Gefahren und vorbeugende Maßnahmen an elektrischen Anlagen

Die vielen Komponenten, aus denen Elektroinstallationen bestehen, weisen unterschiedliche Robustheit auf. Ungeachtet ihrer inhärenten Zerbrechlichkeit müssen sie jedoch alle unter strengen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Leider unterliegen elektrische Geräte selbst unter den besten Umständen Ausfällen, die zu Personen- oder Sachschäden führen können.

Der sichere Betrieb elektrischer Anlagen ist das Ergebnis einer guten Anfangsplanung, nicht der bloßen Nachrüstung von Sicherheitssystemen. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass, obwohl Strom mit Lichtgeschwindigkeit fließt, alle elektromechanischen und elektronischen Systeme Reaktionslatenzen aufweisen, die hauptsächlich durch thermische Trägheit, mechanische Trägheit und Wartungsbedingungen verursacht werden. Diese Latenzen, unabhängig von ihrem Ursprung, sind lang genug, um Menschen zu verletzen und Ausrüstung zu beschädigen (Lee, Capelli-Schellpfeffer und Kelly 1994; Lee, Cravalho und Burke 1992; Kane und Sternheim 1978).

Es ist wichtig, dass die Geräte von qualifiziertem Personal installiert und gewartet werden. Es sei betont, dass technische Maßnahmen sowohl zum sicheren Betrieb von Anlagen als auch zum Schutz von Mensch und Material erforderlich sind.

Einführung in elektrische Gefahren

Der ordnungsgemäße Betrieb elektrischer Anlagen erfordert, dass Maschinen, Geräte und elektrische Schaltkreise und Leitungen vor Gefahren geschützt werden, die sowohl durch interne (dh innerhalb der Installation entstehende) als auch durch externe Faktoren verursacht werden (Andreoni und Castagna 1983).

Interne Ursachen sind:

• Überspannungen

• Kurzschlüsse

• Modifikation der Wellenform des Stroms

• Induktion

• Einmischung

• Überströme

• Korrosion, was zu elektrischen Leckströmen zur Erde führt

• Erhitzen von leitenden und isolierenden Materialien, was zu Verbrennungen des Bedieners, Emissionen giftiger Gase, Bränden von Komponenten und in brennbaren Atmosphären zu Explosionen führen kann

• Lecks von Isolierflüssigkeiten, wie z. B. Öl

• Bildung von Wasserstoff oder anderen Gasen, die zur Bildung explosionsfähiger Gemische führen können.

Jede Gefahr-Ausrüstungs-Kombination erfordert spezifische Schutzmaßnahmen, die teilweise gesetzlich oder durch interne technische Vorschriften vorgeschrieben sind. Hersteller sind dafür verantwortlich, sich spezifischer technischer Strategien bewusst zu sein, die Risiken reduzieren können.

Äußere Ursachen sind:

• mechanische Faktoren (Stürze, Stöße, Vibrationen)

• physikalische und chemische Faktoren (natürliche oder künstliche Strahlung, extreme Temperaturen, Öle, ätzende Flüssigkeiten, Feuchtigkeit)

• Wind, Eis, Blitz

• Vegetation (Bäume und Wurzeln, sowohl trocken als auch nass)

• Tiere (sowohl in städtischen als auch in ländlichen Umgebungen); diese können die Isolierung der Stromleitung beschädigen und so Kurzschlüsse oder Fehlkontakte verursachen

Zuguterletzt,

• Erwachsene und Kinder, die sorglos oder leichtsinnig sind oder die Risiken und Betriebsverfahren nicht kennen.

Andere externe Ursachen sind elektromagnetische Interferenzen durch Quellen wie Hochspannungsleitungen, Funkempfänger, Schweißmaschinen (die transiente Überspannungen erzeugen können) und Solenoide.

Die häufigsten Ursachen für Probleme ergeben sich aus Fehlfunktionen oder Nicht-Standard:

• mechanische, thermische oder chemische Schutzausrüstung
• Lüftungssysteme, Maschinenkühlsysteme, Geräte, Leitungen oder Kreisläufe
• Koordination von Isolatoren, die in verschiedenen Anlagenteilen verwendet werden
• Koordination von Sicherungen und Sicherungsautomaten.

Eine einzelne Sicherung oder ein Sicherungsautomat kann keinen ausreichenden Schutz gegen Überstrom in zwei verschiedenen Stromkreisen bieten. Sicherungen oder Sicherungsautomaten können Schutz gegen Phase-Nullleiter-Ausfälle bieten, aber der Schutz gegen Phase-Erde-Ausfälle erfordert automatische Fehlerstromschutzschalter.

• Verwendung von Spannungsrelais und -entladern zur Koordinierung von Schutzsystemen
• Sensoren und mechanische oder elektrische Komponenten in den Schutzsystemen der Anlage
• Trennung von Stromkreisen mit unterschiedlichen Spannungen (ausreichende Luftabstände müssen zwischen den Leitern eingehalten werden; Verbindungen sollten isoliert sein; Transformatoren sollten mit geerdeten Abschirmungen und einem geeigneten Schutz gegen Überspannung ausgestattet sein und vollständig getrennte Primär- und Sekundärspulen haben)
• Farbcodes oder andere geeignete Vorkehrungen, um eine falsche Identifizierung von Drähten zu vermeiden
• Die Verwechslung der aktiven Phase mit einem Neutralleiter führt zur Elektrifizierung der externen metallischen Komponenten des Geräts
• Schutzausrüstung gegen elektromagnetische Störungen.

Diese sind besonders wichtig für Instrumentierung und Leitungen, die zur Datenübertragung oder zum Austausch von Schutz- und/oder Steuersignalen verwendet werden. Zwischen den Leitungen müssen ausreichende Abstände eingehalten oder Filter und Abschirmungen verwendet werden. Glasfaserkabel werden manchmal für die kritischsten Fälle verwendet.

Das mit elektrischen Installationen verbundene Risiko nimmt zu, wenn die Geräte erschwerten Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, am häufigsten als Folge elektrischer Gefahren in feuchten oder nassen Umgebungen.

Die dünnen flüssigen leitfähigen Schichten, die sich in feuchten oder nassen Umgebungen auf metallischen und isolierenden Oberflächen bilden, schaffen neue, unregelmäßige und gefährliche Strompfade. Das Eindringen von Wasser verringert die Effizienz der Isolierung, und wenn Wasser in die Isolierung eindringt, kann es zu Kriechströmen und Kurzschlüssen kommen. Diese Effekte beschädigen nicht nur elektrische Anlagen, sondern erhöhen auch die Risiken für Menschen erheblich. Diese Tatsache rechtfertigt die Notwendigkeit besonderer Standards für Arbeiten in rauen Umgebungen wie Freigelände, landwirtschaftlichen Anlagen, Baustellen, Badezimmern, Bergwerken und Kellern und einigen Industrieumgebungen.

Ausrüstung zum Schutz vor Regen, seitlichen Spritzern oder vollständigem Eintauchen ist erhältlich. Idealerweise sollte die Ausrüstung eingehaust, isoliert und korrosionsbeständig sein. Metallgehäuse müssen geerdet werden. Der Mechanismus des Versagens in diesen feuchten Umgebungen ist derselbe wie der in feuchten Atmosphären beobachtete, aber die Auswirkungen können schwerwiegender sein.

Elektrische Gefahren in staubigen Atmosphären

Feine Stäube, die in Maschinen und elektrische Geräte gelangen, verursachen Abrieb, insbesondere an beweglichen Teilen. Leitende Stäube können ebenfalls Kurzschlüsse verursachen, während isolierende Stäube den Stromfluss unterbrechen und den Kontaktwiderstand erhöhen können. Ansammlungen von feinen oder groben Stäuben um Gerätegehäuse herum sind potenzielle Feuchtigkeits- und Wasserspeicher. Trockener Staub ist ein Wärmeisolator, der die Wärmeableitung verringert und die lokale Temperatur erhöht; Dies kann elektrische Schaltkreise beschädigen und Brände oder Explosionen verursachen.

An industriellen oder landwirtschaftlichen Standorten, an denen staubige Prozesse durchgeführt werden, müssen wasser- und explosionsgeschützte Systeme installiert werden.

Elektrische Gefahren in explosionsgefährdeten Atmosphären oder an Orten mit explosiven Materialien

Explosionen, einschließlich Explosionen in Atmosphären, die explosive Gase und Stäube enthalten, können durch Öffnen und Schließen unter Spannung stehender Stromkreise oder durch jeden anderen transienten Prozess ausgelöst werden, der Funken mit ausreichender Energie erzeugen kann.

Diese Gefahr besteht an Standorten wie:

• Bergwerke und unterirdische Standorte, an denen sich Gase, insbesondere Methan, ansammeln können
• chemische Industrie
• Lagerräume für Bleibatterien, in denen sich Wasserstoff ansammeln kann
• die Lebensmittelindustrie, wo natürliche organische Pulver erzeugt werden können
• der Kunststoffindustrie
• Metallurgie, insbesondere die mit Aluminium und Magnesium.

Wo diese Gefahr besteht, sollte die Anzahl der Stromkreise und Geräte minimiert werden, indem beispielsweise Elektromotoren und Transformatoren entfernt oder durch pneumatische Geräte ersetzt werden. Elektrische Geräte, die nicht entfernt werden können, müssen umschlossen sein, um jeglichen Kontakt von brennbaren Gasen und Stäuben mit Funken zu vermeiden, und innerhalb des Gehäuses muss eine Inertgasatmosphäre mit Überdruck aufrechterhalten werden. Wo Explosionsgefahr besteht, müssen explosionsgeschützte Gehäuse und feuerfeste Elektrokabel verwendet werden. Für einige Hochrisikoindustrien (z. B. die Öl- und Chemieindustrie) wurde eine vollständige Palette explosionsgeschützter Geräte entwickelt.

Aufgrund der hohen Kosten für explosionsgeschützte Ausrüstung werden Anlagen üblicherweise in elektrische Gefahrenzonen eingeteilt. Bei diesem Ansatz wird in Hochrisikozonen Spezialausrüstung eingesetzt, während in anderen ein gewisses Risiko in Kauf genommen wird. Verschiedene branchenspezifische Kriterien und technische Lösungen wurden entwickelt; Diese umfassen normalerweise eine Kombination aus Erdung, Komponententrennung und der Installation von Zonenbarrieren.

Potentialausgleich

Wenn alle gleichzeitig berührbaren Leiter einschließlich der Erde auf dem gleichen Potential liegen würden, bestünde keine Gefahr für den Menschen. Potentialausgleichssysteme sind ein Versuch, diesen Idealzustand zu erreichen (Andreoni und Castagna 1983; Lee, Cravalho und Burke 1992).

Beim Potentialausgleich werden alle freiliegenden Leiter von nicht zur Übertragung bestimmten elektrischen Betriebsmitteln und alle berührbaren Fremdleiter am selben Standort mit einem Schutzleiter verbunden. Es sollte daran erinnert werden, dass die Leiter von Nicht-Übertragungsgeräten während des normalen Betriebs stromlos sind, nach einem Isolationsfehler jedoch unter Spannung stehen können. Durch die Verringerung der Berührungsspannung verhindert der Potentialausgleich, dass metallische Bauteile für Personen und Geräte gefährliche Spannungen erreichen.

In der Praxis kann es erforderlich sein, dieselbe Maschine an mehreren Stellen an das Potentialausgleichsnetz anzuschließen. Bereiche mit schlechtem Kontakt, beispielsweise aufgrund von Isolatoren wie Schmiermittel und Farbe, sollten sorgfältig identifiziert werden. Ebenso hat es sich bewährt, alle lokalen und externen Versorgungsleitungen (z. B. Wasser, Gas und Heizung) an das Potentialausgleichsnetz anzuschließen.

Erdung

In den meisten Fällen ist es notwendig, den Spannungsabfall zwischen den Leitern der Installation und der Erde zu minimieren. Dies wird erreicht, indem die Leiter mit einem geerdeten Schutzleiter verbunden werden.

Es gibt zwei Arten von Masseverbindungen:

• Funktionserde – zum Beispiel Erdung des Neutralleiters eines Dreiphasensystems oder des Mittelpunkts der Sekundärspule eines Transformators
• Schutzerdung – zum Beispiel Erdung aller Leiter an einem Gerät. Das Ziel dieser Art der Erdung besteht darin, die Leiterspannungen zu minimieren, indem ein bevorzugter Pfad für Fehlerströme geschaffen wird, insbesondere für solche Ströme, die wahrscheinlich Menschen betreffen.

Unter normalen Betriebsbedingungen fließt kein Strom durch Masseverbindungen. Bei einer versehentlichen Aktivierung des Stromkreises ist jedoch der Stromfluss durch die niederohmige Masseverbindung hoch genug, um die Sicherung oder die nicht geerdeten Leiter zu schmelzen.

Die von den meisten Normen zugelassene maximale Fehlerspannung in Äquipotentialnetzen beträgt 50 V für trockene Umgebungen, 25 V für nasse oder feuchte Umgebungen und 12 V für medizinische Labors und andere Umgebungen mit hohem Risiko. Obwohl diese Werte nur Richtlinien sind, sollte die Notwendigkeit einer angemessenen Erdung am Arbeitsplatz, in öffentlichen Räumen und insbesondere in Wohnungen betont werden.

Die Wirksamkeit der Erdung hängt in erster Linie vom Vorhandensein hoher und stabiler Erdableitströme ab, aber auch von einer ausreichenden galvanischen Kopplung des Äquipotentialnetzes und dem Durchmesser der zum Netz führenden Leiter. Aufgrund der Bedeutung des Erdschlusses muss dieser mit großer Genauigkeit bewertet werden.

Erdverbindungen müssen so zuverlässig sein wie Äquipotentialnetze, und ihre ordnungsgemäße Funktion muss regelmäßig überprüft werden.

Wenn der Erdungswiderstand zunimmt, nähert sich das Potential sowohl des Erdungsleiters als auch der Erde um den Leiter dem des Stromkreises an; im Fall der Erde um den Leiter herum ist das erzeugte Potential umgekehrt proportional zum Abstand vom Leiter. Um gefährliche Schrittspannungen zu vermeiden, müssen Erdungsleiter ordnungsgemäß abgeschirmt und in ausreichender Tiefe im Boden verlegt werden.

