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 système qui doit être protégé contre une explosion, la teneur en oxygène est réduite au-dessous d'une certaine concentration, de telle manière qu'aucune explosion ne puisse se produire. L'adjonction de suffisamment de gaz inerte pour rendre ininflammable un mélange quelconque, lorsqu'il est mélangé à l'air, (inertage absolu) n'est exigée que dans de rares occasions. Les exigences relatives à l'inertage absolu seront traitées. L'inertage peut également être utilisé pour influer sur les caractéristiques d'inflammation et d'explosion d'une atmosphère explosive.
Les recommandations indiquées pour l'inertage sont également applicables pour empêcher une explosion en cas d'incendie.
Les cas suivants ne sont pas couverts par ces recommandations :
- adjonction de poussière inerte à une poussière combustible ;
- inertage d'atmosphères explosives par des arrête-flammes de treillis métallique dans les espaces libres des cuves et des réservoirs ;
- lutte contre l'incendie ;
- prévention d'une atmosphère explosive par le dépassement de la limite supérieure d'explosivité d'une substance inflammable.
L'inertage qui est suffisant pour empêcher une explosion, n'est pas une mesure de protection pour empêcher les incendies, l'auto inflammation, les réactions exothermiques ou une déflagration de couches et de dépôts de poussière.
Vodilo o inertizaciji za preprečitev eksplozij
General Information
- Status
- Withdrawn
- Publication Date
- 31-Aug-2006
- Withdrawal Date
- 20-Nov-2022
- Technical Committee
- EXP - Product for explosive atmospheres
- Current Stage
- 9900 - Withdrawal (Adopted Project)
- Start Date
- 21-Nov-2022
- Due Date
- 14-Dec-2022
- Completion Date
- 21-Nov-2022
Relations
- Effective Date
- 26-Oct-2022
Frequently Asked Questions
SIST-TP CEN/TR 15281:2006 is a technical report published by the Slovenian Institute for Standardization (SIST). Its full title is "Guidance on Inerting for the Prevention of Explosions". This standard covers: 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.
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.
SIST-TP CEN/TR 15281:2006 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 13.230 - Explosion protection. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
SIST-TP CEN/TR 15281:2006 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to SIST-TP CEN/TR 15281:2023. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
SIST-TP CEN/TR 15281:2006 is associated with the following European legislation: EU Directives/Regulations: 2016-01-1803. When a standard is cited in the Official Journal of the European Union, products manufactured in conformity with it benefit from a presumption of conformity with the essential requirements of the corresponding EU directive or regulation.
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Standards Content (Sample)
SLOVENSKI STANDARD
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
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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
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© 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.
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
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
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.
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).
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
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)
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
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)
P upper purge pressure (absolute)
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
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.
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.
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].
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
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.
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
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])
Key
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])
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 such a hybrid mixture is flammable.
The limiting oxygen concentration of such a hybrid mixture will not be less than the lowest value of any of the
components. The lowest value should be used unless experimental work indicates that a higher concentration
is acceptable.
5.5 Mists
Mists of liquids may be flammable well below the flash point of the liquid, and hence should be considered to
be flammable at all temperatures. The limiting oxygen concentration of a mist should be considered to be the
same as the limiting oxygen concentration of its vapour.
5.6 Influence of process parameters
Where dusts are handled, the minimum ignition energy decreases markedly with an increase in temperature,
converging at about 0,1 mJ at about 1000 °C, as shown in Figure 7. Figure 8 shows the effect of temperature
on the limiting oxygen concentration for several dusts.
With increasing temperature there is a decrease in the limiting oxygen concentration. For hydrocarbons a
decrease of the limiting oxygen concentration of 1 Vol.-% per 100 °K to 2 Vol.-% per 100 °K was determined.
There are exceptions to this rule such as halogenated hydrocarbons. By raising the temperature from ambient
to 100 °C the LOC for methylene chloride decreases from 20,3 Vol.-% to 9,5 Vol.-%. Small quantities of
impurities can also have an effect on the flammability of gases and vapours. For example, methylene chloride
alone is non-flammable in air below 100 °C and at 760 mmHg, but with 0,5 % by volume of methanol vapour
added, it becomes flammable at 27 °C, according to [12].
Key
X = Temperature T [°C]
Y = Lowest minimum ignition energy (LMIE) [mJ]
{ = Melamine
Ì = Sewage sludge
= Pea flour
= Herbicide
† = Lycopodium
Figure 7 — Effect of temperature on ignition sensitivity of dusts (according to [7])
An increase in the initial pressure may also lead to a decrease in the maximum allowed oxygen concentration.
For example a rise in pressure from 1 to 4 bar resulted in a decrease of the limiting oxygen concentration of
1 Vol.-% max. for brown coal (Figure 9). Vice versa, the amount of inert gas required for inerting rises with
increasing pressure (Figure 10).
