SIST-TP CEN/TR 15281:2006
(Main)Guidance on Inerting for the Prevention of Explosions
Guidance on Inerting for the Prevention of Explosions
Inerting is a measure to prevent explosions. By feeding inert gas into a system which is to be protected against an explosion, the oxygen content is reduced below a certain concentration until no explosion can occur. The addition of sufficient inert gas to make any mixture non-flammable when mixed with air (absolute inerting) is only required in rare occasions. The requirements for absolute inerting will be discussed. Inerting may also be used to influence the ignition and explosion characteristics of an explosive atmosphere.
The guidance given on inerting is also applicable to prevent an explosion in case of a fire.
The following cases are not covered by the guideline:
- admixture of an inert dust to a combustible dust;
- inerting of flammable atmospheres by wire mesh flame traps in open spaces of vessels and tanks;
- fire fighting;
- avoiding an explosive atmosphere by exceeding the upper explosion limit of a flammable substance.
Inerting which is sufficient to prevent an explosion is not a protective measure to prevent fires, self-ignition, exothermic reactions or a deflagration of dust layers and deposits.
Leitlinien für die Inertisierung zum Explosionsschutz
Inertisieren ist eine Maßnahme zum Explosionsschutz. Durch das Einbringen eines Inertgases in eine gegen Explosionen zu schützende Anlage wird der Sauerstoffgehalt unter eine bestimmte Konzentration gesenkt, bis keine Explosion mehr möglich ist. Der Zusatz von ausreichend Inertgas, um ein Gemisch nicht brennbar zu machen, wenn es mit Luft gemischt wird (totale Inertisierung) ist nur in seltenen Fällen erforderlich. Die Anforderungen an totales Inertisieren werden erläutert. Eine Zugabe von Inertgas kann ebenfalls eingesetzt werden, um die Zünd- und Explosionseigenschaften einer explosionsfähigen Atmosphäre zu beeinflussen.
Die Leitsätze für Inertisierung gelten auch zur Vermeidung von Explosionen im Brandfall.
Die folgenden Fälle sind durch die Leitsätze nicht abgedeckt:
Inertstaub wird einem brennbaren Staub beigemischt;
Verhinderung der Explosion einer explosionsfähigen Atmosphäre durch flammenlöschende Drahtgewebe in offenen Räumen von Behältern oder Tanks;
Brandbekämpfung;
Vermeiden einer explosionsfähigen Atmosphäre durch Überschreiten der oberen Explosionsgrenze eines brennbaren Stoffes.
Ein für den Explosionsschutz ausreichendes Inertisieren ist keine Schutzmaßnahme zur Brandverhütung, gegen Selbstentzündung, exotherme Reaktionen oder eine Deflagration von Staubschichten und ablagerungen.
Atmospheres explosibles - Guide de l'inertage pour la prévention des explosions
L'inertage est une mesure de prévention des explosions. En introduisant un gaz inerte dans un systeme qui doit etre protégé contre une explosion, la teneur en oxygene est réduite au-dessous d'une certaine concentration, de telle maniere qu'aucune explosion ne puisse se produire. L'adjonction de suffisamment de gaz inerte pour rendre ininflammable un mélange quelconque, lorsqu'il est mélangé a l'air, (inertage absolu) n'est exigée que dans de rares occasions. Les exigences relatives a l'inertage absolu seront traitées. L'inertage peut également etre utilisé pour influer sur les caractéristiques d'inflammation et d'explosion d'une atmosphere explosive.
Les recommandations indiquées pour l'inertage sont également applicables pour empecher une explosion en cas d'incendie.
Les cas suivants ne sont pas couverts par ces recommandations :
- adjonction de poussiere inerte a une poussiere combustible ;
- inertage d'atmospheres explosives par des arrete-flammes de treillis métallique dans les espaces libres des cuves et des réservoirs ;
- lutte contre l'incendie ;
- prévention d'une atmosphere explosive par le dépassement de la limite supérieure d'explosivité d'une substance inflammable.
L'inertage qui est suffisant pour empecher une explosion, n'est pas une mesure de protection pour empecher les incendies, l'auto inflammation, les réactions exothermiques ou une déflagration de couches et de dépôts de poussiere.
Vodilo o inertizaciji za preprečitev eksplozij
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
SLOVENSKI STANDARD
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
01-september-2006
9RGLORRLQHUWL]DFLML]DSUHSUHþLWHYHNVSOR]LM
Guidance on Inerting for the Prevention of Explosions
Leitlinien für die Inertisierung zum Explosionsschutz
Atmospheres explosibles - Guide de l'inertage pour la prévention des explosions
Ta slovenski standard je istoveten z: CEN/TR 15281:2006
ICS:
13.230
SIST-TP CEN/TR 15281:2006 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
---------------------- Page: 1 ----------------------
TECHNICAL REPORT
CEN/TR 15281
RAPPORT TECHNIQUE
TECHNISCHER BERICHT
May 2006
ICS 13.230
English Version
Guidance on Inerting for the Prevention of Explosions
Atmosphères explosibles - Guide de l'inertage pour la
prévention des explosions
This Technical Report was approved by CEN on 8 November 2005. It has been drawn up by the Technical Committee CEN/TC 305.
CEN members are the national standards bodies of Austria, Belgium, Cyprus, Czech Republic, Denmark, Estonia, Finland, France,
Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Romania,
Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland and United Kingdom.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION
COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION
EUROPÄISCHES KOMITEE FÜR NORMUNG
Management Centre: rue de Stassart, 36 B-1050 Brussels
© 2006 CEN All rights of exploitation in any form and by any means reserved Ref. No. CEN/TR 15281:2006: E
worldwide for CEN national Members.
