Kleinskalige Untersuchungen zur Entzündung quasi-stationärer Stäube durch Glimmnester

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1 Lehrstuhl für Methoden der Sicherheitstechnik/Unfallforschung Projektbeschreibung (Anschlussvorhaben) Kleinskalige Untersuchungen zur Entzündung quasi-stationärer Stäube durch Glimmnester (Kurztitel: ) Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uli Barth FB D - Sicherheitstechnik Lehrstuhl Methoden d. Sicherheitstechnik/Unfallforschung Gaußstr. 20, Wuppertal +49 (0) / (0) barth@uni-wuppertal.de Seite 1 von 5 Projektbeschreibung

2 P r o j e k t b e s c h r e i b u n g für die Intercontinental Association of Experts for Industrial Explosion Protection e.v. (INDEX) Platz der Einheit Frankfurt am Main über ein Forschungsvorhaben Thema: Kleinskalige Untersuchungen zur Entzündung quasi-stationärer Stäube durch Glimmnester (Kurztitel: ) 1 Veranlassung für das Forschungsvorhaben 1.1 Wissensdefizite Im Rahmen der sicherheitstechnischen Beurteilung brennbarer Stäube obliegt der Brennprüfung eine hohe Bedeutung. Mit der Brennprüfung wird die Brennfähigkeit von abgelagertem Staub beurteilt und mit der sog. Brennzahl diskret bewertet. Bei bestimmten verfahrenstechnischen Prozessen bzw. in bestimmten verfahrenstechnischen Anlagen tritt brennbarer Staub allerdings nicht ausschließlich als aufgewirbelter oder abgelagerter Staub, sondern im Fließbett auf. In bereits vorangegangenen Forschungsvorhaben Ab-/Brandverhalten von Stäuben im industriellen Einsatz bei der Anwendung im Fließbett (Kurztitel: Fließbett Industrie), das am Lehrstuhl Methoden der Sicherheitstechnik/Unfallforschung noch bis zum durchgeführt wird, wurde bereits in ersten Laborversuchen festgestellt, dass es zu einer potentiellen Erhöhung der Brennzahl von Stäuben im quasi-stationären Zustand kommen kann. Als Zündquelle diente zur Bestimmung der Brennzahl, bzw. zur Ermittlung des Ab-/Brandverhalten von Stäuben im Fließbett, ein Platindraht mit einer Temperatur von 1000 C. Die Richtlinie VDI 2263 Blatt 1: schreibt diese Art der Prüfung vor und somit wurde, um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, die gleiche Zündquelle gewählt. Aus den Zwischenergebnissen des laufenden es wurde die große Bedeutung für die betriebspraktische Durchführung der Brandgefährdungsbeurteilung bei staubführenden Anlagen mit Fließbetten bestätigt. Außerdem wurde durch Fachdialoge z.b. mit dem Filterhersteller Keller Lufttechnik GmbH + Co. KG festgestellt, dass es in bestimmten Filteranlagen zu einem ähnlichen quasi-stationären Effekt kommen kann. Dies wird im Rahmen des laufenden Projektes als Vorstudie untersucht. Somit hat man den direkten Bezug zu industriellen Stäuben. Verbunden mit der Vielfalt der Anwendung von Stäuben in der Industrie, besteht die Gefahr von Glimmnestern, die als Zündquelle für Brände im Fließbett dienen können. Diese können beispielsweise aus vorgelagerten Prozessen in das Fließbett eingetragen werden. Somit stellt sich die Frage, wie Zündquellen definiert sein müssen und wie sich diese in einem kleineren Versuchsmaßstab darstellen lassen. Mit Definition der Zündquelle sind unter anderem die physikalischen Eigenschaften wie die Zündtemperatur und die Zündenergie gemeint, die nötig ist, um einen selbstständig fortschreitenden Brand bei verschiedenen Stäuben im quasi-stationären Zustand zu initiieren. Seite 2 von 5

3 1.2 Wissenszugewinn Der mit dem Forschungsvorhaben angestrebte Wissensgewinn besteht darin, anhand einer für das Fließbett modifizierten Brennprüfeinrichtung in experimenteller Weise zu untersuchen unter welchen Rahmenbedingungen die in das Fließbett eingebrachten Zündquellen, in Form von Glimmnestern, den Staub im quasi-stationären Zustand zünden. Die modifizierte Brennprüfeinrichtung soll eine Größe von ca. 600x120 mm besitzen, um den Anforderungen einer sogenannten Pilot-Plant zu entsprechen. Aus Planungs- und Konstruktionsgründen, wie der Positionierung der Zulufteinrichtungen zur Erzeugung des quasi-stationären Zustands, wird zunächst als Werkstoff Holz verwendet. Bei erfolgreicher Erprobung der Pilot-Plant- Holz soll nachfolgend eine Variante aus Metall gefertigt werden ( Pilot-Plant-Stahl ). Ferner soll die Pilot-Plant dazu dienen, optimale Vorrausetzungen zu schaffen, die Glimmnester als Zündquelle in die Anlage einzubringen. Der vergrößerte Maßstab eignet sich besonders für die Bestimmung der Zündtemperatur, sowie der Zündenergie, die mit Hilfe chemischer Zünder aus der 20 Liter Explosionsapparatur eventuell ermöglicht wird. Somit werden die Sicherheitskennzahlen Zündtemperatur (in C) und Zündenergie (in kj) bestimmt. 2 Arbeitsplan 2.1 Forschungsstruktur Das Forschungsvorhaben ist als mittlere Machbarkeitsstudie angelegt. Der Zusatz mittlere bezieht sich auf die Laufzeit und das Budget des Forschungsvorhabens. Es werden Staubarten gewählt die schon im Vorprojekt (Kurztitel: Fließbett Industrie) genutzt wurden. Die Zündquellen sollen in Form von Glimmnestern in das Fließbett eingebracht werden. Diese Form der Eintragung wurde bereits als Ursache von Bränden in Fließbettanlagen bestätigt. Es ist eine angemessene Vorstudie geplant um Glimmnester realitätsnah zu erzeugen und im Labormaßstab optimal in die Anlage einzutragen. Die experimentellen Untersuchungen selbst sollen im Labor des Lehrstuhls Methoden der Sicherheitstechnik/Unfallforschung an der Bergischen Universität Wuppertal durchgeführt werden. 2.2 Forschungsziel Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll unter Anwendung sicherheitswissenschaftlicher Ansätze und Methoden untersucht werden, inwieweit die Entwicklung einer neuen Pilot-Plant für die Erfassung des Ab-/Brandverhaltens von Stäuben in einem quasi-stationären Zustand unter Berücksichtigung von wirksamen Zündquellen in Form von Glimmnestern, erforderlich und möglich ist. Das angestrebte Untersuchungsergebnis ist von großer Wichtigkeit für die Brandgefährdungsbeurteilung bei staubführenden Anlagen. Beispiele für die Einsatzverfahren von Fließbetten sind die Wirbelschichttrocknung, -granulation und -röstung in verschiedenen Zweigen der chemischen und pharmazeutischen Industrie, sowie bestimmten Filteranlagen. Seite 3 von 5