Key
X = Initial temperature [°C] Y = Maximum allowed oxygen concentration [Vol.-%]
1 = Skim milk powder, M = 65 µm 2 = Bituminous coal, M = 19 µm
3 = Long flame coal, M = 19 µm 4 = Peat, M = 46 µm
5 = Beech wood dust, M = 59 µm 6 = Gelling medium, M = 43 µm
7 = Brown coal, M = 52 µm
Figure 8 — Temperature influence on limiting oxygen concentration (according to [29])
Key
X = Initial pressure [bar]
Y = Maximum allowed oxygen concentration [Vol.-%]
Figure 9 — Influence of pressure on inerting brown coal (according to [29])
Key
% Air = 100 % - % Propane - % N
X = Added nitrogen [Vol.-%]
Y = Propane [Vol.-%]
Figure 10 — Pressure influence on amount of inert gas required for inerting propane
(according to [32], Figure 40)
6 Methods of Inerting
6.1 General
There are four recognised methods of inerting a system, which are detailed below. These are:
a) Pressure swing inerting
This method pressurises the system with inert gas and vents down to atmospheric pressure. The cycle is
repeated until the required oxygen concentration is reached. It is only suitable for a system which can be
pressurised.
b) Vacuum swing inerting
This is similar to pressure swing inerting, but evacuates the system and releases the vacuum with inert
gas. This method is suitable where a system can withstand vacuum but not pressure, such as glass
vessels.
c) Flow through inerting
This method feeds inert gas at one point and simultaneously vents gas at another point remote from the
feed point. This method is suitable for a system that cannot withstand either internal or external pressure.
Also, in a long thin vessel or pipeline, pressure or vacuum swing inerting may be ineffective due to poor
mixing if the gas is fed and removed from the same end, so the flow through method would be applicable.
d) Displacement inerting
This method relies on a large density difference between the inert gas and the air being removed. It is
usually only suitable for specialised situations where there is a large density difference and mixing is likely
to be poor.
6.2 Pressure swing inerting
This is a very efficient method to adopt as it enables the gases to mix readily. The pressure system is closed
and pressurised using an inert gas. The system is then vented to atmosphere, and the process repeated until
the required reduction in the oxygen content is achieved. The theoretical oxygen content after a given number
of pressure and relieve cycles can be calculated by using partial pressures from the equation given in
Annex B.
Where the inert gas supply contains some oxygen, it is necessary to take this into account when calculating
the purging requirements. The term C is used for this purpose, and where the oxygen content of the inert gas
i
supply is zero, C becomes zero.
i
The basic equation in Annex B assumes that the expansion and compression is isothermal, and this will be
the case for most situations. However, where the compression or expansion involves high pressure or vacuum,
or rapid pressure changes, then the compression or expansion may be adiabatic. Under such conditions the
oxygen reduction will be less than that calculated by the basic equation, and the modified equation given in
Annex B should be used. Users should satisfy themselves that the appropriate equation has been selected.
Examples of the choice of equation are also given in Annex B. Reverse solutions to the equations are given to
simplify the application of the equation.
Where a system is large and contains branches, the gas in the closed ends of the system will be compressed
by the inert gas, but it is unlikely to mix well. Thus when the pressure is released, the gas will simply expand,
and the oxygen content in the branches will remain similar to that before it was compressed. Therefore it will
be necessary to take account of this branching when calculating the final oxygen content.
Where the system is very complex, it may be necessary to release the inert gas pressure from each branch in
turn to ensure adequate displacement of the original gas. If this requires a large number of purges, then a
vacuum purging system may be better.
Whilst the above equations may be used to infer the oxygen concentration in any system, it may not be
accurate for a complex branched system. In a system consisting of one vessel, inferring the oxygen
concentration will usually be sufficient but where the system is complex, it will be necessary to actually
measure the oxygen concentration at several points in the system.
Once oxygen measurements have been undertaken and found to be acceptable, then it is usually satisfactory
for normal operation to infer that the oxygen concentration is the same as during the test, providing exactly the
same purging conditions are used as were used in the test. For equipment with high speed or close-clearance
moving parts, such as centrifuges and wiped film evaporators, continuous oxygen monitoring should be used.
Where a system is operated under pressure, any leaks will be of inert gas into the workplace. Therefore
adequate precautions should be taken to ensure that personnel cannot be asphyxiated by any escape of inert
gas. Where systems are located in the open air, asphyxiation will only present a risk under conditions of gross
leakage. In closed workplaces, adequate ventilation should be provided. Local regulations should be
consulted for guidance on ventilation.
6.3 Vacuum-swing inerting
This method can be used where a vessel cannot be subjected to internal pressure, but will withstand full
vacuum. Examples in this category are glass vessels. Where low pressure bursting discs are fitted to a vessel,
it is essential that they are fitted with a vacuum support, otherwise the disc will burst into the vessel.
NOTE 1 Further information on the selection and installation of bursting discs is contained within EN ISO 4126-6.
The procedure is similar to that for pressure swing purging, but, since the vessel is under vacuum, it is
possible that air ingress may occur, thus rendering the inert gas less effective than calculated. Therefore, the
equations in Annex B for pressure-swing inerting can still be used, but a vacuum leak-test should be carried
out.
The in-leakage due to air ingress should be determined by evacuating the system, and isolating the vacuum
source. The rate of pressure rise, J, should then be measured. The maximum tolerable rate should be as low
as possible, and under no circumstances should it exceed 10 % of the lower of:
a) the rate of pressure rise when the inert gas is used to raise the pressure back to atmospheric pressure
or
b) the lowest rate of pressure fall during evacuation.
