Zusammenfassung
Druckentlastung ist eine Maßnahme des tertiären (konstruktiven) Explosionsschutzes. Darunter versteht man Explosionsschutzmaßnahmen, die die Auswirkungen einer Explosion auf ein unbedenkliches Maß beschränken. Bei einer Explosionsdruckentlastung werden bei einer Explosion in einem Anlagenteil definierte Öffnungen freigegeben, damit das Anlagenteil nicht über seine Explosionsfestigkeit hinaus beansprucht wird. Dies kann durch Berstscheiben, Berstfolien, Explosionsklappen, (Druckentlastungsschlote) o. Ä. erfolgen.
Die Explosionsdruckentlastung als Prinzip des konstruktiven Explosionsschutzes ist geregelt in TRGS 724 "Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre – Maßnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes, welche die Auswirkung einer Explosion auf ein unbedenkliches Maß beschränken". Zudem existieren die VDI-Richtlinie 3673 "Druckentlastung von Staubexplosionen" und die folgenden Normen: DIN EN 14491 "Schutzsysteme zur Druckentlastung von Staubexplosionen", DIN EN 14797 "Einrichtungen zur Explosionsdruckentlastung" und DIN EN 14994 "Schutzsysteme zur Druckentlastung von Gasexplosionen".
1 Grundlagen
Das Prinzip der Druckentlastung wird oft im Bereich des Staubexplosionsschutzes bzw. bei hybriden Gemischen angewandt.
Eine Explosionsdruckentlastung sollte nur angewendet werden, wenn vorausgegangene Maßnahmen des primären und sekundären Explosionsschutzes nicht möglich sind und/oder der konstruktive Explosionsschutz zusätzliche Sicherheit verspricht.
Zudem ist zu beachten, dass die Druckentlastung weiterer Maßnahmen bedarf (z. B. explosionstechnische Entkopplung) und der zu entlastende Anlagenteil dem reduzierten Explosionsdruck standhalten muss (explosionsdruckfeste Bauweise).
Bewertung der Auswirkungen einer Explosion
Gemäß § 6 Abs. 4 GefStoffV sind die möglichen Auswirkungen einer Explosion zu bewerten.
Bei der Druckentlastung im Explosionsschutz erfolgt eine Begrenzung des explosionsbedingten Überdrucks innerhalb eines Anlagenteils. Dabei wird eine Explosion weder verhindert noch gelöscht. Deshalb ist bei der Druckentlastung zu berücksichtigen, dass eine Gefährdung von Dritten durch Druck- und/oder Flammenwirkung, weggeschleuderte Teile, gefährliche Stoffe etc. vermieden wird. Zusätzlich sind Auswirkungen von Rückstoßkräften zu beurteilen.
2 Druckentlastungseinrichtungen
2.1 Berstscheiben
Berstscheiben sind Druckentlastungseinrichtungen, die lageunabhängig eingebaut werden können und für staubdichten Abschluss sorgen. Bei explosionsbedingtem Überdruck in einem Anlagenteil bersten diese Scheiben an vorgegebenen Sollbruchstellen und geben somit Entlastungsöffnungen frei, können durch Kombination mit Reißdrähten aber auch Sicherheitsvorkehrungen auslösen. Das Bersten kann durch den Explosionsdruck, in seltenen Fällen auch durch Fremdenergie erfolgen.
Berstscheiben gibt es sowohl als "Einmalprodukt" als auch in mehrfach verwendbarer Sonderausführung (Berstscheibe, die durch den Druck aus einer Halterung gedrückt wird, sog. Auswurfscheibe).
Materialien für Berstscheiben sind Metalle, Metall-Legierungen und Kunststoffe.
2.2 Berstfolien
Berstfolien folgen demselben Prinzip wie Berstscheiben. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Berstfolien ausschließlich einmal verwendbar sind. Sie bestehen meist aus Kunststoffmembranen.
2.3 Explosionsklappen/Druckentlastungsklappen
Explosionsklappen sind Klappen, die im Falle einer Explosion aufgeschleudert werden und damit die Druckentlastungsöffnungen freigeben.
Man unterscheidet dabei verschiedene Varianten:
- Druckentlastungsklappen, die einfach nur aufschlagen und
- solche, die automatisch wieder zuschlagen, dadurch die Sauerstoffzufuhr unterbinden und Folgebrände unterdrücken können.
Explosionsklappen können nicht lageunabhängig angebracht werden.
2.4 Knickstabeinrichtungen
Knickstabeinrichtungen (vgl. Abb. 1) bestehen aus einem Druckentlastungselement (a), einer Stützkonstruktion (b) und dem Knickstab (c). Bei einer zuvor definierten Belastung (auf die der Stab ausgelegt ist) durch einen Druck (p) knickt dieser und gibt die Entlastungsöffnung frei (2).
Abb. 1: Funktionsweise einer Knickstabeinrichtung (DIN EN 14797)
2.5 Entlastungsschlote
Druckentlastungsschlote werden trotz ihrer Namensgebung zu den Einrichtungen für die explosionstechnische Entkopplung gezählt, da die Druckentlastung hierbei nur ein Aspekt ist. Neuere Erkenntnisse sind im Forschungsbericht FSA Bericht F-05-9706 "Wirksamkeit von Entlastungsschloten, Forschungsgesellschaft für angewandte Systemsicherheit und Arbeitsmedizin e. V." (www.fsa.de) zu finden.
3 Bemessung von Entlastungseinrichtungen
Für die Bemessung von Entlastungsflächen müssen sowohl der maximale Explosionsdruck als auch der KST – Wert des Staubes bzw. der maximale zeitliche Druckanstieg (bei Gasen auch Gasexplosionskonstante KG) bekannt sein. Der Ansprechdruck der Entlastungseinrichtung muss dabei kleiner sein als die Behälterfestigkeit, diese wiederum muss mindestens dem maximalen reduzierten Explosionsüberdruck entsprechen. Zudem müssen viele andere Parameter berücksichtigt werden.
Dass die Dimensionierung und die Installation durch spezialisiertes Fachpersonal erfolgen sollten, liegt auf der Hand.
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