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Explosionsgrenzen

Alle brennbaren Flüssigkeiten, brennbare Gase und brennbare Stäube haben ihren spezifischen Explosionsbereich (EX- Bereich). Interessant wird der Explosionsbereich immer dann, wenn diese brennbaren Stoffe unkontrolliert freigesetzt werden. Solange mit geeigneten Geräten keine Konzentrationsmessung durchgeführt wurde weiß niemand zu sagen, wo sich die Konzentration im EX-Bereich befindet. Dann ist immer von einer Explosionsgefahr auszugehen. Es sind alle Maßnahmen zu treffen, diese abzuwenden.

Begriffsbestimmung “Explosionsbereich” DIN 14011:06.2010

ist der Konzentrationsbereich zwischen der unteren und oberen Explosionsgrenze

Begriffbestimmung “Explosionsgrenze” DIN 14011:06.2010

ist die niedrigste bzw. höchste Konzentration des brennbaren Stoffes im Gemisch von Gasen, Dämpfen, Nebeln und/oder Stäuben in Luft, bei der sich nach dem Entzünden ein Brennen nicht mehr selbstständig fortsetzen kann

(UEG) ist die untere Explosionsgrenze, (OEG) ist die oberer Explosionsgrenze. Ist die untere Explosionsgrenze erreicht, ist ein Brennen gerade nicht mehr möglich. Gleiches gilt für die obere Explosionsgrenze. Bewegt sich der brennbare Stoff aber im Explosionsbereich, kann es je nach Mischungsverhältnis zu einem langsamen, schnellen oder rasanten Abbrand kommen. Nähert sich das Mischungsverhältnis dem Idealzustand, ist eine Deflagration nicht auszuschließen.

Explosion

Der Begriff Explosion ist der Oberbegriff für eine Deflagration und Detonation

Begriffsbestimmung “Explosion” DIN 14011:06.2010

plötzliche Oxidationsreaktion eines zündfähigen Gemisches, die eine Temperatur- und/oder Druckerhöhung bewirkt

Begriffsbestimmung “Deflagration”  DIN 14011:06.2010

Explosion, bei der das Gemisch durch Wärmeübertragung gezündet wird, mit einerer Flammenausbreitungsgeschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit und geringem Druckanstieg

Begriffsbestimmung “Detonation”  DIN 14011:06.2010

Explosion, bei der das Gemisch durch eine Stoßwelle gezündet wird, bei der sich Flamme und Druckwelle mit Überschallgeschwindigkeit ausbreiten

Für die Zündung eines Gemischs genügen schon das Einschalten des Lichts, Betätigen der Türklingel oder in Betrieb nehmen eines elektrischen Verbrauchers.

 

Animation Ex-Bereich Copyright by Wolfgang Scherb

Beispiele für den Explosionsbereich brennbarer Stoffe:

Petroleum 0,7 Vol.-% - 4,0 Vol.-%

Wasserstoff 4 Vol.-% - 75 Vol.-%

Azetylen 1,5 Vol-% - 82 Vol.-%

Isopropanol 2 Vol.-% - 12 Vol.-%

Benzin 1,2 Vol.-% - 8 Vol-%

n-Octan 0,8 Vol.-% - 6,5 Vol.-%

Spiritus 3,5 Vol.-% - 15 Vol.-%

Aceton 2,3 Vol.-% - 13 Vol.-%

Brennbare Stäube 200 g bis 8 kg, aufgewirbelt in einem Kubikmeter Luft.

Animation: Darstellung des EX-Bereichs mittels Methan

 

 

Achtung: Die Daten beziehen sich immer auf das Vorhandensein einer Reinsubstanz im Gemisch mit Luft. Sie wurden von autorisierten Stellen unter standardisierten Bedingungen ermittelt. Geprüft wurde auch das Verhalten der brennbaren Flüssigkeiten unter Druck. Bei unter Druck gesetzten brennbaren Flüssigkeiten ist es wahrscheinlich, dass sich die Werte für die untere Explosionsgrenze verringern und die der oberen erhöhen. Die Erniedrigung der unteren Explosionsgrenze hat einen niedrigeren Flammpunkt zur Folge.

 

Die EX-Grenzen im Zusammenwirken mit unseren Leuchten

Das Beachten der Explosionsgrenzen von brennbaren Flüssigkeiten und Gasen ist immer dann wichtig, wenn wir ein kontrolliertes Brennen für uns nutzen wollen. Beim Hartlöten oder Trennen, z. B. mit Azetylen, regeln wir mittels Zugabe oder Reduzieren der Sauerstoffmenge die Temperatur an der Flammenspitze. Wir müssen durch Luftzugabe oder Drosselung dafür sorgen, dass das Brennen und die Helligkeit der Leuchten den von uns erwarteten Zweck erfüllen. Dabei können wir mit dem Abstand des Mischrohrs zur Düse spielen. Natürlich haben wir bei dem geringen EX-Bereich von Benzin, Petroleum und Spiritus nur einen sehr kleinen Spielraum zur Verfügung. Der Idealabstand von Petromax- und Geniollampen der 500er Serien befindet sich bei 14,2 mm.

