Lässt sich das Entstehen einer explosionsfähigen Atmosphäre nicht sicher ausschließen und sind auch nicht alle wirksamen Zündquellen vermeidbar, greift die dritte Stufe des Schutzkonzepts: der konstruktive (tertiäre) Explosionsschutz. Er verhindert die Explosion nicht, sondern begrenzt ihre Auswirkungen auf ein unbedenkliches Maß — die Anlage wird so ausgelegt, dass eine Explosion niemanden gefährdet und sich nicht in andere Anlagenteile fortpflanzt.
Ausgangsgrößen der Auslegung
Grundlage jeder konstruktiven Maßnahme sind die sicherheitstechnischen Kenngrößen des Stoffes und die Geometrie des Apparats:
- p_max — maximaler Explosionsüberdruck (bei Stäuben typ. 7–10 bar, bei Gasen ähnlich), gemessen im geschlossenen Behälter.
- K_St bzw. K_G — auf 1 m³ normierte maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit (bar·m/s) als Maß für die Heftigkeit der Explosion; für Stäube führt sie zu den Staubexplosionsklassen St 1–St 3.
- p_red — der reduzierte Explosionsüberdruck, der sich im geschützten (z. B. druckentlasteten) Apparat tatsächlich einstellt; er muss unter der Festigkeit des Apparats bleiben.
- Volumen, Länge/Durchmesser-Verhältnis und Einbauten des Apparats beeinflussen Druckverlauf und Entlastungsbedarf.
Explosionsdruckfeste Bauweise
Der Apparat wird so stabil gebaut, dass er dem Explosionsdruck standhält:
- Explosionsdruckfest — hält dem vollen p_max ohne bleibende Verformung stand (Auslegung auf den statischen Druck).
- Explosionsdruckstoßfest — hält dem Druck stand, wobei eine bleibende Verformung, aber kein Bersten zugelassen ist; wirtschaftlicher bei großen Apparaten.
Die druckfeste Bauweise wird häufig mit einer der folgenden Maßnahmen kombiniert, um p_red zu senken.
Druckentlastung
Eine definierte Öffnung gibt bei einer Explosion frei und lässt Druck und Flammen kontrolliert ins Freie ab, sodass p_red unter der Apparatefestigkeit bleibt:
- Berstscheiben und Explosionsklappen/-türen öffnen bei einem festgelegten Ansprech-/Statikdruck p_stat.
- Die Entlastungsfläche wird nach anerkannten Verfahren aus Volumen, K_St, p_max, p_stat und der zulässigen p_red bemessen.
- Die Entlastung muss in einen ungefährdeten Bereich erfolgen; für Innenräume gibt es flammenlose Druckentlastung (Entlastung über einen Flammenfilter/Rückhaltevolumen, das die austretende Flamme löscht).
- Bei der Auslegung sind Rückstoßkräfte und der Feuerball vor der Entlastungsöffnung zu berücksichtigen.
Druckentlastung ist nur zulässig, wenn keine gefährlichen Mengen toxischer Stoffe freigesetzt werden.
Explosionsunterdrückung
Ein aktives System erkennt die beginnende Explosion in Millisekunden über Druck- oder Flammensensoren und bläst schlagartig Löschmittel ein, bevor sich der volle Druck aufbaut. So bleibt p_red niedrig, ohne dass etwas ins Freie abgelassen wird — geeignet auch für toxische oder wertvolle Produkte und für Apparate, die sich nicht entlasten lassen.
Explosionstechnische Entkopplung
Damit sich eine Explosion nicht durch Rohrleitungen in angeschlossene Anlagenteile fortpflanzt (Flammen- und Druckübertragung, Gefahr der Detonation und Druckvorstauung), werden Anlagenteile entkoppelt:
- Schnellschlussschieber/-ventile — schließen die Leitung binnen Millisekunden nach Detektion.
- Löschmittelsperren — legen eine Löschmittelbarriere in die Leitung.
- Rückschlagklappen/Ventilsperren — verhindern den Rückschlag entgegen der Förderrichtung.
- Zellenradschleusen und Doppelschieber — wirken als mechanische Entkopplung an Materialübergaben.
Flammendurchschlagsicherungen
An Leitungen und Öffnungen von Behältern mit brennbaren Gasen/Dämpfen verhindern Flammendurchschlagsicherungen (Deflagrations- bzw. Detonationssicherungen) über enge Spalte (Grundlage: die Grenzspaltweite der Explosionsgruppe IIA/IIB/IIC), dass eine Flamme die Sicherung durchschlägt.
Zusammenwirken und Nachweis
Konstruktive Maßnahmen werden meist kombiniert (z. B. druckstoßfester Apparat + Druckentlastung + Entkopplung der Rohrleitungen zu einem geschlossenen Schutzsystem). Die eingesetzten Schutzeinrichtungen sind selbst ATEX-Produkte (Richtlinie 2014/34/EU) mit geprüfter Eignung; ihre Wirksamkeit und die zugrunde gelegten Kenngrößen sind im Explosionsschutzdokument zu dokumentieren.
Einordnung
Auswahl, Auslegung und Nachweis konstruktiver Schutzmaßnahmen begleiten wir im Rahmen der Leistung Explosionsschutz. Dieser Artikel gibt einen Überblick; die verbindlichen Bemessungsverfahren und Prüfgrundsätze ergeben sich aus den einschlägigen Regelwerken in ihrer geltenden Fassung.