Zündtemperaturen in großen Behältern mit Volumina bis zu 500 l

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1 Ausführliche Beschreibung des Projektes Zündtemperaturen in großen Behältern mit Volumina bis zu 500 l Kurzfassung Im von der BG RCI geförderten Forschungsprojekt Einfluss der Behältergröße auf die Schutzmaßnahmen im Innern von Behältern, die explosionsfähige Gemische enthalten zeigte sich u. a., dass die Zündtemperaturen der untersuchten Substanzen volumenabhängig sind. Die aus der Literatur bekannten Untersuchungen zum Volumeneinfluss auf die Zündtemperatur wurden grundsätzlich bestätigt. Ein weiteres kürzlich begonnenes BG RCI-Projekt wird diesen Einfluss für Volumina bis zu 20 l klären. Aus dieser Volumenabhängigkeit ergeben sich Konsequenzen für Art und Umfang der Explosionsschutzmaßnahmen für technische Prozesse in geschlossenen Behältern, denn vielfach gilt die Zündtemperatur als Leitgröße für die maximal zulässige Temperatur von heißen Oberflächen und von Gas/Dampf-Luft-Gemischen. In großen Behältern kann die Normzündtemperatur jedoch oft deutlich unterschritten werden. Die bisher bekannten und zur Zeit untersuchten Volumenabhängigkeiten der Zündtemperatur beschränken sich auf Volumina bis 20 l. Zur Beurteilung, ob diese Abhängigkeiten auch auf Volumina von deutlich mehr als 20 l übertragen werden können, sollen im beantragten Projekt exemplarische Messungen in einem 150-l- Behälter und einem 500-l-Behälter durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollen national und international in sicherheitstechnische Gremien (berufsgenossenschaftliche Fachbereiche und Sachgebiete, Ausschüsse, TRBS/TRGS, CEN TC 305 etc.) und Regeln (TRBS/TRGS), eingebracht werden. Ausgangssituation Im BG RCI-geförderten Forschungsprojekt Einfluss der Behältergröße auf die Schutzmaßnahmen im Innern von Behältern, die explosionsfähige Gemische enthalten zeigte sich, dass einige Substanzen, auch in geschlossenen Gefäßen eine Volumenabhängigkeit der Zündtemperatur aufweisen. Mit steigendem Volumen fiel die Zündtemperatur deutlich ab. Dies bestätigt die aus der Literatur bekannten Untersuchungen hinsichtlich des Volumeneinflusses auf die Zündtemperatur. Da die Zündtemperatur bei technischen Prozessen oft als Leitgröße für die maximal zulässige Temperatur von heißen Oberflächen und von Gas/Dampf-Luft-Gemischen herangezogen wird, ergeben sich unter sicherheitstechnischen Aspekten aus dieser Volumenabhängigkeit Konsequenzen für Art und Umfang der Explosionsschutzmaßnahmen in geschlossenen Behältern da die Entzündungstemperatur in diesen Fällen aber unterschritten werden kann. 1