Als Alternative zur Geräteerdung erlauben Normen die Verwendung von doppelt isolierten Geräten. Dieses Gerät, das für den Einsatz in Wohnumgebungen empfohlen wird, minimiert die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsversagens, indem es zwei separate Isolationssysteme bereitstellt. Auf doppelt isolierte Geräte kann man sich nicht verlassen, um angemessen vor Schnittstellenfehlern zu schützen, wie sie beispielsweise mit losen, aber stromführenden Steckern verbunden sind, da die Stecker- und Steckdosenstandards einiger Länder die Verwendung solcher Stecker nicht berücksichtigen.

Leistungsschalter

Die sicherste Methode, elektrische Gefahren für Menschen und Geräte zu reduzieren, besteht darin, die Dauer des Fehlerstrom- und Spannungsanstiegs zu minimieren, idealerweise bevor die elektrische Energie überhaupt ansteigt. Schutzsysteme in elektrischen Betriebsmitteln enthalten normalerweise drei Relais: ein Fehlerstromrelais zum Schutz gegen Fehler gegen Erde, ein magnetisches Relais und ein thermisches Relais zum Schutz vor Überlast und Kurzschluss.

Bei Fehlerstromschutzschaltern werden die Leiter des Stromkreises um einen Ring gewickelt, der die Vektorsumme der in das zu schützende Gerät ein- und austretenden Ströme erfasst. Die Vektorsumme ist im Normalbetrieb gleich Null, im Fehlerfall aber gleich dem Ableitstrom. Wenn der Leckstrom den Schwellenwert des Unterbrechers erreicht, wird der Unterbrecher ausgelöst. Fehlerstromschutzschalter können schon ab 30 mA mit Latenzen bis 30 ms auslösen.

Der maximale Strom, der von einem Leiter sicher geführt werden kann, ist eine Funktion seines Querschnitts, seiner Isolierung und seiner Installation. Eine Überhitzung tritt auf, wenn die maximale sichere Belastung überschritten wird oder wenn die Wärmeableitung begrenzt ist. Überstromschutzeinrichtungen wie Sicherungen und magnetothermische Schutzschalter unterbrechen automatisch den Stromkreis, wenn übermäßiger Stromfluss, Erdschluss, Überlastung oder Kurzschluss auftreten. Überstromschutzeinrichtungen sollen den Stromfluss unterbrechen, wenn er die Kapazität des Leiters überschreitet.

Die Auswahl einer Schutzausrüstung, die sowohl Personen als auch Geräte schützen kann, ist eine der wichtigsten Fragen bei der Verwaltung elektrischer Anlagen und muss nicht nur die Strombelastbarkeit der Leiter, sondern auch die Eigenschaften der Stromkreise und der angeschlossenen Geräte berücksichtigen Sie.

Bei Stromkreisen mit sehr hohen Strombelastungen müssen spezielle Hochleistungssicherungen oder Leistungsschalter verwendet werden.

Sicherungen

Es sind mehrere Arten von Sicherungen erhältlich, die jeweils für eine bestimmte Anwendung ausgelegt sind. Die Verwendung eines falschen Sicherungstyps oder einer Sicherung mit der falschen Kapazität kann zu Verletzungen und Schäden an der Ausrüstung führen. Eine Überhitzung führt häufig zu überhitzten Kabeln oder Geräten, was wiederum Brände verursachen kann.

Vor dem Ersetzen von Sicherungen den Stromkreis absperren, kennzeichnen und testen, um sicherzustellen, dass der Stromkreis stromlos ist. Testen kann Leben retten. Identifizieren Sie als nächstes die Ursache von Kurzschlüssen oder Überlastungen und ersetzen Sie durchgebrannte Sicherungen durch Sicherungen des gleichen Typs und der gleichen Kapazität. Setzen Sie niemals Sicherungen in einen Stromkreis ein.

Leistungsschalter

Obwohl Leistungsschalter seit langem in Hochspannungsschaltungen mit großen Stromkapazitäten verwendet werden, werden sie zunehmend in vielen anderen Arten von Schaltungen verwendet. Es sind viele Typen erhältlich, die eine Auswahl zwischen sofortigem und verzögertem Einsetzen und manuellem oder automatischem Betrieb bieten.

Leistungsschalter fallen in zwei allgemeine Kategorien: thermische und magnetische.

Thermische Schutzschalter reagieren ausschließlich auf Temperaturanstieg. Schwankungen der Umgebungstemperatur des Leistungsschalters wirken sich daher auf den Auslösepunkt des Leistungsschalters aus.

Magnetische Leistungsschalter hingegen reagieren ausschließlich auf die Stromstärke, die durch den Stromkreis fließt. Diese Art von Schalter ist vorzuziehen, wenn große Temperaturschwankungen eine Überdimensionierung des Leistungsschalters erfordern würden oder wenn der Schalter häufig ausgelöst wird.

Beim Kontakt mit hochstrombelasteten Leitungen können Schutzschaltungen Personen- oder Sachschäden nicht verhindern, da sie nur dazu dienen, Stromleitungen und Anlagen vor zu hohem Stromfluss durch Fehler zu schützen.

Aufgrund des Erdungswiderstands ist der Strom, der durch ein Objekt fließt, das gleichzeitig die Leitung und die Erde berührt, normalerweise kleiner als der Auslösestrom. Fehlerströme, die durch Menschen fließen, können durch den Körperwiderstand weiter reduziert werden, bis sie den Leistungsschalter nicht auslösen, und sind daher äußerst gefährlich. Es ist praktisch unmöglich, ein Stromversorgungssystem zu entwerfen, das Verletzungen oder Schäden an Objekten verhindert, die die Stromleitungen stören, und gleichzeitig ein nützliches Energieübertragungssystem bleibt, da die Auslöseschwellen für die relevanten Schaltkreisschutzgeräte weit über dem Gefahrenniveau für Menschen liegen.

Normen und Vorschriften

Der Rahmen internationaler Normen und Vorschriften ist in Abbildung 1 dargestellt (Winckler 1994). Die Zeilen entsprechen dem geografischen Anwendungsbereich der Standards, entweder weltweit (international), kontinental (regional) oder national, während die Spalten den Anwendungsbereichen der Standards entsprechen. Die IEC und die Internationale Organisation für Normung (ISO) teilen sich eine Dachstruktur, die Joint Presidents Coordinating Group (JPCG); das europäische Äquivalent ist die Joint Presidents Group (JPG).

Abbildung 1. Der Rahmen internationaler Standards und Vorschriften

Jedes Normungsgremium hält regelmäßige internationale Treffen ab. Die Zusammensetzung der verschiedenen Gremien spiegelt die Entwicklung der Normung wider.

Das Europäisches Komitee für die Normalisierung der Elektrotechnik (CENELEC) wurde von den Ausschüssen für Elektrotechnik der Länder gegründet, die 1957 die Römischen Verträge zur Gründung der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft unterzeichnet haben. Zu den sechs Gründungsmitgliedern kamen später die Mitglieder der Europäischen Freihandelsassoziation (EFTA), und CENELEC in seiner jetzigen Form geht auf den 13. Februar 1972 zurück.

Im Gegensatz zur Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) konzentriert sich CENELEC eher auf die Umsetzung internationaler Normen in den Mitgliedsländern als auf die Schaffung neuer Normen. Es ist besonders wichtig, daran zu erinnern, dass die Übernahme von IEC-Normen durch die Mitgliedsländer zwar freiwillig ist, die Übernahme von CENELEC-Normen und -Vorschriften in der Europäischen Union jedoch obligatorisch ist. Über 90 % der CENELEC-Normen sind von IEC-Normen abgeleitet, und über 70 % davon sind identisch. Der Einfluss von CENELEC hat auch das Interesse osteuropäischer Länder geweckt, von denen die meisten 1991 angeschlossene Mitglieder wurden.

Die International Association for Testing and Materials, der Vorläufer der ISO, wie sie heute bekannt ist, wurde 1886 gegründet und war bis zum Ersten Weltkrieg aktiv, danach hörte sie auf, als internationale Vereinigung zu fungieren. Einige nationale Organisationen, wie die American Society for Testing and Materials (ASTM), überlebten. 1926 wurde die International Standards Association (ISA) in New York gegründet und war bis zum Zweiten Weltkrieg aktiv. Die ISA wurde 1946 durch die ISO ersetzt, die für alle Bereiche außer Elektrotechnik und Telekommunikation zuständig ist. Das Europäisches Komitee für Normalisierung (CEN) ist das europäische Äquivalent der ISO und hat die gleiche Funktion wie CENELEC, obwohl nur 40 % der CEN-Normen von ISO-Normen abgeleitet sind.

Die aktuelle Welle der internationalen wirtschaftlichen Konsolidierung erzeugt einen Bedarf an gemeinsamen technischen Datenbanken im Bereich der Normung. Dieser Prozess ist derzeit in mehreren Teilen der Welt im Gange, und es ist wahrscheinlich, dass außerhalb Europas neue Normungsgremien entstehen werden. CANENA ist eine regionale Normungsorganisation, die von den Ländern des nordamerikanischen Freihandelsabkommens (NAFTA) (Kanada, Mexiko und die Vereinigten Staaten) gegründet wurde. Die Verkabelung von Räumlichkeiten in den USA unterliegt dem National Electrical Code, ANSI/NFPA 70-1996. Dieser Kodex wird auch in mehreren anderen Ländern in Nord- und Südamerika verwendet. Sie enthält Installationsanforderungen für Gebäudeverkabelungsinstallationen über den Anschlusspunkt an das elektrische Versorgungssystem hinaus. Es umfasst die Installation von elektrischen Leitern und Geräten in oder an öffentlichen und privaten Gebäuden, einschließlich Wohnmobilen, Freizeitfahrzeugen und schwimmenden Gebäuden, Viehhöfen, Jahrmärkten, Parkplätzen und anderen Grundstücken sowie industriellen Umspannwerken. Sie deckt keine Installationen in Schiffen oder Wasserfahrzeugen mit Ausnahme von schwimmenden Gebäuden ab – Eisenbahnrollstopps, Flugzeuge oder Kraftfahrzeuge. Der National Electric Code gilt auch nicht für andere Bereiche, die normalerweise durch den National Electrical Safety Code geregelt werden, wie z. B. Installationen von Kommunikationsversorgungsgeräten und Stromversorgungsinstallationen.

Europäische und amerikanische Normen für den Betrieb elektrischer Anlagen

Die Europäische Norm EN 50110-1, Betrieb von Elektroinstallationen (1994a), erstellt von der CENELEC Task Force 63-3, ist das grundlegende Dokument, das für den Betrieb und die Arbeiten an, mit oder in der Nähe von elektrischen Anlagen gilt. Die Norm legt die Mindestanforderungen für alle CENELEC-Länder fest; weitere nationale Normen sind in separaten Unterteilen der Norm (EN 50110-2) beschrieben.

Die Norm gilt für Anlagen, die für die Erzeugung, Übertragung, Umwandlung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie ausgelegt sind und mit allgemein vorkommenden Spannungspegeln betrieben werden. Obwohl typische Installationen mit Niederspannung betrieben werden, gilt die Norm auch für Klein- und Hochspannungsinstallationen. Die Installationen können entweder dauerhaft und ortsfest (z. B. Verteilungsinstallationen in Fabriken oder Bürokomplexen) oder mobil sein.

Sichere Betriebs- und Wartungsverfahren für Arbeiten an oder in der Nähe von elektrischen Anlagen sind in der Norm festgelegt. Zu den anwendbaren Arbeitstätigkeiten gehören neben allen Arten von Elektroarbeiten auch nicht elektrische Arbeiten wie Bauarbeiten in der Nähe von Freileitungen oder Erdkabeln. Bestimmte Elektroinstallationen, beispielsweise an Bord von Flugzeugen und Schiffen, fallen nicht unter die Norm.

Der entsprechende Standard in den Vereinigten Staaten ist der National Electrical Safety Code (NESC), American National Standards Institute (1990). Der NESC gilt für Versorgungseinrichtungen und -funktionen vom Erzeugungsort von Elektrizität und Kommunikationssignalen über das Übertragungsnetz bis zum Lieferort an den Einrichtungen eines Kunden. Bestimmte Anlagen, darunter solche in Bergwerken und Schiffen, unterliegen nicht dem NESC. Die NESC-Richtlinien sollen die Sicherheit von Arbeitern gewährleisten, die mit der Installation, dem Betrieb oder der Wartung von elektrischen Versorgungs- und Kommunikationsleitungen und zugehörigen Geräten beschäftigt sind. Diese Richtlinien stellen den akzeptablen Mindeststandard für die Arbeitssicherheit und die öffentliche Sicherheit unter den angegebenen Bedingungen dar. Der Code ist nicht als Designspezifikation oder Bedienungsanleitung gedacht. Formal muss der NESC als nationaler Sicherheitskodex angesehen werden, der für die Vereinigten Staaten gilt.

Die umfangreichen Regeln sowohl der europäischen als auch der amerikanischen Normen sorgen für die sichere Durchführung von Arbeiten an elektrischen Anlagen.

Die Europäische Norm (1994a)

Definitionen

Die Norm enthält nur Definitionen für die gebräuchlichsten Begriffe; weitere Informationen finden sich in der International Electrotechnical Commission (1979). Elektroinstallation im Sinne dieser Norm bezieht sich auf alle Geräte, die an der Erzeugung, Übertragung, Umwandlung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie beteiligt sind. Dazu gehören alle Energiequellen, einschließlich Batterien und Kondensatoren (ENEL 1994; EDF-GDF 1991).

Grundprinzipien

Sichere Operation: Das Grundprinzip für sicheres Arbeiten an, mit oder in der Nähe einer elektrischen Anlage ist die Notwendigkeit, das elektrische Risiko vor Beginn der Arbeiten zu bewerten.

Personal: Die besten Regeln und Verfahren für Arbeiten an, mit oder in der Nähe von elektrischen Anlagen sind wertlos, wenn die Arbeiter nicht gründlich damit vertraut sind und sich nicht strikt daran halten. Alle Personen, die an Arbeiten an, mit oder in der Nähe einer elektrischen Anlage beteiligt sind, müssen über die für ihre Arbeit geltenden Sicherheitsanforderungen, Sicherheitsregeln und Unternehmensrichtlinien unterrichtet werden. Bei langen oder komplexen Arbeiten ist diese Unterweisung zu wiederholen. Arbeitnehmer müssen diese Anforderungen, Regeln und Anweisungen einhalten.

Organisation: Jede Elektroinstallation muss der Verantwortung der benannten Person unterstellt werden, die die Kontrolle über die Elektroinstallation hat. Bei Unternehmen, an denen mehr als eine Anlage beteiligt ist, ist es unerlässlich, dass die benannten Personen, die die Kontrolle über jede Anlage haben, zusammenarbeiten.