4 2.3 Untersuchungsmethodik Zur Bearbeitung des Forschungsvorhabens sind folgende Methoden bzw. Instrumente vorgesehen: Literaturrecherche zur Erzeugung von Zündquellen und deren Eintragung Experimentelle Untersuchungen im vergrößerten Maßstab o Konstruktion einer Pilot-Plant aus Holz o Konstruktion einer Pilot-Plant aus Stahl o Initiierung von Glimmnestern o Methoden zur Einbringung des Glimmnestes ins Fließbett o Ermittlung der Zündtemperatur von Stäuben o Ermittlung der Zündenergie von Stäuben 2.4 Ablaufplanung Das Forschungsvorhaben wird durch INDEX und den Lehrstuhl Methoden der Sicherheitstechnik/Unfallforschung der Bergischen Universität Wuppertal durchgeführt. Der Lehrstuhl gehört organisatorisch der Fakultät D Abteilung Sicherheitstechnik an, die aufgrund ihrer langjährigen und vielfältigen sicherheitstechnischen Forschung über einen sehr hohen Wissensstand in diesem Bereich verfügt, sowie große Erfahrungen auf dem Gebiet von sicherheitstechnischen Untersuchungen vorweisen kann. Die Bearbeitung soll durch eine wissenschaftliche Hilfskraft und einen wissenschaftlichen Mitarbeiter erfolgen, welche zu diesem Zweck ein temporäres Beschäftigungsverhältnis am Lehrstuhl erhalten sollen. Die Mitarbeiter werden bei der Bearbeitung durch den Leiter des Lehrstuhls Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uli Barth unterstützt. Der Bearbeitungsrahmen umfasst einen geplanten Zeitraum von 18 Kalendermonaten. Das Forschungsvorhaben wird in 6 Arbeitspunkte, die im Folgenden kurz beschrieben werden, strukturiert und bearbeitet: Arbeitspunkt 1: Konkretisierung des Forschungsgegenstandes und Festlegung der Untersuchungsmethodik. Arbeitspunkt 2: Ermittlung relevanter Daten für Zündquellen im Fließbett. Arbeitspunkt 3: Weiterentwicklung der labormaßstäblichen Brennprüfeinrichtung bzw. Konstruktion und Aufbau einer vergrößerten Brennprüfeinrichtung hinsichtlich der Einbringung von Glimmnestern ins Fließbett (Pilot-Plant). Arbeitspunkt 4: Durchführung der experimentellen Untersuchungen. Arbeitspunkt 5: Auswertung und Beurteilung der erhobenen Prüfergebnisse. Arbeitspunkt 6: Erstellung des Forschungsabschlussberichts. Seite 4 von 5

5 3 Finanzierungsplan Seitens des Lehrstuhls Methoden der Sicherheitstechnik/Unfallforschung ist geplant, dass das Forschungsvorhaben federführend von einem wissenschaftlichen Mitarbeiter und einer wissenschaftlichen Hilfskraft bearbeitet wird. Die Mitarbeiter sollen im Rahmen des Forschungsvorhabens einen dementsprechend befristeten Arbeitsvertrag als wissenschaftlicher Mitarbeiter bzw. wissenschaftliche Hilfskraft bei der Bergischen Universität Wuppertal Lehrstuhl Methoden der Sicherheitstechnik/Unfallforschung erhalten. Der wissenschaftliche Mitarbeiter soll das Projekt im Laufe der Projektzeit betreuen und begleiten. Für das Forschungsvorhaben werden die folgenden Kosten budgetiert. Es handelt sich hierbei überwiegend um Personal- und Materialkosten für den Versuchsaufbau. Kostenart Kosten pro Monat Kosten pro Laufzeit Personalkosten Wissenschaftlicher Mitarbeiter 2.910, ,30 Wissenschaftliche Hilfskraft 558, ,50 Sachkosten Materialkosten 1.000,00 Gesamt ,80 4 Zeitplan Die Laufzeit des Forschungsvorhabens wird auf 18 Kalendermonate geplant ab Seite 5 von 5