2 Technische Prozesse werden häufig in Behältern durchgeführt, die die aus der Literatur und aus dem erwähnten BG RCI-Projekt bekannten Volumina bei der Bestimmung der Zündtemperatur deutlich überschreiten. Um bewerten zu können, ob die bekannten Volumenabhängigkeiten auch auf deutlich größere Volumina als 20 l übertragen werden können, sollen in diesem Projekt exemplarische Messungen in Behältervolumina von ca. 150 l und ca. 500 l durchgeführt werden. Die Volumina von ca. 150 l und ca. 500 l erscheinen geeignet, um einerseits belastbare Ergebnisse in einem überschaubaren Zeitraum mit einem erträglichen technischen Aufwand zu gewinnen. Andererseits liegen sie näher an den in der Industrie verwendeten Volumina als die in der Literatur verwendeten Behältergrößen. Diese Messungen sollen die Untersuchungen des von der BG RCI geförderten Projektes Zündtemperaturen in großen Behältern Projekt Volumina bis 20 l dahin- gehend ergänzen, dass Aussagen zur Volumenabhängigkeit der Zündtemperatur in praxisnahen Behältergrößen von mehr als 20 l belastbar werden. Dieses von der BG RCI geförderte Projekt hat vor Kurzem mit dem Aufbau von Versuchseinrichtungen begonnen. Problemstellung Viele chemische Verfahren, technische Prozesse oder Reinigungsvorgänge erfordern für ihre Durchführung erhöhte Temperaturen. Sind dabei explosionsfähige Gemische vorhanden oder können solche zumindest bei Betriebsstörungen entstehen, stellen vor allem heiße Oberflächen potentielle Zündquellen dar. Bei Umgebungsdruck ist die Zündquelle heiße Oberfläche charakterisiert durch die Zündtemperatur nach DIN [1], IEC [2], EN [3] und im außereuropäischen Raum ASTM E 659 [4]. Die so bestimmte Zündtemperatur ist Grundlage für die Einteilung der brennbaren Gase und Flüssigkeiten und der explosionsgeschützten Geräte in Temperaturklassen. Obwohl die eigentliche Intention dieses Bestimmungsverfahrens somit auf ein Ranking der Geräte zum Einsatz in explosionsfähiger Atmosphäre sowie der brennbaren Substanzen, die explosionsfähige Atmosphäre bilden können, abzielt, wird sie vielfach in der industriellen Praxis als Leitgröße eingesetzt. Die Zündtemperatur ist jedoch wie die meisten anderen sicherheitstechnischen Kenngrößen von der Geometrie der Versuchsapparatur abhängig. Das Volumen des Zündgefäßes zur Bestimmung der Norm-Zündtemperatur beträgt in allen genannten Fällen 0,2 l. Aus der Literatur bekannte Messungen [6, 7, 8, 9] in zur Umgebung offenen Volumina bis zu 20 l zeigen jedoch eine Reduzierung der Entzündungstemperatur mit zunehmendem Volumen der Versuchsapparatur. Das Bestimmungsverfahren ASTM E 659 [4] berücksichtigt dies in einem Anhang folgendermaßen: X2. EFFECT OF VOLUME ON AIT (Auto Ignition Temperature) X2.1 Numerous investigators have noted that the larger the test vessel the lower is the autoignition temperature. Thus, caution is indicated in applying the temperatures derived by this method to practical situations. X2.2 The determination of the vessel volume effect involves repeating these procedures in three or more test volumes, such as 250, 500, 1000 and 5000 ml, of the same geometry. A plot 2

3 of autoignition temperature versus logarithm of the vessel volume can be helpful in estimating the AITs at other volumes. Gleichzeitig mit der Abnahme der Entzündungstemperatur wird in der Regel eine Zunahme der Zündverzugszeit beobachtet [6, 7]. Ergebnisse aus dem BG RCI-Projekt Einfluss der Behältergrüße auf die Schutzmaßnahmen im Innern von Behältern die explosionsfähige Gemische enthalten bestätigen einen solchen Einfluss des Volumens auch für Entzündungstemperaturen und Zündverzugszeiten im geschlossenen Gefäß bis zu einem Volumen von 1l Beerbower [5] schlägt basierend auf den experimentellen Daten aus den Messreihen von Sechkin [6] eine Extrapolation für große, in der Industrie übliche Volumina nach folgendem Zusammenhang vor: 12 log 10 V 2 TzV 2 = 75 + ( TzV 1 75) 12 log10 V1 Mit Tz V2 : Zündtemperatur im Volumen 2 Tz V1 : Zündtemperatur im Volumen 1 V2: Volumen 2 V1: Volumen 1 Damit ergäbe sich zum Beispiel für Trimethylbenzol (Zündtemperatur nach Norm 550 C) eine Entzündungstemperatur von 320 C in einem Behälter mit 10 m³ Volumen oder für n-propanol (Zündtemperatur nach Norm 325 C) eine Entzündungstemperatur von 203 C. Da diese Beerbower-Korrelation durch keinerlei Messungen in Volumina größer als 20 l belegt ist, greift die TRBS 2152, Teil 3/ TRGS 723 [12] in Kapitel 5 Vermeiden des Wirksamwerdens von Zündquellen auch nicht darauf zurück, um Grenzwerte für sichere Temperaturen großer heißer Behälter abzuschätzen. Stand der Erkenntnisse Tabelle 1 und Abbildung 1 fassen die bislang vorhandenen Literaturdaten zusammen. Gleichzeitig mit der Absenkung der Entzündungstemperatur mit steigendem Volumen wird oft eine Zunahme der Zündverzugszeit beobachtet. 700 Entzündungstemperatur / C ml Aceton [6] Benzol [6] Toluol [6] Essigsäure [6] 1,4-Butandiol [6] Methanol [6] Ethanol [6] Pentan [6] Diethylether [6] CS 2 [6] Octan [9] Decan [9] Kerosin [9] Harz [9] Cyclohexan [7] Isobutyraldehyd [8]

4 Abb. 1: Einfluss des Volumens auf die Entzündungstemperatur Für diese Messreihen wurden zur Umgebung offene Gefäße verwendet, denn der Großteil dieser Messreihen [6] wurde im Zusammenhang mit der Erarbeitung der heute genormten Bestimmungsverfahren der Zündtemperatur bei Umgebungsbedingungen durchgeführt. Deutlich erkennbar ist der Einfluss vor allem bei Volumina kleiner 0,2 l. Dies ist der Grund dafür, dass die genormten Bestimmungsverfahren als (Mindest-)Volumen für das Prüfgefäß 0,2 l vorschreiben. Für den Anstieg der Zündtemperatur bei kleinen Volumina spielen sicherlich die Löscheffekte der Gefäßwandung (Wärmeabfuhr, Abbruch der Oxidationsreaktion durch Radikaleinfang) für die Flammenausbreitung eine entscheidende Rolle. Tabelle 1: Volumenabhängigkeit der Entzündungstemperatur (nach [6, 7, 8, 9]; offene Gefäße) Substanz Zündtemperatur / C Zündgefäßvolumen / l 0,008 0,035 0,2 *) 0,5 1,0 2,0 5,0 12,0 20,0 Benzen [6] Toluene [6] Aceton [6] Essigsäure [6] Methanol [6] Ethanol [6] ,4-Butandiol [6] Isobutyrsäureanhydrid [8] Cyclohexan, vorgemischt [7] n-pentan [6] Diethylether [6] CS 2 [6] Octan [9] Decan [9] Harz [9] Kerosin [9] Da bei diesen Versuchsreihen zum Teil andere Gefäßgeometrien als in den genormten Verfahren, verwendet wurden, unterscheiden sich die in der Spalte 0,2 der Tabelle 1 angegebenen Entzündungstemperaturen trotz gleichem Behältervolumen teilweise von den tabellierten Werten (Tabelle 2). 4

5 Tabelle 2: Vergleich der Normzündtemperaturen [10] mit den Entzündungstemperaturen aus [6,7] für das Gefäßvolumen 0,2 l. Substanz Zündtemperatur nach Norm [10] (DIN [1], IEC [2], EN [3]) Benzen [6] Toluene [6] Aceton [6] Essigsäure [6] Methanol [6] Ethanol [6] Cyclohexan [7] n-pentan [6] Diethylether [6] CS 2 [6] Entzündungstemperaturen aus [6,7] für das Gefäßvolumen 0,2 l Tabelle 3 zeigt, dass eine vergleichbare Volumenabhängigkeit grundsätzlich auch für Entzündungstemperaturen im geschlossenen Gefäß (untersuchte Volumina bis 1 l) zutrifft. Tabelle 3: Ergebnisse aus dem BG RCI-Projekt Einfluss der Behältergröße auf die Schutzmaßnahmen im Innern von Behältern die explosionsfähige Gemische enthalten [11] (geschlossene Gefäße) Substanz Zündtemperatur / C Zündgefäßvolumen / l 0,32 1,0 n-propylpropionat n-heptan n-butylacetat Hexan-2-on Heptan-3-on Heptan-2-on Ethylhexanoat Cyclohexan ,4-Dioxan Die logarithmische Darstellung der Literaturdaten [6, 7, 8, 9] erlaubt eine lineare Korrelation (Abbildung 2). Die Steigung der einzelnen Geraden (absolut oder prozentual) ist allerdings nicht identisch. 5

