Explosionsgrenzen und Explosionsbereich
Vor allem von brennbaren Flüssigkeiten (und Gasen) geht eine erhebliche Explosionsgefährdung aus. Brennbare Gase bzw. Dämpfe können mit Luft explosive Luft-Gasgemische bilden.
Definition Explosionsbereich – untere und obere Explosionsgrenze
Allerdings breitet sich nicht jedes Luft-Gasgemisch nach externer Zündung explosiv weiter aus. Eine selbstständige, schnelle Verbrennung des Luft-Gasgemisches kann sich nur innerhalb bestimmter Gas-Konzentrationen ausbreiten (ohne eine weitere Zündquelle). Diese Konzentrationen, bei denen eine selbständige Verbrennungsreaktion (kettenartig) nicht mehr stattfinden, werden als untere und obere Explosionsgrenze bezeichnet.
Die untere und obere Explosionsgrenze begrenzen den so genannten Explosionsbereich eines Luft-Gasgemisches. Der Explosionsbereich ist nicht mit dem Begriff explosionsgefährdeter Bereich gleichzusetzen. Der Begriff explosionsgefährdeter Bereich kennzeichnet einen Bereich in dem sich ein explosionsfähiges Luft-Gasgemisch bilden kann.
Die Bedeutung und Bestimmung der Explosionsgrenzen
Auch wenn die Konzentration es brennbaren Stoff in der Luft die untere Explosionsgrenze (kurz: UEG) erreichen muss, damit eine Verbrennung bzw. Explosion möglich ist, sollte man dies nicht als „strengen“ Mindestwert ansehen. Die Explosionsgrenze ist temperatur- und druckabhängig.
Die Explosionsgrenzen bzw. der Explosionsbereich kann mit Hilfe des Sicherheitsdatenblattes des verwendeten Stoffes ermittelt werden.. Der Explosionsbereich (begrenzt durch die untere und obere Explosionsgrenze) ist eine gasförmige Mischung von brennbaren Stoffen mit Luft. Je nach Art des Stoffes wird die Explosionsgrenze in Vol.-%, bzw. g/m³ angegeben. Diese Daten werden bei normierten Standardbedingungen gemessen bzw. berechnet.
Definition der Luft-Gasgemische
Aus dem alltäglichen Sprachgebrauch kennt man die Begriffe „mageres Gemisch bzw. zu fettes Gemisch“. Bei einem mageren Gemisch liegt die Konzentration des brennbaren Stoffes in dem Luft-Gasgemisch unterhalb der unteren Explosionsgrenze ist. Liegt die Konzentration oberhalb der oberen Explosionsgrenze spricht man davon, dass das Gasgemisch zu fett ist.
Temperatur- und Druckabhängigkeit der Explosionsgrenzen
Wie beschrieben, sind die Explosionsgrenzen temperatur- und druckabhängig. Die Explosionsgrenzen werden für Standardbedingungen berechnet und finden sich in diversen Tabellen bzw. Sicherheitsdatenblättern.
Die Explosionsgrenze ist ähnlich wie die Dichte oder der Siedepunkt zu betrachten. Ohne tief in die chemischen bzw. physikalischen Prinzipien einzutauchen, gilt für die meisten Explosionsgrenzen:
Durch Temperaturerhöhung (= Energiezufuhr) erhöht sich im Allgemeinen die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. der Beginn der Reaktion „setzt" früher ein. Dadurch vergrößert sich der Explosionsbereich durch die Verschiebung der Explosionsgrenzen
Ebenso ändern sich die Explosionsgrenzen durch Druckerhöhung bzw. –senkung. Dabei kommt es (wie mit dem einfachen Teilchenmodell teilweise erklärbar) im Allgemeinen je nach Druckeinstellung (im Vergleich zu den Normbedingungen 1 bar) zu einer Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Explosionsbereich.