Mindestzündenergie

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Die Mindestzündenergie (MZE) ist eine sicherheitstechnische Kenngröße zur Beurteilung der Zündfähigkeit explosionsfähiger Atmosphären. Sie beschreibt die niedrigste Energie, die bei einer Entladung ausreichend ist, um ein explosionsfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch in seiner zündwilligsten Zusammensetzung zu entzünden. Als Brennstoff kommen brennbare Gase und Dämpfe, sowie aufgewirbelte Stäube in Frage. Dabei unterscheiden sich die Mindestzündenergien von Gasen/Dämpfen und Stäuben grundlegend. Während Gase und Dämpfe meist mit Zündenergien kleiner 1 mJ gezündet werden können, sind für typische Stäube Zündenergien im Millijoule- bis Joulebereich notwendig. Bei Gasen und Dämpfen kann nahezu jede Zündquelle als wirksam angesehen werden. Für aufgewirbelte Stäube ist die Mindestzündenergie eine wichtige Kenngröße für die Anlagenauslegung, da im Sinne des Schutzkonzepts der Vermeidung von Zündquellen eine Betrachtung hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit des Auftretens energetisch verschiedener Zündquellen und deren Zündwirksamkeit möglich ist.[1]

Zündvolumen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gemische brennbarer Gase in Luft entzünden sich im Allgemeinen nicht spontan, sondern müssen mittels einer Zündquelle zur Zündung gebracht werden. Die zur Zündung notwendige Energie ist dabei abhängig von Druck und Temperatur, dem Zündvolumen und der Gemischzusammensetzung. Die Mindestzündenergie bezeichnet die minimale Energiemenge, die unter sonst idealen Bedingungen dem System zugeführt werden muss, um eine Zündung zu erreichen. Sinnvoller ist jedoch das Konzept einer Mindestzündenergiedichte, da das vorliegende Zündvolumen auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt werden muss. Ist die Energiezufuhr (Mindestzündleistung)– d. h. Temperaturerhöhung - ausreichend groß, wird die Zündung eingeleitet und es kommt zu einer sich selbst erhaltenden Flammenausbreitung, das Gemisch explodiert[2]. Aufgrund der Wichtigkeit sowohl für die Sicherheitstechnik als auch für die motorische Verbrennung sind verschiedene Zündquellen im Detail untersucht worden. Von besonderer Bedeutung ist dabei neben der Zündung an heißen Oberflächen und der Zündung durch fokussierte Laserstrahlung die elektrische Funkenzündung.

Brennbare Stäube – Staubexplosion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Mindestzündenergie hängt stark von der Beschaffenheit der Stäube wie z. B. der Zusammensetzung, der Korngrößenverteilung, der Oberflächenstruktur und der Feuchte ab. Allgemein gilt, dass mit abnehmender Korngröße und abnehmender Feuchte die Mindestzündenergie absinkt. Entsprechend ihrer Mindestzündenergie werden Stäube in den Bereichen der Mindestzündenergie

  • MZE > 10 mJ als normal zündempfindlich
  • 10 mJ > MZE > 3 mJ als besonders zündempfindlich
  • MZE < 3 mJ als extrem zündempfindlich

eingestuft.

Brennbare Gase und Dämpfe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Mindestzündenergien von Gasen und Dämpfen liegen meist ein bis zwei Zehnerpotenzen niedriger als bei Stäuben. Ihr Wert ist konzentrationsabhängig. Zwischen den Explosionsgrenzen wird ein in etwa parabelförmiger Verlauf beobachtet, dessen Minimum dem zündwilligsten Gemisch mit der niedrigsten Mindestzündenergie entspricht.[1] Die folgenden Tabellen geben die Mindestzündenergien wichtiger Lösungsmittel und Gase.

Mindestzündenergie verschiedener Lösungsmitteldämpfe[3]
Lösungsmittel Aceton Butanon Benzol Cyclohexan Diethylether Ethylacetat Ethanol n-Heptan Methanol Schwefelkohlenstoff
Mindestzündenergie in mJ 0,55 0,27 0,20 0,22 0,19 0,46 0,28 0,24 0,20 0,009
Zündwilligstes Gemisch in Vol.-% 6,5 5,3 4,7 3,8 5,1 5,2 6,4 3,4 14,7 7,8
Mindestzündenergie verschiedener Gase[3]
Gas Ammoniak n-Butan Ethan Ethen Ethin Ethylenoxid Methan Propin Propylenoxid Wasserstoff
Mindestzündenergie in mJ 14 0,25 0,25 0,082 0,019 0,061 0,28 0,11 0,13 0,016
Zündwilligstes Gemisch in Vol.-% 20 4,7 6,5 8,0 7,7 10,8 8,5 6,5 7,5 22
Mindestzündenergie verschiedener halogenierter Kohlenwasserstoffe[3]
Halogenkohlenwasserstoff 1,2-Dichlorethan Dichlormethan Tetrafluorethen 1,1,1-Trichlorethan Trichlorethen
Mindestzündenergie in mJ 1,0 9300 4,1 4800 510
Zündwilligstes Gemisch in Vol.-% 10,5 18 - 12 26

Die Wert der Mindestzündenergie nimmt mit steigender Temperatur, steigendem Druck sowie erhöhten Sauerstoffgehalt ab.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen – Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase, Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.
  2. Zündvolumen und Zündleistung
  3. a b c BG RCI-Merkblatt T 033 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen, Jedermann-Verlag 2009, ISBN 978-3-86825-103-6, pdf-Download.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Wolfgang Bartknecht: Explosionsschutz - Grundlagen und Anwendung, Springer-Verlag 1993, ISBN 3-540-55464-5.
  • BG RCI Merkblatt R003 Sicherheitstechnische Kenngrößen, Jedermann-Verlag, Heidelberg, pdf-Download.
  • DIN-EN 13821 Explosionsfähige Atmosphären - Explosionsschutz - Bestimmung der Mindestzündenergie von Staub/Luft-Gemischen
  • DIN EN ISO/IEC 80079-20-2 Explosionsfähige Atmosphären – Teil 20-2: Werkstoffeigenschaften – Prüfverfahren für brennbare Stäube
  • ASTM-Norm E582 Standard test Method for Minimum Ignition Energy and Quenching Distance in Gaseous Mixtures