6 Über diesen Zusammenhang erhält man konvergierende Geraden unterschiedlicher Steigung, die bei 75 C zusammen laufen. Sie sind naturgemäß umso steiler, je höher die Entzündungstemperatur in kleinen Gefäßen ist. 700 Entzündungstemperatur / C ml Aceton [6] Benzen [6] Toluen [6] Essigsäure [6] Ethylglycol [6] Methanol [6] Ethanol [6] Pentan [6] Diethylether [6] CS 2 [6] Cyclohexan [7] Isobuttersäureanhydrid [8] log (V/ml) Kerosin [9] Decan [9] Harz [9] Octan [9] Abb. 2: Einfluss des Volumens auf die Entzündungstemperatur Zusammenfassung relevanter Forschungsarbeiten Externe Forschungsarbeiten In folgenden Arbeiten sind die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen zur Zündtemperatur in Abhängigkeit des Behältervolumens enthalten. Diese experimentellen Ergebnisse sind in den Abbildungen 1 bis 3 zusammengefasst. N. Setchkin: J. of Research NBS 53 (1954), p T.J. Snee, J.F. Griffiths: Comb. Flame 75 (1989), p R.D. Coffee: 13th Loss Prev. Symp. AIChE (1979) p Fire and related Properties of Industrial Chemicals: Fire protection Association, Booklet No. 24 Beerbower zitiert in R. D. Coffee 13th Loss Prev. Symp. AIChE (1979) p Vandebroek et al. (L. Vandebroek et al.: J. HazMat. 93 (2002), ) beschreiben unter anderem Messungen der Zündtemperatur definierter Ammoniak-Methan- Gemische in einem 8 l-gefäß und extrapolieren die dabei erhaltenen Ergebnisse mit Hilfe der Beerbower-Korrelation auf Volumina bis zu 7,1 m³. Die Literaturrecherche zu den externen Forschungsarbeiten wurde datenbankgestützt unter sicherheitstechnischen Aspekten durchgeführt (PTB-interne Literaturdatenbank, CA-Datenbank etc.). Als Schlagworte dienten unter anderem: 6

7 auto ignition temperature, spontaneous ignition, volume, ignition delay time, safety characteristics, explosion safety, hot surface. Eigene Forschungsarbeiten zum Thema Zündtemperatur : Zum Thema Zündtemperatur wurden in den letzten Jahren in der PTB unterschiedliche Aspekte dieser Kenngröße wie z. B. Einfluss des Druckes, Einfluss der Gefäßumschließung (isobare oder isochore Bedingungen), Einfluss des Oxidationsmittels (Luft im Vergleich zu reinem Sauerstoff), Einfluss kalter Flammen, erfolgreich untersucht. Viele dieser Forschungsprojekte wurden und werden von der BG RCI und der DGUV finanziell unterstützt. Die wichtigsten Projekte sind: Zündtemperaturen binärer Gemische bei erhöhten Ausgangsdrücken Forschungsprojekt, gefördert von BG-Chemie W. Hirsch, E. Brandes: Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2005 Sicherheitstechnische Kenngrößen in Abhängigkeit von der Geometrie der Versuchsapparatur- Speziell Zündtemperaturen- Forschungsprojekt, gefördert von BG-Chemie W. Hirsch, E. Brandes: Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2008 Vorbereitende Untersuchungen, um praktische Konsequenzen aus der Absenkung der Zündtemperatur in Behältern ziehen zu können. Forschungsprojekt, gefördert von BG RCI E. Brandes, Ch. Papp: Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2011 Schutzmaßnahmen bei hohen Temperaturen im Innern von Behältern mit explosionsfähigen Gemischen. Forschungsprojekt, gefördert von BG RCI E. Brandes, Ch. Papp: Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2011 E. Brandes, Ch. Papp, W. Hirsch, M. Marx Auto ignition temperatures of liquids in closed vessels 9 th ISPHMIE, Krakow 2012 Philipp Rettig, Zündtemperaturen brennbarer Flüssigkeiten in Sauerstoff Bachelorarbeit an der Universität Magdeburg in Zusammenarbeit mit der PTB Einfluss der Behältergröße auf die Schutzmaßnahmen im Innern von Behältern, die explosionsfähige Gemische enthalten. Forschungsprojekt, gefördert von BG RCI E. Brandes, Ch. Papp: Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben, im Druck In keiner der aufgeführten Arbeiten werden Volumina größer 20 l verwendet. 7