---------------------- Page: 2 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
Contents Page
Foreword.4
1 Scope .5
2 Normative references .5
3 Terminology and abbreviations .6
3.1 Terminology .6
3.2 Abbreviations.7
4 Inert gases.8
5 Influence of the oxygen concentration on explosive atmospheres .9
5.1 General.9
5.2 Gas and vapour explosions. 10
5.3 Dust explosions . 13
5.4 Hybrid mixtures. 15
5.5 Mists. 15
5.6 Influence of process parameters . 15
6 Methods of Inerting. 18
6.1 General. 18
6.2 Pressure swing inerting . 19
6.3 Vacuum-swing inerting . 19
6.4 Flow-through inerting. 20
6.5 Displacement inerting . 21
6.6 Maintaining inert conditions. 21
7 Inerting systems . 23
7.1 General introduction . 23
7.2 Inert gas supply . 23
7.3 Monitoring and control system . 24
7.4 Methods . 25
8 Reliability. 27
8.1 Demands for safety critical equipment . 27
8.2 Inerting systems . 28
9 Personnel and environmental protection. 28
10 Information for use . 29
Annex A (informative) Oxygen monitoring technology. 30
Annex B (informative) Equations for pressure-swing inerting . 33
Annex C (informative) Calculations for flow-through inerting.36
Annex D (informative) Addition of solids to an inerted vessel using a double valve arrangement . 38
Annex E (informative) Addition of solids down a charge-chute to an open vessel . 41
Annex F (informative) Examples on inerting specific items of process equipment. 45
Annex G (informative) Prevention of diffusion of air down vent pipes. 50
Bibliography. 52
2
---------------------- Page: 3 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
Figures
Figure 1 — Influence of inert gas on explosion limits of methane (according to [32], Figure 28).10
Figure 2 — Flammability diagram for air-propane-nitrogen (according to [8]).11
Figure 3 — Triangular flammability diagram for fuel-oxygen-nitrogen .12
Figure 4 — Influence of oxygen concentration on the explosion pressure of brown coal (according to
[7]).13
Figure 5 — Influence of oxygen concentration on the rate of explosion pressure rise of brown coal
(according to [7]).14
Figure 6 — Influence of oxygen concentration on maximum explosion pressure for brown coal
(according to [29]).14
Figure 7 — Effect of temperature on ignition sensitivity of dusts (according to [7]).16
Figure 8 — Temperature influence on limiting oxygen concentration (according to [29]).17
Figure 9 — Influence of pressure on inerting brown coal (according to [29]).17
Figure 10 — Pressure influence on amount of inert gas required for inerting propane (according to [32],
Figure 40) .18
Figure 11 — Specification of safe limits for control .25
Figure D.1 — Example of addition of solids for an inerted vessel using a double value arrangement .38
Figure F.1 — Agitated pressure filter/dryer .45
Figure F.2 — Top discharge centrifuge.46
Figure F.3 — Inverting filter horizontal basket centrifuge .47
Figure F.4 — Pinned disc grinding mill.48
Figure F.5 — Horizontal paddle dryer .49
Figure G.1 — Value of exponent N in equation [18] for various pipe diameters .51
Tables
Table B.1 — Typical rates of pressure rise for vacuum systems.35
Table B.2 — Selected values of k = C /C for various inert gases.35
p v
3
---------------------- Page: 4 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
Foreword
This Technical Report (CEN/TR 15281:2006) has been prepared by Technical Committee CEN/TC 305
“Potentially explosive atmospheres – Explosion prevention and protection”, the secretariat of which is held by
DIN.
4
---------------------- Page: 5 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
1 Scope
Inerting is a measure to prevent explosions. By feeding inert gas into a system which is to be protected
against an explosion, the oxygen content is reduced below a certain concentration until no explosion can
occur. The addition of sufficient inert gas to make any mixture non-flammable when mixed with air (absolute
inerting) is only required in rare occasions. The requirements for absolute inerting will be discussed. Inerting
may also be used to influence the ignition and explosion characteristics of an explosive atmosphere.
The guidance given on inerting is also applicable to prevent an explosion in case of a fire.
The following cases are not covered by the guideline:
admixture of an inert dust to a combustible dust;
inerting of flammable atmospheres by wire mesh flame traps in open spaces of vessels and tanks;
fire fighting;
avoiding an explosive atmosphere by exceeding the upper explosion limit of a flammable substance.
Inerting which is sufficient to prevent an explosion is not a protective measure to prevent fires, self-ignition,
exothermic reactions or a deflagration of dust layers and deposits.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
EN 1127-1:1997, Explosive atmospheres – Explosion prevention and protection – Part 1: Basic concepts and
methodology.
EN 14034-4, Determination of explosion characteristics of dust clouds – Part 4: Determination of the limiting
oxygen concentration LOC of dust clouds.
prEN 14756, Determination of the limiting oxygen concentration (LOC) for gases and vapours.
EN 50104, Electrical apparatus for the detection and measurement of oxygen – Performance requirements
and test methods.
IEC 61508-1, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems –
Part 1: General requirements (IEC 61508-1:1998 + Corrigendum 1999)
IEC 61508-2, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems –
Part 2: Requirements for electrical/electronic/programmable electronic safety- related systems (IEC 61508-
2:2000).
IEC 61508-3, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems –
Part 3: Software requirements (IEC 61508-3:1998 + Corrigendum 1999).
IEC 61511-1, Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector – Part 1:
Framework, definitions, system, hardware and software requirements (IEC 61511-1:2003 + corrigendum
2004).
IEC 61511-2, Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector – Part 2:
Guidelines for the application of IEC 61511-1 (IEC 61511-2:2003).
IEC 61511-3, Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector – Part 3:
Guidance for the determination of the required safety integrity levels (IEC 61511-3:2003 + corrigendum 2004).
5
---------------------- Page: 6 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
3 Terminology and abbreviations
For the purposes of this Technical Report, the terms and definitions given in EN 1127-1:1997 and the
following apply.
3.1 Terminology
3.1.1
inerting
replacement of atmospheric oxygen in a system by a non-reactive, non-flammable gas, to make the
atmosphere within the system unable to propagate flame
3.1.2
absolute inerting
absolutely inerted mixture is one which does not form a flammable atmosphere when mixed with air in any
proportion because the ratio of inert to fuel is sufficiently high
3.1.3
Limiting Oxygen Concentration (LOC)
experimentally determined oxygen concentration which will not allow an explosion in a fuel/air/inert gas
mixture
NOTE It is a characteristic which is specific for a given fuel/inert gas combination. The determination should be in
accordance with pr EN 14756 for gases and vapours and EN 14034-4 for dusts respectively.
3.1.4
Maximum Allowable Oxygen Concentration (MAOC)
concentration which should not be exceeded in the system which has to be protected, even with anticipated
upsets or operating errors
NOTE It is set using a margin below the limiting oxygen concentration. This margin should consider variations in
process conditions which might deviate from the experimental conditions.
