DE19703308A1 - Sicherheitsnetzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein brandschutztechnisches Füllmate­ rial zur Einbringung in Behälter, wie Tankanlagen, Silos, Aggregaten und Rohren, welches das Explosionsrisiko deut­ lich reduziert bzw. gänzlich unterdrückt, die Verbrennungs­ wärme ableitet und eine Ausbreitung der Flammen verhindert. Flammen außerhalb von Behältern können in Ausbreitung und Dauer gehemmt bzw. unterdrückt werden.

Überall wo mit brennbaren Stoffen, sei es als Gas, Flüssig­ keit oder Staub, in Behältern umgegangen wird, besteht Explosionsgefahr. Der primäre Explosionsschutz verhindert das entstehen von Explosionen dadurch, daß eine explosions­ fähige Atmosphäre gar nicht erst entsteht. Kann weder die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre noch das Auftre­ ten wirksamer Zündquellen unterbunden werden, so müssen Maßnahmen des sekundären Explosionsschutzes die Auswirkun­ gen von Explosionen auf ein unbedenkliches Maß beschränken.

In der einschlägigen Literatur unterscheidet man zwischen folgenden konstruktiven Schutzmaßnahmen:

• - Explosionsfeste Bauweise für den maximalen Explosions­ druck,
• - explosionsfeste Bauweise für den reduzierten Explosions­ druck in Verbindung mit Explosionsdruckentlastung und
• - explosionsfeste Bauweise für den reduzierten maximalen Explosionsdruck in Verbindung mit Explosionsunter­ drückung.

Wie beispielsweise in DE 38 21 696 C1, DE 38 19 258 C2 und DE 02 56 239 A1 beschrieben ist, wird das auf der Da­ vy'schen Grubenlampe basierende Prinzip der Explosionsun­ terdrückung seit vielen Jahren technisch umgesetzt. Diese konstruktiven Schutzmaßnahmen reduzieren den maximalen Explosionsdruck dadurch, daß zusätzliche Oberflächen in den Behälter eingebracht werden, wodurch die bei der Explosion entstehende Wärme abgeleitet wird. Das Einbringen von Zu­ satzoberflächen beeinflußt den zeitlichen Ablauf von Brenn­ gasexplosionen, den sogenannten K_G-Wert, als auch den maxi­ malen Explosionsdruck p_ex (Bartknecht, Explosionsschutz, Springer-Verlag 1993, Teil 1).

Ähnlich wie bei Inertisierung mit Schutzgas engt sich der Explosionsbereich mit wachsender Zusatzoberfläche ein. Für diese Zusatzoberflächen werden in erster Linie Metallgitter aus Aluminium eingesetzt (DE 38 14 448 C2, DE 02 56 239). Die Form der eingebrachten Streckgitter ist plan oder ku­ gelförmig.

Die konstruktiven Schutzmaßnahmen zur Explosionsunterdrüc­ kung durch Zusatzoberflächen aus Metall weisen eine einge­ schränkte Funktionsfähigkeit auf. Die scharfen Kanten ver­ stärken die Turbulenzbildung im Brenngas. Die brennbaren Gase werden zusätzlich vermischt und die Explosion nicht optimal unterdrückt. Bewegte Flüssigkeiten können die dün­ nen Streckgitter verquetschen. Die Funktion wird dadurch beeinträchtigt.

Ein effektiver Explosionsschutz ist erst bei einer hohen Befüllungsdichte mit Streckmetall-Netzwerk möglich. Bei derart dichter Befüllung wird die hexagonale Grundstruktur des Netzwerkes stark beeinträchtigt. Die volle Funktionali­ tät des Netzwerkes ist nicht gewährleistet.