NOTE 2 Information on the leak tightness of the system that should be achievable is given in Annex B.
It may not be necessary to apply a safety factor if the testing of the integrity of the vacuum system is an
integral part of the process operation. Where oxygen or air is likely to leak in because the inerted system is
held at a sub-atmospheric pressure, then the oxygen concentration should be measured not only after purging
to confirm the initial reduction of oxygen is acceptable, but continuously whilst the system is under vacuum.
As with pressure swing purging, the oxygen concentration after purging may be inferred from the equations
above, but the oxygen concentration should be measured as described above.
For a system operating under vacuum, any leaks will allow air to enter the system and this will gradually
destroy any inert atmosphere. The ingress of air can be detected by two methods. The inferential method
relies on the vacuum source being isolated and the rate of pressure-rise being monitored. Thus it is possible
to estimate the maximum oxygen concentration that would occur with time in the system at a given vacuum.
The positive method to monitor the oxygen level would be to continuously measure the oxygen level, which
would provide adequate warning that the oxygen level in the atmosphere in the system is rising.
6.4 Flow-through inerting
The flow through technique relies on the purge gas having a similar density to the air to be removed. Where
the densities are different, then the displacement inerting method should be followed.
Flow through purging assumes perfect back-mixing of the air and the inert gas in the system, i.e. the
concentration of oxygen at all points within the system is the same at any one time and is the same as in the
gas leaving.
The time required can be calculated from the equation given in Annex C:
This is a theoretical time, and an appropriate safety factor F should be used unless the actual oxygen content
at various points in the system is measured. As a minimum, the calculated time should be multiplied by a
factor of between 2 and 5.
For non-branched pipe-work, it is likely that plug flow will occur, so the factor can be taken as unity. For a
vessel with no branches, a factor of 2 would be applicable where the inlet and outlet are diametrically opposite,
and for vessels where the inlet and outlet are not diametrically opposite, a factor of 5 would be used.
Once the characteristics of a system have been established by monitoring the oxygen content during a flow
purge, inferential control is usually adequate providing the purging regime is identical to that used initially.
Since the purging may not result in the gases in the system being fully mixed the concentration of oxygen may
appear to rise slightly at some points after the purge has stopped. This is because with mixing becomes fully
effective with time.
An important point to consider before using this technique is that it is difficult to inert very large volumes;
vessels where the inlet and outlet are at the same end or close together; and complex branched systems. For
small vessels purged at a rate exceeding one volume change per hour, and those which are long and thin with
the inlet and outlet at opposite ends, the technique can give satisfactory results.
NOTE Some data on a practical trial for flow-through purging is given in [4].
6.5 Displacement inerting
This technique would be suitable for inerting very large systems where effective mixing would be difficult to
achieve. As the inert gas does not mix substantially with the air being displaced due to the density difference,
less inert gas is required to achieve a low oxygen content than a fully mixed flow-through system.
NOTE A practical application of this is given in [31].
The previous methods of inerting apply when the oxygen content of the air in a vessel is diluted by the use of
pure nitrogen or flue gas [containing (12 to 18) % v/v CO , about 2 % v/v oxygen and the balance nitrogen].
The densities of the air and the inerting medium are almost the same.
Where there is a large difference in density, for example displacing hydrogen with nitrogen, or air with argon
or carbon dioxide, there are additional requirements regarding the placing of the inlet and outlet pipes. Whilst
it is not too critical where the incoming purge gas enters, it is preferable that it is diametrically opposite the
vent. However, the vent position is critical and depends on the relative density of the gas being displaced to
that of the purge gas.
Where the purge gas is denser than the displaced gas (e.g. purging in nitrogen to displace hydrogen), then
the vent should be at the highest point of the vessel. Although the purging out of heavy gas by a lighter gas is
unusual for rendering atmospheres inert, it is often necessary for vessel entry. In this case, the denser gas will
have to be vented out of the bottom of the vessel, and air allowed to flow in at the top.
Where it is intended that layering of the gas occurs, i.e. the heavy gas stays in a layer at the bottom which
slowly displaces the layer of lighter gas above it, then special arrangements may have to be made to avoid
mixing the gases. Further details of this rarely used technique are given in [30] and in [31].
6.6 Maintaining inert conditions
6.6.1 General
During the whole process, a suitable monitoring method will be required to ensure that the maximum
allowable oxygen concentration is not exceeded.
...
SLOVENSKI STANDARD
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
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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.
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
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
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.
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)
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
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)
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
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)
P oberer Spüldruck (absolut)
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
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.
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.
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.
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.
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 Änderung der
Sauerstoffgrenzkonzentration mit der Staubkonzentration kann für praktische Anwendungen nicht
berücksichtigt werden.
CEN/TR 15281:2007 (D)
Es ist zu beachten, dass in diesem Fall die erforderliche Zuverlässigkeit des Inertisierungssystems von der
Wahrscheinlichkeit abhängig ist, dass eine Zündquelle im Prozess vorhanden ist.
Der Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den maximalen Explosionsdruck und die
Druckanstiegsgeschwindigkeit für Braunkohle ist in den Bildern 4 und 5, und die Wirkung verschiedener
Inertgase auf den maximalen Druck für Braunkohle ist in Bild 6 dargestellt.