3.1.5
explosion
abrupt oxidation or decomposition reaction producing an increase in temperature, pressure, or in both
simultaneously
[EN 1127-1:1997, 3.6]
3.1.6
Lower Explosion Limit (LEL)
lower limit of the explosion range
3.1.7
Upper Explosion Limit (UEL)
upper limit of the explosion range
3.1.8
explosion range
range of concentration of a flammable substance in air within which an explosion can occur
3.1.9
Trip Point (TP)
oxygen concentration at which the oxygen monitoring instrumentation initiates a shut down procedure to make
the equipment safe and prevent the atmosphere inside from becoming flammable
6
---------------------- Page: 7 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
3.1.10
Set Point (SP)
oxygen concentration at which the oxygen monitoring instrumentation controls the flow, pressure or quantity of
inert gas
NOTE A suitable allowance for variation of flows, temperatures and pressure fluctuations should be made to ensure
that when the oxygen level reaches the set point, the control system can prevent the oxygen level from rising to the trip
point under normal operation and foreseeable disturbances.
3.1.11
safety margin
difference between the trip point and the maximum allowable oxygen concentration
3.1.12
inert gas
gas that neither reacts with oxygen nor with the gas, vapour or dust
3.1.13
pressure-swing inerting
reduction of oxidant concentration in a closed system by pressurising with inert gas and venting back to
atmospheric pressure
3.1.14
vacuum-swing inerting
reduction of oxidant concentration by the evacuation of a closed system, and the restoration to atmospheric
pressure by the admission of inert gas
3.1.15
flow-through inerting
replacement of an oxidant by a continuous flow of inert gas into a system which is vented to atmosphere
3.1.16
displacement inerting
displacement of an oxidant by an inert gas of a significantly different density, where significant mixing does not
take place
3.2 Abbreviations
B bulk density of powder
C initial oxygen concentration (fractional)
0
C oxygen concentration in air in powder (usually 0,21) (fractional)
b
C oxygen concentration after flow purging (fractional)
f
C concentration of oxygen in inert gas
i
C maximum allowable oxygen concentration
m
C oxygen concentration after n purges
n
C specific heat of inert gas at constant pressure
p
C stoichometric composition of the fuel in air
st
C required maximum fractional oxygen concentration in vessel
r
C specific heat of inert gas at constant volume
v
D vent diameter, inches
F safety factor for flow purging
f void fraction
h distance from end of vent, ft
-1
J rate of pressure rise in a vacuum system, mbar min
7
---------------------- Page: 8 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
K weight of 1 bag of powder
k ratio of specific heats of gases, C /C
p v
LOC limiting oxygen concentration
M mean partical size, µm
MAOC maximum allowable concentration
MOC minimum oxygen for combustion with carbon dioxide as diluent
C
MOC minimum oxygen for combustion with nitrogen as diluent
N
m molecular weight of purge gas
N exponent in Husa’s 1964 equation dependent on vent diameter
n number of cycles or additions
P lower purge pressure (absolute)
1
P upper purge pressure (absolute)
2
Q purge gas flow-rate
R upper/lower purge pressure ratio (absolute), i.e. P /P
2 1
S void fraction of bulk powder
SP set point
TP trip point
t time
t* time interval between start of charging of successive bags
U vessel ullage volume
V system volume
V volume of oxygen in vessel at start
0
V* volume of oxygen in each bag
th
V volume of oxygen in vessel after n bag charged
n
V bulk volume of solids being charged
s
V volume of double valve arrangement
v
v purge gas superficial velocity, ft/sec
v/v volume/volume
x required oxygen content % v/v
NOTE Where units have specific units, then these should be used. Where no units are shown, the variables are
either dimensionless or any consistent set of units may be applied to the equation.
4 Inert gases
Inerting may be achieved by using a non-flammable gas which will neither react with a given fuel nor with
oxygen. This has to be considered carefully. Some material may react with steam, carbon dioxide or even
nitrogen under some conditions. For example, molten lithium metal reacts with nitrogen.
The most commonly used inert gases are:
a) Nitrogen
Nitrogen may either be received from a commercial supplier with an appropriate purity or may be
generated from ambient air at technical quality by on-site facilities.
b) Carbon dioxide
Carbon dioxide may be received from a commercial supplier at an appropriate purity.
8
---------------------- Page: 9 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
c) Steam
Steam with pressures over 3 bar might be used as an inert gas, as its oxygen content is usually negligible.
Condensation has to be taken into account and might lead to a pressure drop which supports air ingress
into the plant or create a vacuum. When using steam for fire fighting in dust plants the condensation can
be an advantage as the dust becomes wet, preventing a dust dispersion and extinguishing smoulders.
However, there can be a risk of increased mass, chemical reaction due to the water, or microbial activity.
d) Flue gases
Flue gases from combustion can be used if the oxygen concentration can be controlled sufficiently.
Fluctuations in oxygen concentration have to be taken into account, and appropriate measures to
minimise fluctuations have to be taken (e.g. gas buffer storage). Flue gases shall be assumed to be
similar to nitrogen when defining the limiting oxygen concentration.
e) Noble gases
Argon or other noble gas may be received from a commercial supplier at an appropriate purity. Their use
will be limited due to economic reasons to applications where no other inert gas can be identified. Helium
may be advantageous as an inerting medium where hydrogen is used, as the molecular size of helium
approaches that of the hydrogen, so leaks may be more readily detected.
5 Influence of the oxygen concentration on explosive atmospheres
5.1 General
Limiting oxygen concentrations are measured in air for a given fuel by reducing the oxygen concentration and
varying the fuel concentration until an explosion is no longer observed. The limiting oxygen concentration
depends on the type of inert gas used, the temperature, and the pressure of the system. The effect of various
inert gases is shown in Figure 1.
The higher the concentration of inert gas required for inerting, the lower is the limiting oxygen concentration.
Limiting Oxygen Concentrations for several gases and vapours are given in [9] and [24], and have been
determined using the method outlined in prEN 14756. Other available values generally quoted in the open
literature may have been obtained using a different method, and due care should be exercised when using
such values unless the method used is known to give comparable results to the method of prEN 14756.
9
---------------------- Page: 10 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
Key
% air = 100 % - % methane - % inert
X = Added inert, volume-percent
Y = Methane, volume-percent
1 = Flammable mixtures
C = stoichometric composition of the fuel in air
st
Figure 1 — Influence of inert gas on explosion limits of methane (according to [32], Figure 28)
The experimentally determined limiting oxygen concentration is a fuel and inert gas specific characteristic.
Therefore both components have to be defined to give an appropriate value for the limiting oxygen
concentration (see prEN 14756 for gases and EN 14034-4 for dusts). The following information is required:
gases and vapours: composition;
dusts: composition, particle size, moisture content;
inert gas: composition and oxygen content.
5.2 Gas and vapour explosions
The explosible range of a flammable gas under the given process conditions can be shown in a suitable
flammability diagram. Figure 2 shows such a diagram on rectangular coordinates for a mixture of a fuel, air
and an inert gas (Note that ATEX does not cover oxygen enriched atmospheres so the diagram is limited to
21% oxygen). Values for limiting oxygen concentration for various materials and mixtures are given in [9] and
[24].