Bei Polyurethan-Schaum ist eine chemische Reaktion mit dem umgebenden Medium nicht auszuschließen. Die Schaumstruktur bindet infolge von Kapillarkräften zuviel Flüssigkeit oder Gas in den Poren. Bei Explosion oder Brand ist ein zusätz­ licher Brandherd im Gefahrenbereich. Es besteht die Gefahr einer Entzündung, da keine schützende Metallschicht vorhan­ den ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Sicherheits­ netzwerk zur Einbringung in Tankanlagen, Behälter, Silos, Aggregaten und Rohren zu entwickeln, welches sehr leicht ist, eine ausreichende Eigenstabilität aufweist, das Explo­ sionsrisiko deutlich reduziert bzw. gänzlich unterdrückt, die Verbrennungswärme ableitet und eine Ausbreitung der Flammen verhindert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Anspruch 1 ge­ löst. Ausgestaltende Merkmale sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsnetzwerk weist eine hohe Formbeständigkeit, Elastizität, elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und ist bei passivierter Oberfläche inert gegenüber dem umgebenden Medium. Es kann in verschiedenen Formen hergestellt werden und paßt sich jeder Behältergeo­ metrie optimal an. Damit ist eine homogene Raumausfüllung des Explosionsraumes gewährleistet. Durch die großen Hohl­ räume im Netzwerk werden eine geringe Volumenverdrängung und ein geringer Materialverbrauch erreicht. Der Wirkungs­ bereich von Explosionsflammen wird bereits im Anfangsstadi­ um eines Verbrennungsvorganges eingeschränkt, wodurch eine Raumexplosion verhindert und die Verbrennungswärme optimal abgeleitet werden kann. Die Fadengeometrie begünstigt ein laminares Strömungsprofil der Brenngase, wodurch Turbulen­ zen unterdrückt werden, d. h. ein geringerer K_G-Wert und eine bessere Wärmeübertragung vorherrschen und somit die explosionshemmende Wirkung optimiert wird.

Die im Netzwerk angeordneten Knoten stabilisieren dieses mechanisch. Die angeordneten Schlaufen verleihen dem Netz­ werk seine elastischen Eigenschaften.

Die verschiedenen Metallbeschichtungen und die räumliche Geometrie des Netzwerkes, beispielsweise Matten, Streifen, Ringe, Scheiben, Kugeln, usw., sind jeweils an spezifische Anwendungen anpaßbar. Ebenso ist die Fadenstärke an die mechanische Belastung anpaßbar. Für Flüssigtanks wird zu­ sätzlich noch ein Schwallschutz erreicht.

Der Einsatz von elektrisch leitenden, schwer entflammbaren und dem Explosionsdruck standhaltenden Polymeren ist eben­ falls möglich, wobei die hohe Elastizität der Polymere vorteilhaft ist.

Treten hohe Betriebstemperaturen auf oder ist mit länger dauernder Flammeneinwirkung zu rechnen, sind Sicherheits­ netzwerke aus Metall, beispielsweise aus Stahl, einzuset­ zen.

Die Zusatzfläche von ca. 1 m² auf 10 l Volumen reduziert den maximalen Explosionsdruck um nahezu 100%. Infolge der metallischen Beschichtung können statische Entladungen auf die Behälterwand abgeführt werden und oxydierende Prozesse an der Behälterwand unterdrückt werden (Opferanode).

Damit vereinen sich die Vorteile von reinem Streckmaterial aus Metall und Polymerschaum. Das Sicherheitsnetzwerk ist formbeständiger und elastischer als Metallstreckgitter sowie elektrisch und thermisch leitfähiger als Polymer­ schaum. Es kann in allen Behältern zum Transport oder der Lagerung brennbarer Gase, Flüssigkeiten oder Stäube einge­ setzt werden. Die Größenordnung reicht von Reservekanistern bis zu Öltanks. Brennbare Stoffe transportierende Leitungs­ systeme können bei Wartungsarbeiten, z. B. beim Schweißen, damit bestückt werden, um einen Flammendurchschlag zu ver­ meiden. Ausgelaufenes brennbares Material kann mit dem Sicherheitsnetzwerk abgedeckt werden, um die Entzündung bzw. ein schnelles ausbreiten des Brandes zu verhindern.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und an einer Abbildung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Draufsicht auf das Sicherheitsnetzwerk,

Fig. 2 Seitenansicht.

