Untersuchung von Flammenfrontgeschwindigkeiten in Rohrleitungen - Erweiterung des Berechnungsprogramms ExProtect
In vielen Bereichen der Nahrungsmittelindustrie, in denen mit entzündlichen Stäuben gearbeitet wird, besteht oftmals die Gefahr einer Explosion. Durch diverse vorbeugende Maßnahmen können diese in Betrieben verhindert werden. Kommt es dennoch zur unerwarteten Explosion in einem Behälter, kann deren Fortpflanzung in Rohrleitungen meist nur durch eingebaute Entkopplungseinrichtungen aufgehalten werden.
Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt hat das Ziel eine Berechnungsmethode für die Geschwindigkeit von Flammenfronten in mit brennbaren Staub-Luft-Gemisch gefüllten Rohrleitungen, welche Anlagenteile verbinden, zu entwickeln. Damit soll es zukünftig möglich sein, den notwendigen Mindestabstand für die zuverlässige Funktion von Flammensperren in Rohrleitungen bei explosionsgefährdeten Anlagen rein rechnerisch bestimmen zu können.
Zu diesem Zweck wurde eine Datenbasis generiert, indem Explosionsversuche mit Maisstärkestaub durchgeführt und Flammenfrontgeschwindigkeiten in Rohrleitungen unterschiedlicher Durchmesser bestimmt wurden. Dabei wurde auch der Einfluss weiterer Versuchsparameter, wie die Staubkonzentration und Zündverzögerungszeit (Maß für die Turbulenz in der Staubwolke) berücksichtigt. Zusätzlich zur Flammenfrontgeschwindigkeit wurde ebenfalls der bei der Explosion entstehende Druckverlauf im Behälter und Rohr ermittelt.
Auf Grundlage der Daten wurden Modelle zur Simulation der Explosionsversuche entwickelt. Kommerzielle Software zur Simulation von Staubexplosionen erwies sich als nicht praktikabel zur Bestimmung der Flammenfrontgeschwindigkeit.
Zusätzlich konnte durch den Einsatz eines Glasrohres und einer Hochgeschwindigkeitskamera die Flammenausbreitung erfolgreich visualisiert und Erkenntnisse gewonnen werden.
Am Ende des Projekts soll das FSA-eigene Programm ExProtect um ein entsprechendes Modul erweitert werden. Durch solch ein Modul ließen sich sowohl der Kosten- als auch der Zeitaufwand für FSA und Betriebe der Nahrungsmittelindustrie bei der Abstandsauslegung minimieren.
Weitergehende Informationen zu den Versuchen und Meßergebnissen enthält die Masterarbeit (P. Schurin, 2021) im Rahmen des Projekts Modellierung der Flammenfrontgeschwindigkeit in brennbaren Staub-Luft-Gemischen.
Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dr. Dirk Lorenz (dirk.lorenz@fsa.de)
Jan-Niklas Tödt (jan-niklas.toedt@fsa.de)