10
---------------------- Page: 11 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
Key
X = Propane (C H ), % v/v
3 8
Y = Oxygen, % v/v
1 = Impossible mixtures above ABCD
2 = Only BEC flammable
C = stoichometric composition of the fuel in air
st
Figure 2 — Flammability diagram for air-propane-nitrogen (according to [8])
Absolute inerting is established when inert gas is added to the explosible mixture to such an extent, that by
addition of any amount of air or fuel the explosible range can no longer be reached. The release of such an
inerted atmosphere to the ambient air would thus not result in the formation of an explosive atmosphere.
Absolute inerting is achieved in Figure 2 if the composition of the inerted mixture lies in the area below and to
the left of the line drawn from 21 Vol.-% oxygen apex (point A) and a tangent to the explosible range (point E),
cutting the ordinate at point F. Any mixture with less than 5 % propane will always be non-explosible when
mixed with air, and therefore is absolutely inert.
Sometimes data are only available for fuel-oxygen-inert gas mixtures, so the diagram may be constructed on
triangular coordinates with oxygen as one of the axes, and the diagram can then be used for determining the
flammable limits in air. This is shown in Figure 3. Each point within the triangular diagram corresponds to a
certain composition of the mixture. The apices of the triangle represent the pure components, and points
along the sides of the triangle give the two-component mixtures. The concentration of one component can be
determined from the distance of the mixture point to the side of the triangle opposite to its apex of the triangle.
If one of the three components is added to the mixture, the concentration changes along the straight line
11
---------------------- Page: 12 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
between the mixture point and the triangle apex of the added component. The ratio between the two other
components of the mixture does not change if the third component is fed into the system.
If nitrogen is the inert gas, the air composition can be fixed along the side for inert gas-oxygen at 21 Vol.-%
oxygen. The line connecting this point with the triangle apex of the fuel marks all compositions which can
occur for a fuel/air-mixture. This line crosses the limits of the explosible range giving the lower and upper
explosions limits of the fuel in air.
When inert gas is added the concentration changes along the straight line towards the triangle apex for inert
gas. To determine whether the explosible range can be entered again by adding oxygen or fuel, lines are
drawn from the oxygen or fuel apex respectively.
Key
X = Fuel
Y = Oxygen
Z = Nitrogen
1 = Explosible range
2 = Fuel-air-mixtures
Figure 3 — Triangular flammability diagram for fuel-oxygen-nitrogen
Flammability data for gases, vapours or dusts should be determined using the methods specified in
prEN 14756 or EN 1839. Data using these methods can be found in the literature such as [9] for pure
substances, and in [24] for mixtures. Where values are found from the open literature then, unless it is known
that the method used gives comparable results to those determined using EN 1839 and prEN 14756, the
reliability of the data should be carefully checked.
12
---------------------- Page: 13 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
5.3 Dust explosions
Dust concentrations cannot be controlled as gas or vapour concentrations can. Therefore only the oxygen
concentration can be varied in this case, and the variation of the limiting oxygen concentration with the dust
concentration cannot be taken into account for practical applications.
It has to be pointed out that in this case the required reliability of the inerting system depends on the likelihood
of the ignition source in the process.
The influence of oxygen concentration on explosion pressure and rate of pressure rise for brown coal are
shown in Figures 4 and 5, and the effect of various inert gases on the maximum pressure for brown coal is
shown in Figure 6.
Note that some dusts such as metals may have limiting oxygen for combustion concentrations as low as
2 % v/v. The limiting oxygen concentration should be determined using the method described in EN 14034-4.
Although the limiting oxygen concentration for many dusts is presented in the open literature, care is required
as many literature sources do not specify the method used. Hence unless the data is known to be reliable and
determined by the method specified in EN 14034-4 or a method which gives comparable results, then the
limiting oxygen concentration should be determined experimentally using the method of EN 14034-4.
Similarly, dusts may have differences in purity, and so a literature value may not be valid for a particular dust
as the composition may be different. This is particularly valid where naturally occurring materials such as flour,
wood dust or coal are handled.
Key
3
X = Dust concentration [g/m ]
Y = Explosion pressure [bar]
Figure 4 — Influence of oxygen concentration on the explosion pressure of brown coal
(according to [7])
13
---------------------- Page: 14 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
Key
3
X = Dust concentration [g/m ]
Y = Rate of explosion pressure rise [bar/s]
Figure 5 — Influence of oxygen concentration on the rate of explosion pressure rise of brown coal
(according to [7])
Key
Initial temperature 150 °C
X = Oxygen concentration [Vol.-%]
Y = Maximum explosion gauge pressure [bar]
= Nitrogen
‹ = Steam
= Carbon dioxide
Figure 6 — Influence of oxygen concentration on maximum explosion pressure for brown coal
(according to [29])
14
---------------------- Page: 15 ----------------------
CEN/TR 15281:2006 (E)
5.4 Hybrid mixtures
Where dusts and vapours are present together, they will form a hybrid mixture. This may be flammable even
though the dust and vapour are each below their own lower explosion limit. Hence it is difficult to predict
whether suc
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
01-september-2006
9RGLORRLQHUWL]DFLML]DSUHSUHþLWHYHNVSOR]LM
Guidance on Inerting for the Prevention of Explosions
Leitlinien für die Inertisierung zum Explosionsschutz
Atmospheres explosibles - Guide de l'inertage pour la prévention des explosions
Ta slovenski standard je istoveten z: CEN/TR 15281:2006
ICS:
13.230 Varstvo pred eksplozijo Explosion protection
SIST-TP CEN/TR 15281:2006 en,fr,de
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
TECHNISCHER BERICHT
CEN/TR 15281
TECHNICAL REPORT
RAPPORT TECHNIQUE
Mai 2006
ICS 13.230
Deutsche Fassung
Leitsätze für die Inertisierung zum Explosionsschutz
Guidance on Inerting for the Prevention of Explosions Atmosphères explosibles - Guide de l'inertage pour la
prévention des explosions
Dieser Technische Bericht (TR) wurde vom CEN am 8.November 2005 als eine künftige Norm zur vorläufigen Anwendung angenommen.
CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich,
Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal,
Rumänien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Königreich
und Zypern.