Luft, ein Zuviel des Guten

Sehr schnell kann durch Luftzugabe die Verbrennungstemperatur von Benzin und Petroleum rasant in die Höhe steigen. Dann kann es durch die Wärmestrahlung und aufsteigende heiße Verbrennungsgase zum Mischrohrglühen kommen. Im schlimmsten Fall, so wie es mir passiert ist, als ich die Leuchte unbeobachtet ließ, kann das Mischrohr zerstört werden. Kaum zu glauben, wenn man bedenkt, dass die Schmelztemperatur von Messing um 900 °C bis 950 °C beträgt. Auch die Erwärmung des Tanks -eine Folge der einwirkenden Wärmestrahlung- muss berücksichtigt werden. Der Tank gibt die Wärme an die brennbare Flüssigkeit ab. Die Siedetemperatur von Benzin beginnt bei 70 °C. Sie kann je nach Art des verwendeten Benzins und Höhe des Drucks bis 210 °C liegen. Der Druckanstieg durch Sieden der brennbaren Flüssigkeit könnte zwar für ein Aufreißen des Tanks sorgen. Doch wer kann davon sprechen, dass das ihm schon passiert sei? Vorher werden durch die Strahlungswärme Tankanschlusselemente ausgelötet. Das hat einen Druckabfall zur Folge. Dann brennt der Tankinhalt rasant ab.

Luft, ein Zuwenig des Guten

Anders, wenn der Leuchte Luft fehlt. In solchen Fällen verbrennt unsere brennbare Flüssigkeit mit gelber bis Rußablagerungen auf dem Glühstrumpfdunkelgelber Flamme, durchaus enorm rußend. Der Ruß besteht aus unverbrannten Kohlenstoffteilchen. Die verketten sich zu kleinsten Flocken. Diese werden vom Glühstrumpf gefangen und bilden schwarze Zonen auf dem Gewebe aus. Die Flammen schlagen mitunter aus der Haube, was einem Unerfahrenen einen gefährlichen Eindruck suggeriert, aber der normale Verlauf einer Verbrennung und nichts Aufregendes ist. Was ist zu tun? Zunächst Ruhe bewahren und die verschreckten und enorm  verzerrten Gesichtszüge wieder glätten. Dann glaubt jeder andere Beobachter der Szene: “Man, der hat es aber drauf”. Anschließend das Bodenventil schließen und/oder den Druck ablassen. Damit hat es sich. Die Gefahr ist gebannt. Die Restdämpfe verbrennen und die Leuchte verlöscht ohne weitere Löscharbeiten. Ist die Luftmenge mittels Ausrichten des Mischrohrabstands zur Düse hin korrigiert und die Leuchte von Verbrennungsrückständen (Ruß und Petroleumschmiere) gesäubert, verbrennen die Kohlenstoffteilchen bei der nächsten Inbetriebnahme. Der Socken brennt wieder sauber.

Gleiche, jedoch vielfach größere Flocken bis hin zum Flockenregen können beobachtet werden, wenn Azetylen mit ungenügender Sauerstoffzugabe am Brenner gezündet wird. Aufgrund ihrer Bindungseigenschaften liegen die unverbrannten C-teilchen immer dicht beieinander und halten sich untereinander fest.

 

Unsachgemäßer Umgang mit Benzin (Video)

In dem anzuschauenden Video wird deutlich vor Augen geführt, wie mit Benzin nicht umgegangen werden darf. Abhängig von der Temperatur verdampfen sofort große Mengen des ausgegossenen Benzins.  Die schweren Dämpfe fließen in alle Richtungen ab. Sie bilden einen See und sammeln sich in Bodenvertiefungen, Mulden etc. Die Grenzen des Dampfsees sind anhand der Flammenausbreitung deutlich zu sehen. Das Flimmern der Luft entsteht durch die Bewegung aufsteigender Dampfteilchen und brechen der Lichtstrahlen an den Dampfteilchen. Was zu sehen ist, ist keine Deflagration im Sinne einer Explosion, sondern eine rasche Durchzündung von brennbaren Dämpfen, durch Wärmeübertragung von einem Dampfteilchen auf ein anderes.

Fazit: Eine oder zwei Flaschen Grillanzünder wären besser angebracht gewesen.

 

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