Jede Arbeitstätigkeit liegt in der Verantwortung der benannten Person, die die Leitung der Arbeit hat. Wenn die Arbeit Teilaufgaben umfasst, werden für die Sicherheit jeder Teilaufgabe verantwortliche Personen bestimmt, die jeweils dem Koordinator unterstellt sind. Dieselbe Person kann als benannte Person für die Leitung der Arbeiten und als benannte Person für die Leitung der Elektroinstallation fungieren.

Kommunikation: Dazu gehören alle Mittel der Informationsübertragung zwischen Personen, dh gesprochenes Wort (einschließlich Telefon, Funk und Sprache), Schrift (einschließlich Fax) und visuelle Mittel (einschließlich Instrumententafeln, Video, Signale und Lichter).

Alle Informationen, die für den sicheren Betrieb der elektrischen Anlage erforderlich sind, z. B. Netzanordnungen, Schaltanlagenzustand und die Position von Sicherheitseinrichtungen, müssen förmlich mitgeteilt werden.

Baustelle: An elektrischen Anlagen, an denen, mit oder in der Nähe von Arbeiten gearbeitet werden soll, müssen ausreichend Arbeitsraum, Zugang und Beleuchtung vorhanden sein.

Werkzeuge, Ausrüstung und Verfahren: Werkzeuge, Ausrüstung und Verfahren müssen den Anforderungen einschlägiger europäischer, nationaler und internationaler Normen entsprechen, sofern vorhanden.

Zeichnungen und Berichte: Die Zeichnungen und Berichte der Installation müssen aktuell und leicht verfügbar sein.

Beschilderung: Während des Betriebs der Anlage und während aller Arbeiten sind bei Bedarf angemessene Beschilderungen anzubringen, die auf besondere Gefahren hinweisen.

Standardablauf

Betriebliche Tätigkeiten: Bedienhandlungen dienen dazu, den elektrischen Zustand einer elektrischen Anlage zu verändern. Es gibt zwei Arten:

• Handlungen, die darauf abzielen, den elektrischen Zustand einer elektrischen Anlage zu verändern, zB um Betriebsmittel zu verwenden, eine Anlage oder einen Teil einer Anlage anzuschließen, zu trennen, zu starten oder zu stoppen, um Arbeiten auszuführen. Diese Aktivitäten können lokal oder ferngesteuert durchgeführt werden.
• Trennen vor oder Wiederanschließen nach dem Betrieb im stromlosen Zustand, muss von qualifiziertem oder geschultem Personal durchgeführt werden.

Funktionsprüfungen: Dazu gehören Mess-, Prüf- und Inspektionsverfahren.

Unter Messen versteht man die Gesamtheit der Tätigkeiten zur Erhebung physikalischer Daten in elektrischen Anlagen. Die Messung muss von qualifizierten Fachleuten durchgeführt werden.

Die Prüfung umfasst alle Tätigkeiten, die dazu bestimmt sind, den Betrieb oder den elektrischen, mechanischen oder thermischen Zustand einer elektrischen Anlage zu überprüfen. Die Prüfung ist von qualifiziertem Personal durchzuführen.

Die Inspektion ist die Überprüfung, dass eine elektrische Installation den anwendbaren technischen Vorschriften und Sicherheitsvorschriften entspricht.

Arbeitsabläufe

Allgemein: Die benannte Person, die die Elektroinstallation leitet, und die benannte Person, die die Arbeiten leitet, müssen beide sicherstellen, dass die Arbeitnehmer vor Beginn und nach Abschluss der Arbeiten spezifische und detaillierte Anweisungen erhalten.

Vor Beginn der Arbeiten hat der für die Arbeiten Beauftragte den Beauftragten für die Elektroinstallation über Art, Ort und Auswirkungen der beabsichtigten Arbeiten auf die Elektroinstallation zu informieren. Diese Mitteilung hat, insbesondere bei komplexen Arbeiten, vorzugsweise schriftlich zu erfolgen.

Arbeitstätigkeiten lassen sich in drei Kategorien einteilen: Arbeiten unter Spannung, Arbeiten unter Spannung und Arbeiten in der Nähe von unter Spannung stehenden Anlagen. Für jede Art von Arbeit wurden Maßnahmen zum Schutz vor Stromschlägen, Kurzschlüssen und Lichtbögen entwickelt.

Induktion: Bei Arbeiten an elektrischen Leitungen mit Induktionsstrom sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu treffen:

• Erdung in angemessenen Abständen; Dadurch wird das Potential zwischen Leitern und Erde auf ein sicheres Niveau reduziert
• Potentialausgleich der Baustelle; dies verhindert, dass Arbeiter sich in die Induktionsschleife einführen.

Wetterverhältnisse: Wenn Blitze gesehen oder Donner gehört werden, dürfen Arbeiten an Außenanlagen oder Innenanlagen, die direkt an Freileitungen angeschlossen sind, nicht begonnen oder fortgesetzt werden.

Tot arbeitend

Die folgenden grundlegenden Arbeitspraktiken stellen sicher, dass die elektrischen Installationen auf der Baustelle für die Dauer der Arbeiten stromlos bleiben. Sofern keine klaren Kontraindikationen vorliegen, sollten die Praktiken in der angegebenen Reihenfolge angewendet werden.

Vollständige Trennung: Der Anlagenteil, in dem die Arbeiten durchgeführt werden, ist spannungsfrei zu schalten und gegen Wiedereinschalten zu sichern.

Sicherung gegen Wiedereinschalten: Alle zum Freischalten der elektrischen Anlage für die Arbeiten verwendeten Trennvorrichtungen müssen verriegelt sein, vorzugsweise durch Verriegeln des Betätigungsmechanismus.

Überprüfung, ob die Installation tot ist: Die Stromfreiheit muss an allen Polen der elektrischen Installation auf der Baustelle oder so nahe wie möglich an der Baustelle überprüft werden.

Erden und Kurzschließen: An allen Hochspannungs- und einigen Niederspannungsarbeitsplätzen müssen alle zu bearbeitenden Teile geerdet und nach dem Abschalten kurzgeschlossen werden. Erdungs- und Kurzschließsysteme müssen zuerst geerdet werden; Die zu erdenden Komponenten dürfen erst im geerdeten Zustand an das System angeschlossen werden. Soweit praktikabel, müssen die Erdungs- und Kurzschließsysteme von der Baustelle aus sichtbar sein. Nieder- und Hochspannungsinstallationen haben ihre eigenen spezifischen Anforderungen. Bei diesen Installationsarten müssen alle Seiten der Baustelle und alle in die Baustelle eingeführten Leiter geerdet und kurzgeschlossen werden.

Schutz vor benachbarten spannungsführenden Teilen: Können Teile einer elektrischen Anlage in der Nähe der Baustelle nicht stromlos gemacht werden, sind zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich. Arbeitnehmer dürfen mit der Arbeit nicht beginnen, bevor sie die Erlaubnis dazu von der für die Arbeit zuständigen Person erhalten haben, die ihrerseits die Genehmigung von der für die Leitung der Elektroinstallation bestimmten Person erhalten muss. Nach Abschluss der Arbeiten müssen die Arbeiter die Baustelle verlassen, Werkzeuge und Ausrüstung gelagert und Erdungs- und Kurzschlusssysteme entfernt werden. Die für die Arbeiten zuständige Person muss dann die für die Elektroinstallation zuständige Person benachrichtigen, dass die Installation wieder angeschlossen werden kann.

Live-Arbeiten

Allgemein: Arbeiten unter Spannung sind Arbeiten, die innerhalb einer Zone ausgeführt werden, in der Strom fließt. Leitlinien für die Abmessungen des Arbeitsbereichs unter Spannung finden sich in der Norm EN 50179. Es müssen Schutzmaßnahmen zur Verhinderung von Stromschlägen, Lichtbögen und Kurzschlüssen getroffen werden.

Ausbildung und Qualifikation: Es müssen spezielle Schulungsprogramme eingerichtet werden, um die Fähigkeit qualifizierter oder geschulter Arbeitnehmer zur Durchführung von Arbeiten unter Spannung zu entwickeln und aufrechtzuerhalten. Nach Abschluss des Programms erhalten die Arbeiter eine Qualifikationseinstufung und die Berechtigung, bestimmte Arbeiten unter Spannung an bestimmten Spannungen durchzuführen.

Aufrechterhaltung der Qualifikation: Die Fähigkeit, unter Spannung zu arbeiten, muss entweder durch Übung oder neue Ausbildung aufrechterhalten werden.

Arbeitstechniken: Derzeit gibt es drei anerkannte Techniken, die sich durch ihre Anwendbarkeit auf verschiedene Arten von stromführenden Teilen und die erforderliche Ausrüstung zur Verhinderung von Stromschlägen, Lichtbögen und Kurzschlüssen unterscheiden:

• Hotstick funktioniert
• Isolierhandschuh arbeiten
• Arbeiten mit bloßen Händen.

Jede Technik erfordert unterschiedliche Vorbereitung, Ausrüstung und Werkzeuge, und die Auswahl der am besten geeigneten Technik hängt von den Eigenschaften der betreffenden Arbeit ab.

Werkzeuge und Ausrüstung: Die Eigenschaften, Lagerung, Wartung, Transport und Inspektion von Werkzeugen, Geräten und Systemen sind festzulegen.

Wetterverhältnisse: Für das Arbeiten unter Spannung bei widrigen Wetterbedingungen gelten Einschränkungen, da die Isoliereigenschaften, die Sicht und die Mobilität der Arbeiter eingeschränkt sind.

Arbeitsorganisation: Die Arbeit ist angemessen vorzubereiten; Bei komplexen Arbeiten ist eine schriftliche Ausarbeitung vorab einzureichen. Die Anlage im Allgemeinen und der Bereich, in dem die Arbeiten ausgeführt werden sollen, im Besonderen, muss in einem Zustand gehalten werden, der der erforderlichen Vorbereitung entspricht. Die benannte Person für die Leitung der Arbeiten muss die benannte Person für die Leitung der Elektroinstallation über die Art der Arbeiten, den Ort in der Anlage, an dem die Arbeiten ausgeführt werden, und die voraussichtliche Dauer der Arbeiten informieren. Vor Beginn der Arbeiten müssen sich die Arbeitnehmer die Art der Arbeit, die einschlägigen Sicherheitsmaßnahmen, die Rolle jedes Arbeitnehmers und die zu verwendenden Werkzeuge und Ausrüstungen erklären lassen.

Für Kleinspannungs-, Niederspannungs- und Hochspannungsanlagen gibt es spezielle Praktiken.

Arbeiten Sie in der Nähe von spannungsführenden Teilen

Allgemein: Arbeiten in der Nähe von spannungsführenden Teilen mit Nennspannungen über 50 VAC oder 120 VDC dürfen nur durchgeführt werden, wenn Sicherheitsmaßnahmen ergriffen wurden, um sicherzustellen, dass spannungsführende Teile nicht berührt oder der spannungsführende Bereich nicht betreten werden kann. Hierzu können Abschirmungen, Absperrungen, Einhausungen oder isolierende Abdeckungen verwendet werden.

Vor Beginn der Arbeiten hat die für die Arbeiten zuständige Person die Arbeiter, insbesondere diejenigen, die mit der Arbeit in der Nähe von spannungsführenden Teilen nicht vertraut sind, über die auf der Baustelle einzuhaltenden Sicherheitsabstände, die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen und die zu unterweisen Notwendigkeit eines Verhaltens, das die Sicherheit der gesamten Arbeitsmannschaft gewährleistet. Arbeitsstättengrenzen sind genau festzulegen und zu kennzeichnen und auf ungewöhnliche Arbeitsbedingungen hinzuweisen. Diese Information ist bei Bedarf zu wiederholen, insbesondere nach Änderungen der Arbeitsbedingungen.

Arbeiter müssen sicherstellen, dass kein Teil ihres Körpers oder irgendein Gegenstand in die Live-Zone gelangt. Beim Umgang mit langen Gegenständen, z. B. Werkzeugen, Kabelenden, Rohren und Leitern, ist besondere Vorsicht geboten.

Schutz durch Abschirmungen, Barrieren, Gehäuse oder isolierende Abdeckungen: Die Auswahl und Installation dieser Schutzeinrichtungen muss einen ausreichenden Schutz gegen vorhersehbare elektrische und mechanische Belastungen gewährleisten. Die Ausrüstung ist während der Arbeiten angemessen zu warten und zu sichern.

Wartung

Allgemein: Zweck der Instandhaltung ist es, die elektrische Anlage im geforderten Zustand zu erhalten. Die Wartung kann vorbeugend (dh regelmäßig durchgeführt werden, um Ausfällen vorzubeugen und die Betriebsfähigkeit der Geräte aufrechtzuerhalten) oder korrigierend (dh zum Ersetzen defekter Teile durchgeführt) erfolgen.

Wartungsarbeiten können in zwei Risikokategorien eingeteilt werden:

• Arbeiten mit Stromschlaggefahr, bei denen die für Arbeiten unter Spannung und Arbeiten in der Nähe von spannungsführenden Teilen geltenden Vorschriften befolgt werden müssen
• Arbeiten, bei denen das Gerätedesign die Durchführung einiger Wartungsarbeiten ohne vollständige Arbeitsverfahren unter Spannung zulässt

Personal: Das Personal, das die Arbeiten ausführen soll, muss ausreichend qualifiziert oder geschult sein und mit geeigneten Mess- und Prüfwerkzeugen und -geräten ausgestattet sein.

Reparatur: Die Reparaturarbeiten bestehen aus folgenden Schritten: Fehlerortung; Fehlerbehebung und/oder Austausch von Komponenten; Wiederinbetriebnahme des reparierten Anlagenteils. Jeder dieser Schritte kann spezifische Verfahren erfordern.

Ersatzarbeiten: Im Allgemeinen muss der Sicherungswechsel in Hochspannungsanlagen als stromlose Arbeit durchgeführt werden. Der Sicherungswechsel muss von qualifiziertem Personal nach geeigneten Arbeitsverfahren durchgeführt werden. Der Austausch von Lampen und abnehmbaren Teilen wie Startern erfolgt als Eigenleistung. In Hochspannungsanlagen gelten die Reparaturverfahren auch für Ersatzarbeiten.