Bei den durchgeführten Explosionsversuchen wurde ein Si­ cherheitsnetzwerk mit chrombeschichtetem Polymernetz einge­ setzt, welches aus runden, glatten Fäden 2 einer Stärke von 0,3 mm bestand und welches als 1 m × 1 m große Matte herge­ stellt etwa 5 mm dick ist. Etwa aller 10 mm sind die Fä­ den 2 durch Knoten 1 miteinander verbunden, von denen je­ weils etwa 10 Fäden 2 abgehen. Der Hohlraumanteil am Netz­ werkvolumen beträgt 95%.

Der Versuchsglaszylinder mit einem Volumen von 9,8 l wurde bis zur Hälfte mit dem Netzwerk gefüllt. Das Gewicht des Netzwerkes beträgt dabei lediglich 119 g. Das gezündete Gasgemisch besteht aus einer 4,5 Vol%-igen Propan/Luft- Mischung. Der maximale Explosionsdruck beträgt p_ex = 4,4 bar und der K_G = 76 bar m/s. Bei der Zündung mit einer Zündquelle mit E_Zünd = 160 J erfolgt lediglich eine Explo­ sion im oberen, nicht mit Polymernetz gefüllten Teil des Versuchszylinders.

Der zweite Versuch wurde mit dreiviertel Befüllung des Glaszylinders mit 185 g Polymernetz durchgeführt. Die Ver­ suchsbedingungen sind analog zu dem ersten Versuchsablauf. Die Explosion verlief nur im oberen Teil des Zylinders und erreicht einen maximalen Explosionsdruck von p_ex = 3,14 bar und einen K_G = 54 bar m/s.

Im dritten Versuch wurde der Glaszylinder vollständig mit Polymernetz gefüllt. Die eingebrachte Zusatzoberfläche entsprach etwa 1 m²-1,5 m² mit einem Gewicht von 258,4 g. Es erfolgte keine Zündung des Gasgemisches, d. h. es wurde kein signifikanter Anstieg des Explosionsdruckes regi­ striert.

In einem ungefüllten Zylinder betrug der Explosionsdruck p_ex = 8,3 bar und einem K_G = 112 bar m/s.

Claims (4)

1. Sicherheitsnetzwerk zur explosions- und flammenhemmenden Einbringung in Behälter und flammenhemmend über brennbarem Material, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Sicherheitsnetzwerk aus runden oder ovalen Fäden (2) mit glatter Oberfläche besteht, die durch Schlaufen und/oder Maschen (3) räumlich verknüpft sind,
• - die Fäden (2) an Knotenpunkten (1) miteinander verbunden sind,
• - der Hohlraumanteil am Netzwerkvolumen mindestens 90% beträgt,
• - das Sicherheitsnetzwerk aus einem gut wärmeleitenden Material besteht, welches ausgewählt wird unter metall­ beschichtetem Kunststoff, leitfähigem Kunststoff oder Metall,
• - die Materialeigenschaften, wie z. B. spezifisches Gewicht, Fadenstärke, Elastizitätsmodul und Netzwerkstruktur, so ausgewählt werden, daß eine mechanische Eigenstabilität besteht.

2. Sicherheitsnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß keine Fernordnung innerhalb des offenzelligen Netzwerkes besteht.

3. Sicherheitsnetzwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form einer Matte besitzt.

4. Sicherheitsnetzwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsnetzwerk je nach Ein­ satzzweck physikalisch und/oder chemisch beständig ist, wie z. B. schwer entflammbar, alterungsbeständig, quellbeständig und/oder lösungsmittelbeständig.