Ex.CE.L Unternehmensberatung und Arbeitsschutz
Ingenieur- und Sachverständigenbüro
Dipl.-Ing. (mult.) Mario Kräft

Leitender Sicherheitsingenieur
Beratender Ingenieur
Sachverständiger für Explosionsschutz

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Explosionssicherungen

Ausgehend vom jeweils verfahrens- bzw. sicherheitstechnischen Schutzziel werden Explosionssicherungen in Volumen-, Rohrleitungs- und Endarmaturen unterteilt. Das heißt jedoch nicht, dass im Einzelfall eine Rohrleitungsarmatur den Schutz eines größeren Volumens übernehmen kann.

Bei endständigen flammendurchschlagsicheren Armaturen sollen prinzipiell detonationssichere Armaturen (s. Der Flammendurchschlag bei Detonationen) eingebaut werden, da hier, auf Grund der geometrischen Verhältnisse, eine einmal gezündete Deflagration zu einer Detonationen, bedingt durch Rohrleitungslängen und/oder Reflexionsstellen in Rohrleitungen, wie zum Beispiel Irisblenden, Krümmer oder Venturi- rohre, anlaufen kann.

Eine Gruppe von Armaturen zum Aufhalten der oft im Bereich von Millisekunden ab- laufenden Deflagrationen hybrider Mediengemische aus Stäuben, Gasen, Dämpfen in Verbindung mit Luft sind die Schnellschlussventile mit sensorischer Flammenfronterkennung, Signalübertragung, -verstärkung und fremdbetätigter Schnellauslösung (im Bereich von 50 Millisekunden) über Sprengkapsel. Diese Armaturen müssen neben ausreichender Schnelligkeit der Schließeinrichtung bezüglich der jeweiligen Flammengeschwindigkeiten, Deflagrationsfestigkeit und Formbeständigkeit aufweisen, d.h., nach der erfolgten Beaufschlagung durch eine Deflagration darf die Verformung in Dichtungs- und Passungsbereichen nicht größer als die jeweilig zulässige Normspalt- weite für das gehandhabte Medium sein. Auf Grund der starken Verschmutzung innerhalb solcher Systeme sind engmaschige flammendurchschlagsichere Armaturen hier nicht praktikabel.

Die in den Versuchen  eingesetzte Möglichkeit zum Aufhalten von deflagrationsbedingten Flammenfronten bei verfahrens- oder störungsbedingt gehandhabten Deflagrationen von Gas/- oder Dampf/Luft-Gemischen ist eine Flammendurchschlagsicherung mit engmaschigen, flammenlöschenden Schichten aus sogenannten Bandsicherungen, de- ren Wirksamkeit jedoch begrenzt ist. Diese Art der Sicherungen werden zwar als Explosionsrohrsicherungen bezeichnet, es sind aber hier die nicht endständigen Deflagrationssicherungen gemeint. Die Begrenzung der Flammendurchschlagsicherheit die- ser Armaturen liegt begründet, in der größten in der Bandsicherung auftretenden Spaltweite und dem zum Löschen der einlaufenden Flammenfront notwendigen Löschabstand. Dieser Löschabstand ist für die einzelnen in Frage kommenden Stoffgemische unterschiedlich und ist abhängig von der Stoff-/Gemisch-Zusammensetzung, der Länge des Löschspaltes, den momentanen thermischen Zustandsgrößen und der Art der Umsetzung (Deflagration, Detonation, anlaufende Detonation).

Im Laufe der jahrelangen Untersuchungen - u. a. an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) - kristallisierte sich heraus, dass die engsten notwendigen Löschabstände und mithin die kleinsten maximalen Spaltweiten bei Reaktionen der Gase Acetylen und Wasserstoff in Gemischen mit Luft oder Sauerstoff oder bei reinem Acetylenzerfall erforderlich sind.