Schulung des Personals über elektrische Gefahren

Eine effektive Arbeitsorganisation und Sicherheitsschulung ist ein Schlüsselelement in jeder erfolgreichen Organisation, jedem Präventionsprogramm und Arbeitsschutzprogramm. Die Arbeitnehmer müssen über eine angemessene Ausbildung verfügen, um ihre Arbeit sicher und effizient erledigen zu können.

Die Verantwortung für die Durchführung von Mitarbeiterschulungen liegt beim Management. Das Management muss erkennen, dass die Mitarbeiter ein bestimmtes Leistungsniveau erreichen müssen, bevor die Organisation ihre Ziele erreichen kann. Um diese Niveaus zu erreichen, müssen Schulungsrichtlinien für Arbeitnehmer und im weiteren Sinne konkrete Schulungsprogramme eingerichtet werden. Programme sollten Ausbildungs- und Qualifizierungsphasen umfassen.

Live-Working-Programme sollten die folgenden Elemente enthalten:

Ausbildung: In einigen Ländern müssen Programme und Schulungseinrichtungen von einem Live-Arbeitsausschuss oder einem ähnlichen Gremium formell genehmigt werden. Die Programme basieren hauptsächlich auf praktischer Erfahrung, ergänzt durch technische Schulungen. Die Ausbildung erfolgt in Form von praktischer Arbeit an Modellanlagen im Innen- oder Außenbereich, ähnlich denen, an denen tatsächlich gearbeitet werden soll.

Qualifikationen: Arbeiten unter Spannung sind sehr anspruchsvoll, und es ist wichtig, die richtige Person am richtigen Ort einzusetzen. Dies ist am einfachsten zu erreichen, wenn qualifiziertes Personal unterschiedlicher Qualifikationsniveaus zur Verfügung steht. Die benannte Person, die die Arbeit leitet, sollte ein qualifizierter Arbeiter sein. Wo eine Beaufsichtigung erforderlich ist, sollte diese ebenfalls von einer qualifizierten Person durchgeführt werden. Arbeitnehmer sollten nur an Anlagen arbeiten, deren Spannung und Komplexität ihrem Qualifikations- oder Ausbildungsniveau entspricht. In einigen Ländern ist die Qualifikation durch nationale Standards geregelt.

Schließlich sollten die Arbeitnehmer in wesentlichen lebensrettenden Techniken unterwiesen und geschult werden. Für weitere Informationen wird der Leser auf das Kapitel Erste Hilfe verwiesen.

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Die Chemie und Physik des Feuers

Feuer ist eine Manifestation unkontrollierter Verbrennung. Dabei handelt es sich um brennbare Materialien, die sich in Gebäuden, in denen wir leben, arbeiten und spielen, um uns herum befinden, sowie um eine Vielzahl von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen, die in Industrie und Gewerbe vorkommen. Sie sind üblicherweise kohlenstoffbasiert und können gemeinsam als bezeichnet werden Treibstoffe im Rahmen dieser Diskussion. Trotz der großen Vielfalt dieser Brennstoffe in ihrem chemischen und physikalischen Zustand teilen sie im Feuer Eigenschaften, die ihnen allen gemeinsam sind. Unterschiede bestehen in der Leichtigkeit, mit der ein Feuer ausgelöst werden kann (Zündung), die Geschwindigkeit, mit der sich ein Feuer entwickeln kann (Flammenausbreitung) und die erzeugbare Leistung (Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung), aber je besser wir die Wissenschaft des Feuers verstehen, desto besser können wir das Brandverhalten quantifizieren und vorhersagen und unser Wissen auf den Brandschutz im Allgemeinen anwenden. Der Zweck dieses Abschnitts besteht darin, einige der zugrunde liegenden Prinzipien zu überprüfen und Anleitungen zum Verständnis von Brandprozessen zu geben.

Grundlegende Konzepte

Brennbare Materialien umgeben uns überall. Unter den entsprechenden Umständen können sie zum Brennen gebracht werden, indem man sie einer Zündquelle die in der Lage ist, eine selbsterhaltende Reaktion auszulösen. Dabei reagiert der „Brennstoff“ mit Luftsauerstoff unter Freisetzung von Energie (Wärme) und wird dabei in zum Teil gesundheitsschädliche Verbrennungsprodukte umgewandelt. Die Mechanismen der Entzündung und Verbrennung müssen klar verstanden werden.

Bei den meisten alltäglichen Bränden sind feste Materialien (z. B. Holz, Holzprodukte und synthetische Polymere) involviert, obwohl gasförmige und flüssige Brennstoffe keine Seltenheit sind. Ein kurzer Überblick über die Verbrennung von Gasen und Flüssigkeiten ist wünschenswert, bevor einige der grundlegenden Konzepte diskutiert werden.

Diffusion und vorgemischte Flammen

Ein brennbares Gas (z. B. Propan, C₃H₈) kann auf zwei Arten verbrannt werden: Ein Gasstrahl aus einem Rohr (vgl. der einfache Bunsenbrenner mit geschlossenem Lufteinlass) kann gezündet werden und brennt als Diffusionsflamme in denen Verbrennungen in den Bereichen stattfinden, in denen sich gasförmiger Brennstoff und Luft durch Diffusionsprozesse vermischen. Eine solche Flamme hat eine charakteristische gelbe Leuchtkraft, die auf das Vorhandensein winziger Rußpartikel hinweist, die als Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung entstanden sind. Einige davon brennen in der Flamme, andere treten aus der Flammenspitze hervor, um sich zu bilden rauchen.

Wenn das Gas und die Luft vor der Zündung innig vermischt werden, findet eine vorgemischte Verbrennung statt, vorausgesetzt, dass das Gas/Luft-Gemisch innerhalb eines Konzentrationsbereichs liegt, der durch die untere und obere Grenze begrenzt ist Entflammbarkeitsgrenzen (siehe Tabelle 1). Außerhalb dieser Grenzen ist das Gemisch nicht brennbar. (Beachten Sie, dass a vorgemischte Flamme stabilisiert sich an der Mündung eines Bunsenbrenners, wenn der Lufteinlass geöffnet ist.) Wenn ein Gemisch brennbar ist, kann es durch eine kleine Zündquelle, z. B. einen elektrischen Funken, entzündet werden. Das stöchiometrisch am leichtesten entzündet sich ein Gemisch, bei dem die vorhandene Sauerstoffmenge im richtigen Verhältnis steht, um den gesamten Brennstoff zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen (siehe beigefügte Gleichung unten, in der Stickstoff im gleichen Verhältnis wie vorhanden ist). an der Luft, nimmt aber nicht an der Reaktion teil). Propan (C₃H₈) ist das brennbare Material bei dieser Reaktion:

C₃H₈ + 5O₂ + 18.8 N₂ = 3CO₂ + 4H₂O + 18.8 N₂

Eine elektrische Entladung von nur 0.3 mJ reicht aus, um ein stöchiometrisches Propan/Luft-Gemisch in der dargestellten Reaktion zu zünden. Dies stellt einen kaum wahrnehmbaren statischen Funken dar, wie ihn jemand erlebt, der über einen synthetischen Teppich gelaufen ist und einen geerdeten Gegenstand berührt hat. Noch geringere Energiemengen werden für bestimmte reaktive Gase wie Wasserstoff, Ethylen und Ethin benötigt. In reinem Sauerstoff (wie in der obigen Reaktion, aber ohne vorhandenen Stickstoff als Verdünnungsmittel) sind sogar niedrigere Energien ausreichend.

Tabelle 1. Untere und obere Entflammbarkeitsgrenzen in Luft

Die Diffusionsflamme, die mit einem Strom aus gasförmigem Brennstoff verbunden ist, veranschaulicht den Verbrennungsmodus, der beobachtet wird, wenn ein flüssiger oder fester Brennstoff einer flammenden Verbrennung unterzogen wird. In diesem Fall wird die Flamme jedoch durch Kraftstoffdämpfe gespeist, die an der Oberfläche der kondensierten Phase erzeugt werden. Die Zufuhrgeschwindigkeit dieser Dämpfe ist an ihre Verbrennungsgeschwindigkeit in der Diffusionsflamme gekoppelt. Die Energie wird von der Flamme auf die Oberfläche übertragen und liefert so die Energie, die zur Erzeugung der Dämpfe erforderlich ist. Dies ist ein einfacher Verdampfungsprozess für flüssige Kraftstoffe, aber für Feststoffe muss genügend Energie bereitgestellt werden, um eine chemische Zersetzung des Kraftstoffs zu bewirken, wodurch große Polymermoleküle in kleinere Fragmente zerlegt werden, die verdampfen und von der Oberfläche entweichen können. Diese thermische Rückkopplung ist wesentlich, um den Dampfstrom aufrechtzuerhalten und somit die Diffusionsflamme zu unterstützen (Abbildung 1). Flammen können gelöscht werden, indem man in diesen Prozess auf verschiedene Weise eingreift (siehe unten).

Abbildung 1. Schematische Darstellung einer brennenden Oberfläche, die die Wärme- und Stoffübertragungsprozesse zeigt.

Die Wärmeübertragung

Ein Verständnis der Wärme- (oder Energie-) Übertragung ist der Schlüssel zum Verständnis des Brandverhaltens und der Brandprozesse. Das Thema verdient ein sorgfältiges Studium. Es gibt viele ausgezeichnete Texte, denen man sich zuwenden kann (Welty, Wilson und Wicks 1976; DiNenno 1988), aber für die vorliegenden Zwecke ist es notwendig, die Aufmerksamkeit nur auf die drei Mechanismen zu lenken: Leitung, Konvektion und Strahlung. Die Grundgleichungen für die stationäre Wärmeübertragung () lauten:

Leitung:   

Konvektion:    

Strahlung:      

Wärmeleitung ist relevant für die Wärmeübertragung durch Feststoffe; (k ist eine Materialeigenschaft, die als Wärmeleitfähigkeit (kW/mK ) bekannt ist und l ist die Entfernung (m), über die die Temperatur abfällt T₁ zu T₂ (in Grad Kelvin). Konvektion bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Übertragung von Wärme von einem Fluid (in diesem Fall Luft, Flammen oder Feuerprodukte) auf eine Oberfläche (fest oder flüssig); h ist der konvektive Wärmeübergangskoeffizient kW/m²K) und hängt von der Konfiguration der Oberfläche und der Art des Fluidstroms an dieser Oberfläche vorbei ab. Strahlung ist dem sichtbaren Licht ähnlich (jedoch mit einer längeren Wellenlänge) und erfordert kein dazwischenliegendes Medium (sie kann ein Vakuum durchqueren); e ist der Emissionsgrad (Effizienz, mit dem eine Oberfläche strahlen kann), s ist die Stefan-Boltzman-Konstante (). Wärmestrahlung bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit (3 x 10⁸ m/s) und ein dazwischenliegendes festes Objekt wirft einen Schatten.

Brenngeschwindigkeit und Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit

Die Wärmeübertragung von Flammen auf die Oberfläche von kondensierten Brennstoffen (Flüssigkeiten und Feststoffe) beinhaltet eine Mischung aus Konvektion und Strahlung, obwohl letztere dominiert, wenn der effektive Durchmesser des Feuers 1 m überschreitet. Die Brenngeschwindigkeit (, (g/s)) kann durch die Formel ausgedrückt werden:

ist der Wärmefluss von der Flamme zur Oberfläche (kW/m²); ist der Wärmeverlust von der Oberfläche (z. B. durch Strahlung und durch Leitung durch den Festkörper), ausgedrückt als Fluss (kW/m²); A_Kraftstoff ist die Oberfläche des Brennstoffs (m²); und L_v ist die Vergasungswärme (entspricht der latenten Verdampfungswärme einer Flüssigkeit) (kJ/g). Wenn sich in einem geschlossenen Raum ein Feuer entwickelt, werden die heißen Rauchgase, die aus dem Feuer aufsteigen (durch Auftrieb angetrieben), unter die Decke gelenkt und erhitzen die oberen Oberflächen. Die entstehende Rauchschicht und die heißen Oberflächen strahlen in den unteren Teil des Gehäuses, insbesondere auf die Brennstoffoberfläche, und erhöhen so die Abbrandgeschwindigkeit:

woher ist die zusätzliche Wärme, die durch Strahlung vom oberen Teil des Gehäuses geliefert wird (kW/m²). Diese zusätzliche Rückkopplung führt zu stark erhöhten Verbrennungsraten und zum Phänomen des Flashovers in geschlossenen Räumen, in denen eine ausreichende Luftzufuhr und ausreichend Brennstoff vorhanden sind, um das Feuer aufrechtzuerhalten (Drysdale 1985).

Die Brenngeschwindigkeit wird durch die Größe des Wertes von moderiert L_v, die Vergasungswärme. Diese ist bei Flüssigkeiten tendenziell niedrig und bei Feststoffen relativ hoch. Folglich neigen Feststoffe dazu, viel langsamer zu brennen als Flüssigkeiten.

Es wurde argumentiert, dass der wichtigste Einzelparameter, der das Brandverhalten eines Materials (oder einer Materialanordnung) bestimmt, der ist die Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung (RHR), die durch die Gleichung an die Brenngeschwindigkeit gekoppelt ist:

wobei die effektive Verbrennungswärme des Kraftstoffs (kJ/g) ist. Es sind jetzt neue Techniken zum Messen des RHR bei unterschiedlichen Wärmeflüssen verfügbar (z. B. das Kegelkalorimeter), und es ist jetzt möglich, das RHR von großen Gegenständen wie Polstermöbeln und Wandverkleidungen in großen Kalorimetern zu messen, die den Sauerstoffverbrauch verwenden Messungen zur Bestimmung der Wärmefreisetzungsrate (Babrauskas und Grayson 1992).

Es sollte beachtet werden, dass mit zunehmender Größe eines Feuers nicht nur die Wärmefreisetzungsrate zunimmt, sondern auch die Produktionsrate von „Feuerprodukten“. Diese enthalten toxische und schädliche Arten sowie Rauchpartikel, deren Ausbeute ansteigt, wenn ein Feuer, das sich in einem Gebäudegehäuse entwickelt, unzureichend belüftet wird.

