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Explosionsdruckentlastung

Wie Entlastungsventile die Gefahr von Staubexplosionen mindern

| Autor/ Redakteur: Dipl. Ing. Matthias Göpfert / Tobias Hüser

Die Folgen von Staubexplosionen können verheerend sein. Als letzte Versicherung gegen Überdrücke in Anlagen schützen Entlastungsventile nicht nur Maschinen vor Produktionsausfällen, sondern auch Menschenleben. Wie Sie eine flammenlose Explosionsdruckentlastung richtig auslegen, lesen Sie in diesem Beitrag.

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Der Vorteil einer flammenlosen Entlastungseinrichtung liegt auch darin, dass die Anlagen im Inneren einer Betriebshalle angeordnet werden können.
Der Vorteil einer flammenlosen Entlastungseinrichtung liegt auch darin, dass die Anlagen im Inneren einer Betriebshalle angeordnet werden können.
(Bild: Hoerbiger)

In Behältern, Silos, Förder- und Abfüllanlagen – kurz gesagt überall dort, wo staubförmige Medien gefördert und gelagert werden, kann es jeden Augenblick zu gefährlichen Explosionen kommen. Der konstruktive Ex-Schutz hat daher das zentrale Ziel, Anlagenteile so auszuführen, dass es zu keiner Gefährdung für Mensch und Anlage kommt. Das gilt vor allem für zwangsläufig auftretende Explosionen während des Produktionsprozesses.

Aber gerade die Gefahr von Staubexplosionen lässt sich nicht immer ausschließen.Daher bietet es sich an, die Schutzmaßnahme der Explosionsdruckentlastung durch einfache mechanische Systeme zu realisieren. Der niedrige Komplexitätsgrad trägt entscheidend dazu bei, dass Entlastungsventile praktisch als letzte Versicherung fungieren. Damit lassen sich auftretende Überdrücke im Explosionsfall auf beherrschbare Werte begrenzen. Hierzu werden am Behälter Entlastungsöffnungen angebracht, die bei einem definierten Ansprechdruck öffnen und so der entstehende Überdruck abgebaut werden kann.

Der exemplarische Weg bei der Auslegung einer solchen Schutzmaßnahme lässt sich am Beispiel der flammenlosen Explosionsdruckentlastung mit Hoerbiger-Entlastungsventilen an einem Filter darstellen. Im Betrieb kann sich im Filter eine explosionsfähige Atmosphäre des abgesaugten Staubes bilden. Kommt noch eine wirksame Zündquelle hinzu, ist die Explosion nicht mehr zu vermeiden. Um ein Entlastungsventil richtig zu dimensionieren, muss zunächst die erforderliche Entlastungsfläche bestimmt werden. Zudem sind die individuellen explosionstechnischen Kenngrößen des Staubes unbedingt erforderlich. Diese beschreiben die Dynamik einer Explosion mit einem spezifischen Material.

Die beiden Kennwerte KST und pmax werden mit Explosionsversuchen ermittelt. Der KSt-Wert, die Staubexplosionskonstante, repräsentiert den größten Anstieg dp/dtmax der Druckverlaufskurve (normiert auf 1 m³). Der Wert pmax ist der höchste erreichte Überdruck. Neben den Kenngrößen des Staubes sind die Abmessungen des zu schützenden Behälters erforderlich, die aus den Zeichnungen zu entnehmen sind. Daraus lässt sich das explosionsfähige Volumen berechnen. Ein entscheidender und für die präzise Dimensionierung erforderlicher Wert wird oft vernachlässigt – die Druckstoßfestigkeit. Diese erlaubt die Festlegung des maximal zulässigen Druckstoßes (predmax [barü]) dem das Gehäuse standhalten kann. Dieser Wert beeinflusst damit direkt die erforderliche Größe der Entlastungsöffnung.

Deshalb empfiehlt es sich schon frühzeitig die Explosionsdruckentlastung beim Anlagenentwurf einzuplanen. So lässt sich schon in der Planung eine gute Balance zwischen der erforderlichen mechanischen Stabilität des Gehäuses und der notwendigen Größe der Entlastungseinrichtung finden und ein Kostenoptimum erreichen. Um die Druckstoßfestigkeit und somit den maximal zulässigen Überdruck im Explosionsfall festzustellen, gibt es Simulationsmethoden auf Basis leistungsfähiger Rechenmodelle. Eine zweite Option sind Explosionsversuche am betreffenden Gehäuse.

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