Einfluss von Rohrbögen und -krümmern auf die Flammenfrontgeschwindigkeit und Druckentwicklung in Rohrleitungen
Staubexplosionen können sich vom Entstehungsort in verbundene Anlagenbereiche ausbreiten und schwere Sekundärexplosionen auslösen. Typische Übertragungswege sind Rohrleitungen pneumatischer Förder- und Entstaubungsanlagen. Auf Grundlage der Projektergebnisse sollen Aussagen über den funktionssicheren Einbau von Explosions-Entkopplungssystemen unter räumlich beengten Verhältnissen erleichtert werden.
Die Kenntnis der Flammengeschwindigkeit und Druckentwicklung besitzt in diesem Zusammenhang hohe praktische Relevanz für den funktionssicheren Einbau sogenannter Explosions-Entkopplungssysteme, wie zum Beispiel Schnellschlussschieber, Explosionsschutzventile oder Löschmittelsperren. Diese Schutzeinrichtungen werden in den potenziellen Übertragungswegen eingebaut, um gefährliche Explosionsübertragungen zu vermeiden. Sie müssen die Rohrleitung sehr rasch verschließen oder Löschmittel einbringen, bevor die Explosionsflamme durchgelaufen ist. Dies geschieht im Allgemeinen in einem Zeitbereich von ca. 10 ms bis 50 ms. In Abhängigkeit der Eigenzeit des Schutzsystems muss daher ein Mindest-Einbauabstand eingehalten werden. Um dies zu ermöglichen, kommen aufgrund der zum Teil beengten Bedingungen in Anlagen häufig Rohrbögen oder -krümmer zum Einsatz.
Bis heute existieren jedoch keine belastbaren wissenschaftlichen Erkenntnisse über den Einfluss von Rohrbögen und -krümmern auf die Flammenfrontgeschwindigkeit und die Druckentwicklung von Staubexplosionen. Um diese sicherheitsrelevante Wissenslücke zu schließen, werden in einer experimentellen Untersuchung im Großmaßstab die Flammensignale und Druckverläufe in einer offenen Rohrleitung in verschiedenen Versuchskonstellationen gesammelt und ausgewertet.
Mit zwei gewählten Rohrdurchmessern und zwei unterschiedlichen, organischen Stäuben werden an einem 5 m³-Behälter die Referenzversuche mit gerader Rohrleitung und Versuche mit bis zu zwei in der Rohrleitung integrierten Bögen durchgeführt. Die Position der Bögen innerhalb der Rohrleitung wird variiert, sodass sie beispielsweise bei einer Versuchsreihe direkt an den Behälter angeschlossen werden und in einer folgenden Reihe den Bögen zunächst ein gerades Rohrstück vorgeschaltet ist.
Erste Ergebnisse einer Versuchsreihe mit einem Bogen direkt am Behälter weisen darauf hin, dass der Bogen die Druckverläufe über die Länge kaum beeinflusst. Die Flammensignale direkt hinter dem Rohrbogen lassen auf eine geringfügige Beschleunigung der gemittelten Flammengeschwindigkeit gegenüber der mit gerader Rohrleitung schließen. Gegen Rohrende gleichen sie sich an. In der in der zweiten Jahreshälfte anstehenden Forschungsphase werden die geplanten Versuchsreihen fortgeführt.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind für Betreiber, Anlagenbauer, Hersteller, Sicherheitsfachkräfte sowie Prüf- und Zertifizierungsstellen von großem Interesse und hoher Bedeutung für den funktionssicheren Einbau von Explosions-Entkopplungssystemen unter räumlich beengten Verhältnissen. Ferner wird die wichtige Datenbasis für die Modellierung und computergestützte Simulation der Explosionsabläufe in Rohrleitungen erweitert.
Ansprechpartnerin:
Ulrike Faißt
Ulrike.Faisst@fsa.de