Zündung

Das Entzünden einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs beinhaltet das Erhöhen der Oberflächentemperatur, bis sich Dämpfe mit einer Geschwindigkeit entwickeln, die ausreicht, um eine Flamme zu unterstützen, nachdem die Dämpfe entzündet wurden. Flüssige Brennstoffe können nach ihrer Klasse eingeteilt werden Flammpunkte, die niedrigste Temperatur, bei der ein brennbares Dampf-Luft-Gemisch an der Oberfläche vorhanden ist (dh der Dampfdruck entspricht der unteren Zündgrenze). Diese können mit einem Standardgerät gemessen werden, und typische Beispiele sind in Tabelle 2 angegeben. Eine etwas höhere Temperatur ist erforderlich, um einen ausreichenden Dampfstrom zu erzeugen, um eine Diffusionsflamme zu unterstützen. Dies ist bekannt als die Feuerpunkt. Für brennbare Feststoffe gelten die gleichen Konzepte, jedoch sind höhere Temperaturen erforderlich, da es zu einer chemischen Zersetzung kommt. Der Brennpunkt liegt je nach Brennstoff typischerweise über 300 °C. Im Allgemeinen haben flammgeschützte Materialien deutlich höhere Brennpunkte (siehe Tabelle 2).

Tabelle 2. Flamm- und Brennpunkte von flüssigen und festen Brennstoffen

l = flüssig; s = fest.
¹ Von Pensky-Martens geschlossener Becherapparat.
² Flüssigkeiten: durch Cleveland-Apparat mit offenem Becher. Feststoffe: Drysdale und Thomson (1994).
(Beachten Sie, dass sich die Ergebnisse für die schwer entflammbaren Arten auf einen Wärmefluss von 37 kW/m beziehen²).

Die Leichtigkeit der Entzündung eines festen Materials hängt daher von der Leichtigkeit ab, mit der seine Oberflächentemperatur auf den Brennpunkt angehoben werden kann, z. B. durch Einwirkung von Strahlungswärme oder einem Strom heißer Gase. Dies ist weniger abhängig von der Chemie des Zersetzungsprozesses als vielmehr von der Dicke und den physikalischen Eigenschaften des Feststoffs, nämlich seiner Wärmeleitfähigkeit (k), Dichte (r) und Wärmekapazität (c). Dünne Feststoffe wie Holzspäne (und alle dünnen Abschnitte) können sehr leicht entzündet werden, da sie eine geringe thermische Masse haben, dh relativ wenig Wärme erforderlich ist, um die Temperatur auf den Brennpunkt zu erhöhen. Wenn jedoch Wärme auf die Oberfläche eines dicken Festkörpers übertragen wird, wird ein Teil von der Oberfläche in den Körper des Festkörpers geleitet, wodurch der Temperaturanstieg der Oberfläche gemildert wird. Es kann theoretisch gezeigt werden, dass die Anstiegsgeschwindigkeit der Oberflächentemperatur durch die bestimmt wird thermische Trägheit des Materials, also des Produkts krc. Dies bestätigt sich in der Praxis, da dicke Materialien mit hoher thermischer Trägheit (z. B. Eiche, festes Polyurethan) bei einem gegebenen Wärmefluss lange brauchen, um sich zu entzünden, während dicke Materialien mit geringer thermischer Trägheit (z. B. Faserdämmplatten, Polyurethanschaum) entzünden sich schnell (Drysdale 1985).

Zündquellen

Die Zündung ist schematisch in Bild 2 dargestellt (vorgesteuerte Zündung). Für eine erfolgreiche Zündung ist eine Zündquelle muss nicht nur in der Lage sein, die Oberflächentemperatur auf den Brennpunkt oder darüber zu erhöhen, sondern muss auch die Dämpfe entzünden. Eine auftreffende Flamme wirkt in beiden Fällen, aber ein auferlegter Strahlungsfluss von einer entfernten Quelle kann zur Entwicklung von Dämpfen bei einer Temperatur über dem Brennpunkt führen, ohne dass sich die Dämpfe entzünden. Wenn die freigesetzten Dämpfe jedoch heiß genug sind (was erfordert, dass die Oberflächentemperatur viel höher als der Brennpunkt ist), können sie sich spontan entzünden, wenn sie sich mit Luft vermischen. Dieser Vorgang ist bekannt als spontane Entzündung.

Abbildung 2. Das Szenario für die pilotierte Zündung.

Eine Vielzahl von Zündquellen kann identifiziert werden, aber sie haben eines gemeinsam, nämlich dass sie das Ergebnis einer Form von Unachtsamkeit oder Untätigkeit sind. Eine typische Liste würde offene Flammen, „Rauchermaterialien“, Reibungsheizung, elektrische Geräte (Heizungen, Bügeleisen, Herde usw.) und so weiter umfassen. Eine hervorragende Übersicht findet sich in Cote (1991). Einige davon sind in Tabelle 3 zusammengefasst.

Tabelle 3. Zündquellen

Es ist zu beachten, dass glimmende Zigaretten nicht direkt eine flammende Verbrennung auslösen können (selbst bei üblichen gasförmigen Brennstoffen), aber verursachen können schwelend in Materialien, die zu dieser Art von Verbrennung neigen. Dies wird nur bei Materialien beobachtet, die beim Erhitzen verkohlen. Das Schwelen beinhaltet die Oberflächenoxidation der Holzkohle, die lokal genug Wärme erzeugt, um frische Holzkohle aus benachbartem unverbrannten Brennstoff zu erzeugen. Es ist ein sehr langsamer Prozess, kann aber schließlich zum Flammen übergehen. Danach entwickelt sich das Feuer sehr schnell.

Auch Materialien, die zum Schwelen neigen, können das Phänomen der Selbsterhitzung aufweisen (Bowes 1984). Dies entsteht, wenn ein solches Material in großen Mengen und so gelagert wird, dass die durch langsame Oberflächenoxidation erzeugte Wärme nicht entweichen kann, was zu einem Temperaturanstieg innerhalb der Masse führt. Wenn die Bedingungen stimmen, kann dies zu einem außer Kontrolle geratenen Prozess führen, der sich schließlich zu einer schwelenden Reaktion in der Tiefe des Materials entwickelt.

Flammenausbreitung

Eine Hauptkomponente bei der Ausbreitung eines jeden Feuers ist die Geschwindigkeit, mit der sich Flammen über benachbarte brennbare Oberflächen ausbreiten. Die Flammenausbreitung kann als fortschreitende Zündfront modelliert werden, bei der die Vorderkante der Flamme als Zündquelle für den noch nicht brennenden Brennstoff wirkt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird teilweise durch die gleichen Materialeigenschaften bestimmt, die die Leichtigkeit der Zündung steuern, und teilweise durch die Wechselwirkung zwischen der vorhandenen Flamme und der Oberfläche vor der Front. Die vertikale Ausbreitung nach oben ist am schnellsten, da der Auftrieb sicherstellt, dass die Flammen nach oben fließen und die Oberfläche über dem brennenden Bereich der direkten Wärmeübertragung von den Flammen ausgesetzt wird. Dies sollte im Gegensatz zu einer Ausbreitung über eine horizontale Oberfläche stehen, wenn die Flammen aus dem brennenden Bereich vertikal von der Oberfläche weg aufsteigen. Tatsächlich ist es allgemeine Erfahrung, dass die vertikale Ausbreitung am gefährlichsten ist (z. B. Flammenausbreitung auf Vorhängen und Vorhängen und auf loser Kleidung wie Kleidern und Nachthemden).

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird auch durch einen auferlegten Strahlungswärmestrom beeinflußt. Bei der Entstehung eines Brandes in einem Raum wächst die Brandfläche unter der zunehmenden Strahlung, die sich mit fortschreitendem Brand aufbaut, schneller an. Dies trägt zur Beschleunigung des Brandwachstums bei, das für Flashover charakteristisch ist.

Theorie der Feuerlöschung

Feuerlöschung und -unterdrückung können im Hinblick auf die obige Skizze der Feuertheorie untersucht werden. Die Verbrennungsprozesse in der Gasphase (dh die Flammenreaktionen) sind sehr empfindlich gegenüber chemischen Inhibitoren. Einige von den Flammschutzmittel zur Verbesserung der „Feuereigenschaften“ von Materialien verwendet werden, beruhen auf der Tatsache, dass kleine Mengen an Inhibitor, die mit den Kraftstoffdämpfen freigesetzt werden, die Entstehung einer Flamme unterdrücken. Das Vorhandensein eines Flammschutzmittels kann ein brennbares Material nicht unbrennbar machen, aber es kann die Zündung erschweren – vielleicht sogar ganz verhindern, vorausgesetzt, die Zündquelle ist klein. Wenn jedoch ein flammhemmendes Material in ein bestehendes Feuer verwickelt wird, brennt es, da die hohen Wärmeströme die Wirkung des Flammschutzmittels überwältigen.

Das Löschen eines Feuers kann auf verschiedene Weise erreicht werden:

1. Stoppen der Zufuhr von Kraftstoffdämpfen

2. Löschen der Flamme durch chemische Feuerlöscher (inhibieren)

3. Unterbrechen der Luftzufuhr (Sauerstoff) zum Brand (Ersticken)

4. „Ausblasen“.

Kontrolle des Stroms von Kraftstoffdämpfen

Das erste Verfahren, die Zufuhr von Brennstoffdämpfen zu stoppen, ist eindeutig auf ein Gasstrahlfeuer anwendbar, bei dem die Zufuhr des Brennstoffs einfach abgestellt werden kann. Es ist jedoch auch die gebräuchlichste und sicherste Methode, um einen Brand mit kondensierten Brennstoffen zu löschen. Im Fall eines Feuers, an dem ein Feststoff beteiligt ist, erfordert dies, dass die Brennstoffoberfläche unter den Brennpunkt gekühlt wird, wenn der Dampfstrom zu klein wird, um eine Flamme zu unterstützen. Dies wird am effektivsten durch das Aufbringen von Wasser erreicht, entweder manuell oder durch ein automatisches System (Sprinkler, Wassersprüher usw.). Im Allgemeinen können Flüssigkeitsbrände nicht auf diese Weise behandelt werden: Flüssigbrennstoffe mit niedrigem Brennpunkt können einfach nicht ausreichend gekühlt werden, während im Fall eines Brennstoffs mit hohem Brennpunkt ein starkes Verdampfen von Wasser beim Kontakt mit der heißen Flüssigkeit an der Oberfläche kann dazu führen, dass brennender Kraftstoff aus dem Behälter geschleudert wird. Dies kann für die Brandbekämpfung schwerwiegende Folgen haben. (Es gibt einige Sonderfälle, in denen ein automatisches Hochdruck-Wassersprühsystem für die Bekämpfung der letzteren Art von Feuer ausgelegt sein kann, aber dies ist nicht üblich.)

Flüssigkeitsbrände werden üblicherweise durch die Verwendung von Feuerlöschschäumen gelöscht (Cote 1991). Dieser wird erzeugt, indem ein Schaumkonzentrat in einen Wasserstrahl gesaugt wird, der dann durch eine spezielle Düse auf das Feuer gerichtet wird, wodurch Luft in den Strom mitgerissen werden kann. Dies erzeugt einen Schaum, der oben auf der Flüssigkeit schwimmt, wodurch die Zufuhrrate von Kraftstoffdämpfen durch einen Blockierungseffekt verringert und die Oberfläche vor Wärmeübertragung von den Flammen abgeschirmt wird. Der Schaum muss vorsichtig aufgetragen werden, um ein „Floß“ zu bilden, das allmählich an Größe zunimmt, um die Flüssigkeitsoberfläche zu bedecken. Die Flammen werden kleiner, wenn das Floß wächst, und gleichzeitig zerfällt der Schaum allmählich und setzt Wasser frei, das die Kühlung der Oberfläche unterstützt. Der Mechanismus ist in der Tat komplex, obwohl das Endergebnis darin besteht, den Dampfstrom zu steuern.

Es gibt eine Reihe von Schaumkonzentraten, und es ist wichtig, eines zu wählen, das mit den zu schützenden Flüssigkeiten kompatibel ist. Die ursprünglichen „Proteinschäume“ wurden für Brände von flüssigen Kohlenwasserstoffen entwickelt, zerfallen jedoch schnell, wenn sie mit wasserlöslichen flüssigen Brennstoffen in Kontakt kommen. Es wurde eine Reihe von „synthetischen Schäumen“ entwickelt, um das gesamte Spektrum der auftretenden Flüssigkeitsbrände zu bekämpfen. Einer davon, der „Water Film Forming Foam“ (AFFF), ist ein Allzweckschaumstoff, der zusätzlich einen Wasserfilm auf der Oberfläche des flüssigen Kraftstoffs erzeugt und so dessen Wirksamkeit erhöht.

Löschen der Flamme

Dieses Verfahren verwendet chemische Löschmittel, um die Flamme zu löschen. Die Reaktionen, die in der Flamme stattfinden, beinhalten freie Radikale, eine hochreaktive Spezies, die nur eine flüchtige Existenz hat, aber kontinuierlich durch einen verzweigten Kettenprozess regeneriert wird, der ausreichend hohe Konzentrationen aufrechterhält, um den Ablauf der Gesamtreaktion (z. B. eine Reaktion vom R1-Typ) zu ermöglichen in einem schnellen Tempo. Chemische Unterdrücker, die in ausreichender Menge angewendet werden, verursachen einen dramatischen Abfall der Konzentration dieser Radikale und löschen die Flamme effektiv. Die gebräuchlichsten Mittel, die auf diese Weise wirken, sind Halone und Trockenpulver.

Halone reagieren in der Flamme, um andere Zwischenprodukte zu erzeugen, mit denen die Flammenradikale bevorzugt reagieren. Zum Löschen eines Feuers sind relativ kleine Mengen der Halone erforderlich, und aus diesem Grund wurden sie traditionell als sehr wünschenswert angesehen; Löschkonzentrationen sind „atmungsfähig“ (obwohl die beim Durchgang durch die Flamme entstehenden Produkte gesundheitsschädlich sind). Trockenpulver wirken ähnlich, sind aber unter Umständen viel effektiver. Feine Partikel werden in die Flamme dispergiert und bewirken den Abbruch der Radikalketten. Es ist wichtig, dass die Teilchen klein und zahlreich sind. Dies wird von den Herstellern vieler Trockenpulver-Marken erreicht, indem ein Pulver ausgewählt wird, das „dekrepitiert“, dh die Partikel in kleinere Partikel zersplittern, wenn sie den hohen Temperaturen der Flamme ausgesetzt werden.