8 Defizitanalyse Die Beerbower-Korrelation beruht auf Messungen der Entzündungstemperatur in Volumina bis maximal 20 l. Sie wird teilweise für die Extrapolation der Entzündungstemperatur auf in der Industrie übliche Behältergrößen angewendet [11]. Bei näherer Betrachtung zeigt sich allerdings, dass diese Korrelation nur für (Norm-)Zündtemperaturen größer ca. 200 C die experimentellen Daten befriedigend wieder gibt (Abb. 3). Für Substanzen mit niedrigeren Normzündtemperaturen führt die Beerbower-Korrelation zu höheren Entzündungstemperaturen verglichen mit der individuellen Korrelation (Abb. 3 Diethylether und CS 2 ). Es sind jedoch bislang keine Messungen in Volumina größer als 20 l veröffentlicht worden, die zur Beurteilung der Beerbower-Korrelation und der Zunahme der Zündverzugszeit herangezogen werden könnten. Eine Beurteilung, ob Extrapolationen für die einzelnen Stoffe oder allgemein mittels der Beerbower- Korrelation auf paxisrelevante Behältergrößen von mehr als 20 l sicherheitstechnisch vertretbar sind, war daher bisher nicht möglich. Entzündungstemperatur / C ml 10 m³ log (V/ml) Aceton [6] Benzen [6] Toluen [6] Essigsäure [6] Ethylglycol [6] Methanol [6] Ethanol [6] Pentan [6] Diethylether [6] CS 2 [6] Cyclohexan [7] Isobuttersäureanhydrid [8] Octan [9] Decan [9] Kerosin [9] Harz [9] Abbildung 3: Vergleich der Literaturdaten mit der Beerbower-Korrelation Beerbower-Kor. für Aceton Beerbower-Kor. für Ethanol Beerbower-Kor. für Pentan Beerbower-Kor. für Decan Beerbower-Kor. für Diethylether Beerbower-Kor. für CS 2 Relevanz für die gesetzliche Unfallverhütung Die Berufsgenossenschaften haben, basierend auf ihrer Praxiserfahrung in den Mitgliedsbetrieben in den letzten Jahrzehnten, ein Regelwerk geschaffen, das gerade den klein- und mittelständischen Unternehmen eine große Hilfestellung bietet und im Rahmen der Prävention von Explosionsereignissen große Erfolge zu verzeichnen hat. Für den Explosionsschutz ist hier besonders wichtig die BGR 104 mit Beispielsammlung, die jetzt auch die relevanten TRGS/TRBS zum Explosionsschutz enthält. 8

9 Bei der Beurteilung der Zündquelle heiße Oberfläche zeigt sich jedoch in der Bemerkung 1 zu TRBS 2152, Teil 3/ TRGS 723, Nr [12], dass die Hinweise zu Zündtemperaturen in Behältern mit größeren Volumina notgedrungen sehr kurz und allgemein gehalten sind, da die notwendigen Informationen hierzu bisher nicht vorliegen. Zitat aus TRBS 2152, Teil 3/TRGS 723: 5.2 Heiße Oberflächen Ziel der Schutzmaßnahmen ist die Verhinderung der Entzündung explosionsfähiger Atmosphäre durch das Wirksamwerden einer heißen Oberfläche als Zündquelle Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung (1) Kommt explosionsfähige Atmosphäre mit heißen Oberflächen (heiße Rohrleitungen, Heizkessel usw.) in Berührung, kann es zu einer Entzündung kommen. (2) Grundlage der Bewertung ist die genormte Zündtemperatur der die explosionsfähige Atmosphäre bildenden Stoffe. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Zündfähigkeit einer heißen Oberfläche u. a. von der Art und der Konzentration des jeweiligen Stoffes im Gemisch mit Luft, von Größe und Gestalt des heißen Körpers und vom Wandmaterial abhängt. Bemerkung 1: Explosionsfähige Atmosphäre kann z. B. im Inneren größerer erhitzter Räume durch heiße Wände mit deutlich niedrigerer Temperatur als die der Norm-Zündtemperatur des Brennstoffs entzündet werden. Ziel Da in der chemischen Industrie deutlich größere Volumina als die in den zitierten Untersuchungen zum Einsatz kommen, ist es sinnvoll, die Übertragbarkeit dieser Literaturdaten auf andere Substanzen zu überprüfen und Abschätzmöglichkeiten für Entzündungstemperaturen für noch größere Volumina bereitzustellen. Das Ziel dieses Projektes ist es daher, gemeinsam mit den Ergebnissen des BG RCI- Projekt Zündtemperaturen in großen Behältern; Projekt Volumina bis 20 l eine Basis für die Beurteilung zu erhalten, in wieweit Extrapolationen von Daten für kleine Volumina auf größere Volumina sicherheitstechnische vertretbar sind. Mit den gewonnenen experimentellen Daten soll es möglich sein, sowohl das Ausmaß der Erniedrigung der Entzündungstemperatur als auch das Ausmaß der Verlängerung der Zündverzugszeit in Abhängigkeit des Behältervolumens zu beurteilen und Abschätzverfahren für diese beiden Aspekte bereit zu stellen. Damit wäre auch eine Konkretisierung der Bemerkung 1 zu 5.2 Heiße Oberflächen der TRBS 2152, Teil 3/TRGS 723 [12] möglich. 9

