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Explosionsgrenzen

Brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube können in Verbindung mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff als Oxidationsmittel nach einer Zündung explodieren.
Eine Explosion ist dadurch gekennzeichnet, das es unter Knall zu einer chemischen oder physikalischen zerstörerischen Reaktion mit plötzlicher Volumenvergrößerung kommt.

Zu einer Explosion kann es aber nur kommen, wenn zur gleichen Zeit am gleichen Ort ein Gemisch aus Luft und Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben in
gefahrdrohender Menge vorhanden ist und eine Zündquelle wirksam werden kann.

Bei Explosionen werden Flamm-Fortpflanzungsgeschwindigkeiten von bis zu mehrerer 100 m/s erreicht. Der Explosionsdruck bei Gasen beträgt bis zu 10 bar. Bei Stäuben können bis zu 14 bar erreicht werden.

Eine Detonation ist die Sonderform einer Explosion. Die Flamm-Fortpflanzungsgeschwindigkeit kann bis zu 3.000 m/s betragen bei Drücken bis zu 20 bar.

Die Explosionsgrenzen markieren den Explosionsbereich. Unterhalb oder oberhalb der Grenzen kann sich eine Flamme nach Zündung gerade nicht mehr selbständig fortpflanzen. Die UEG ist somit die niedrigste Konzentration und die OEG die höchste Konzentration bei der nach der Zündung eine selbständige Flammenausbreitung möglich ist. Die Explosionsgrenzen werden auch als Zündgrenzen bezeichnet. Im englischsprachigen Raum verwendet man die Bezeichnung LEL (lower explosiv limit) für UEG und UEL (upper explosiv limit) für OEG. Die Grafik zeigt die verschiedenen Bereiche. Zusätzlich ist der Bereich der stöchiometrischen Zusammensetzung in der Grafik dargestellt. In diesem Bereich erreicht die Flammengeschwindigkeit ihr Maximum. Je magerer oder je fetter ein Gemisch ist, umso geringer wird die Flammausbreitungsgeschwindigkeit bis hin zu 0 m/s. Das stöchiometrische Verhältnis ist das optimale Luft/Brennstoff-Verhältnis.

In der europäischen Norm EN 1127 Teil 1 werden die verschiedene Begrifflichkeiten des Explosionsschutzes definiert.

UEG, OEG, UEL, LEL

In der unten aufgeführten Tabelle sind verschiedene Brennstoffe aufgelistet. Neben den Explosionsgrenzen finden Sie zusätzlich den optimalen Brennstoffgehalt bezogen auf Luft. In der Literatur finden sich häufig Angaben zu stöchiometrischen Anteile von Brennstoffen. Diese Werte basieren oft auf dem idealen Molvolumen und einem gerundeten Sauerstoffgehalt von 21%. Unter Berücksichtigung der tatsächlichen Molvolumen und dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt in der Luft, ergeben sich geringfügige Abweichungen.

 

Bezeichnung (1)
reales Gas
Vol%
(2)
Ideales Gas
Vol%
UEG
Vol%
OEG
Vol%
Wasserstoff, H2 29,55% 29,58% 4 77
Methan, CH4 9,46% 9,50% 4,4 17,0
Ethen, Ethylen, C2H4 6,48% 6,54% 2,4 32,6
Kohlenmonoxid, CO 29,52% 29,58% 11,3* 75,6*
Ethan, C2H6 5,60% 5,66% 2,4 14,3
Propan, C3H8 3,94% 4,03% 1,7 10,8
n-Butan, C4H10 2,99% 3,13% 1,4 9,4

*rel. Luftfeuchte<10%

(1) Brennstoffanteil Real: Stöchiometrischer Volumenanteil Brennstoff als reales Gas

(2) Brennstoffanteil Ideal: Stöchiometrischer Volumenanteil als ideales Gas, Molvolumen=22,4 m3/kmol

O2-Gehalt 21%, Vol%

 

Unter Liste-Explosionsgrenzen finden Sie weitere Grenzen (UEG, OEG, ppm zu mg/m3, mg/m3 zu ppm für den Normzustand und für 20°C)

 

Leider sind in der Literatur auch unterschiedliche Explosionsgrenzen für die verschiedenen Brennstoffe zu finden. Die verschiedenen Werte sind auf unterschiedliche Prüfverfahren zurückzuführen. Als wichtigste Verfahren sind hier zu nennen:

Da die Explosionsgrenzen von verschiedenen Faktoren bestimmt werden, ist auch erklärbar, warum es zu unterschiedlichen Ergebnissen kommt.

Die Explosionsgrenzen sind abhängig von:

Die Tabelle zeigt am Beispiel Ethen die unterschiedlichen Explosionsgrenzen in Abhängigkeit vom Prüfverfahren.

  DIN 51649-1 EN 1839-T EN 1839-B ASTM E 681-1
UEG Ethen C2H4 [Mol%] 2,3 2,4 2,6 2,15
OEG Ethen C2H4 [Mol%] 33,0 32,6 27,4 33,3

Die Explosionsgrenzen werden in Deutschland durch die PTB und die BAM ermittelt. Die Daten sind in der CHEMSAFE Datenbank aufgeführt. Für die BRD sind diese Werte bindend.

 

 

 

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