Zu beachten ist, dass einige Stäube, wie Metall, Sauerstoffgrenzkonzentration für die Verbrennung von nur
2 % Volumenanteil besitzen. Die Sauerstoffkonzentration sollte entsprechend dem in EN 14034-4
beschriebenen Verfahren bestimmt werden. Obwohl die Sauerstoffgrenzkonzentrationen für viele Stäube in
der freien Literatur verfügbar sind, ist Vorsicht geboten, da in vielen Literaturquellen das verwendete
Verfahren nicht spezifiziert ist. Daher sollte die Sauerstoffgrenzkonzentration experimentell nach dem
Verfahren der EN 14034-4 ermittelt werden, es sei denn, die Daten gelten als zuverlässig und sind
entsprechend einem Verfahren, das vergleichbare Ergebnisse liefert, bestimmt worden.
Darüber hinaus können Stäube von unterschiedlicher Reinheit sein und auch ein der Literatur entnommener
Wert kann für einen bestimmten Staub ungültig sein, da die Zusammensetzung möglicherweise anders ist.
Dies gilt insbesondere für die Handhabung von natürlich vorkommenden Stoffen wie Mehl, Holzmehl oder
Kohle.
Legende
X = Staubkonzentration in g/m
Y = maximaler Explosionsdruck in bar
Bild 4 — Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den maximalen
Explosionsdruck für Braunkohle (entsprechend [7])
CEN/TR 15281:2007 (D)
Legende
X = Staubkonzentration in g/m
Y = maximaler zeitlicher Druckanstieg in bar/s
Bild 5 — Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den maximalen zeitlichen Explosionsdruckanstieg
für Braunkohle (entsprechend [7])
Legende
Ausgangstemperatur 150 °C
X = Sauerstoffkonzentration % Volumenanteil
Y = maximaler Explosionsdruck in bar
= Stickstoff
= Wasserdampf
= Kohlendioxid
Bild 6 — Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den maximalen
Explosionsdruck für Braunkohle (entsprechend [29])
CEN/TR 15281:2007 (D)
5.4 Hybride Gemische
Treten Stäube und Dämpfe gemeinsam auf, bilden sie ein hybrides Gemisch. Dieses kann explosionsfähig
sein, auch wenn Staub und Dampf jeweils unterhalb ihrer eigenen unteren Explosionsgrenze liegen. Daher ist
es schwierig vorherzusagen, ob ein derartiges hybrides Gemisch explosionsfähig ist.
Die Sauerstoffgrenzkonzentration eines derartigen hybriden Gemisches ist nicht geringer als der niedrigste
Einzelwert jeder Komponente. Der niedrigste Wert sollte verwendet werden, es sei denn, die experimentelle
Arbeit zeigt, dass eine höhere Konzentration zulässig ist.
5.5 Flüssigkeitsnebel
Flüssigkeitsnebel können schon weit unterhalb des Flammpunktes der Flüssigkeit brennbar sein und sollten
daher bei allen Temperaturen als brennbar angesehen werden. Die Sauerstoffgrenzkonzentration eines
Nebels sollte mit der Sauerstoffgrenzkonzentration seiner Dämpfe gleichgesetzt werden.
5.6 Einfluss von Prozessparametern
Bei der Handhabung von Stäuben sinken die Mindestzündenergien bei einem Temperaturanstieg erheblich;
sie treffen zusammen bei etwa 0,1 mJ und 1 000 °C, wie in Bild 7 dargestellt. Bild 8 zeigt die Wirkung der
Temperatur auf die Sauerstoffgrenzkonzentration verschiedner Stäube.
Mit ansteigender Temperatur sinkt die Sauerstoffgrenzkonzentration. Für Kohlenwasserstoffe wurde ein
Absinken der Sauerstoffgrenzkonzentration von 1 % bis 2 % Volumenanteile je 100 °K ermittelt. Eine
Ausnahme von dieser Regel bilden Halogenkohlenwasserstoffe. Durch Erhöhen der Temperatur von
Umgebungstemperatur auf 100 °C sinkt die SGK für Methylenchlorid von 20,3 % Volumenanteil auf 9,5 %
Volumenanteil. Kleinere Mengen Verunreinigungen können die Brennbarkeit von Gasen und Dämpfen
ebenfalls beeinflussen. Methylenchlorid beispielsweise ist in Luft unterhalb 100 °C und bei 760 mm Hg nicht
entzündlich, aber durch Hinzufügen von 0,5 % Volumenanteil Methanoldampf kann bei 27 °C nach [12] eine
Entzündung erreicht werden.
CEN/TR 15281:2007 (D)
Legende
X = Temperatur in °C
Y = niedrigste Mindestzündenergie (LMIE) in mJ
= Melamin
= Klärschlamm
= Torfmehl
= Herbizid
= Bärlappsporen
Bild 7 — Einfluss der Temperatur auf die Zündempfindlichkeit von Stäuben
(entsprechend [7])
Ein Anstieg des Ausgangsdruckes kann ebenfalls zu einem Absinken der maximal zulässigen
Sauerstoffkonzentration führen. Ein Druckanstieg von 1 bar auf 4 bar beispielsweise ergab ein Absinken der
Sauerstoffgrenzkonzentration von 1 Vol.-% bei Braunkohle (Bild 9). Im Gegenzug steigt die für die
Inertisierung erforderliche Menge an Inertgas mit steigendem Druck (Bild 10).