Für eine Person, deren Kleidung Feuer gefangen hat, gilt ein Trockenpulverlöscher als die beste Methode, um Flammen zu kontrollieren und diese Person zu schützen. Ein schnelles Eingreifen führt zu einem schnellen „Knockdown“ und minimiert so Verletzungen. Die Flamme muss jedoch vollständig gelöscht werden, da die Partikel schnell zu Boden fallen und sich eventuelle Restflammen schnell wieder festsetzen. Ebenso bleiben Halone nur wirksam, wenn die lokalen Konzentrationen beibehalten werden. Wenn es im Freien angewendet wird, verteilt sich der Halondampf schnell, und das Feuer wird sich schnell wieder aufbauen, wenn eine Restflamme vorhanden ist. Noch wichtiger ist, dass auf den Verlust des Unterdrückungsmittels eine erneute Zündung des Kraftstoffs folgt, wenn die Oberflächentemperaturen hoch genug sind. Weder Halone noch Trockenpulver haben eine signifikante Kühlwirkung auf die Kraftstoffoberfläche.

Entfernen der Luftzufuhr

Die folgende Beschreibung ist eine zu starke Vereinfachung des Prozesses. Das „Entfernen der Luftzufuhr“ führt zwar sicher zum Erlöschen des Feuers, dazu muss aber lediglich die Sauerstoffkonzentration unter ein kritisches Maß abgesenkt werden. Der bekannte „Sauerstoff-Index-Test“ klassifiziert brennbare Materialien nach der Mindestsauerstoffkonzentration in einem Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch, die gerade noch ein Entflammen unterstützt. Viele gebräuchliche Materialien verbrennen bei Sauerstoffkonzentrationen von bis zu etwa 14 % bei Umgebungstemperaturen (ca. 20 °C) und in Abwesenheit einer aufgeprägten Wärmeübertragung. Die kritische Konzentration ist temperaturabhängig und nimmt mit steigender Temperatur ab. Somit kann ein Feuer, das schon seit einiger Zeit brennt, Flammen bei Konzentrationen von vielleicht nur 7 % unterstützen. Ein Brand in einem Raum kann unter Kontrolle gehalten und sogar selbst gelöscht werden, wenn die Sauerstoffzufuhr durch geschlossene Türen und Fenster eingeschränkt wird. Das Flammen kann aufhören, aber das Schwelen wird bei sehr viel niedrigeren Sauerstoffkonzentrationen fortgesetzt. Das Eindringen von Luft durch Öffnen einer Tür oder Einschlagen eines Fensters, bevor der Raum ausreichend abgekühlt ist, kann zu einem heftigen Ausbruch des Feuers führen, bekannt als Rückzug, oder Rückzug.

„Entlüften“ ist schwer zu erreichen. Eine Atmosphäre kann jedoch durch vollständige Flutung mit einem Gas, das die Verbrennung nicht unterstützt, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Gase aus einem Verbrennungsprozess (z. B. Schiffsmotoren), die sauerstoffarm und hoch sind, „inert“ gemacht werden in Kohlendioxid. Diese Technik kann nur in geschlossenen Räumen angewendet werden, da es notwendig ist, die erforderliche Konzentration des „Inertgases“ aufrechtzuerhalten, bis entweder das Feuer vollständig gelöscht ist oder die Löscharbeiten beginnen können. Totalflutungen haben spezielle Anwendungen, wie zum Beispiel für Schiffsladeräume und Sammlungen seltener Bücher in Bibliotheken. Die erforderlichen Mindestkonzentrationen der Inertgase sind in Tabelle 4 dargestellt. Diese basieren auf der Annahme, dass der Brand frühzeitig erkannt wird und die Flutung durchgeführt wird, bevor sich zu viel Wärme im Raum angesammelt hat.

Tabelle 4: Vergleich der für die Inertisierung erforderlichen Konzentrationen verschiedener Gase

„Entlüften“ kann in unmittelbarer Nähe eines kleinen Brandes durch örtliches Aufbringen eines Löschmittels aus einem Feuerlöscher erfolgen. Kohlendioxid ist das einzige Gas, das auf diese Weise verwendet wird. Da sich dieses Gas jedoch schnell ausbreitet, ist es wichtig, alle Flammen während des Angriffs auf das Feuer zu löschen; andernfalls stellt sich das Flammen wieder ein. Eine Wiederzündung ist ebenfalls möglich, da Kohlendioxid keine oder nur eine geringe Kühlwirkung hat. Es ist erwähnenswert, dass ein feiner Wasserstrahl, der von einer Flamme mitgerissen wird, als kombiniertes Ergebnis der Verdampfung der Tröpfchen (was die Brennzone kühlt) und der Verringerung der Sauerstoffkonzentration durch Verdünnung durch Wasserdampf (der auf die gleiche Weise wirkt) zum Erlöschen führen kann als Kohlendioxid). Als möglicher Ersatz für Halone werden feine Wassersprühnebel und -nebel in Betracht gezogen.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass es nicht ratsam ist, eine Gasflamme zu löschen, es sei denn, der Gasfluss kann unmittelbar danach gestoppt werden. Andernfalls kann sich eine beträchtliche Menge brennbaren Gases aufbauen und anschließend entzünden, was möglicherweise schwerwiegende Folgen haben kann.

Ausblasen

Diese Methode ist hier der Vollständigkeit halber enthalten. Eine Streichholzflamme kann leicht ausgeblasen werden, indem die Luftgeschwindigkeit in der Nähe der Flamme über einen kritischen Wert erhöht wird. Der Mechanismus arbeitet durch Destabilisieren der Flamme in der Nähe des Brennstoffs. Größere Brände können im Prinzip auf die gleiche Weise bekämpft werden, jedoch sind normalerweise Sprengladungen erforderlich, um ausreichende Geschwindigkeiten zu erzeugen. Ölquellenbrände können auf diese Weise gelöscht werden.

Als gemeinsames Merkmal ist schließlich hervorzuheben, dass die Leichtigkeit, mit der ein Feuer gelöscht werden kann, mit zunehmender Größe des Feuers rapide abnimmt. Die Früherkennung ermöglicht die Auslöschung mit minimalen Mengen an Unterdrückungsmittel und mit reduzierten Verlusten. Bei der Auswahl eines Unterdrückungssystems sollte man die potenzielle Geschwindigkeit der Brandentwicklung und die Art des verfügbaren Detektionssystems berücksichtigen.

Explosionen

Eine Explosion ist durch die plötzliche Freisetzung von Energie gekennzeichnet, die eine Schockwelle oder Druckwelle erzeugt, die entfernte Schäden verursachen kann. Es gibt zwei verschiedene Arten von Quellen, nämlich den Sprengstoff und den Druckstoß. Typisch für den Sprengstoff sind Verbindungen wie Trinitrotoluol (TNT) und Cyclotrimethylentrinitramin (RDX). Diese Verbindungen sind stark exotherme Spezies, die sich unter Freisetzung beträchtlicher Energiemengen zersetzen. Obwohl sie thermisch stabil sind (obwohl einige weniger stabil sind und eine Desensibilisierung erfordern, um sie sicher handhaben zu können), können sie unter Zersetzung zur Detonation gebracht werden und sich mit Schallgeschwindigkeit durch den Feststoff ausbreiten. Wenn die freigesetzte Energiemenge hoch genug ist, breitet sich eine Druckwelle von der Quelle aus und kann in der Ferne erheblichen Schaden anrichten.

Durch die Bewertung von Fernschäden kann man die Größe der Explosion in Form von „TNT-Äquivalenten“ (normalerweise in Tonnen) abschätzen. Diese Technik stützt sich auf die große Datenmenge, die über das Schadenspotential von TNT (ein Großteil davon während des Krieges) gesammelt wurde, und verwendet empirische Skalierungsgesetze, die aus Untersuchungen des durch bekannte TNT-Mengen verursachten Schadens entwickelt wurden.

In Friedenszeiten werden hochexplosive Sprengstoffe in einer Vielzahl von Aktivitäten eingesetzt, einschließlich Bergbau, Steinbrüchen und großen Tiefbauarbeiten. Ihr Vorhandensein an einem Standort stellt eine besondere Gefahr dar, die ein spezielles Management erfordert. Die andere Quelle von „Explosionen“ kann jedoch ebenso verheerend sein, insbesondere wenn die Gefahr nicht erkannt wurde. Überdrücke, die zu Druckstößen führen, können durch chemische Prozesse innerhalb von Anlagen oder durch rein physikalische Effekte entstehen, wie sie entstehen, wenn ein Behälter von außen beheizt wird und zu einem Überdruck führt. Der Begriff BLEVE (Siedeflüssigkeit expandierende Dampfexplosion) hat hier seinen Ursprung und bezieht sich ursprünglich auf das Versagen von Dampfkesseln. Es wird heute auch häufig verwendet, um das Ereignis zu beschreiben, bei dem ein Druckbehälter, der ein verflüssigtes Gas wie LPG (Liquefied Petroleum Gas) enthält, bei einem Brand versagt und den brennbaren Inhalt freisetzt, der sich dann entzündet und einen „Feuerball“ erzeugt.

Andererseits kann der Überdruck intern durch einen chemischen Prozess verursacht werden. In der Prozessindustrie kann die Selbsterhitzung zu einer außer Kontrolle geratenen Reaktion führen, bei der hohe Temperaturen und Drücke erzeugt werden, die einen Druckstoß verursachen können. Die häufigste Explosionsart wird jedoch durch die Entzündung eines brennbaren Gas/Luft-Gemisches verursacht, das in einem Teil einer Anlage oder tatsächlich in einer umschließenden Struktur oder einem Gehäuse eingeschlossen ist. Voraussetzung ist die Bildung eines brennbaren Gemisches, ein Ereignis, das durch gute Planung und Management vermieden werden sollte. Im Falle einer unbeabsichtigten Freisetzung liegt eine entzündbare Atmosphäre überall dort vor, wo die Konzentration des Gases (oder Dampfes) zwischen der unteren und der oberen Entflammbarkeitsgrenze liegt (Tabelle 1). Wenn eine Zündquelle in einen dieser Bereiche eingeführt wird, breitet sich eine vorgemischte Flamme schnell von der Quelle aus und wandelt das Brennstoff/Luft-Gemisch bei einer erhöhten Temperatur in Verbrennungsprodukte um. Dieser kann bis zu 2,100 K betragen, was darauf hindeutet, dass in einem vollständig geschlossenen System zunächst bei 300 K ein Überdruck von bis zu 7 bar möglich ist. Nur speziell ausgelegte Druckbehälter sind in der Lage, solche Überdrücke aufzunehmen. Gewöhnliche Gebäude stürzen ein, wenn sie nicht durch Druckentlastungsplatten oder Berstscheiben oder durch ein Explosionsunterdrückungssystem geschützt sind. Sollte sich innerhalb eines Gebäudes ein brennbares Gemisch bilden, kann die nachfolgende Explosion erhebliche strukturelle Schäden verursachen – möglicherweise eine vollständige Zerstörung –, es sei denn, die Explosion kann durch Öffnungen (z. B. das Einbrechen von Fenstern), die in den frühen Stadien der Explosion entstanden sind, nach außen entweichen.

Explosionen dieser Art werden auch mit der Entzündung von Staubsuspensionen in Luft in Verbindung gebracht (Palmer 1973). Diese treten auf, wenn es zu einer erheblichen Ansammlung von „explosivem“ Staub kommt, der sich von Regalen, Sparren und Vorsprüngen innerhalb eines Gebäudes löst und eine Wolke bildet, die dann einer Zündquelle ausgesetzt wird (z. B. in Getreidemühlen, Getreidesilos usw.). .). Der Staub muss (offensichtlich) brennbar sein, aber nicht alle brennbaren Stäube sind bei Umgebungstemperaturen explosiv. Standardtests wurden entwickelt, um festzustellen, ob ein Staub explosionsfähig ist. Diese können auch verwendet werden, um zu verdeutlichen, dass explosionsfähige Stäube „Explosionsgrenzen“ aufweisen, ähnlich wie die „Entflammbarkeitsgrenzen“ von Gasen und Dämpfen. Im Allgemeinen kann eine Staubexplosion großen Schaden anrichten, da das anfängliche Ereignis dazu führen kann, dass mehr Staub abgelöst wird und eine noch größere Staubwolke entsteht, die sich unweigerlich entzündet und eine noch größere Explosion hervorruft.

Explosionsentlüftung, oder Explosionsentlastung, funktioniert nur dann erfolgreich, wenn die Entwicklungsgeschwindigkeit der Explosion relativ langsam ist, wie z. B. im Zusammenhang mit der Ausbreitung einer vorgemischten Flamme durch ein stationäres brennbares Gemisch oder eine explosionsfähige Staubwolke. Explosionsdruckentlastung nützt nichts, wenn es sich um eine Detonation handelt. Der Grund dafür ist, dass die Druckentlastungsöffnungen zu einem frühen Zeitpunkt der Veranstaltung, wenn der Druck noch relativ niedrig ist, hergestellt werden müssen. Wenn es zu einer Detonation kommt, steigt der Druck zu schnell an, als dass eine Entlastung wirksam wäre, und das umschließende Gefäß oder Element einer Anlage erfährt einen sehr hohen Innendruck, der zu massiver Zerstörung führt. Detonation eines brennbaren Gasgemisches kann auftreten, wenn das Gemisch in einem langen Rohr oder Kanal enthalten ist. Unter bestimmten Bedingungen schiebt die Ausbreitung der vorgemischten Flamme das unverbrannte Gas mit einer Geschwindigkeit vor die Flammenfront, die die Turbulenz erhöht, was wiederum die Ausbreitungsgeschwindigkeit erhöht. Dies stellt eine Rückkopplungsschleife bereit, die bewirkt, dass die Flamme beschleunigt, bis eine Schockwelle gebildet wird. Zusammen mit dem Verbrennungsprozess entsteht so eine Detonationswelle, die sich mit Geschwindigkeiten weit über 1,000 m/s ausbreiten kann. Dies kann mit der verglichen werden grundlegende Brenngeschwindigkeit eines stöchiometrischen Propan/Luft-Gemisches von 0.45 m/s. (Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich eine Flamme durch ein ruhendes (d. h. nicht turbulentes) Propan/Luft-Gemisch ausbreitet.)

Die Bedeutung der Turbulenz für die Entstehung dieser Explosionsart darf nicht unterschätzt werden. Der erfolgreiche Betrieb eines Explosionsschutzsystems hängt von einer frühzeitigen Entlüftung oder einer frühzeitigen Unterdrückung ab. Wenn die Explosionsgeschwindigkeit zu schnell ist, wird das Schutzsystem nicht effektiv sein und es können unannehmbare Überdrücke erzeugt werden.