EUROPÄISCHES KOMITEE FÜR NORMUNG
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION
COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION
Management-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brüssel
© 2006 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Ref. Nr. CEN/TR 15281:2006 D
Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
Inhalt
Seite
1 Anwendungsbereich .5
2 Normative Verweisungen.5
3 Begriffe und Abkürzungen.6
3.1 Begriffe .6
3.2 Abkürzungen.7
4 Inertgase.9
5 Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf explosionsfähige Atmosphären .9
5.1 Allgemeines.9
5.2 Gas- und Dampfexplosionen. 10
5.3 Staubexplosionen. 12
5.4 Hybride Gemische . 15
5.5 Flüssigkeitsnebel. 15
5.6 Einfluss von Prozessparametern. 15
6 Inertisierungsverfahren. 18
6.1 Allgemeines. 18
6.2 Druckwechselverfahren (Überdruckmethode). 19
6.3 Druckwechselverfahren (Vakuummethode). 20
6.4 Durchfluss-Inertisierung . 20
6.5 Verdrängungs-Methode . 21
6.6 Aufrechterhaltung inerter Bedingungen . 22
7 Inertisierungsanlagen . 24
7.1 Allgemeine Einführung . 24
7.2 Zuführung von Inertgas . 24
7.3 Überwachungs- und Regelungssystem . 25
7.4 Verfahren . 26
8 Zuverlässigkeit. 28
8.1 Anforderungen an sicherheitsgerichtete Überwachungen . 28
8.2 Inertisierungsanlagen . 28
9 Schutz von Personal und Umwelt. 29
10 Benutzerinformation. 30
Anhang A (informativ) Sauerstoffüberwachungstechnik. 31
Anhang B (informativ) Gleichungen für die Inertisierung Druckwechselverfahren . 34
Anhang C (informativ) Berechnungen für Durchfluss-Inertisierung. 38
Anhang D (informativ) Zuführung von Feststoffen in einen inertisierten Behälter mittels
Taktschleuse. 40
Anhang E (informativ) Zuführung von Feststoffen über eine Schurre in einen geöffneten Behälter. 43
Anhang F (informativ) Beispiele für die Inertisierung einiger Prozessschritte. 47
Anhang G (informativ) Verhinderung des Eindringens von Luft durch Entlüftungsrohre . 52
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
Seite
Bilder
Bild 1 — Einfluss von Inertgas auf die Explosionsgrenzen von Methan (entsprechend [32],
Bild 28) .10
Bild 2 — Diagramm der Explosionsfähigkeit für Luft-Propan-Stickstoff (entsprechend [8]) .11
Bild 3 — Dreiecksdiagramm der Brennbarkeit für Brennstoff-Sauerstoff-Stickstoff.12
Bild 4 — Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den maximalen Explosionsdruck für
Braunkohle (entsprechend [7]).13
Bild 5 — Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den maximalen zeitlichen
Explosionsdruckanstieg für Braunkohle (entsprechend [7]) .14
Bild 6 — Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den maximalen Explosionsdruck für
Braunkohle (entsprechend [29]).14
Bild 7 — Einfluss der Temperatur auf die Zündempfindlichkeit von Stäuben (entsprechend [7]) .16
Bild 8 — Einfluss der Temperatur auf die Sauerstoffgrenzkonzentration (entsprechend [29]).17
Bild 9 — Einfluss des Druckes auf die Inertisierung von Braunkohle (entsprechend [29]) .17
Bild 10 — Einfluss des Druckes auf die Menge des für die Inertisierung von Propan
erforderlichen Inertgases (entsprechend [32], Bild 40) .18
Bild 11 — Festlegung der Konzentrationsgrenzwerte für die Steuerung.26
Bild D.1 — Beispiel für die Zuführung von Feststoffen in einen inertisierten Behälter mittels einer
Taktschleuse .40
Bild F.1 — Druckfilter/Trockner mit Rührwerkzeug .47
Bild F.2 — Zentrifuge mit Deckelentnahme .48
Bild F.3 — Horizontale Korbzentrifuge mit Wendefilter .49
Bild F.4 — Stiftmühle .50
Bild F.5 — Horizontal-Schaufelradtrockner.51
Bild G.1 — Wert für den Exponenten N in Gleichung (18) für verschiedene Rohrdurchmesser .53
Tabellen
Tabelle B.1 — Charakteristischer zeitlicher Druckanstieg in Vakuumanlagen.37
Tabelle B.2 — Ausgewählte Werte für k = C /C für verschiedene Inertgase .37
p v
3
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
Vorwort
Dieser Technische Fachbericht (CEN/TR 15281:2006) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 305
„Explosionsfähige Atmosphären – Explosionsschutz“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN gehalten wird.
4
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
1 Anwendungsbereich
Inertisieren ist eine Maßnahme zum Explosionsschutz. Durch das Einbringen eines Inertgases in eine gegen
Explosionen zu schützende Anlage wird der Sauerstoffgehalt unter eine bestimmte Konzentration gesenkt, bis
keine Explosion mehr möglich ist. Der Zusatz von ausreichend Inertgas, um ein Gemisch nicht brennbar zu
machen, wenn es mit Luft gemischt wird (totale Inertisierung) ist nur in seltenen Fällen erforderlich. Die
Anforderungen an totales Inertisieren werden erläutert. Eine Zugabe von Inertgas kann ebenfalls eingesetzt
werden, um die Zünd- und Explosionseigenschaften einer explosionsfähigen Atmosphäre zu beeinflussen.
Die Leitsätze für Inertisierung gelten auch zur Vermeidung von Explosionen im Brandfall.
Die folgenden Fälle sind durch die Leitsätze nicht abgedeckt:
⎯ Inertstaub wird einem brennbaren Staub beigemischt;
⎯ Verhinderung der Explosion einer explosionsfähigen Atmosphäre durch flammenlöschende Drahtgewebe
in offenen Räumen von Behältern oder Tanks;
⎯ Brandbekämpfung;
⎯ Vermeiden einer explosionsfähigen Atmosphäre durch Überschreiten der oberen Explosionsgrenze eines
brennbaren Stoffes.
Ein für den Explosionsschutz ausreichendes Inertisieren ist keine Schutzmaßnahme zur Brandverhütung,
gegen Selbstentzündung, exotherme Reaktionen oder eine Deflagration von Staubschichten und
-ablagerungen.
2 Normative Verweisungen
Die folgenden zitierten Dokumente sind für die Anwendung dieses Dokumentes erforderlich. Bei datierten
Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte
Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschließlich aller Änderungen).
