Explosiv

Als „explosiv” wird die Eigenschaft eines Stoffes oder Stoffgemisches bezeichnet, unter bestimmten Bedingungen schlagartig Energie freizusetzen. Diese Energieumwandlung verläuft sehr schnell und geht mit einem starken Druckanstieg, Wärmeentwicklung sowie häufig mit Flammenbildung einher. Typische Auslöser sind Zündung durch Funken, Flammen, heiße Oberflächen, Schlag, Reibung oder elektrostatische Entladungen.

Im verfahrenstechnischen Kontext spricht man von explosiven Atmosphären, wenn brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube mit Luft ein zündfähiges Gemisch bilden. Für viele organische Stäube (zum Beispiel Mehl, Zucker, Stärke, Kunststoffe oder Pharmawirkstoffe) können bereits geringe Schicht- oder Schwebeanteile in Verbindung mit einer Zündquelle zu Staubexplosionen führen. Dabei sind Kenngrößen wie minimale Zündenergie, untere und obere Explosionsgrenze, maximaler Explosionsdruck und Druckanstiegsgeschwindigkeit entscheidend.

In und um Mischer sowie Förder- und Abfüllanlagen ist die Beurteilung explosiver Risiken besonders wichtig. Hier können staubförmige Produkte, Luft und mögliche Zündquellen (mechanische Funken, heiße Lager, elektrische Komponenten, elektrostatische Entladung) in räumlicher Nähe zusammentreffen. Eine explosionsfähige Atmosphäre liegt jedoch nur dann vor, wenn die Konzentration, der Sauerstoffgehalt und die Temperatur in einem kritischen Bereich liegen.

Zur technischen Beherrschung explosiver Gefahren zählen beispielsweise die Vermeidung zündfähiger Atmosphären (zum Beispiel durch Inertisierung), die Begrenzung der Staubfreisetzung, eine wirksame Erdung und ein Potentialausgleich zur Vermeidung elektrostatischer Funken, der Einsatz geeigneter elektrischer Betriebsmittel, konstruktiver Explosionsschutz (zum Beispiel Druckentlastung und Explosionsunterdrückung) sowie organisatorische Maßnahmen. In der Planung und Auslegung von Mischprozessen ist daher zu prüfen, ob das jeweilige Produkt oder das Produkt-Luft-Gemisch als explosiv einzustufen ist und welche Schutzmaßnahmen erforderlich sind.

Zur Beschreibung eines explosionsfähigen Gas‑, Dampf‑ oder Staub-Luft-Gemisches werden häufig Konzentrationsgrenzen verwendet. Eine einfache Schreibweise ist:

c_untere_EG ≤ c_Stoff ≤ c_obere_EG

• c_Stoff: Konzentration des brennbaren Stoffes in Luft
• c_untere_EG: untere Explosionsgrenze (UEG)
• c_obere_EG: obere Explosionsgrenze (OEG)

In Sicherheitsbetrachtungen wird oft eine sicherheitstechnische Kenngröße, das sogenannte K_ST (bei Stäuben) oder K_G (bei Gasen), verwendet. Für Stäube lautet eine häufig angegebene Beziehung:

K_ST = (dp/dt)_max · V^(1/3)

• K_ST: Staubexplosionskonstante [bar·m/s]
• (dp/dt)_max: maximaler zeitlicher Druckanstieg im Behälter [bar/s]
• V: Volumen des Prüfgefäßes [m³]