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Was ist eine Explosion?

Ex|plo|si|on, die; -, -en <lat.> (explosio) und bedeutet so viel wie „unter Druck entweichen“. Was bei einer Explosion passiert, welche Faktoren dazu ausschlaggebend sind und welche Schutzmaßnahmen es gibt? Hier erfahren Sie alles Wissenswerte dazu.

Die ISO 8421-1, EN 1127-1 definiert eine Explosion als „eine plötzliche Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit Anstieg der Temperatur, des Drucks oder beider gleichzeitig“. Damit ist eine chemische Reaktion gemeint, die bei einem gleichzeitigen Aufeinandertreffen von Sauerstoff (Luft), einem brennbaren Stoff und einer Zündquelle in einem bestimmten Verhältnis schlagartig Temperatur und Druck ansteigen lassen. Kann die entstehende Wärme nicht schnell genug abgeführt werden, kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung der entstandenen Gase – und der Freisetzung von großer Wärmeenergie mit einer Druckwelle: die Explosion.

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Grundlagen zum Explosionsschutz

Alles Wissenswerte in Sachen Ex-Schutz auf einen Blick

Schwere der Explosion

Die Schwere einer Explosion ist von den Eigenschaften der brennbaren Stoffe und vom Mischungsverhältnis dieser Stoffe mit Sauerstoff abhängig: Der in der Luft vorhandene Sauerstoff verbrennt nur mit einer bestimmten Menge des brennbaren Stoffs (oxidieren). Je nach Schwere einer Explosion und der damit verbundenen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle unterscheidet man dabei zwischen Verpuffung (cm/s), Deflagration (m/s) und der stärksten Explosion, der Detonation (km/s). Die heftigste der Explosionen breitet sich mit Überschallgeschwindigkeit aus und entwickelt so immense Zerstörungskraft.

Vorraussetzung einer explosionsfähigen Atmosphäre

Damit eine Explosion stattfinden kann, müssen folgende Faktoren gleichzeitig vorhanden sein:

  • Ein brennbarer Stoff im Produktionsprozess, -umgebung
  • Sauerstoff (Luft)
  • Zündquelle
  • Bestimmtes Mengenverhältnis zwischen Sauerstoff und brennbarem Stoff

Das Wissen, dass eine Explosion nur dann entsteht, sobald eine explosionsfähige Atmosphäre und eine Zündquelle zeitgleich auftreten, ist relevant für den Explosionsschutz.

Brennbare Stoffe

Zu den brennbaren Stoffen zählen Dämpfe, Nebel, Gase oder Stäube. Die können sowohl beim Herstellungs- und Produktionsprozess entstehen als auch beim Transport oder Lagerung zufällig entweichen. Vor allem Staub kommt in vielen industriellen Bereichen vor, in denen fester Stoffe für die Weiterverarbeitung zerkleinert werden. Staubexplosionen können verheerendere Auswirkungen haben als Gasexplosionen: Das Gas-Luft-Gemisch breitet sich bei einer Explosion schnell aus und verringert dadurch die Konzentration des brennbaren Stoffes (mageres Gemisch). Eine weitere Verbrennung ist so nicht möglich. Das Staub-Luft-Gemisch hingegen wirbelt bei einer Explosion weitere Staubschichten auf, die sich entzünden können. Allerdings kann auch die Explosion eines Gas-Luft-Gemisches Staub aufwirbeln, wodurch dann die Gasexplosion in die Staubexplosion übergeht.

Flammpunkt und Explosionsgrenzen

Brennbare Stoffe im Gemisch mit Sauerstoff sind nur in einem bestimmten Mischverhältnis entzündlich, sobald eine Zündquelle vorhanden ist. Hier spielen der Flammpunkt eines Stoffs und dessen Explosionsgrenze die entscheidende Rolle.

Flammpunkt

Der Flammpunkt beschreibt die niedrigste Temperatur brennbarer Flüssigkeiten, bei der sich ein entzündbares Dampf-Luft-Gemisch bildet. Dabei kann der Flammpunkt in diesem „hybriden“ Gemisch tiefer liegen als jener der einzelnen Komponenten. Bei diesen Dampf-Luft-Gemischen entscheidet das Konzentrationsverhältnis darüber, ob sich eine explosionsfähige Atmosphäre bilden kann oder nicht. Dies beschreiben die Explosionsgrenzen einzelner Stoffe: Jeder entzündbare Stoff hat als Gemisch mit Sauerstoff einen bestimmten Bereich, in dem es zu einer Explosion kommen kann. Bei zu hoher Konzentration (fettes Gemisch) und bei zu geringer Konzentration (mageres Gemisch) des brennbaren Stoffs entsteht keine Explosion, sondern nur eine örtliche oder keine Verbrennungsreaktion. Nur im Bereich zwischen der oberen (OEG) und der unteren (UEG) Explosionsgrenze reagiert das Gemisch bei Zündung explosionsartig.

Explosionsgrenzen

Die Explosionsgrenzen sind allerdings abhängig von Druck, Temperatur und Sauerstoffkonzentration. Darüber hinaus gibt es auch chemisch unbeständige Stoffe wie etwa Cäsium, Rubidium oder z.B. weißer Phosphor, die sich allein durch den Kontakt mit Sauerstoff oder Luft entzünden; man sagt diese Stoffe sind pyrophor. Hier ist besondere Vorsicht geboten. Dies gilt auch für abgelagerten Staub. Hier nimmt die Gefahr der Selbstentzündung mit zunehmender Schichtdicke zu. Durch die Isolationswirkung des Staubes kann ein Wärmestau auftreten, der zu einer Selbstentzündung führen kann. Informationen über die genauen Flammpunkte und Explosionsgrenzen eines Stoffs sind im jeweiligen Sicherheitsdatenblatt beschrieben. Ist die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre möglich, wird in dem Dokument darauf hingewiesen.

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