EN 1127-1:1997, Explosionsfähige Atmosphären – Explosionsschutz – Teil 1: Grundlagen und Methodik
EN 14034-4, Bestimmung der Explosionskenngrößen von Staub/Luft-Gemischen – Teil 4: Bestimmung von
Sauerstoffgrenzkonzentrationen (SGK) von Staub/Luft-Gemischen
prEN 14756, Bestimmung der Sauerstoffgrenzkonzentration (SGK) für Gase und Dämpfe
EN 50104, Elektrische Geräte für die Detektion und Messung von Sauerstoff – Anforderungen an das
Betriebsverhalten und Prüfverfahren
IEC 61508-1, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems –
Part 1: General requirements (IEC 61508-1:1998 + Corrigendum 1999)
IEC 61508-2, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems –
Part 2: Requirements for electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems
(IEC 61508-2:2000)
IEC 61508-3, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems –
Part 3: Software requirements (IEC 61508-3:1998 + Corrigendum 1999)
IEC 61511-1, Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector – Part 1:
Framework, definitions, system, hardware and software requirements (IEC 61511-1:2003 +
Corrigendum 2004)
IEC 61511-2, Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector – Part 2:
Guidelines for the application of IEC 61511-1 (IEC 61511-2:2003)
IEC 61511-3, Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector – Part 3:
Guidance for the determination of the required safety integrity levels (IEC 61511-3:2003 + Corrigendum 2004)
5
---------------------- Page: 7 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
3 Begriffe und Abkürzungen
Für die Anwendung dieses Technischen Berichtes gelten die Begriffe nach EN 1127-1:1997 und die
folgenden Begriffe.
3.1 Begriffe
3.1.1
Inertisierung
Ersetzen atmosphärischen Sauerstoffs in einer Anlage durch ein nicht reaktives, nicht brennbares Gas, um
eine Flammenausbreitung in der Atmosphäre einer Anlage unmöglich zu machen
3.1.2
totale Inertisierung
ein total inertisiertes Gemisch bildet keine brennbare Atmosphäre, wenn es mit einem beliebigen Anteil Luft
vermischt wird, weil das Verhältnis von Inertisierungsmittel zu Brennstoff ausreichend hoch ist
3.1.3
Sauerstoffgrenzkonzentration
(SGK)
experimentell bestimmte (maximale) Sauerstoffkonzentration, die keine Explosion eines Gemisches aus
Brennstoff, Luft und Inertgas zulässt
ANMERKUNG Dies ist eine Kenngröße, die für eine festgelegte Kombination aus Brennstoff und Inertgas spezifisch ist.
Sie sollte entsprechend prEN 14756 für Gase und Dämpfe und EN 14034-4 für Stäube bestimmt werden.
3.1.4
maximal zulässige Sauerstoffkonzentration
(MZSK)
Konzentration, die in der zu schützenden Anlage nicht überschritten werden sollte, auch nicht bei zu
erwartenden Störungen oder Bedienfehlern
ANMERKUNG Sie wird mittels einer Sicherheitsreserve unterhalb der Sauerstoffgrenzkonzentration eingestellt. Diese
Sicherheitsreserve muss Schwankungen der Prozessbedingungen berücksichtigen, die von den experimentellen
Bedingungen abweichen können.
3.1.5
Explosion
plötzliche Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit Anstieg der Temperatur, des Druckes oder beider gleichzeitig
[EN 1127-1:1997, 3.6]
3.1.6
untere Explosionsgrenze
(UEG)
untere Grenze des explosionsfähigen Bereiches
3.1.7
obere Explosionsgrenze
(OEG)
obere Grenze des explosionsfähigen Bereiches
3.1.8
Explosionsbereich
Bereich der Konzentration eines brennbaren Stoffes in Luft, innerhalb dessen eine Explosion auftreten kann
6
---------------------- Page: 8 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
3.1.9
Auslösepunkt
(TP)
Sauerstoffkonzentration, bei der die Messgeräte für die Sauerstoffüberwachung ein Abschaltverfahren
auslösen, um die Geräte zu sichern und zu verhindern, dass die innere Atmosphäre explosionsfähig wird
3.1.10
Einstellpunkt
(SP)
Sauerstoffkonzentration, auf die durch die Messgeräte für die Sauerstoffüberwachung die Durchflussmenge,
der Druck oder die Menge des Inertgases eingeregelt wird
ANMERKUNG Für Schwankungen von Durchfluss, Temperaturen und Druck sollte ein geeigneter Spielraum
berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das Regelungssystem bei Normalbetrieb und vorhersehbaren Störungen
den Anstieg des Sauerstoffgehaltes bis zum Auslösepunkt verhindern kann, wenn der Einstellpunkt erreicht ist.
3.1.11
Sicherheitsreserve
Differenz zwischen Auslösepunkt und maximal zulässiger Sauerstoffkonzentration
3.1.12
Inertgas
Gas, das weder mit Sauerstoff noch mit Gas, Dampf oder Staub reagiert
3.1.13
Druckwechselverfahren (Überdruckmethode)
Verringerung der Oxidationsmittel-Konzentration in einer geschlossenen Anlage, durch Druckaufbau mit
Inertgas und Entspannung auf atmosphärischen Druck
3.1.14
Druckwechselverfahren (Vakuummethode)
Verringerung der Oxidationsmittel-Konzentration durch Evakuierung einer geschlossenen Anlage und das
Wiederherstellen des atmosphärischen Druckes durch Einbringen von Inertgas
3.1.15
Durchfluss-Inertisierung (Druchflussspülung)
Ersetzen eines Oxidationsmittels durch einen kontinuierlichen Inertgasstrom in eine Anlage, die in die
Atmosphäre entlüftet wird
3.1.16
Verdrängungs-Inertisierung
Verdrängen eines Oxidationsmittels durch ein Inertgas mit einer sich erheblich unterscheidenden Dichte,
wobei kein wesentliches Vermischen auftritt
3.2 Abkürzungen
B Schüttgewicht von Pulver
C Ausgangs-Sauerstoffkonzentration (anteilig)
0
C Sauerstoffkonzentration in der Luft im Pulver (gewöhnlich 0,21) (anteilig)
b
C Sauerstoffkonzentration nach Durchflussspülung (anteilig)
f
C Sauerstoffkonzentration in Inertgas
i
C maximal zulässige Sauerstoffkonzentration