CEN/TR 15281:2007 (D)
Legende
X = Ausgangstemperatur in °C Y = maximal zulässige Sauerstoffkonzentration in % Volumenanteile
1 = Magermilchpulver, M = 65 µm 2 = Steinkohle, M = 19 µm
3 = langflammige Kohle, M = 19 µm 4 = Torf, M = 46 µm
5 = Buchenholzmehl, M = 59 µm 6 = Geliermittel, M = 43 µm
7 = Braunkohle, M = 52 µm
Bild 8 — Einfluss der Temperatur auf die Sauerstoffgrenzkonzentration (entsprechend [29])
Legende
X = Ausgangsdruck [bar]
Y = maximal zulässige Sauerstoffkonzentration in % Volumenanteile
Bild 9 — Einfluss des Druckes auf die Inertisierung von Braunkohle (entsprechend [29])
CEN/TR 15281:2007 (D)
Legende
% Luft = 100 % – % Propan – % N
X = hinzugefügter Stickstoff in % Volumenanteile
Y = Propan in % Volumenanteile
Bild 10 — Einfluss des Druckes auf die Menge des für die Inertisierung von Propan erforderlichen
Inertgases (entsprechend [32], Bild 40)
6 Inertisierungsverfahren
6.1 Allgemeines
Es gibt vier anerkannte Verfahren, eine Anlage zu inertisieren, die unten aufgeführt sind. Dies sind:
a) Druckwechselverfahren (Überdruckmethode)
Bei diesem Verfahren wird der Druck in der Anlage durch Inertgaszugabe erhöht, anschließend erfolgt
eine Entlastung auf Umgebungsdruck. Der Zyklus wird wiederholt bis die erforderliche
Sauerstoffkonzentration erreicht ist. Dies ist ausschließlich für eine Anlage mit entsprechender
Druckfestigkeit geeignet.
b) Druckwechselverfahren (Vakuummethode)
Ähnlich wie bei der Überdruckmethode, allerdings wird die Anlage zunächst evakuiert und das Vakuum
mittels Inertgas aufgehoben. Dieses Verfahren ist geeignet, wenn eine Anlage beständig gegen Vakuum,
aber nicht gegen Überdruck ist, wie Glasbehälter.
c) Durchfluss-Inertisierung (Durchflussspülung)
Bei diesem Verfahren wird an einem Punkt Inertgas eingebracht und gleichzeitig an einem anderen, vom
Zuführungspunkt entfernten Punkt Gas abgelassen. Dieses Verfahren ist geeignet für eine Anlage, die
weder gegen Innen- noch gegen Außendruck beständig ist. Ebenso können in einem langen, dünnen
Behälter oder Rohr Druckwechselverfahren unwirksam sein, da bei Einbringen und Auslassen des Gases
am gleichen Ende eine schlechte Mischung erfolgt, so dass die Durchspülung angewendet werden muss.
d) Verdrängungs-Intertisierung
Dieses Verfahren basiert auf einer hohen Dichtedifferenz zwischen dem Inertgas und der verdrängten
Luft. Es ist üblicherweise nur für spezielle Situationen geeignet, in denen die Dichtedifferenz groß und die
Vermischung wahrscheinlich gering ist.
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6.2 Druckwechselverfahren (Überdruckmethode)
Dies ist ein sehr wirksames Verfahren, da es den Gasen ein leichtes Durchmischen ermöglicht. Die druckfeste
Anlage wird geschlossen und durch Zugabe eines Inertgases der Druck erhöht. Die Anlage wird dann zur
Atmosphäre entlüftet und der Prozess wiederholt, bis die erforderliche Verringerung des Sauerstoffgehaltes
erreicht ist. Der theoretische Sauerstoffgehalt nach einer festgelegten Anzahl von Druck- und
Entlastungszyklen kann anhand der Partialdrücke aus den in Anhang B angegebenen Gleichungen berechnet
werden.
Enthält das zugeführte Inertgas etwas Sauerstoff, muss dies bei der Berechnung der Spülanforderungen
berücksichtigt werden. Für diesen Zweck wird der Term C verwendet und wenn der Sauerstoffgehalt des
i
Inertgases null beträgt, ist C gleich null.
i
Die grundlegende Gleichung in Anhang B beruht auf der Annahme, dass Ausdehnung und Kompression
isothermal erfolgen, was in den meisten Fällen zutrifft. Umfasst die Kompression oder Ausdehnung jedoch
hohen Druck oder Vakuum oder schnelle Druckänderungen, können Kompression und Ausdehnung
adiabatisch sein. Unter derartigen Bedingungen ist die Sauerstoffreduzierung geringer als mit der
grundlegenden Gleichung berechnet und die in Anhang B angegebene modifizierte Gleichung sollte
verwendet werden. Nutzer sollten sich davon überzeugen, dass die angemessene Gleichung gewählt wurde.
Beispiele für die Wahl der Gleichung sind ebenfalls in Anhang B angegeben. Umkehrlösungen für die
Gleichungen sind angegeben, um ihre Anwendung zu erleichtern.
