Fortschritte in der Explosionsschutz-Technik

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Detektion

Die erste Stufe in jedem aktiven Explosionsschutz-System ist die Detektion. Während viele der Verbesserungen auf dem Zusammenspiel von Detektion und Steuerung beruhen, beginnt der Prozess doch mit dem Detektor. Beim Start einer Deflagration entstehen Druck und Strahlung, und die Erkennung einer dieser Parameter kann als Indikator für eine drohende Explosion genutzt werden. Standard war bisher die Druckmessung, doch die Verwendung optischer Überwachungsverfahren nimmt stark zu, wie weiter unten diskutiert. Ursprünglich wurde ein Instrument ähnlich einem mechanischen Schalter genutzt. Im Endeffekt war es aber zu langsam, gab keine Informationen und war eher unzuverlässig und instabil.

Der größte Fortschritt war der Ersatz der mechanischen Schalter durch aktive Übertrager: Geräte, die kontinuierlich mechanische Beanspruchung (Druck) in elektrische Spannung (das Ausgangssignal) wandeln. Diese Elemente werden oft als Analogaufnehmer bezeichnet und bestehen im Allgemeinen aus einer dünnen Metall- oder Keramikmembran, die in direktem Kontakt mit dem Prozess ist. Kleine Druckänderungen an der Membrane erzeugten Bewegungen, die dann zu einer Änderung des Widerstandes (Metallfolie) oder der Kapazität (Keramikmembran) führten. Das Ergebnis ist ein kontinuierliches Ausgangssignal, proportional zur Druckbelastung der Membran.

Detektion bietet neue Möglichkeiten

Kombiniert man die Druckmessung mit optischer Erkennung ergeben sich mehrere Vorteile: Die Detektion der Ausstrahlung eines Funkens auf der einen Seite und einer Flammenfront auf der anderen bietet Möglichkeiten, die mit reiner Druckmessung oftmals nicht erfasst werden konnten. Funken an sich tragen nicht zur Druckerhöhung bei und würden nicht entdeckt.

Der Vorteil der optischen Erkennung ist gleichzeitig auch ihr größtes Problem: Sie reagiert auf alle optischen Impulse. Das bedingt, dass das System von jeder äußeren Beeinflussung isoliert wird oder aber zwischen der Strahlung eines Funkens und dem aus der Umgebung unterscheiden können müsste. Die heutzutage meist verwendeten Sensoren arbeiten im NIR- oder IR-Bereich und benötigen deshalb die Abschirmung.

Hauptvorteil ist die Fähigkeit, auch geringfügige Strahlung, z.B. eines Funkens zu messen sowie eine Flammenfront eher zu erkennen als ein Drucksensor. Den Vorteil dieser zweiten Eigenschaft demonstriert folgen-des Beispiel: Eine Deflagration, die in einem geschlossenen großen Behälter mit relativ kleinem K_st-Wert beginnt, benötigt eine gewisse Zeit, um einen messbaren Druckanstieg zu erzeugen. Erfolgt die Zündung kurz vor einer Überleitung, wird sich die Flammenfront in der Leitung fortbewegen. Wenn die Druckerkennung langsam ist, kann sich die Front beschleunigen und entweder die nächste Prozessstufe oder aber sehr hohe Geschwindigkeiten bis zum Übergang zur Explosion erreichen. Ein optischer Sensor an der Überleitung würde die Flamme sofort erkennen und für die Abschottung sorgen.

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