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:

Explosionsgrenzen.svg

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, auffetten und damit explosionsgefährliche Stoffkonzentration erreichen.

Die Explosionsgrenzen werden auch als Zündgrenzen bezeichnet,[1] sie 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.

Die Konzentration des brennbaren Gases oder Dampfes (Brennstoff zu Luft) wird in Vol.-% oder Mol-% angegeben. Im Gegensatz dazu wird bei der Zündgrenze die Luftzahl Lambda mit der Angabe des Gewichtsanteils (Luft zu Brennstoff) verwendet. Für ideale Gase gilt die folgende Beziehung: 1 Vol.-% = 1 Mol-% = 10.000 ppm. Das "stöchiometrische" Volumenverhältnis und "Lambda 1" bedeutet ungefähr höchste Explosionsgefahr und beste Zündfähigkeit.

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.

Brennbare Gase UEG (mager)
in Vol.-%
stöchiometrisch
in Vol.-%
OEG (fett)
in Vol.-%
Kohlenstoffmonoxid 12,5 30 75
Methan (Erdgas) 4,4 9,5 16,5
Wasserstoff 4 30 77
Ethin (Acetylen) 2,5 7,7 80
Propan[6] 1,7 4,0 10,8
Monosilan 1,5 ? 98
Brennbare Dämpfe[7] UEG (mager)
in Vol.-%
stöchiometrisch
in Vol.-%
OEG (fett)
in Vol.-%
Nitromethan 7,3 ? 22,2
Methanol 6,7 ? 36
Ethanol (Äthanol) 3,4 6,5 19
Benzin 1,4 ? 7,6
Kerosin 0,7 ? 5,0
Diesel 0,6 ? 7,5

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. K. Klingsohr: Verbrennen und Löschen. (= Die Roten Hefte. 1). Kohlhammer-Verlag, 2002, ISBN 3-17-016993-9.
  2. D. Pawel, E. Brandes: Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben Abhängigkeit sicherheitstechnischer Kenngrößen vom Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, 1998. (pdf-Datei) (Memento des Originals vom 2. Dezember 2013 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.ptb.de
  3. a b E. Brandes, M. Thedens: Kenngrößen des Explosionsschutzes bei nichtatmosphärischen Bedingungen. (PDF; 432 kB). Physikalisch-Technische Bundesanstalt, 2003.
  4. Gases – Explosive and Flammability Concentration Limits, (englisch).
  5. E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen. Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003.
  6. 2007 – Neue untere Explosionsgrenzwerte (UEG) für brennbare Gase und Dämpfe in Luft. www.lfs-bw.de, abgerufen am 9. August 2016 (PDF).
  7. https://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html