Ist eine Anlage groß und verzweigt, wird das Gas in den geschlossenen Enden der Anlage durch das Inertgas
komprimiert, vermischt sich jedoch wahrscheinlich nicht gut. Dadurch dehnt sich das Gas bei Druckentlastung
einfach aus und der Sauerstoffgehalt in den Abzweigen bleibt im Vergleich zu dem Wert vor der Kompression
ähnlich. Daher ist es erforderlich bei der Berechnung des End-Sauerstoffgehaltes diese Abzweige zu
berücksichtigen.
Ist die Anlage sehr komplex, kann es erforderlich sein, den Inertgasdruck in allen Abzweigen nacheinander zu
entlasten, um eine angemessene Verdrängung des ursprünglichen Gases sicherzustellen. Ist dafür eine
große Anzahl Spülungen erforderlich, kann eine Vakuum-Spülanlage besser geeignet sein.
Während die oben genannten Gleichungen verwendet werden können, um die Sauerstoffkonzentration in
einer beliebigen Anlage zu berechnen, sind sie für eine komplex verzweigte Anlage möglicherweise nicht
geeignet. Bei einer aus einem Behälter bestehenden Anlage ist es üblicherweise ausreichend, die
Sauerstoffkonzentration zu berechnen, während bei einer komplexen Anlage das tatsächliche Messen der
Sauerstoffkonzentration an verschiedenen Punkten der Anlage erforderlich ist.
Wurden Sauerstoffmessungen einmal durchgeführt und als hinreichend erachtet, ist es für den Normalbetrieb
üblicherweise ausreichend, zu folgern, dass die Sauerstoffkonzentration der gemessenen Konzentration
entspricht, vorausgesetzt, es gelten exakt dieselben Spülbedingungen wie bei der Prüfung. Bei Geräten mit
beweglichen Teilen mit hoher Geschwindigkeit oder geringen Spaltweiten, wie Zentrifugen oder
Dünnschichtverdampfern, sollte eine kontinuierliche Sauerstoffüberwachung durchgeführt werden.
Wird eine Anlage unter Druck betrieben, wird an allen Undichtigkeiten Inertgas in die Arbeitsumgebung
freigesetzt. Daher sollten angemessene Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass
Erstickungsgefahren für das Personal durch freigesetztes Inertgas verhindert werden. Befinden sich Anlagen
im Freien, stellt Erstickung nur dann ein Risiko dar, wenn große Leckagen auftreten. In geschlossenen
Arbeitsräumen sollte eine geeignete Lüftung vorgesehen werden. Für die Leitsätze zur Auslegung der Lüftung
sollten nationale Vorschriften hinzugezogen werden.
CEN/TR 15281:2007 (D)
6.3 Druckwechselverfahren (Vakuummethode)
Dieses Verfahren ist anwendbar, wenn ein Behälter keinem inneren Überdruck ausgesetzt werden kann, aber
beständig gegen ein vollständiges Vakuum ist. Beispiele dieser Kategorie sind Glasbehälter. Sind Behälter mit
Niederdruck-Berstscheiben ausgestattet, ist es notwendig, dass diese mit einer Vakuumsicherung versehen
sind, da die Scheiben andernfalls beim Bersten in den Behälter eindringen.
ANMERKUNG 1 Weitere Angaben zu Auswahl und Installation von Berstscheiben sind in EN ISO 4126-6 enthalten.
Das Verfahren gleicht dem Überdruckverfahren, aber da der Behälter unter Vakuum steht, kann Luft
eindringen, wodurch die Wirksamkeit des Inertgases geringer ist als berechnet. Daher können die in
Anhang B angegebenen Gleichungen für das Überdruckverfahren zwar weiterhin verwendet werden, es sollte
jedoch eine Vakuum-Dichtheitsprüfung durchgeführt werden.
Die Undichtigkeit nach innen durch Eindringen von Luft sollte bestimmt werden, indem die Anlage evakuiert
und die Vakuumquelle getrennt wird. Dann sollte der zeitliche Druckanstieg, J, gemessen werden. Der
maximal zulässige Anstieg sollte möglichst gering sein und keinesfalls mehr als 10 % des geringeren der
beiden folgenden Werte betragen:
a) zeitlicher Druckanstieg, wenn das Inertgas verwendet wird, um den Druck wieder auf atmosphärischen
Druck zu erhöhen; oder
b) niedrigster zeitlicher Druckabfall während der Evakuierung.
ANMERKUNG 2 Angaben zur Dichtheit der Anlage, die erreicht werden sollte, sind in Anhang B angegeben.
Die Anwendung eines Sicherheitsfaktors ist möglicherweise nicht erforderlich, wenn die Prüfung der
Dichtigkeit der Vakuumanlage ein fester Bestandteil der Prozessabläufe ist. Ist das Eindringen von Sauerstoff
oder Luft wahrscheinlich, weil die inertisierte Anlage bei atmosphärischem Unterdruck gehalten wird, sollte die
Sauerstoffkonzentration nicht nur nach dem Spülen gemessen werden, um nachzuweisen, dass die
anfängliche Verringerung des Sauerstoffes hinreichend ist, sondern auch kontinuierlich, während sich die
Anlage im Vakuumzustand befindet.