Eine Alternative zur Explosionsentlastung ist Explosionsunterdrückung. Diese Art des Schutzes erfordert, dass die Explosion in einem sehr frühen Stadium, möglichst kurz vor der Zündung, erkannt wird. Der Detektor wird verwendet, um die schnelle Freisetzung eines Unterdrückungsmittels in den Weg der sich ausbreitenden Flamme einzuleiten, wodurch die Explosion effektiv gestoppt wird, bevor der Druck auf ein Ausmaß angestiegen ist, bei dem die Integrität der umschließenden Grenzen gefährdet ist. Die Halone wurden üblicherweise für diesen Zweck verwendet, aber da diese auslaufen, wird jetzt der Verwendung von Hochdruck-Wassersprühsystemen Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Art des Schutzes ist sehr teuer und hat eine begrenzte Anwendung, da sie nur in relativ kleinen Volumina verwendet werden kann, in denen das Löschmittel schnell und gleichmäßig verteilt werden kann (z. B. Kanäle, die brennbare Dämpfe oder explosionsfähige Stäube führen).

Informationsanalyse für den Brandschutz

Im Allgemeinen wurde die Brandwissenschaft erst vor kurzem zu einem Stadium entwickelt, in dem sie in der Lage ist, die Wissensbasis bereitzustellen, auf der rationale Entscheidungen in Bezug auf die technische Gestaltung, einschließlich Sicherheitsfragen, basieren können. Traditionell hat sich der Brandschutz auf einer entwickelt ad hoc Grundlage, effektiv auf Vorfälle zu reagieren, indem Vorschriften oder andere Beschränkungen auferlegt werden, um sicherzustellen, dass es nicht zu einem erneuten Auftreten kommt. Viele Beispiele ließen sich anführen. Beispielsweise führte der Große Brand von London im Jahr 1666 im Laufe der Zeit zur Einführung der ersten Bauvorschriften (oder Codes) und zur Entwicklung der Feuerversicherung. Neuere Vorfälle, wie die Brände in Bürohochhäusern in São Paulo, Brasilien, in den Jahren 1972 und 1974, führten zu Änderungen der Bauvorschriften, um ähnliche Brände mit mehreren Todesopfern in Zukunft zu verhindern. Andere Probleme wurden in ähnlicher Weise angegangen. In Kalifornien in den Vereinigten Staaten wurde die Gefahr erkannt, die mit bestimmten Arten moderner Polstermöbel (insbesondere solchen, die Standard-Polyurethanschaum enthalten) verbunden ist, und schließlich wurden strenge Vorschriften eingeführt, um ihre Verfügbarkeit zu kontrollieren.

Dies sind einfache Fälle, in denen Beobachtungen der Brandfolgen zur Einführung eines Regelwerks geführt haben, das die Sicherheit des Einzelnen und der Gemeinschaft im Brandfall verbessern soll. Die Entscheidung zum Handeln in jeder Frage muss auf der Grundlage einer Analyse unseres Wissens über Brandvorfälle begründet werden. Es muss gezeigt werden, dass das Problem real ist. In einigen Fällen – wie bei den Bränden in São Paulo – ist diese Übung akademisch, aber in anderen, wie dem „Beweis“, dass moderne Möbel ein Problem sind, muss sichergestellt werden, dass die damit verbundenen Kosten sinnvoll ausgegeben werden. Dazu bedarf es einer verlässlichen Datenbasis zu Brandereignissen, die über Jahre hinweg Trends in der Zahl der Brände, der Zahl der Todesopfer, der Häufigkeit einer bestimmten Zündart etc. aufzeigen kann ein Trend oder eine Veränderung signifikant ist und angemessene Maßnahmen ergriffen werden.

In einer Reihe von Ländern ist die Feuerwehr verpflichtet, einen Bericht über jeden besuchten Brand vorzulegen. Im Vereinigten Königreich und in den Vereinigten Staaten füllt der zuständige Beamte ein Berichtsformular aus, das dann an eine zentrale Organisation (das Innenministerium im Vereinigten Königreich, die National Fire Protection Association, NFPA in den Vereinigten Staaten) übermittelt wird, die dann kodiert und verarbeitet die Daten in einer vorgeschriebenen Weise. Die Daten stehen dann staatlichen Stellen und anderen interessierten Kreisen zur Einsichtnahme zur Verfügung. Diese Datenbanken sind von unschätzbarem Wert, um beispielsweise die Hauptzündquellen und die zuerst entzündeten Gegenstände hervorzuheben. Eine Untersuchung der Häufigkeit von Todesopfern und deren Zusammenhang mit Zündquellen etc. hat gezeigt, dass die Zahl der Menschen, die bei Bränden, die durch Rauchermaterialien ausgelöst wurden, ums Leben kommen, deutlich in keinem Verhältnis zu der Zahl der dadurch entstehenden Brände steht.

Die Zuverlässigkeit dieser Datenbanken hängt von der Geschicklichkeit ab, mit der die Feuerwehrleute die Brandermittlung durchführen. Die Untersuchung von Bränden ist keine leichte Aufgabe und erfordert beträchtliche Fähigkeiten und Kenntnisse – insbesondere Kenntnisse der Brandkunde. Die Feuerwehr im Vereinigten Königreich ist gesetzlich verpflichtet, für jeden Brand, an dem sie teilnimmt, ein Brandmeldeformular einzureichen, was dem verantwortlichen Beamten eine erhebliche Verantwortung auferlegt. Der Aufbau des Formulars ist von entscheidender Bedeutung, da es die erforderlichen Informationen ausreichend detailliert eruieren muss. Das von der NFPA empfohlene „Basic Incident Report Form“ ist in der abgebildet Handbuch Brandschutz (Cote 1991).

Die Daten können auf zwei Arten verwendet werden, entweder um ein Brandproblem zu identifizieren oder um das rationale Argument zu liefern, das notwendig ist, um eine bestimmte Vorgehensweise zu rechtfertigen, die öffentliche oder private Ausgaben erfordern kann. Eine langjährig etablierte Datenbasis kann genutzt werden, um die Auswirkungen der ergriffenen Maßnahmen aufzuzeigen. Die folgenden zehn Punkte wurden aus NFPA-Statistiken über den Zeitraum 1980 bis 1989 (Cote 1991) entnommen:

1. Heimrauchmelder sind weit verbreitet und sehr effektiv (aber es gibt noch erhebliche Lücken in der Melderstrategie).

2. Automatische Sprinkler reduzieren den Verlust von Menschenleben und Eigentum erheblich. Der verstärkte Einsatz von tragbaren und Flächenheizgeräten führte zu einer starken Zunahme von Wohnungsbränden, an denen Heizgeräte beteiligt waren.

3. Brandstiftungen und verdächtige Brände gingen seit dem Höhepunkt der 1970er Jahre weiter zurück, aber die damit verbundenen Sachschäden gingen nicht mehr zurück.

4. Ein großer Teil der Todesfälle von Feuerwehrleuten wird auf Herzinfarkte und Aktivitäten außerhalb des Feuerwehrgeländes zurückgeführt.

5. Ländliche Gebiete haben die höchsten Brandtodesraten.

6. Rauchende Materialien, die Polstermöbel, Matratzen oder Bettzeug entzünden, erzeugen die tödlichsten Brandszenarien in Wohngebäuden.

7. Die Brandtodesraten in den USA und Kanada gehören zu den höchsten aller Industrieländer.

8. Die Staaten des alten Südens in den Vereinigten Staaten haben die höchsten Brandtodesraten.

9. Ältere Erwachsene sind einem besonders hohen Brandrisiko ausgesetzt.

Solche Schlussfolgerungen sind natürlich länderspezifisch, obwohl es einige gemeinsame Trends gibt. Der sorgfältige Umgang mit solchen Daten kann die Mittel zur Formulierung solider Richtlinien zum Brandschutz in der Gemeinde bereitstellen. Allerdings muss bedacht werden, dass diese zwangsläufig eher „reaktiv“ als „proaktiv“ sind. Proaktive Maßnahmen können nur nach einer detaillierten Brandgefahrenbewertung eingeleitet werden. Eine solche Vorgehensweise wurde nach und nach eingeführt, angefangen in der Nuklearindustrie bis hin zur chemischen, petrochemischen und Offshore-Industrie, wo die Risiken viel einfacher zu definieren sind als in anderen Industrien. Ihre Anwendung auf Hotels und öffentliche Gebäude ist im Allgemeinen viel schwieriger und erfordert die Anwendung von Feuermodellierungstechniken, um den Verlauf eines Feuers vorherzusagen und wie sich die Brandprodukte durch das Gebäude ausbreiten werden, um die Bewohner zu beeinträchtigen. Bei dieser Art der Modellierung wurden große Fortschritte erzielt, obwohl gesagt werden muss, dass es noch ein langer Weg ist, bis diese Techniken vertrauensvoll eingesetzt werden können. Die Brandschutztechnik benötigt noch viel Grundlagenforschung in der Brandschutzwissenschaft, bevor zuverlässige Werkzeuge zur Bewertung der Brandgefahr allgemein verfügbar gemacht werden können.

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Feuer und Verbrennung wurden auf verschiedene Weise definiert. Die für unsere Zwecke wichtigsten Aussagen im Zusammenhang mit der Verbrennung als Phänomen lauten wie folgt:

• Die Verbrennung stellt einen sich selbst erhaltenden Reaktionsablauf dar, der aus physikalischen und chemischen Umwandlungen besteht.

• Die beteiligten Materialien reagieren mit dem Oxidationsmittel ihrer Umgebung, in den meisten Fällen mit dem Sauerstoff der Luft.

• Die Zündung erfordert günstige Startbedingungen, die im Allgemeinen eine ausreichende Erwärmung des Systems sind, die den anfänglichen Energiebedarf der Kettenreaktion der Verbrennung deckt.

• Die Folge der Reaktionen ist oft exotherm, was bedeutet, dass während des Brennens Wärme freigesetzt wird und dieses Phänomen oft von einer sichtbar beobachtbaren Flammenbildung begleitet wird.

Zündung kann als erster Schritt des selbsterhaltenden Verbrennungsprozesses angesehen werden. Es kann vorkommen, wie vorgesteuerte Zündung (oder Zwangszündung) wenn das Phänomen durch eine äußere Zündquelle verursacht wird oder als auftreten kann automatische Zündung (oder Selbstzündung), wenn das Phänomen das Ergebnis von Reaktionen ist, die im brennbaren Material selbst stattfinden und mit einer Wärmefreisetzung verbunden sind.

Die Neigung zur Zündung wird durch einen empirischen Parameter charakterisiert, den Zündungstemperatur (dh die durch Versuch zu ermittelnde niedrigste Temperatur, auf die das Material zum Entzünden erhitzt werden muss). Je nachdem, ob dieser Parameter – mit speziellen Prüfverfahren – durch den Einsatz beliebiger Zündquellen ermittelt wird oder nicht, unterscheidet man die vorgesteuerte Zündtemperatur und dem Selbstentzündungstemperatur.

Bei der Pilotzündung wird die zur Aktivierung der an der Verbrennungsreaktion beteiligten Stoffe benötigte Energie durch Zündquellen zugeführt. Es besteht jedoch kein direkter Zusammenhang zwischen der zur Zündung benötigten Wärmemenge und der Zündtemperatur, denn die chemische Zusammensetzung der Bestandteile des brennbaren Systems ist zwar ein wesentlicher Parameter der Zündtemperatur, wird aber maßgeblich von der Größe und Form der Materialien beeinflusst B. Umgebungsdruck, Luftströmungsverhältnisse, Parameter der Zündquelle, geometrische Merkmale der Prüfvorrichtung usw. Aus diesem Grund können die in der Literatur veröffentlichten Daten für Selbstentzündungstemperatur und Pilotzündtemperatur erheblich voneinander abweichen.

Der Zündmechanismus von Stoffen in unterschiedlichen Zuständen lässt sich einfach veranschaulichen. Dabei werden Materialien als Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase untersucht.

brauchen feste Materialien entweder durch Leitung, Konvektion oder Strahlung (meist durch deren Kombination) Energie aus einer beliebigen äußeren Zündquelle aufnehmen oder durch die im Inneren ablaufenden wärmeerzeugenden Prozesse erhitzt werden, die eine Zersetzung an ihren Oberflächen auslösen.

Damit die Zündung mit erfolgt Flüssigkeiten, müssen diese über ihrer Oberfläche einen brennbaren Dampfraum bilden. Die freigesetzten Dämpfe und die gasförmigen Zersetzungsprodukte vermischen sich mit der Luft über der Oberfläche von flüssigen oder festen Stoffen.

Die in der Mischung und/oder der Diffusion entstehenden turbulenten Strömungen helfen dem Sauerstoff, die bereits reaktionsfähigen Moleküle, Atome und freien Radikale auf und über der Oberfläche zu erreichen. Die induzierten Teilchen treten in Wechselwirkung, wodurch Wärme freigesetzt wird. Der Prozess beschleunigt sich stetig, und als die Kettenreaktion beginnt, kommt das Material zur Entzündung und brennt.

Die Verbrennung in der Schicht unter der Oberfläche fester brennbarer Stoffe wird genannt schwelend, und die Verbrennungsreaktion, die an der Grenzfläche von festen Stoffen und Gas stattfindet, wird genannt glühend. Brennen mit Flammen (bzw lodernd) ist der Prozess, bei dem die exotherme Verbrennungsreaktion in der Gasphase abläuft. Dies ist typisch für die Verbrennung von sowohl flüssigen als auch festen Stoffen.

Brennbare Gase verbrennen natürlich in der Gasphase. Es ist eine wichtige empirische Aussage, dass Gas-Luft-Gemische nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich zündfähig sind. Dies gilt auch für die Dämpfe von Flüssigkeiten. Die unteren und oberen Zündgrenzen von Gasen und Dämpfen hängen von der Temperatur und dem Druck des Gemisches, der Zündquelle und der Konzentration der Inertgase im Gemisch ab.

Zündquellen

Die Wärmeenergie liefernden Phänomene lassen sich hinsichtlich ihres Ursprungs in vier grundlegende Kategorien einteilen (Sax 1979):

1. bei chemischen Reaktionen entstehende Wärmeenergie (Oxidationswärme, Verbrennungswärme, Lösungswärme, Selbsterhitzung, Zersetzungswärme etc.)

2. elektrische Wärmeenergie (Widerstandsheizung, Induktionsheizung, Lichtbogenwärme, elektrische Funken, elektrostatische Entladungen, Blitzschlagwärme usw.)

3. mechanische Wärmeenergie (Reibungswärme, Reibungsfunken)

4. Wärme, die durch nukleare Zersetzung erzeugt wird.

Die folgende Diskussion befasst sich mit den am häufigsten anzutreffenden Zündquellen.

