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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Rahmen, Thema und Umfang der Untersuchungen

Hintergrund der Untersuchungen

Die vorliegende Arbeit behandelt ein Thema, das der chemischen Sicherheitstechnik, insbesondere dem konstruktiven Explosionsschutz technischer Gase, zuzuordnen ist. Es wurde und das im Rahmen eines Studiums im Fachbereich  Maschinenbau der heiutogen Beuth Hochschule für Technik Berlin (ex. TFH Berlin) als Diplom-Arbeit vergeben wurde. Die Arbeit wurde in der für die Prüfung flammendurchschlagsicherer Armaturen zuständigen Fachbereich II (vormals Abteilung 4), der Fachgruppe II.1, Labor II.1.1 (vormals 4.4), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin durchgeführt.

Die Flammensperren sind heute als Anlagenteile der petrochemischen Betriebe, der Kohleindustrie, des Raffineriewesens, der gesamten chemischen Verfahrenstechnik, in der Abwassertechnik, beim Transport gefährlicher Güter auf den See- und Landwegen ein unverzichtbarer Bestandteil des sekundären Explosionsschutzes geworden. Die Anforderungen an diese Armaturen, und der immer weiter wachsende Bedarf zur Anpassung an neue Anwendungsmöglichkeiten, bezüglich der Vielfalt der zu verarbeitenden oder zu transportierenden Gase und deren Gemische sowie der Handhabungsbedingungen, erfordern für die Praxis möglichst umfangreiche Kenntnisse auf dem Gebiet der flammendurchschlagsicheren Armaturen, die nur experimentell zu gewinnen sind, da viele mit dem Flammendurchschlag in Zusammenhang stehenden Phänomene auf Grund der mangelnden Beobachtungsmölichkeiten nicht unmittelbar erforscht werden können, und daher nur durch eine Vielzahl verschiedenster Versuche, empirisch zu ermitteln und einzugrenzen sind.

Es ist notwendig darauf hinzuweisen, dass diesbezüglich dargestellte Werte und daraus resultierende Ergebnisse, Funktionsgraphen und Erkenntnisse statistische Größen sind. Unter anderen, als den hier genannten Versuchsbedingungen, gelangt man zu veränderten Ergebnissen.

Die vom Autor dieser Arbeit gewählten Versuchsbedingungen wurden (in Bezug auf die Versuchsgeometrie) absichtlich derart ungünstig ausgesucht, dass es nicht ausgeschlossen werden kann, dass in der Praxis möglicherweise bessere, als die in den Versuchsergebnissen zum Ausdruck kommende Werte zu erwarten sind, um so durch die Methode der konservativen Sicherheitstechnik möglichst ein sicheres Arbeiten zu gewährleisten.

Es wurden darüber hinaus auch die vom Hersteller der Armatur gegebenen Wartungsregeln außer acht gelassen, so dass gegebenenfalls die Belastungsgrenzen der Sperre zu erkennen gewesen wären.

Thema und Umfang der Arbeit

Das Thema des Projektes zu den vorliegenden Untersuchungen lautet :

"Untersuchungen über die Grenze der Flammendurchschlagsicherheit von Deflagrationsrohrsicherungen der Nennweite DN 100 mit drei Bandsicherungen in Abhängigkeit von der Anschlussart"

Sowohl an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), als auch an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurden bereits umfangreiche Untersuchungen zum Thema der Flammendurchschlagsicherheit von Flammensperren mit Bandsicherungen unter den verschiedenen interessierenden Aspekten durchgeführt; über deren Versuchsergebnisse, wurde in den Veröffentlichungen dieser Institutionen ausführlich berichtet. Das vorgenannte Thema dieser Arbeit wurde deshalb zum Gegenstand der Untersuchungen ausgewählt, da bisher noch keine Erkenntnisse zum Verhalten von, für im Nebenschluss zu großquerschnittigen Rohrleitungssystemen befindlichen flammendurchschlagsicheren Armaturen vorliegen.

Der Umfang beinhaltet zunächst die vorbereitenden Untersuchungen über die im Verlauf der Großversuche verwendeten Brenngase DIN-Propan und Ethen (Ethylen, Äthylen) und deren Verhalten bezüglich ihrer Normspaltweite mit Hilfe des 0,02l Normspaltweitenprüfgerätes nach PTB beziehungsweise dem Regelwerk der Internationalen Elektrotechnik- Kommission IEC Publication 79-1A(1975). [6]

Diese Vorarbeiten umfassten im Einzelnen zunächst die Aufbereitung der Gasgemische nach dem Partialdruckverfahren über einen Gas-Misch-Stand in Verbindung mit der dazugehörigen Vakuumpumpe, einem Gas-Misch-Gefäß mit pneumatisch getriebenem Mischpaddel, einer entsprechenden Gasflaschenbatterie und der angeschlossenen Druckluftringanlage (siehe Skizze).

Weiterhin ist darin eingeschlossen: die Versuchsdurchführung und schriftliche Darlegung der zur Erlangung der Grenzspaltweitenkurve notwendigen Daten, die Ermittlung der Grenzspaltweitenkurve für die beiden untersuchten Brenngase, nebst der hierzu notwendigen Regressionsrechnung 2. Grades und das Notieren der jeweils als relevant anzusehenden meteorologischen Daten der Versuchstage sowie die Auswertung und der Vergleich der Versuchsergebnisse mit bereits bekannten Daten, einschließlich der schriftlichen Arbeit.

Im Anschluss an die vorbereitenden Untersuchungen begannen die Versuche mit dem Aufbau der jeweiligen Versuchsanordnung, unter Berücksichtigung der aus den Versuchsergebnissen der Voruntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse (siehe Versuchsbeschreibungen).

Dies beinhaltete neben dem Zusammenbau der jeweiligen Rohrstrecken, den Anbau der Messwertaufnehmer, das Vorbereiten der Zündeinrichtungen und des analogen Sechs-Kanal-Schreibers, der Gasgemischaufbereitung (nach oben beschriebener Methode) und der im Versuchsverlauf notwendigen Wartungsarbeiten, die Versuchsdurchführung - mit allen notwendigen Nebenarbeiten - die Versuchsaufzeichnungen, die Versuchsauswertung und deren schriftliche Darlegung.

Die hier betrachtete Deflagrationsrohrsicherung für Methangasanlagen, der Nennweite DN 100, wurde bei ruhendem Gemischzustand, unter verschiedenen Ausgangsdrucken, und in einer druckfesten Rohrleitung der Vorlänge von 4,30m, mittels ausgelöster Drahtfunkenexplosionen, zunächst in gerader Anschlussart und mit zwei verschiedenen Spaltweiten, für zwei verschiedene Brenngase und anschließend im Nebenschluss mit einer Spaltweite und einer Vorlänge der Rohrleitung von 5,30 m in gleicher Weise mit Gasexplosionen der Brenngase Propan und Ethylen im Gemisch mit Luft beaufschlagt.

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