m
C Sauerstoffkonzentration nach n Spülungen
n
C spezifische Wärme von Inertgas bei konstantem Druck
p
C stöchiometrische Konzentration des Brennstoffs in Luft
st
7
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
C maximal erforderliche anteilige Sauerstoffkonzentration im Behälter
r
C spezifische Wärme von Inertgas bei konstantem Volumen
v
D Durchmesser der Entlüftungsöffnung, in Inch
F Sicherheitsfaktor für die Durchflussspülung
f Porosität
h Abstand vom Ende der Entlüftungsöffnung, in ft
-1
J zeitlicher Druckanstieg in einer Vakuumanlage, in mbar min
K Gewicht eines Sackes Pulver
k Verhältnis der spezifischen Wärmen von Gasen, C /C
p v
MGK Sauerstoffgrenzkonzentration
M mittlere Teilchengröße, in µm
MZSK maximal zulässige Sauerstoffkonzentration
MSK Mindest-Sauerstoffkonzentration für die Verbrennung mit Kohlendioxid als Verdünnungsmittel
C
MSK Mindest-Sauerstoffkonzentration für die Verbrennung mit Stickstoff als Verdünnungsmittel
N
m Molekulargewicht von Spülgas
N Exponent in der Husa-Gleichung von 1964, abhängig vom Durchmesser der Entlüftungsöffnung
n Anzahl der Zyklen
P unterer Spüldruck (absolut)
1
P oberer Spüldruck (absolut)
2
Q Durchflussmenge des Spülgases
R Verhältnis zwischen unterem/oberem Spüldruck (absolut), d. h. P /P
u t
S Hohlraumanteil von Schüttpulver
SP Einstellpunkt
TP Auslösepunkt
t Zeit
t* Zeitraum zwischen der Zuführung zweier Säcke
U unausgefülltes Volumen im Behälter
V Anlagenvolumen
V Ausgangsvolumen des Sauerstoffs im Behälter
0
V* Sauerstoffvolumen in jedem Sack
V Sauerstoffvolumen im Behälter nach dem Zuführen von n Säcken
n
V Schüttvolumen der zugeführten Feststoffe
s
V Volumen einer Taktschleuse
v
v Geschwindigkeit des Spülgases an der Oberfläche, ft/sec
v/v Volumenanteil
x erforderlicher Sauerstoffgehalt, v/v %
ANMERKUNG Sind Einheiten spezifische Einheiten, sollten diese verwendet werden. Sind keine Einheiten angegeben,
sind die Variablen entweder dimensionslos oder es ist jede übereinstimmende Gruppe von Einheiten auf die Gleichung
anwendbar.
8
---------------------- Page: 10 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
4 Inertgase
Inertisierung wird mittels eines nicht brennbaren Gases erreicht, dass weder mit einem bestimmten Brennstoff
noch mit Sauerstoff reagiert. Dies muss sorgfältig betrachtet werden. Einige Stoffe reagieren mit
Wasserdampf, Kohlendioxid oder unter bestimmten Bedingungen sogar mit Stickstoff. Zum Beispiel reagiert
Lithium-Metallschmelze mit Stickstoff.
Die am häufigsten verwendeten Inertgase sind:
a) Stickstoff
Stickstoff kann entweder von einem kommerziellen Lieferanten in erforderlicher Reinheit bezogen oder in
technischer Qualität aus der Umgebungsluft durch Einrichtungen vor Ort erzeugt werden.
b) Kohlendioxid
Kohlendioxid kann von einem kommerziellen Lieferanten in angemessener Reinheit bezogen werden.
c) Wasserdampf
Wasserdampf mit einem Druck von mehr als 3 bar kann als Inertgas verwendet werden, da der
Sauerstoffgehalt im Allgemeinen zu vernachlässigen ist. Die Kondensation ist zu berücksichtigen und
kann zu einem Druckabfall führen, der das Eindringen von Luft in die Anlage begünstigt oder ein Vakuum
erzeugt. Bei der Verwendung von Wasserdampf für die Brandbekämpfung in Staubanlagen kann die
Kondensation ein Vorteil sein, da der Staub befeuchtet wird, wodurch die Bildung von Staub/Luft-
Gemischen verhindert und Glutrückstände gelöscht werden. Es kann jedoch die Gefahr von erhöhten
Gewichtes, chemischer Reaktion durch das Wasser oder mikrobieller Auswirkungen bestehen.
d) Rauchgase
Rauchgase durch Verbrennung können verwendet werden, wenn die Sauerstoffkonzentration
ausreichend steuerbar ist. Schwankungen der Sauerstoffkonzentration sind zu berücksichtigen und
angemessene Maßnahmen zur Minimierung dieser Schwankungen sind zu ergreifen (z. B.
Gaszwischenspeicherung). Rauchgase sind hinsichtlich der Festlegung der Sauerstoffgrenzkonzentration
ähnlich wie Stickstoff anzusetzen.
e) Edelgase
Argon oder andere Edelgase dürfen von einem kommerziellen Lieferanten in angemessener Reinheit
bezogen werden. Ihr Einsatz ist aus ökonomischen Gründen auf Anwendungen begrenzt, für die kein
anderes Inertgas geeignet ist. Helium kann als Inertisierungsmittel bei Verwendung von Wasserstoff
vorteilhaft sein, da die Molekülgrößen von Helium und Wasserstoff ähnlich sind, wodurch Undichtigkeiten
leichter entdeckt werden können.
5 Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf explosionsfähige Atmosphären
5.1 Allgemeines
Sauerstoffgrenzkonzentrationen werden für einen bestimmten Brennstoff in Luft gemessen, indem die
Sauerstoffkonzentration verringert und die Brennstoffkonzentration variiert wird, bis keine Explosion mehr
auftritt. Die Sauerstoffgrenzkonzentration ist von der Art des verwendeten Inertgases, der Temperatur und
dem Druck in der Anlage abhängig. Die Auswirkung von verschiedenen Inertgasen ist in Bild 1 dargestellt.
Je höher die Konzentration des für die Inertisierung erforderlichen Inertgases ist, desto niedriger ist die
Sauerstoffgrenzkonzentration. Sauerstoffgrenzkonzentrationen für verschiedene Gase und Dämpfe sind in [9]
und [24] angegeben, und sind bestimmt worden nach dem in prEN 14756 angegebenen Verfahren. Andere
verfügbare, allgemein in der freien Literatur angegebene Werte können nach einem anderen Verfahren
ermittelt worden sein und bei der Verwendung derartiger Werte ist Vorsicht geboten, es sei denn, das
angewendete Verfahren ist dafür bekannt, dass es Werte liefert, die mit dem Verfahren nach prEN 14756
vergleichbar sind.