Wie beim Überdruckverfahren kann die Sauerstoffkonzentration nach dem Spülen aus den oben genannten
Gleichungen abgeleitet werden, die Sauerstoffkonzentration sollte jedoch wie oben beschrieben gemessen
werden.
Bei einer Anlage, die unter Vakuum betrieben wird, ermöglicht jede Undichtigkeit das Eindringen von Luft in
die Anlage, wodurch schrittweise jede inerte Atmosphäre zerstört wird. Das Eindringen von Luft kann mittels
zweier Verfahren entdeckt werden. Das indirekte Verfahren beruht auf der Trennung der Vakuumquelle und
der Überwachung des zeitlichen Druckanstiegs. So ist es möglich, die maximale Sauerstoffkonzentration zu
schätzen, die nach einer gewissen Zeit in der Anlage bei festgelegtem Vakuum auftreten wür
...
Le document de standardisation SIST-TP CEN/TR 15281:2006 fournit une orientation précieuse sur l'inertage pour la prévention des explosions. Ce standard est d'une grande portée, étant applicable dans divers contextes où la protection contre les explosions est cruciale. L'essence même de l'inertage réside dans l'introduction de gaz inerts dans un système, ce qui réduit la teneur en oxygène en dessous d'une concentration critique, éliminant ainsi le risque d'explosion. L'une des forces majeures de ce standard est son approche exhaustive des processus d'inertage. Bien qu'il précise que l'inertage absolu, qui consiste à rendre tout mélange non inflammable, n'est requis que dans certaines situations rares, il traite également des conditions dans lesquelles l'inertage peut influencer les caractéristiques d'ignition et d'explosion d'une atmosphère explosive. Cela illustre l'applicabilité du standard à différents scénarios industriels et renforce son importance dans la gestion des risques. La pertinence de ce document réside également dans la clarté des limites qu'il établit. En excluant notamment des pratiques telles que l'admixture de poussières inertes aux poussières combustibles ou l'utilisation de barrières de flamme en mailles métalliques, le standard permet aux professionnels de se concentrer sur les méthodes d'inertage appropriées tout en évitant les malentendus potentiels. Cette spécificité aide à garantir une mise en œuvre efficace des mesures de sécurité. Il est également crucial de noter que bien que l'inertage soit essentiel pour éviter les explosions, ce n'est pas une mesure de protection contre les incendies ou les réactions exothermiques. Cette clarification est vitale pour des industries où le risque d'explosion est élevé, car elle permet une approche plus intégrée à la sécurité. En somme, le SIST-TP CEN/TR 15281:2006 est un standard fondamental qui fournit une base solide pour la mise en œuvre de stratégies d'inertage. Sa pertinence et ses forces en font une ressource indispensable pour les professionnels en charge de la sécurité dans des environnements potentiellement dangereux.
SIST-TP CEN/TR 15281:2006は、爆発防止のための不活性化に関するガイダンスを提供する重要な標準です。この標準の範囲は、爆発を防ぐためにシステムに不活性ガスを供給し、酸素濃度を特定の閾値以下に低下させることで、爆発のリスクを軽減することにあります。特に、絶対不活性化を実現するためのガイドラインが存在し、その適用範囲は広範囲にわたりますが、絶対不活性化が必要とされるのは稀なケースであることも明記されています。 この標準の強みは、異なる爆発環境における不活性化の効果的な方法について詳細な見解を提供している点です。具体的には、爆発雰囲気の着火および爆発特性に影響を与えるための不活性化の使用に関する情報が含まれています。また、火災発生時の爆発防止としての不活性化の適用についても言及されており、実際の運用において非常に実用的です。 ただし、このガイドラインでは何がカバーされていないかも明確です。例えば、可燃性の粉塵と不活性の粉塵の混合、開放空間におけるワイヤーメッシュ炎トラップによる可燃性雰囲気の不活性化、火災対策などはこの標準の対象外となっています。このような不活性化が火災や自己着火、発熱反応、粉塵層や堆積物のデフラグレーションを防ぐための保護手段とならないことも明記されています。 全体として、SIST-TP CEN/TR 15281:2006は爆発防止に関心のあるすべての業界にとって非常に関連性が高く、具体的で実用的なガイダンスを提供しています。不活性化の重要性とその方法を深く理解するためには、ぜひ参照すべき標準です。
The standard SIST-TP CEN/TR 15281:2006 provides comprehensive guidance on inerting as a strategy for explosion prevention. Its primary focus is on the implementation of inert gas to reduce the oxygen concentration in areas at risk for explosive atmospheres. This standard delineates the scope of inerting measures and distinguishes between absolute inerting, which is necessary only in specific circumstances, and general inerting practices that can mitigate explosion risks. One of the strengths of this standard is its detailed approach to addressing varied scenarios where inerting is applicable. By specifying that inerting may also be employed in the context of fire prevention, the standard underscores its relevance in multifaceted risk management situations. Furthermore, it clarifies situations explicitly excluded from the guidance, such as the use of inert dust in combustible dust, flame traps in open spaces, and fire-fighting techniques. This not only enhances the clarity of the document but also helps practitioners understand the boundaries of what inerting can achieve versus other safety measures. The standard is particularly relevant in industries where combustible materials and potential explosive atmospheres are prevalent. By establishing a framework for the effective use of inerting, it plays a critical role in promoting safety and compliance with regulatory standards. Its emphasis on the importance of understanding the ignition and explosion characteristics of explosive atmospheres adds an additional layer of significance to the document. Overall, SIST-TP CEN/TR 15281:2006 serves as an essential resource for professionals responsible for explosion prevention strategies, as it provides a well-rounded view of inerting as a protective measure. Its thorough guidance and clear limitations ensure that users can effectively navigate the complexities of explosion prevention while adhering to relevant safety protocols.