Bei den statischen Flammensperren sind die sogenannten Bandsicherungen sehr oft zum Einsatz kommende Flammendurchschlagsicherungen. Nachfolgend wird näher auf konstruktive Merkmale dieser Bandsicherungen eingegangen.

Beschreibung der Deflagrationsrohrsicherung

Der konstruktive Aufbau der für die Versuche verwendeten Armatur mit Flammen- sperren ist aus der nachfolgenden Schnittzeichnung prinzipiell und auf den folgenden Fotos ersichtlich.

Schnittzeichnung der verwendeten Deflagrationsrohrsicherung DN100

Die Armaturen bestehen aus den Gehäuseteilen (A, B) mit Flanschen nach DIN 2501-1: 1972-02* und der Flammensperre (C). Die Flammensperre (C) ist ähnlich einer Steckscheibe in einem Käfig zwischen den Gehäuseteilen (A, B) und über Rundschnurringdichtungen (D) gasdicht mittels einer Innensechskantschraube (E) gegen eine Sechskantmutter verspannt. Der komplette Flammensperreneinsatz (C) besteht aus den folgenden Einzelteilen:

  1. 3 Bandsicherungsscheiben (C2, C3, C4), dabei 2 Bandsicherungen rechts (C2, C4) und eine Bandsicherung links gewickelt (C3),

  2. 2 Zwischenlagen (C5),

  3. dem Flammensperrenkäfig (C6),

  4. der Verbindungsschraube (C7),

  5. dem Hersteller-Typenschild mit Zulassungsnummer der PTB (C8).

Bild

Foto der in den Versuchen verwendeten Deflagrationsrohrsicherung, 

Nenndurchmesser DN 100 :

Rechts von der Armatur stehend: Flammensperre aus drei

Bandsicherungen ohne Käfig

* DIN 2501-1: Norm 1972-02 Flansche, Anschlußmaße [Achtung: Historisches Dokument, zurückgezogen!]

 

Beschreibung der Flammensperre

 

Der konstruktive Aufbau der als Flammensperre dienenden und oben abgebildeten Bandsicherungen ist auf dem Foto auf der nächsten Seite erkennbar. Die flammen- löschende Schicht der Flammensperre besteht aus drei sogenannten Bandsicherungen, die im wesentlichen aus einem schräg geriffelten und einem glatten Band aus korrosionsbeständigem Stahl bestehen. Beide Bänder haben eine Breite von 10mm und sind in dichten Lagen aufgerollt, so dass aus ihnen eine Scheibe mit gleichgroßen schrägen Kanälen von annähernd dreieckigem Querschnitt gebildet wird. Die kleinste lichte Dreieckshöhe der für die Versuche verwendeten Sperren der beiden Spaltweiten 0,7 mm und 0,5 mm, betrug ungefähr 1 mm, die größte Breite etwa 2 mm.

Bild

Aufbau einer Bandsicherung:

Bandsicherungsscheibe aus einem glatten

und einem schräg geriffelten aufgrollten Band

 

Jeweils drei dieser Scheiben gleicher Spaltweite wurden mit abwechselnd unterschiedlicher Richtung der Schräge der Bänder (rechts, links, rechts) und durch Abstandhalter aus sternförmig gebogenem Stahldraht vom Durchmesser 3 mm getrennt, in den Rostkäfig der Armatur eingesetzt und bildeten so, mit der Innensechskantschraube und zugehöriger Mutter gegeneinander verspannt, den Flammensperreneinsatz

Dieser Flammensperreneinsatz wird nun zwischen die zwei symmetrisch aufgebauten Gehäuseteile gesetzt und über Rundschnurdichtringe nach außen gasdicht mit Hilfe von acht Schaftschrauben verspannt. Bei den Versuchen konnte zwischen den Einsätzen der Spaltweiten 0,5 mm und 0,7 mm, je nach eingesetztem Gas/Luft-Gemisch, gewählt werden.

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