Entzündung von wasserstoffhaltigen Atmosphären durch mechanisch erzeugte Funken

Status:

abgeschlossen 03/2023

Zielsetzung:

Wasserstoff ist verglichen mit vielen anderen Brenngasen sehr zündempfindlich. Beobachtungen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) zeigten jedoch, dass die Zündwirksamkeit mechanisch erzeugter Funken für Wasserstoff und Acetylen, die Referenzgase der Explosionsgruppe IIC, unterschiedlich ist. Daher ist die Kenntnis der Zündwirksamkeit für Wasserstoff in Abhängigkeit von der Werkstoffpaarung für die Beurteilung der erforderlichen Maßnahmen wesentlich. Weiterhin ist für die Bewertung von Schutzmaßnahmen in der Praxis wichtig, wie sich die Zündwirksamkeit mechanischer Funken verändert, wenn Wasserstoff nicht als reines Gas, sondern als Komponente in einem Gasgemisch vorliegt. Erleichterungen, die sich aus den Untersuchungen ergeben, wären unmittelbar von erheblichem praktischem Nutzen für viele Mitgliedsbetriebe. Die Werte sollen bei deren Überarbeitung auch in die Technische Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 723 aufgenommen werden.

Aktivitäten/Methoden:

Zur Untersuchung der Reproduzierbarkeit der relativen Häufigkeiten der Entzündung durch mechanische Schläge mit der verwendeten Apparatur wurden insgesamt vier Vorversuchsreihen durchgeführt.

In Atmosphären mit einem Wasserstoffanteil von 10 % wurden acht Versuchsreihen durchgeführt, bei denen Schläge mit Schlagbolzen aus hochlegiertem Stahl der Sorte 1.4571 und den Nicht-Eisen-Metalllegierungen Kupfer-Beryllium (CuBe) und Aluminium-Bronze (AlBr) mit einer kinetischen Schlagenergie von 61 J jeweils gegen Schlagplatten aus hochlegiertem Chrom-Stahl der Sorte 1.4571, aus niedriglegiertem Stahl der Sorte 1.0579 sowie aus Estrichbeton ausgeführt wurden. Weiter wurde untersucht, wie sich eine Reduktion der Schlagenergie auf 31 J auf die relativen Häufigkeiten der Entzündung auswirkt.

Um zu beurteilen, bei welchen Anteilen sich eine Beimischung von Wasserstoff zum Methan auf die Zündwilligkeit durch mechanische Schläge erkennbar auswirkt, wurden weitere Versuchsreihen mit Methan-Wasserstoff-Brenngasgemischen durchgeführt, bei denen der Wasserstoffanteil im Brenngasgemisch schrittweise von 25 Mol-% über 50 Mol-% bis 75 Mol-% erhöht wurde. Um die Ergebnisse zu erhärten, wurde bei 25 Mol-% eine Erhöhung der Schlagenergie und bei 75 Mol-% eine Variation des Gesamt-Brenngasanteils vorgenommen.

Ergebnisse:

Die Versuche bestätigen, dass durch den Einsatz von schwer oxidierbaren Nicht-Eisen-Metallen anstelle von Edelstählen die Zündwahrscheinlichkeiten generell reduziert werden können. Somit kann der Einsatz von funkenarmen Werkzeugen eine geeignete Explosionsschutzmaßnahme sein, wenn gleichzeitig die kinetische Schlagenergie begrenzt werden kann. Bei Schlägen gegen Estrichbeton muss die kinetische Schlagenergie generell, auch beim Einsatz von funkenarmen Werkzeugen stärker begrenzt werden als bei Schlägen gegen metallische Oberflächen, um wirksame Entzündungen zu verhindern. Eine entsprechende Ergänzung des Regelwerks ist zu empfehlen.

Weiterhin wurde die Zündwirksamkeit von mechanischen Schlägen in explosionsfähigen Atmosphären mit Wasserstoff-Methan-Gemischen untersucht. Bei Wasserstoffanteilen bis 25 Mol-% konnte bei den in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen kein Unterschied gegenüber Methan ohne Wasserstoffbeimischung festgestellt werden. Bei einer Begrenzung der kinetischen Schlagenergie auf 61 J waren erst bei Brenngasgemischen aus 75 Mol-% Wasserstoff und 25 Mol-% Methan überhaupt erst Entzündungen zu beobachten. Insgesamt lässt sich anhand der Versuche auch bestätigen, dass eine Einschätzung der Zündwirksamkeit von mechanischen Schlägen in explosionsfähigen Atmosphären mit verschiedenen Brenngasgemischen entsprechend der Explosionsgruppeneinteilung grundsätzlich möglich ist.

Stand: