Die Prüfung von brennbarem Staub wird durchgeführt, um Risiken im Zusammenhang mit der Handhabung von Feinpulvern zu bewerten, die theoretisch eine explosionsfähige Atmosphäre erzeugen können, aber keine bekannten Explosivstoffe sind. Beispiele hierfür sind chemische Stoffe in Pulverform, Biokohle, Metallstaub, Sägemehl und Lebensmittelpulver, die in großen Mengen in Einrichtungen wie Industrieanlagen und Lagerhäusern gehandhabt werden.
Die erste Identifizierung von brennbarem Staub basiert in der Regel auf der Norm ISO/IEC 80079-20-2, die ein schrittweises Verfahren beschreibt, um festzustellen, ob Pulver Eigenschaften aufweisen, die zu einer Entzündung oder Explosion führen können. Anschließend können weitere Tests durchgeführt werden – einige davon sind in ISO/IEC 80079-20-2 beschrieben, andere basieren auf zusätzlichen ASTM- und EN-Normen –, um Zündbedingungen und Explosionsintensität zu bestimmen.
Die Ergebnisse dieser Tests werden verwendet, um Materialien anhand ihres Verbrennungspotenzials zu kategorisieren. Sie bestimmen außerdem, ob Materialien unter die ATEX-Richtlinie oder andere Gefahrstoffvorschriften und Klassifizierungssysteme fallen, die die geeigneten Handhabungsverfahren und Gerätekonstruktionen festlegen, die erforderlich sind, um das Verbrennungsrisiko zu minimieren.
Auswahl der Probe und der Prüfbedingungen
Proben brennbaren Staubs werden häufig direkt von der Produktionslinie entnommen und im Ist-Zustand getestet. Damit Risiken nicht unterschätzt werden, sollten die Proben repräsentativ für das Material in der ungünstigsten Form sein, in der es im realen Prozess vorkommt. Dazu gehören die kleinste Partikelgröße und der niedrigste Feuchtigkeitsgehalt, der realistischerweise auftreten kann. Da eine vollständige Beurteilung der Brennbarkeit und Explosionsfähigkeit aus mehreren Tests besteht, für die jeweils in der Regel mindestens 0,5 kg Probenmaterial benötigt werden, sollten mehrere Kilogramm oder Liter des Pulvers an das Labor geschickt werden.
Standardmäßig wird die Prüfung unter atmosphärischen Standardbedingungen durchgeführt, bei denen die Temperatur 20 °C ± 10 °C beträgt, der Druck zwischen 80 kPa und 110 kPa liegt und der Sauerstoffgehalt der Luft 21 % beträgt. Falls eine niedrigere oder höhere Temperatur die realen Prozessbedingungen besser widerspiegelt, können Temperaturen von -20 bis +60 °C verwendet werden.
Definition von brennbarem Staub in ISO 80079-20-2
Die Partikelgrößenverteilungsanalyse ist ein Teil der ersten Bewertung des Verbrennungspotenzials von Staubproben. Denn gemäß ISO/IEC 80079-20-2 kann Staub nur dann brennbar sein, wenn er einige Partikel mit den folgenden Größeneigenschaften enthält:
Nominale Partikelgröße von unter 500 µm („brennbarer Staub“)
Längliche Partikel oder Fasern, deren längste Abmessung mehr als 500 µm beträgt und deren Längen-Breiten-Verhältnis mindestens 3 beträgt („brennbare Staubpartikel“)
Wenn die Probe ausreichend kleine Partikel enthält, ist sie potenziell brennbar, und die Bewertung wird mit Zündtests fortgesetzt.
Zündprüfung
Anschließend werden Zündversuche durchgeführt, um festzustellen, ob Feinstaub oder Flugstaub sich entzündet und wie viel Energie für die Zündung erforderlich ist. Dieser Schritt wird auch „Go/No-Go-Test“ genannt.
Das in ISO/IEC 80079-20-2 beschriebene Verfahren umfasst drei Schritte. Tritt jedoch während eines der Tests eine Entzündung auf, gilt das Material als brennbar, und die nachfolgenden Schritte können übersprungen werden:
Zunächst wird ein Test in einem Hartmann-Rohr mit einem Funken durchgeführt. Wenn die Probe sich nicht entzündet, ist ihre Mindestzündenergie größer als 1 J, und das Material gilt als schwer entflammbar.
Anschließend wird ein Test mit einer heißen Spule als Zündquelle durchgeführt, ebenfalls im Hartmann-Rohr. Wenn die Probe sich nicht entzündet, beträgt ihre Mindestzündenergie mindestens 10 J.