10 Methodik Ableiten praxisrelevanter Folgerungen aus experimentellen Untersuchungen Experimentelle Untersuchungen 1. Aufbau der Versuchseinrichtungen mit Volumina von ca. 150 l und ca. 500 l. Dabei sollen Behältertemperaturen bis maximal 450 C realisiert werden. 2. Experimentelle Untersuchungen exemplarischer praxisrelevanter Substanzen - 2a Bestimmung der Zündtemperatur im Behälter mit einem Volumen von ca. 150 l, wobei die Durchführung soweit wie möglich dem Verfahren nach Norm zur Zündtemperaturbestimmung entsprechen soll (offenes Gefäß, diskontinuierlich Zugabe der zu untersuchenden Substanz, Erzeugen inhomogener Dampf/Luft- Gemische) - 2b Bestimmung der Zündtemperatur im Behälter mit einem Volumen von 150 l, mit modifiziertem Verfahren (geschlossener Behälter, homogenes explosionsfähiges Dampf/Luft-Gemisch) - 2c Bestimmung der Zündtemperatur im Behälter mit einem Volumen von ca. 500 l, wobei die Durchführung soweit wie möglich dem Verfahren nach Norm zur Zündtemperaturbestimmung entsprechen soll (offenes Gefäß, diskontinuierlich Zugabe der zu untersuchenden Substanz, Erzeugen inhomogener Dampf/Luft- Gemische) - 2d Bestimmung der Zündtemperatur im Behälter mit einem Volumen von ca. 500 l, mit modifiziertem Verfahren (geschlossener Behälter, homogenes explosionsfähiges Dampf/Luft-Gemisch) Die zu untersuchenden Substanzen sollen in Abstimmung mit dem Forschungsbeirat ausgewählt werden und die im Projekt Zündtemperaturen in großen Behältern; Projekt Volumina bis 20 l gefördert von der BG RCI berücksichtigen. Die Untersuchungen werden nach dem Qualitätsstandard Gute Wissenschaftliche Praxis durchgeführt, der eine der Grundlagen für Forschungsarbeiten in der PTB ist. Die zum Einsatz kommenden Messmittel, Heiz- und Dosiereinrichtungen werden soweit möglich kalibriert bzw. eindeutig charakterisiert sein. Auswertung und praxisrelevante Folgerungen Die Messreihen 2a und 2c werden im 1. Schritt getrennt von den Messreihen 2b und 2d ausgewertet, um erkennen zu können ob der Homogenisierungsgrad Einfluss auf die Absenkung der Entzündungstemperatur hat. Die Auswertung beinhaltet die graphische und rechnerische Ermittlung der Entzündungstemperatur-Volumen Korrelation und der Verzugszeit-Volumen- Korrelation. In Schritt 2 werden die Messreihen 2a und 2c unter Einbeziehen der Ergebnisse des BG RCI-Projektes hinsichtlich der Entzündungstemperatur-Volumen Korrelation und der Verzugszeit-Volumen-Korrelation bewertet. In Schritt 3 werden die erhaltenen Entzündungstemperatur-Volumen-Korrelation der Messreihen 2a und 2c dahingehend überprüft, ob die Beerbower-Korrelation als Verallgemeinerung ohne Verlust des Sicherheitsniveaus angewendet werden kann. Ergibt sich in Schritt 1 ein nicht zu vernachlässigender Unterschied erfolgt die 10

11 Überprüfung der Beerbower-Korrelation getrennt für die Versuchsreihen 2a+2c+(Ergebnisse des BG RCI-Projektes) und 2b+2d, Aufbauend auf den Ergebnissen aus Schritt 1 und Schritt 2 wird die Belastbarkeit der erarbeiteten Korrelation bzw. die Belastbarkeit der Beerbower-Korrelation für größere Behälter als 500l sicherheitstechnisch bewertet. In Schritt 5 werden Folgerungen für die Auslegung von Schutzmaßnahmen gegen die Entzündung durch heiße Oberflächen vorgeschlagen. Zu erwartende Ergebnisse Aufgrund der vorgestellten Untersuchungen ist zu erwarten, dass Aussagen zur Volumenabhängigkeit der Entzündungstemperatur für praxisnahe Behältergrößen möglich sein werden. Die Ergebnisse werden in Form eines Abschlussberichtes vorgelegt werden. Arbeits- und Zeitplan t in Monaten 11

12 Anhang 1 Literatur, zitiert in der Projektbeschreibung 1 DIN : Bestimmung der Zündtemperatur; Beuth-Verlag, Berlin, EN 14522: Bestimmung der Zündtemperatur von Gasen und Dämpfen Deutsche Fassung-; Beuth-Verlag, Berlin, IEC : Explosive atmospheres Part 20-1: Material characteristics for gas and vapour classification Test methods and data, IEC, Genf, ASTM E659-78(2005): Standard Test Method for Autoignition Temperature of Liquid Chemicals; Beuth-Verlag, Berlin, Beerbower zitiert in [8] 6 N. Setchkin: J. of Research NBS 53 (1954), p T.J. Snee, J.F. Griffiths: Comb. Flame 75 (1989), p R.D. Coffee: 13th Loss Prev. Symp. AIChE (1979) p Fire and related Properties of Industrial Chemicals: Fire protection Association, Booklet No CHEMSAFE : Datenbank für bewertete sicherheitstechnische Kenngrößen, Ausgabe 2011, Hrsg. DECHEMA 12 L. Vandebroek et al.: J. HazMat. 93 (2002), Technische Regel für Betriebssicherheit 2152 Teil 3: Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre - Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre(TRBS 2152 Teil 3); GMBl. Nr. 77,

13 Anhang 2 Darstellung der Forschungsstelle Die PTB ist das nationale Metrologie-Institut mit wissenschaftlich-technischen Dienstleistungsaufgaben in der Messtechnik für Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft. Die PTB betreibt Grundlagenforschung und Entwicklung im Bereich der Metrologie als Basis für ihre Aufgaben in den Bereichen Bestimmung von Fundamental- und Naturkonstanten, Darstellung, Bewahrung und Weitergabe der gesetzlichen Einheiten des SI, Sicherheitstechnik, Dienstleistung und Messtechnik für den gesetzlich geregelten Bereich und die Industrie sowie für den Technologie-Transfer. Nur die eigene Grundlagenforschung unter Anwendung neuester Technologien versetzt die PTB langfristig in die Lage, ihre weltweit anerkannte Kompetenz in der Metrologie zu sichern und auszubauen. In Absprache und Kooperation mit der Bundesanstalt für Materialforschung und - prüfung (BAM) ist die PTB auf dem wirtschaftlich und vor allem gesellschaftlich wichtigen Gebieten der physikalischen Sicherheitstechnik und des Explosionsschutzes elektrischer und nicht-elektrischer Geräte tätig. Auf Grund ihrer Kompetenz fällt ihr dabei eine internationale Referenzfunktion zu. Die PTB hat ca Mitarbeiter, davon 80 Mitarbeiter in den Bereichen der physikalischen Sicherheitstechnik und des Explosionsschutzes. Die PTB ist u. a. eine Benannte Stelle mit der Kennnummer 0102 im Sinne der Richtlinie 94/9/EG. Für das Vorhaben relevante Arbeiten und Veröffentlichungen (Auswahl) Gödde M.; Brandes E.; Cammenga, H.K.: Zündtemperaturen homologer Reihen Teil 1 Untersuchungen zum Einfluss funktioneller Gruppen. PTB-Mitteilungen 182 (2/1998) S Gödde M.; Brandes E.; Cammenga, H.K.: Zündtemperaturen homologer Reihen Teil 2 Untersuchungen bei Normaldruck. PTB-Mitteilungen 182 (6/1998) S Gödde, M.: Dissertation Zündtemperaturen organischer Verbindungen in Abhängigkeit von chemischer Struktur und Druck, PTB-Bericht ThEx-8, Wirtschaftsverlag NW Verlag für Neue Wissenschaft, Bremerhaven 1998 E. Brandes, W. Hirsch: Zündtemperaturen binärer Gemische bei erhöhten Ausgangsdrücken, 11. BAM/PTB-Kolloquium zu Fragen der chemischen und physikalischen Sicherheitstechnik (2007), 7-16 Brandes, Elisabeth; Hirsch, Werner; Möller, Wolfgang: Autoignition temperatures of binary mixtures at elevated pressures. Seventh ISHPMIE proceedings : Seventh International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions. (2008); Vol. 1:, St. Petersburg 13

