Explosionsgrenze

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Gemische aus brennbaren Gasen, Dämpfen oder Stäuben mit Luft und damit dem in ihr enthaltenen Sauerstoff sind bei bestimmten, stofftypischen Mischungsverhältnissen explosionsfähig. Diese Mischungsverhältnisse bestimmen den Explosionsbereich, der durch seine zwei Explosionsgrenzen, der oberen und der unteren Explosionsgrenze (OEG bzw. UEG), beschrieben wird. Diese Grenzen werden auch als Zündgrenzen bezeichnet.[1]

Man bezeichnet den Bereich unterhalb der unteren Explosionsgrenze, in dem die Konzentration des brennbaren Stoffes zu gering ist, auch als zu mageres Gemisch. Der Bereich oberhalb der oberen Explosionsgrenze wird als zu fettes Gemisch bezeichnet. Hier ist die Konzentration des brennbaren Stoffes zu hoch, um zu explodieren. Ein fettes Gemisch kann durch Luftzufuhr weiter verdünnt werden und so unter die OEG gelangen und damit explosionsfähig werden. Ein mageres Gemisch kann durch Zufuhr von Brennstoff, etwa durch Verdunsten oder Brenngaszufuhr, auffegten und damit explosionsgefährliche Stoffkonzentration erreichen.

Die Explosionsgrenzen sind temperatur- und druckabhängig.[2][3] Bei Stäuben hat zusätzlich auch die Teilchengröße und die Teilchengrößenverteilung des Feststoffs einen Einfluss auf die Explosionsgrenzen.[3]

Wenn die Konzentration des brennbaren Stoffes in der Luft innerhalb der Explosionsgrenzen liegt, wird das Gemisch als explosionsfähige Atmosphäre bezeichnet.

Explosionsgrenzen.svg
Explosionsgrenzen

Die Stoffkonzentration des brennbaren Gases oder Dampfes wird (nicht nur bei den Explosionsgrenzen) in Vol.-%, Mol-% oder g/m³ angegeben, wobei für ideale Gase die folgende Beziehung gilt: 1 Vol.-% = 1 Mol-% = 10.000 ppm

In nachfolgender Tabelle sind für einige Gase bei Mischung mit Luft die untere und obere Explosionsgrenze angegeben.[4] Weitere Zahlenwerte finden sich in Tabellenwerken[5] und für manche Substanzen in den Sicherheitsdatenblättern.

Substanz UEG in Vol.-% stöch. in Vol.-% OEG in Vol.-%
Wasserstoff 4,1 30 75
Propan 2,1 4,0 9,5
Methan (Erdgas) 4,4 9,5 16,5
Kohlenstoffmonoxid 12,5 30 75
Ethin (Acetylen) 2,5 7,7 80
Ethanol (Äthanol) 3,4 6,5 19
Silane 1,5 ? 98

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Die Roten Hefte (1) - Verbrennen und Löschen, K. Klingsohr, Kohlhammer-Verlag, 2002
  2. Pawel, D.; Brandes, E.: Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben Abhängigkeit sicherheitstechnischer Kenngrößen vom Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, 1998. pdf-Datei
  3. a b Kenngrößen des Explosionsschutzes bei nichtatmosphärischen Bedingungen (PDF; 432 kB), E. Brandes, M. Thedens, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, 2003
  4. Gases - Explosive and Flammability Concentration Limits, (englisch).
  5. E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenndaten – Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase, Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.