Die Norm SIST-TP CEN/TR 15281:2006 bietet umfassende Leitlinien zur Inertisierung zur Verhinderung von Explosionen. Ihre Reichweite konzentriert sich auf die maßgeblichen Techniken zur Reduzierung des Sauerstoffgehalts in explosionsgefährdeten Systemen, um somit die Entstehung von Explosionen zu verhindern. Die Norm beschreibt die Verfahren zur Einspeisung von Inertgasen, um sicherzustellen, dass gefährliche Mischungen nicht entzündbar werden. Ein herausragendes Merkmal dieser Norm ist die klare Definition der Bedingungen, unter denen absolute Inertisierung erforderlich ist. Dies ist besonders wichtig, da solche Situationen selten auftreten und spezifische Anforderungen stellen. Die Stärke der Norm liegt in ihrer Fähigkeit, nicht nur die Grundlagen der Inertisierung zu erläutern, sondern auch die Einflüsse auf die Zünd- und Explosionsmerkmale explosiver Atmosphären zu behandeln. Dies macht die Norm besonders relevant für die Industrie, in der Sicherheitsstandards essentielles Risiko-Management erfordern. Die dokumentierten Hintergründe und Anwendungsfälle der Inertisierung sind ein wertvolles Hilfsmittel für Fachleute, die in der Prävention von Explosionen tätig sind. Es wird ebenfalls erwähnt, dass die bereitgestellten Leitlinien auch zur Verhinderung von Explosionen im Falle eines Brandes anwendbar sind, was die Vielseitigkeit der Norm unterstreicht. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass bestimmte Anwendungen, wie die Beimischung von inerten Stäuben zu brennbaren Stäuben oder der Einsatz von Drahtgitterflammenfallen, nicht von dieser Norm abgedeckt werden. Dies definiert klare Grenzen für den Anwendungsbereich und verschafft den Anwendern mehr Klarheit über die passenden Sicherheitsmaßnahmen. Insgesamt ist die SIST-TP CEN/TR 15281:2006 eine essentielle Norm für Fachkräfte im Bereich Sicherheitsmanagement, die eine fundierte Grundlage für die Implementierung der Inertisierungsmaßnahmen zur Verhinderung von Explosionen bereitstellt.
SIST-TP CEN/TR 15281:2006 표준은 폭발 방지를 위한 비활성화(inerting)에 대한 지침을 제공하는 문서로, 비활성화의 적용 범위와 중요성을 명확히 정리하고 있습니다. 이 표준의 주요 내용은 비활성가스를 시스템에 공급하여 산소 농도를 특정 농도 이하로 낮추는 방법에 대한 것입니다. 이는 폭발 가능성을 차단하는 중요한 조치이며, 비상시에 적용할 수 있는 유용한 방안입니다. 이 표준의 강점 중 하나는 실제 상황에서의 적용성을 바탕으로 비활성화의 필요성과 그 범위를 구체적으로 설명하고 있다는 점입니다. 비활성가스를 충분히 투입하여 공기와 혼합될 경우 불연성을 갖춘 조성을 만드는 절대적인 비활성화는 드물게 필요하다는 점도 명시되어 있습니다. 이와 관련하여 절대 비활성화의 필요조건이 논의되며, 특히 어떤 경우에 이 요구사항이 적용되는지를 명확히 하는 것은 사용자에게 큰 도움이 됩니다. 또한, SIST-TP CEN/TR 15281:2006은 폭발적 대기에서의 점화 및 폭발 특성을 조절하기 위해 비활성화를 사용할 수 있다는 점을 강조합니다. 이는 화재 발생 시 폭발을 예방하기 위한 실질적인 지침으로, 비활성화가 어떻게 다양한 상황에서 적용될 수 있는지를 보여줍니다. 그러나 이 지침은 일부 경우에는 적용되지 않음을 분명히 하고 있습니다. 예를 들어, 가연성 대기에 대한 와이어 메시 화염 트랩을 통한 비활성화, 가연성 물질의 폭발한계를 초과하는 방법 등은 지침의 범위를 벗어납니다. 이로 인해 문서는 사용자가 비활성화 수단을 적용할 때 고려해야 할 제한 사항을 분명히 알려주며, 전반적인 안전성을 향상시키는 데 기여합니다. 결론적으로, SIST-TP CEN/TR 15281:2006 표준은 비활성화에 대한 체계적이고 실용적인 접근 방식을 제공하며, 폭발 위험을 줄이기 위한 중요한 지침으로 자리잡고 있습니다. 비활성화의 필요성과 구체적인 적용 방안을 담아낸 이 문서는 폭발 예방 분야에서 필수적인 리소스입니다.
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