14 Papp, Christian; Brandes, Elisabeth; Hirsch, Werner; Marx, Marcus; Autoignition temperatures of flammable liquids in closed vessels. 9th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions (2012), Krakow: Steen, H., Gödde, M., Bothe, H.: in Handbuch des Explosionsschutzes, 2000, S 153 ff, Verlag, Wiley-VCH, CHEMSAFE : Datenbank für bewertete sicherheitstechnische Kenngrößen, Ausgabe 2011, Hrsg. DECHEMA Bothe, H., Steen, H.: Abhängigkeit der Zündtemperatur von der Geometrie heißer Oberflächen. Forschungsbericht Physikalisch Technische Bundesanstalt, 1989 Bothe, H., Steen, H.: 6th Int. Sym. Loss Prev. Safety Prom Vol III, W. Hirsch, E. Brandes: Zündtemperaturen binärer Gemische bei erhöhten Ausgangsdrücken, Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2005 W. Hirsch, E. Brandes: Sicherheitstechnische Kenngrößen in Abhängigkeit von der Geometrie der Versuchsapparatur - Speziell Zündtemperaturen-, Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2008 E. Brandes, Ch. Papp: Vorbereitende Untersuchungen, um praktische Konsequenzen aus der Absenkung der Zündtemperatur in Behältern ziehen zu können, Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2011 E. Brandes, Ch. Papp: Schutzmaßnahmen bei hohen Temperaturen im Innern von Behältern mit explosionsfähigen Gemischen Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben 2011 DIN : Bestimmung der Zündtemperatur; Beuth-Verlag, Berlin, 2003 EN 14522: Bestimmung der Zündtemperatur von Gasen und Dämpfen Deutsche Fassung-; Beuth-Verlag, Berlin, IEC : Explosive atmospheres Part 20-1: Material characteristics for gas and vapour classification Test methods and data, IEC, Genf, 2010 ASTM E659-78(2005): Standard Test Method for Autoignition Temperature of Liquid Chemicals; Beuth-Verlag, Berlin, 2005 Beerbower zitiert in [8] N. Setchkin: J. of Research NBS 53 (1954), p T.J. Snee, J.F. Griffiths: Comb. Flame 75 (1989), p R.D. Coffee: 13th Loss Prev. Symp. AIChE (1979) p Fire and related Properties of Industrial Chemicals: Fire protection Association, Booklet No

15 CHEMSAFE : Datenbank für bewertete sicherheitstechnische Kenngrößen, Ausgabe 2011, Hrsg. DECHEMA L. Vandebroek et al.: J. HazMat. 93 (2002), Technische Regel für Betriebssicherheit 2152 Teil 3: Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre - Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre(TRBS 2152 Teil 3); GMBl. Nr. 77, 2009 Begründung des Ausgaben- und Finanzierungsplans Personalkosten: Aufgrund der knappen Personalsituation können die notwendigen Arbeiten nicht ausschließlich mit PTB-Mitarbeitern durchgeführt werden. Für die erforderlichen Arbeiten ist aufgrund des konzentrierten Zeitplans und zu dessen Realisierung zusätzliches Personal für das Projekt erforderlich. Die Komplexität und der Schwierigkeitsgrad des Projektes sowie die theoretische Auswertung erfordern in Ergänzung der im Kosten- und Finanzierungsplan dargestellten PTB-Mitarbeiter einen wissenschaftlichen Mitarbeiter über einen Zeitraum von 14 Monaten. Laufende Kosten/Reisekosten: Es werden im Verlauf des Vorhabens mehrere Treffen des Forschungsbeirates stattfinden. Es kann nicht erwartet werden, dass die Treffen immer beim Forschungsnehmer stattfinden. Auch die Präsentation der Forschungsergebnisse auf Tagungen und Sitzungen sollte möglich sein. 15