Drittens wird ein Test in einer 20-Liter-Kugel durchgeführt. Wenn das Material sich weiterhin nicht entzündet, handelt es sich nicht um brennbaren Staub.
Der Godbert-Greenwald (GG)-Ofentest kann als Alternative eingesetzt werden, wenn für den Kugeltest nicht ausreichend Material vorhanden ist. Entzündet sich das Material beim Test bei 1.000 °C nicht, gilt es als nicht brennbar. Entzündet es sich jedoch, sollte weiteres Material beschafft werden, um die Ergebnisse mit dem 20-Liter-Kugeltest zu bestätigen.
Standardmethoden zur weiteren Charakterisierung von brennbarem Staub
Nachdem Staub als brennbar identifiziert wurde, sind weitere Tests erforderlich, um die Bedingungen zu bestimmen, unter denen er sich entzünden oder explodieren kann. Gängige Standardmethoden zur Bewertung der Brennbarkeit und Explosionsfähigkeit von Staubproben sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Tests zur Charakterisierung von brennbarem Staub
Test | Norm(en) | Beschreibung |
Mindestzündtemperatur (MZT) von Staubwolken | ISO/IEC 80079-20-2 ASTM E1491 | Die niedrigste Temperatur der Heißluft, bei der das am leichtesten entzündliche Gemisch aus Staub und Luft sich entzündet. |
MIT von Staubschichten | ISO/IEC 80079-20-2 ASTM E2021 | Die niedrigste heiße Oberflächentemperatur, bei der die Staubschicht sich entzündet. |
Elektrischer Widerstand von Staub | ISO/IEC 80079-20-2 | Klassifizierung von Staub als leitfähig (Widerstandsfähigkeit ≤ 1 × 103 Ω⋅m) oder nicht leitfähig (Widerstandsfähigkeit > 1 × 103 Ω⋅m). |
Mindestzündenergie (MZE) | ASTM E2019 EN 13821 | Die niedrigste ausreichende elektrische Energie um die am leichtesten entzündliche Staubmischung zu entzünden. |
Untere Explosionsgrenze (UEG) | EN 14034-3+A1 ASTM E1515 | Die niedrigste Konzentration des Luft-Staub-Gemisches, die zu einer Explosion führt. |
Maximaler Explosionsdruck | EN 14034-1+A1 ASTM E1226 | Der maximale Druck, der bei der Explosion der brennbaren Atmosphäre in einem geschlossenen Behälter entstehen kann. |
Explosionskonstante | EN 14034-2+A1 ASTM E1226 | Volumenabhängiger Parameter, der die Explosionsintensität angibt und zur Einteilung von Stäuben in die Staubexplosionsklassen St1, St2 und St3 verwendet wird. |
Grenzkonzentration des Sauerstoffs (LOC) | EN 14034-4+A1 ASTM E2931 | Die maximale Sauerstoffkonzentration im Staub-Gas-Gemisch, die nicht zu einer Explosion führt. |
Brennverhalten von Staubschichten | EN 17077 | Klassifizierung von Staub in die Klassen BZ 1 bis BZ 6, basierend darauf, wie leicht sich Feuer in abgelagertem Staub ausbreitet. |
Spontanes Entzündungsverhalten, Selbstentzündungstemperatur (TSI) | EN 15188 | Die Fähigkeit des Materials, spontan zu verbrennen, was Aufschluss darüber gibt, wie große Mengen sicher gelagert werden können. |
Auswahl der Tests
Measurlabs bietet eine umfassende Auswahl an Tests zur Brennbarkeit von Staub und zur Explosivität, einschließlich der oben aufgeführten standardisierten Tests. Das am besten geeignete Testverfahren wird auf der Grundlage mehrerer Variablen ausgewählt, wie z. B. Stoffeigenschaften, Prozessumgebung, Betriebsspezifikationen, Transportbedingungen sowie lokale Gesetze und Vorschriften.
Neben der Bestimmung der Brennbarkeit und Explosionsgefahr von Staub sind möglicherweise weitere Testverfahren gemäß dem UN-Handbuch für Tests und Kriterien oder dem global harmonisierten System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS) erforderlich, um die geeigneten Transportbedingungen und Verpackungen für das Material festzulegen.
Unsere Experten unterstützen Sie bei der Planung eines geeigneten Prüfverfahrens. Zögern Sie nicht, uns über das untenstehende Formular zu kontaktieren, um zu besprechen, wie wir Ihr Unternehmen in diesem Bereich optimal unterstützen können.