Explosionen. W. Bartknecht. Ablauf und Schutzmaßnahmen. Zweite, überarbeitete und ergänzte Auflage

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2 W. Bartknecht Explosionen Ablauf und Schutzmaßnahmen Zweite, überarbeitete und ergänzte Auflage Mit 259, zum Teil farbigen Abbildungen und 34 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1980

3 Dr. Wolfgang Bartkneeht e/o CIBA-GEIGY AG, Zentraler Sieherheitsdienst, CH-4002 Basel ISBN ISBN (ebook) DOIIO.1007/ CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek. Bartknecht, Wolfgang: Explosionen: Ablauf u. Schutzmaßnahmen / W. Bartknecht. Mit e. Vorw. von Heinz Brauer. - 2., überarb. u. erg. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe aufphotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Bei der Vervielfältigung für gewerbliche Zwecke ist gemäß 54 UrhG eine Vergütung an den Verlag zu zahlen, deren Höhe mit dem Verlag zu vereinbaren ist. by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1978, 1980 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1980 Softcover reprint ofthe hardcover 2nd edition 1980 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlagentwurf: W. Eisenschink, Heidelberg Offsetdruck und Bindearbeiten: Oscar Brandstetter Druckerei KG, Wiesbaden 2152/

4 Vorwort zur zweiten Auflage Technische Fachbücher erreichen zumeist nur eine geringe Auflage. Ist es einmal anders, dann müssen zwei Dinge zusammentreffen. Ein herausragender Fachmann als Buchautor und ein großes, bislang ungedecktes Bedürfnis auf dem Informationsmarkt. Das Bedürfnis nach umfassender Information über Explosionen, ihren Ablauf und mögliche Schutzmaßnahmen ist über das zu erwartende Maß durch schwere Explosionsunfälle in zahlreichen Ländern sprungartig angestiegen. Eine fur Sicherheits- und Schutzmaßnahmen sensibilisierte Öffentlichkeit fordert die Ingenieure in die Schranken. Für die Lösung der drängenden technischen Aufgaben ist das Buch "Explosionen" mit seinem großen Informationsgehalt eine bedeutende Stütze. Man möge aber auch daran denken, daß dieses Buch, dessen zweite Auflage so schnell erforderlich wurde, nur deshalb geschrieben werden konnte, weil bereits seit einigen Jahrzehnten Ingenieur- und Naturwissenschaftler die Probleme als wichtig ansahen und an ihrer Lösung arbeiteten. Der Erfolg dieser Arbeit dokumentiert sich in diesem Buch. Den praktisch tätigen Ingenieuren ist es eine wertvolle Hilfe, die noch in der Ausbildung befindlichen Ingenieure sollte es dazu anregen, den Fragen der Sicherheit von Menschen und Betriebsanlagen frühzeitig gebührende Aufmerksamkeit zu schenken. Heinz Brauer o. Professor fur Verfahrenstechnik Technische Universität Berlin

5 Vorwort zur ersten Auflage Die durch Explosionen hervorgerufenen Gefahren für Menschen und Sachgüter können kaum überschätzt werden. Diese Gefahren sind um so größer, als die zu Explosionen neigenden Stäube und Gasgemische im allgemeinen keinerlei Gefahr signalisieren. Es gibt jedoch einen staubförmigen Stoff, dessen Name bereits die von ihm ausgehende Gefahr signalisiert. Dieser Stoff ist das Schießpulver. Wer hiermit zu tun hat, ist sich der Gefahr bewußt, in welcher er sich befindet. Er weiß aber auch, daß er selbst es ist, der die Explosion auslösen, und daß er somit die Gefahr unter Kontrolle halten und bannen kann. Insofern ist Schießpulver zu einem der harmloseren staubförmigen Stoffe geworden. Gefahr signalisierende Namen und Informationen schaffen Gefahrenbewußtsein beim Menschen als notwendige Voraussetzung für die Einleitung von Maßnahmen zu seinem eigenen Schutz und dem von Sachgütem. Schießpulver ist nur einer von fast zahllosen staubförmigen Stoffen, für die Explosionsgefahr besteht. Die technische Entwicklung führt zur Herstellung einer stetig wachsenden Zahl von staubformigen Feststoffen. Nur in dieser Form können bedeutsame Eigenschaften der Feststoffe vom Menschen genutzt werden. Nur in Staubform ist das Mehl für Ernährungszwecke und Zement für Bauzwecke brauchbar. Ohne die staubförmigen Vorprodukte könnte es keine tablettenförmigen Pharmazeutika geben. Dieses sind nur wenige Beispiele für staubförmige Produkte, die für den Menschen von lebenswichtiger, von lebenserhaltender Bedeutung sind. Die Zahl der Beispiele ließe sich beliebig vermehren. Staubförmige Produkte müssen daher in großer Zahl, aber auch in großer Masse, hergestellt, transportiert und gelagert werden. Die Handhabung der Stäube unterliegt einem wichtigen Grundsatz der Staubtechnologie: Staub erzeugt feineren Staub. Je feiner der Staub, desto größer die Explosionsgefahr. Staub erweist sich als eine besonders gehihrliche Erscheinungsform der festen Stoffe. Nicht minder groß sind die Gefahren, die von gasförmigen Gemischen ausgehen. Diese Gefahren zu beschreiben und zu bannen, hat sich der Autor dieses Buches zur Lebensaufgabe gemacht.

6 VIII Vorwort zur ersten Auflage Das Buch gliedert sich in drei Hauptkapitel, in denen die Voraussetzungen und der Ablauf von Explosionen sowie die Schutzmaßnahmen gegen das Entstehen und gegen die Auswirkungen von Explosionen beschrieben werden. Es spannt den Bogen von wissenschaftlichen Erkenntnissen zu technischen Konsequenzen. Aus umfassendem Wissen wurde hier ein Buch geschrieben, das ein für die Weiterentwicklung der Technik besonders wichtiges Gebiet in verständlicher Form darstellt und die praktische Nutzanwendung erleichtert und somit auch beschleunigt. Mit diesem Buch wird nicht nur eine Lücke im technischen Schrifttum geschlossen. Es trägt primär dazu bei, Gemische aus staub- und gasförmigen Stoffen technisch sicherer handhaben zu können. Die Technik kann durch dieses Buch noch etwas sicherer und dem Menschen kann noch mehr Schutz geboten werden. Den Technischen Universitäten wird mit diesem Buch der Hinweis gegeben, daß ein wesentlicher Bereich der Sicherheitstechnik in den Zustand der Lehrbarkeit gelangt ist. Heinz Brauer o. Professor für Verfahrenstechnik Technische Universität Berlin

7 lnhal tsv erzei chni S Teil I Explosionsablauf 1 Einleitung , Explosionen in geschlossenen Behältern Brenngase Explosionsgrenzen Explosionsdruck - Explosionsheftigkeit Brenngas (Dampf-)/Luft-Gemische Brenngas/Sauerstoff-Gemische Chlor/Wasserstoff-Gemische Brennbare Stäube Vorbemerkung Explosionsgrenzen Explosionsdruck - Explosionsheftigkeit Minimale Mindestzündenergie Hybride Gemische Vorbemerkung Explosionsgrenzen Explosionsdruck - Explosionsheftigkeit Minimale Mindestzündenergie Folgerungen Explosionen - Detonationen in Rohrstrecken Vorbemerkung Brenngase Brennbare Stäube Folgerungen Literaturhinweise Teil Schutzmaßnaltmen gegen das Enstehen von Explosionen und gegen Explosionsauswirkungen Vorbemerkungen Sicherheitsmaßnahmen gegen das Entstehen von Explosionen

8 x Inhaltsverzeichnis 2.1 Inertisierung Vorbemerkung Brenngase Brennbare Stäube... : Folgerungen Sicherheitsmaßnahmen gegen die Auswirkungen von Explosionen in Behältern und Räumen Vorbemerkung Explosionsfeste Bauweise Druckbehälter Der druckstoßfeste Behälter Folgerungen Explosionsdruckentlastung Vorbemerkung Beschreibung der Druckentlastung Druckentlastung von Behältern Druckentlastung von Räumen Ausführung und Eigenschaften von Druckentlastungseinrichtungen Vorbemerkung Berstscheiben Berstscheiben aus sprödem, nicht verformungsfähigem Werkstoff Berstscheiben aus verformungsfähigem Werkstoff Fremdbetätigte Berstscheiben Explosionsscheiben Selbsttätig schließende Entlastungseinrichtungen ExplosionskIappen Federbelastete Entlastungseinrichtungen Folgerungen Dimensionierung von Druckentlastungsflächen Vorbemerkung Brenngase Brennbare Stäube Gefahrlose Ableitung der Druckwelle, der Flamme und der Gase Langgestreckte Behälter (Silos) Grenzen der Anwendbarkeit ExplosionsunterdIÜckung Vorbemerkung Verfahrensbeschreibung

9 Inhaltsverzeichnis XI Auswahl des Detektorsystems Beschreibung der Löschsysteme Auswahl des günstigsten Löschmittels Grenzen der Anwendbarkeit Löschmittelbedarf Spezielle Anwendungsprobleme Einfluß des Vordruckes Unterdrückung der Explosionen von organischen Peroxyden Folgerungen Sicherheitsmaßnahmen gegen die Auswirkungen von Explosionen in Rohrleitungen Flammensperren Vorbemerkung Mechanische Flamrnensperren Vorbemerkung Explosionssichere Armaturen Dauerbrandsichere Armaturen Detonationssichere Armaturen Automatische Löschmittelsperre Explosionsdruckentlastung Vorbemerkung Endständige Entlastungseinrichtungen Berstscheiben, fremdbetätigte Berstscheiben Explosionsklappen Federventile Schnellschlußorgane Folgerungen Zusammenfassung Literaturhinweise Teil III Anwendung von Schutzmaßnahmen an Apparaten und Apparaturen Vorbemerkungen Schutzmaßnahmen an Apparaten Mühlen Vorbemerkung Einflußnahmen auf den zeitlichen Druckverlauf von Explosionen Folgerungen

10 XII Inhaltsverzeichnis 2.2 Sackzerreißmaschinen Vorbemerkung Anwendung von kombinierten Schutzmaßnahmen Wirbel schicht-trockner und -Granulatoren Vorbemerkung Anwendung sekundärer Schutzmaßnahmen Grundsätzliche Apparateanforderungen Eckige Bauform Runde Bauform Folgerungen Explosionsdruckentlastung Vor dem Filter Nach dem Filter Explosionsunterdrückung Zusatzforderungen Staubabscheideftlter Vorbemerkung Taschenftlter Anwendung der Explosionsdruckentlastung Folgerungen j Schlauchftlter Anwendung der Explosionsdruckentlastung Anordnung der Zündquelle im Filtergehäuse Explosionsübertragung aus einer Rohrleitung Anwendung der Explosionsunterdrückung Folgerungen Schutzmaßnahmen an Apparaturen Vorbemerkung Mahlanlage Schutzmaßnahme Inertisierung Schutzmaßnahme Explosionsdruckentlastung Schutzmaßnahme Explosionsunterdrückung Zerstäubungstrocknungsanlagen Schutzmaßnahme Inertisierung Schutz maßnahme Explosionsdruckentlastung Schutzmaßnahme Explosionsunterdrückung Folgerungen Schlußwort Literaturhinweise Sachverzeichnis