9
---------------------- Page: 11 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
Legende
% Luft = 100 % – % Methan – % Inertisierungsmittel
X = zugeführtes Inertisierungsmittel, Volumenanteil in Prozent
Y = Methan, Volumenanteil in Prozent
1 = brennbare Gemische
C = stöchiometrische Konzentration des Brennstoffs in Luft
st
Bild 1 — Einfluss von Inertgas auf die Explosionsgrenzen von Methan (entsprechend [32], Bild 28)
Die experimentell bestimmte Sauerstoffgrenzkonzentration ist eine spezifische Eigenschaft von Brennstoff
und Inertgas. Daher sind beide Komponenten festzulegen, um einen korrekten Wert für die
Sauerstoffgrenzkonzentration zu liefern (siehe prEN 14756 für Gase und EN 14034-4 für Stäube). Die
folgenden Angaben sind erforderlich:
⎯ Gase und Dämpfe: Zusammensetzung;
⎯ Stäube: Zusammensetzung, Teilchengröße, Feuchtegehalt;
⎯ Inertgas: Zusammensetzung und Sauerstoffgehalt.
5.2 Gas- und Dampfexplosionen
Der Explosionsbereich eines brennbaren Gases unter den vorliegenden Prozessbedingungen kann in einem
geeigneten Diagramm der Explosionsfähigkeit dargestellt werden. Ein derartiges Diagramm mit rechwinkligen
Koordinaten für ein Gemisch eines Brennstoffes mit Luft und einem Inertgas ist in Bild 2 dargestellt (es ist zu
beachten, dass die ATEX keine mit Sauerstoff angereicherten Atmosphären behandelt, wodurch das
Diagramm auf 21 % Sauerstoff begrenzt ist). Werte für die Sauerstoffgrenzkonzentration für verschiedene
Stoffe und Gemische sind in [9] und [24] angegeben.
10
---------------------- Page: 12 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
Legende
X = Propan (C H ), % Volumenanteil
3 8
Y = Sauerstoff, % Volumenanteil
1 = unmögliche Gemische oberhalb ABCD
2 = nur brennbar bei BEC
C = stöchiometrische Konzentration des Brennstoffs in Luft
st
Bild 2 — Diagramm der Explosionsfähigkeit für Luft-Propan-Stickstoff (entsprechend [8])
Totale Inertisierung wird erzielt, wenn dem explosionsfähigen Gemisch ein Inertgas in einer derartigen Menge
beigemischt wird, dass der Explosionsbereich durch Hinzufügen einer beliebigen Menge Luft oder Brennstoff
nicht mehr erreicht werden kann. Die Freisetzung einer derartig inertisierten Atmosphäre in die
Umgebungsluft führt so nicht zur Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre.
Totale Inertisierung wird entsprechend Bild 2 erzielt, wenn die Zusammensetzung des inertisierten Gemisches
in dem Bereich unterhalb und links der Geraden von der Spitze für 21 % Volumenanteil Sauerstoff (Punkt A)
und einer Tangente zum explosionsfähigen Bereich (Punkt E) liegt, die durch den Schnittpunkt F mit der
Ordinate verläuft. Kein Gemisch mit weniger als 5 % Propangehalt wird beim Mischen mit Luft explosionsfähig,
diese Gemische sind daher immer total inert.
Mitunter sind nur Daten für Brennstoff/Sauerstoff/Inertgas-Gemische verfügbar, so dass ein
Dreiecksdiagramm erstellt werden kann, wobei eine der Achsen für Sauerstoff steht. Das Diagramm kann
dann dafür verwendet werden, die Brennbarkeitsgrenzen in Luft zu bestimmen. Dies ist in Bild 3 dargestellt.
Jeder Punkt innerhalb des Dreiecksdiagramms entspricht einer bestimmten Zusammensetzung des
Gemisches. Die Spitzen des Dreiecks entsprechen den reinen Komponenten und die Punkte auf den Seiten
des Dreiecks stehen für die Zwei-Komponenten-Gemische. Die Konzentration einer Komponente kann aus
dem Abstand zwischen dem Punkt für das Gemisch und der Seite des Dreiecks gegenüber der Spitze des
Dreiecks für die Komponente ermittelt werden. Wird eine der drei Komponenten zum Gemisch hinzugefügt,
ändert sich die Konzentration entlang der Geraden zwischen dem Punkt des Gemisches und der
Dreieckspitze der hinzugefügten Komponente. Das Verhältnis zwischen den beiden anderen Komponenten
des Gemisches wird durch Einbringen der dritten Komponente in die Anlage nicht verändert.
11
---------------------- Page: 13 ----------------------
SIST-TP CEN/TR 15281:2006
CEN/TR 15281:2007 (D)
Handelt es sich bei dem Inertgas um Stickstoff, kann die Zusammensetzung der Luft entlang der Inertgas-
Sauerstoff-Seite auf 21 % Volumenanteil Sauerstoff festgelegt werden. Die Linie, die diesen Punkt mit der
Dreieckspitze für Brennstoff verbindet, kennzeichnet alle Zusammensetzungen, die in einem Brennstoff-Luft-
Gemisch auftreten können. Diese Linie schneidet die Grenzen des Explosionsbereiches und gibt die unteren
und oberen Explosionsgrenzen des Brennstoffes in Luft an.
Bei Zuführung von Inertgas verändert sich die Konzentration entlang der Geraden in Richtung der
Dreieckspitze für Inertgas. Um festzustellen, ob der Wiedereintritt in den explosionsfähigen Bereich durch
Zugabe von Sauerstoff oder Brennstoff möglich ist, werden die Linien von der Sauerstoff- beziehungsweise
Brennstoffspitze gezogen.
Legende
X = Brennstoff
Y = Sauerstoff
Z = Stickstoff
1 = explosionsfähiger Bereich
2 = Brennstoff/Luft-Gemische
Bild 3 — Dreiecksdiagramm der Brennbarkeit für Brennstoff-Sauerstoff-Stickstoff
Die Brennbarkeitsdaten für Gase, Dämpfe oder Stäube sollten unter Verwendung der in prEN 14756 oder
EN 1839 festgelegten Verfahren bestimmt werden. Daten unter Anwendung dieser Verfahren können der
Literatur, wie [9] für reine Stoffe und [24] für Gemische, entnommen werden. Werden Werte der freien
Literatur entnommen, sollte die Zuverlässigkeit der Daten sorgfältig geprüft werden, sofern nicht bekannt ist,
dass das verwendete Verfahren Ergebnisse liefert, die mit den entsprechend EN 1839 und prEN 14756
bestimmten Werten vergleichbar sind.
5.3 Staubexplosionen
Staubkonzentrationen sind nicht so wie Gas- oder Dampfkonzentrationen mess- oder regelbar. Daher kann in
diesem Fall nur die Sauerstoffkonzentration verändert werden und die Änderu
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.