Explosionsfähige Atmosphäre

Als explosionsfähige Atmosphäre ist ein Gemisch aus brennbaren Stoffen mit Luft definiert. Eine explosionsfähige Atmosphäre ist ein Spezialfall explosionsfähiger Gemische mit Luft als Oxidationsmittel und im Temperaturbereich −20 °C ≤ T ≤ +60 °C und unter Umgebungsdruckverhältnissen 0,8 bar ≤ p ≤ 1,1 bar. Als explosionsfähige Gemische kommen Gase, Dämpfe, Nebel oder Stäube im Gemisch mit Luft(-Sauerstoff) in Frage. Seit der Novellierung der Gefahrstoffverordnung und der Betriebssicherheitsverordnung im Jahr 2015 ist der Explosionsschutz nicht mehr ausschließlich auf die gefährliche explosionsfähige Atmosphäre, sondern umfassend auf explosionsfähige Gemische abgestellt. Das bedeutet, dass zusätzlich auch andere Oxidationsmittel als Luft oder andere Temperaturen und Druckverhältnisse mit in die Betrachtung einzubeziehen sind.

Die Explosionsfähigkeit hängt bei explosionsfähiger Atmosphäre von dem eingesetzten Stoff, seiner Brennbarkeit und der Mischung mit Luft bzw. Sauerstoff ab. Falls die Mischung mit einem Luftsauerstoffgemisch erfolgt, das eine andere Zusammensetzung als das normalerweise in der Umwelt vorhandene Luftgemisch besitzt, ist der Sauerstoffanteil genau zu betrachten. Sinkt der Sauerstoffanteil unter einen bestimmten stoffabhängigen Wert, der sogenannten Sauerstoffgrenzkonzentration, so kann dieses Gemisch nicht gezündet werden. Dieser Effekt wird bei der sogenannten Inertisierung ausgenutzt, bei der Sauerstoff durch ein inertes Gas – eines, das nicht zur Oxidation geeignet ist – ersetzt wird. Weiterhin muss die Konzentration des brennbaren Stoffes in dem Luftgemisch zwischen der unteren und der oberen Explosionsgrenze liegen.

Explosionsfähige Atmosphäre kann gewollt oder auch ungewollt vorliegen. Ersteres liegt in vielen Bereichen des Produktionsprozesses vor. Hier kommt eine explosionsfähige Atmosphäre überall dort vor, wo die entsprechenden Stoffe in Anwesenheit von Umgebungsluft eingesetzt werden. Dies können Bereiche sein, in denen Klebstoffe oder Lacke austrocknen oder aufgebracht werden, in der Umgebung von Gärbottichen in der Alkoholproduktion, in Bereichen wo Stoffe zerkleinert werden wie zum Beispiel in Kornmühlen oder zahlreichen anderen Bereichen. Eine ungewollte explosionsfähige Atmosphäre liegt beim Auftreten eines Fehlers vor. Dies kann zum Beispiel das Bersten einer Gaspipeline, die unbeabsichtigte Öffnung eines Auslassventils oder auch Undichtigkeiten an Kesseln sein, die durch mangelnde Wartung auftritt.

Anmerkungen zur Praxis

Ein zündfähiges Gemisch kann durch eine Zündquelle zur Explosion gebracht werden. Zum Beispiel kann durch Rauchen an einer Tankstelle eine Situation eintreten, bei der Dämpfe, die bei einem Betankungsvorgang aus dem Tankstutzen austreten, sich mit der Luft vermischen und somit eventuell eine explosionsfähige Atmosphäre bilden. Wenn ein Raucher an einer Zigarre zieht oder ein Feuerzeug anzündet, kann durch die erhöhte Sauerstoffzufuhr im Glutbereich die Zündtemperatur erreicht werden. Wenn die Zigarrenglut nun Kontakt mit dem Luft-/Gasgemisch erhält, kann es sich entzünden. Als Folge kommt es zu einer Deflagration (Verpuffung), die einen Brand zur Folge haben kann. Bei einer Benzinbombe verdampft das zunächst flüssige Benzin und verteilt sich in der Luft. Diese explosionsfähige Atmosphäre wird zur Zündung gebracht, wobei eine Deflagration entsteht. Ob es zu einer Explosion kommt, hängt daher entscheidend von der Menge des brennbaren Stoffes und den jeweiligen Rahmenbedingungen ab.

Das Vorhandensein einer solchen Atmosphäre kann zeitlich und räumlich begrenzt sein. So wird sich zum Beispiel beim Ausströmen von Benzindämpfen aus einem verunglückten Tankwagen direkt an der undichten Stelle zusammen mit der Umgebungsluft eine explosionsfähige Atmosphäre entwickeln. Abhängig von Windgeschwindigkeit und Richtung breitet sich eine Wolke aus, deren Konzentration durch den Verdünnungseffekt sinkt und in einer gewissen Entfernung die untere Explosionsgrenze unterschreitet. Bei einem Leck in einem Druckbehälter kann dieser Bereich abhängig von Windrichtung und -stärke bis in eine Entfernung von 200 m reichen.

Literatur

• S. Bussenius: Wissenschaftliche Grundlagen des Brand- und Explosionsschutzes. Kohlhammer, Stuttgart/Berlin/Köln 1996, ISBN 3-17-013867-7.
• H. Groh: Explosion Protection. Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford / Expert-Verlag, Renningen 2004, ISBN 0-7506-4777-9.
• M. Hattwig, H. Steen: Handbook of Explosion Prevention and Protection. Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 3-527-30718-4.
• E. Lienenklaus, K. Wettingfeld: Elektrischer Explosionsschutz nach DIN VDE 0165. 2. Auflage. VDE-Verlag, Berlin/Offenbach 2001, ISBN 3-8007-2410-3.
• N.N.: Grundlagen Explosionsschutz. (= Druckschrift Nr. 1213/6/04.04/SD). Cooper Crouse-Hinds GmbH, Soest 2004.
• H. u. A. Olenik: Elektroinstallation und Betriebsmittel in explosionsgefährdeten Bereichen. Hüthig & Pflaum, München/Heidelberg/Berlin 2000, ISBN 3-8101-0130-3.

Weblinks

• Gefährdung durch explosionsfähige Atmosphären. Zusammenfassung der Gesetzgebung. In: EUR-Lex. Amt für Veröffentlichungen der Europäischen Union, 26. November 2018; abgerufen am 27. Februar 2021. 
• Richtlinie 99/92/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 1999 über Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können
• Physikalisch-Technische Bundesanstalt