend Dämpfe entwickelt, die sich über der Flüssigkeitsoberfläche entzünden lassen.
Weitere wichtige Kenngrößen zur näheren Analyse der Eigenschaften der brennbaren Stoffe sind:
• die Explosionsgrenzen, die die untere und obere Konzentrationsgrenze einer Mischung aus brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben mit Luft angeben. Diese Mischung kann bei Kontakt mit einer wirksamen Zündquelle explodieren,
• die Zündtemperatur (bei Gasen und Dämpfen) oder Mindestzündtemperatur (bei Stäuben) und
• die Mindestzündenergie.
Nähere Informationen zu diesen und weiteren wichtigen sicherheitstechnischen Kenngrößen finden Sie im KB 028-1 „Brand- und Explosionsgefahren“ der BG RCI sowie im BG RCI Podcast „Unter Druck“ Folge 24 „Explosionsschutz“, mit Dr. Oswald Losert. Neben den sicherheitstechnischen Kenngrößen werden auch weitere wichtige Begriffe des Explosionsschutzes besprochen. In der Folge 25 „Staubexplosion“ geht es speziell um das Thema Staub.
Es gibt verschiedene kostenfreie Datenbanken mit sicherheitstechnischen Kenngrößen. Umfangreiche Stoffdaten – unter anderem aus dem Gefahrstoffinformationssystem der BG RCI (GisChem) – sowie weitere spezialisierte Verzeichnisse sind im Bereich „Brenn- und Explosionskenngrößen“ auf www.exinfo.de gebündelt zu finden.
Vorgehen zur Beurteilung der Explosionsgefährdungen
Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung ist die Beurteilung der Explosionsgefährdung vorzunehmen. Die entsprechende Vorgehensweise wird in der TRGS 720 konkretisiert.
Sind brennbare Stoffe vorhanden und kann sich eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre bilden, sind Schutzmaßnahmen folgender Rangfolge festzulegen:
1.Verhindern der Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre,
2.Vermeiden der Entzündung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre und
3.Beschränken der Ausbreitung beziehungsweise der Auswirkungen einer Explosion.
Der genaue Ablauf der Gefährdungsbeurteilung ist in der TRGS 720 dargestellt. Im KB 028-2 „Rechtlicher Wegweiser im Explosionsschutz“ der BG RCI werden die jeweiligen Schritte erläutert und es werden Verweise auf die jeweiligen konkretisierenden Regelungen gegeben.
Verhindern der Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre – Gaswarneinrichtungen und -geräte
Die Bildung einer g. e. A. kann beispielsweise durch technische Lüftungsmaßnahmen oder Inertisierung verhindert werden. Gaswarneinrichtungen und -geräte für brennbare Gase können ein Hilfsmittel zur Detektion sein und Warnungen ausgeben, um so spezifische Sicherheitsmaßnahmen, wie Lüftungsmaßnahmen einzuleiten. Weitere Informationen finden Sie auf www.exinfo.de im Bereich Gaswarneinrichtungen und Gaswarngeräte sowie im Merkblatt T 023 der BG RCI, das es auch in englischer Sprache (T 023e) gibt.
Lernangebote der SUVA zum Explosionsschutz:
Die SUVA bietet auf ihrer Website viele gut verständlich dargestellte Informationen zum Explosionsschutz. So auch eine Reihe von Videos rund um das Thema.
Hier geht's zur Website der SUVA.