Offene Flammen

Offene Flammen können die einfachste und am häufigsten verwendete Zündquelle sein. Eine Vielzahl von allgemein gebräuchlichen Werkzeugen und technischen Geräten verschiedener Art arbeiten mit offenen Flammen oder ermöglichen die Bildung von offenen Flammen. Brenner, Streichhölzer, Öfen, Heizgeräte, Flammen von Schweißbrennern, gebrochene Gas- und Ölleitungen usw. können praktisch als potenzielle Zündquellen betrachtet werden. Da bei einer offenen Flamme die primäre Zündquelle selbst eine bestehende, sich selbst erhaltende Verbrennung darstellt, bedeutet der Zündmechanismus im Wesentlichen die Ausbreitung der Verbrennung auf ein anderes System. Sofern die Zündquelle mit offener Flamme genügend Energie besitzt, um eine Zündung einzuleiten, beginnt die Verbrennung.

Spontane Zündung

Die spontan Wärme erzeugenden chemischen Reaktionen bergen als „innere Zündquellen“ die Gefahr der Entzündung und Verbrennung. Die zur Selbsterhitzung und Selbstentzündung neigenden Materialien können jedoch zu sekundären Zündquellen werden und zur Entzündung der brennbaren Materialien in der Umgebung führen.

Obwohl einige Gase (z. B. Phosphorwasserstoff, Borhydrid, Siliziumhydrid) und Flüssigkeiten (z. B. Metallcarbonyle, organometallische Zusammensetzungen) zur Selbstentzündung neigen, treten die meisten Selbstentzündungen als Oberflächenreaktionen fester Materialien auf. Die Selbstentzündung hängt wie alle Entzündungen von der chemischen Struktur des Materials ab, ihr Auftreten wird jedoch durch den Grad der Dispersion bestimmt. Die große spezifische Oberfläche ermöglicht die lokale Akkumulation von Reaktionswärme und trägt zur Erhöhung der Materialtemperatur über die Selbstentzündungstemperatur bei.

Die Selbstentzündung von Flüssigkeiten wird auch gefördert, wenn sie mit Luft auf festen Stoffen mit großer spezifischer Oberfläche in Kontakt kommen. Doppelbindungen enthaltende Fette und insbesondere ungesättigte Öle neigen bei Aufnahme durch Faserstoffe und deren Produkte sowie bei Imprägnierung in Textilien pflanzlichen oder tierischen Ursprungs unter normalen atmosphärischen Bedingungen zur Selbstentzündung. Die Selbstentzündung von Glaswolle- und Mineralwollprodukten, die aus nicht brennbaren Fasern oder anorganischen Materialien hergestellt sind, große spezifische Oberflächen bedecken und durch Öl kontaminiert sind, hat zu sehr schweren Brandunfällen geführt.

Selbstentzündung wurde hauptsächlich bei Feststoffstäuben beobachtet. Bei Metallen mit guter Wärmeleitfähigkeit erfordert der für die Zündung erforderliche lokale Wärmestau eine sehr feine Zerkleinerung des Metalls. Mit abnehmender Partikelgröße steigt die Wahrscheinlichkeit einer Selbstentzündung, und bei einigen Metallstäuben (z. B. Eisen) tritt Pyrophorosität auf. Bei der Lagerung und Handhabung von Kohlenstaub, fein verteiltem Ruß, Lack- und Kunstharzstäuben sowie bei den damit durchgeführten technologischen Vorgängen ist den Brandschutzmaßnahmen zur Verringerung der Selbstentzündungsgefahr besondere Aufmerksamkeit zu widmen.

Materialien, die zu spontaner Zersetzung neigen, zeigen eine besondere Fähigkeit, sich spontan zu entzünden. Hydrazin geht sofort in Flammen auf, wenn es auf ein Material mit großer Oberfläche aufgebracht wird. Die von der Kunststoffindustrie weit verbreiteten Peroxide zersetzen sich leicht spontan und werden als Folge der Zersetzung zu gefährlichen Zündquellen, die gelegentlich ein explosionsartiges Brennen auslösen.

Als Sonderfall der Selbstentzündung kann die heftig exotherme Reaktion angesehen werden, die auftritt, wenn bestimmte Chemikalien miteinander in Kontakt kommen. Beispiele für solche Fälle sind der Kontakt von konzentrierter Schwefelsäure mit allen organischen brennbaren Materialien, Chloraten mit Schwefel- oder Ammoniumsalzen oder -säuren, den organischen Halogenverbindungen mit Alkalimetallen usw. Die Eigenschaft dieser Materialien, „nicht in der Lage zu sein, sich gegenseitig zu ertragen“ (Inkompatible Materialien) erfordert besondere Aufmerksamkeit insbesondere bei deren Lagerung und Mitlagerung sowie bei der Ausarbeitung der Brandbekämpfungsvorschriften.

Erwähnenswert ist, dass eine solch gefährlich hohe Selbsterwärmung in manchen Fällen durch falsche technologische Rahmenbedingungen (ungenügende Belüftung, geringe Kühlleistung, mangelnde Wartung und Reinigung, Reaktionsüberhitzung etc.) bedingt oder durch diese begünstigt werden kann.

Bestimmte landwirtschaftliche Produkte, wie faserige Futtermittel, Ölsaaten, keimendes Getreide, Endprodukte der verarbeitenden Industrie (getrocknete Rote-Bete-Scheiben, Düngemittel etc.) zeigen eine Neigung zur Selbstentzündung. Die spontane Erwärmung dieser Materialien weist eine Besonderheit auf: Die gefährlichen Temperaturverhältnisse der Systeme werden durch teilweise nicht ohne weiteres kontrollierbare exotherme biologische Prozesse noch verstärkt.

Elektrische Zündquellen

Mit elektrischer Energie betriebene Kraftmaschinen, Instrumente und Heizgeräte sowie die Einrichtungen zur Energieumwandlung und Beleuchtung stellen normalerweise keine Brandgefahr für ihre Umgebung dar, sofern sie in Übereinstimmung mit den einschlägigen Sicherheitsvorschriften und Anforderungen installiert wurden der Normen und dass bei deren Betrieb die zugehörigen technologischen Vorschriften eingehalten wurden. Regelmäßige Wartung und regelmäßige Überwachung verringern die Wahrscheinlichkeit von Bränden und Explosionen erheblich. Die häufigsten Ursachen für Brände in elektrischen Geräten und Leitungen sind Überlastung, Kurzschlüsse, elektrische Funken und hohe Übergangswiderstände.

Eine Überlastung liegt vor, wenn die Verkabelung und die elektrischen Geräte einem höheren Strom ausgesetzt sind, als dem, für den sie ausgelegt sind. Der durch die Verkabelung, Geräte und Ausrüstung fließende Überstrom kann zu einer solchen Überhitzung führen, dass die überhitzten Komponenten des elektrischen Systems beschädigt oder kaputt gehen, altern oder verkohlen, was zum Schmelzen von Kabel- und Kabelbeschichtungen, zum Glühen von Metallteilen und zum brennbaren Bau führt Einheiten zur Entzündung kommen und je nach den Bedingungen auch Feuer auf die Umgebung ausbreiten. Die häufigste Ursache für eine Überlastung ist, dass die Anzahl der angeschlossenen Verbraucher höher als zulässig ist oder deren Leistung den vorgeschriebenen Wert überschreitet.

Die Arbeitssicherheit elektrischer Anlagen wird am häufigsten durch Kurzschlüsse gefährdet. Sie sind immer Folge von Schäden und treten auf, wenn Teile der elektrischen Leitung oder der Betriebsmittel auf gleicher Potentialebene oder auf verschiedenen Potentialebenen, voneinander und gegen Erde isoliert, miteinander oder mit Erde in Berührung kommen. Dieser Kontakt kann direkt als Metall-Metall-Kontakt oder indirekt über einen Lichtbogen entstehen. In Fällen von Kurzschlüssen, wenn einige Einheiten des elektrischen Systems miteinander in Kontakt kommen, ist der Widerstand erheblich geringer, und als Folge davon ist die Stromstärke extrem hoch, möglicherweise um mehrere Größenordnungen niedriger. Die bei Überströmen mit großen Kurzschlüssen freigesetzte Wärmeenergie kann zu einem Brand in dem vom Kurzschluss betroffenen Gerät führen, wobei sich die Materialien und Geräte in der Umgebung entzünden und das Feuer auf das Gebäude übergreifen kann.

Elektrische Funken sind kleine Wärmeenergiequellen, wirken aber erfahrungsgemäß häufig als Zündquellen. Unter normalen Arbeitsbedingungen setzen die meisten Elektrogeräte keine Funken frei, aber der Betrieb bestimmter Geräte wird normalerweise von Funken begleitet.

Funkenbildung stellt vor allem dort eine Gefahr dar, wo im Bereich ihrer Entstehung explosionsfähige Konzentrationen von Gasen, Dämpfen oder Stäuben auftreten können. Daher dürfen Betriebsmittel, die im Betrieb normalerweise Funken freisetzen, nur an Stellen aufgestellt werden, an denen die Funken keinen Brand verursachen können. Der Energieinhalt von Funken allein reicht nicht aus, um die Materialien in der Umgebung zu entzünden oder eine Explosion auszulösen.

Besitzt ein elektrisches System zwischen den stromdurchflossenen Baueinheiten keinen perfekten metallischen Kontakt, treten an dieser Stelle hohe Übergangswiderstände auf. Dieses Phänomen ist in den meisten Fällen auf die fehlerhafte Konstruktion von Fugen oder auf unsachgemäße Installationen zurückzuführen. Auch das Lösen von Gelenken während des Betriebs und natürlicher Verschleiß können Ursache für hohe Übergangswiderstände sein. Ein großer Teil des Stroms, der durch Stellen mit erhöhtem Widerstand fließt, wird in Wärmeenergie umgewandelt. Wenn diese Energie nicht ausreichend abgeführt werden kann (und die Ursache nicht beseitigt werden kann), kann die extrem große Temperaturerhöhung zu einem Brandzustand führen, der die Umgebung gefährdet.

Wenn die Geräte nach dem Induktionskonzept arbeiten (Motoren, Dynamos, Trafos, Relais etc.) und nicht richtig berechnet sind, können im Betrieb Wirbelströme entstehen. Durch die Wirbelströme können sich die Baueinheiten (Spulen und deren Eisenkerne) erwärmen, was zur Entzündung von Isoliermaterialien und zum Verbrennen der Betriebsmittel führen kann. Wirbelströme können – mit diesen schädlichen Folgen – auch in den Metallbauteilen um Hochspannungsgeräte herum entstehen.

Elektrostatische Funken

Elektrostatische Aufladung ist ein Vorgang, bei dem jedes ursprünglich elektrisch neutrale (und von jedem Stromkreis unabhängige) Material positiv oder negativ aufgeladen wird. Dies kann auf drei Arten geschehen:

1.      Laden mit Trennung, so dass sich auf zwei Körpern gleichzeitig Ladungen subtraktiver Polarität ansammeln

2.      Aufladen mit Passieren, so dass die abgehenden Ladungen Ladungen mit entgegengesetzten Polaritätszeichen zurücklassen

3.      Aufladen durch Aufnehmen, so dass der Körper Ladungen von außen erhält.

Diese drei Arten der Aufladung können aus verschiedenen physikalischen Prozessen entstehen, einschließlich Trennung nach Kontakt, Spalten, Schneiden, Pulverisieren, Bewegen, Reiben, Fließen von Pulvern und Flüssigkeiten in Rohren, Schlagen, Druckänderung, Zustandsänderung, Photoionisation, Wärmeionisation, elektrostatische Verteilung oder Hochspannungsentladung.

Elektrostatische Aufladung kann sowohl auf leitenden Körpern als auch auf isolierenden Körpern als Ergebnis eines der oben erwähnten Prozesse auftreten, aber in den meisten Fällen sind die mechanischen Prozesse für die Akkumulation der unerwünschten Ladungen verantwortlich.

Aus der Vielzahl der schädlichen Wirkungen und Risiken durch elektrostatische Aufladung und der daraus resultierenden Funkenentladung sind zwei Risiken besonders zu nennen: Gefährdung elektronischer Geräte (z. B. Computer zur Prozesssteuerung) und Brand- und Explosionsgefahr .

Elektronische Geräte sind vor allem dann gefährdet, wenn die Entladungsenergie beim Laden hoch genug ist, um den Eingang eines halbleitenden Teils zu zerstören. Der Entwicklung elektronischer Geräte im letzten Jahrzehnt folgte eine rasante Zunahme dieses Risikos.

Die Entstehung einer Brand- oder Explosionsgefahr setzt das räumliche und zeitliche Zusammentreffen zweier Bedingungen voraus: das Vorhandensein eines brennbaren Mediums und die zündfähige Entladung. Diese Gefahr tritt hauptsächlich in der chemischen Industrie auf. Es kann auf der Grundlage der sog. geschätzt werden Funkenempfindlichkeit gefährlicher Materialien (minimale Zündenergie) und ist abhängig vom Ladeumfang.

Es ist eine wesentliche Aufgabe, diese Risiken zu reduzieren, nämlich die vielfältigen Folgen, die von technischen Störungen bis hin zu Katastrophen mit tödlichen Unfällen reichen. Es gibt zwei Möglichkeiten, sich vor den Folgen elektrostatischer Aufladung zu schützen:

1. Verhinderung der Einleitung des Ladevorgangs (ist offensichtlich, aber meist sehr schwer zu realisieren)

2. Begrenzung der Akkumulation von Ladungen, um das Auftreten gefährlicher Entladungen (oder jedes anderen Risikos) zu verhindern.

Blitze sind ein atmosphärisches elektrisches Phänomen in der Natur und können als Zündquelle betrachtet werden. Die in den Wolken erzeugte statische Aufladung wird zur Erde hin ausgeglichen (Blitzschlag) und wird von einer hochenergetischen Entladung begleitet. Die brennbaren Materialien am Ort des Blitzeinschlags und seiner Umgebung können sich entzünden und abbrennen. Bei einigen Blitzschlägen werden sehr starke Impulse erzeugt und die Energie in mehreren Schritten ausgeglichen. In anderen Fällen beginnen lang anhaltende Ströme zu fließen, die teilweise die Größenordnung von 10 A erreichen.

Mechanische Wärmeenergie

Technische Praxis ist ständig mit Reibung gekoppelt. Bei mechanischem Betrieb entsteht Reibungswärme, und wenn die Wärmeabgabe so begrenzt wird, dass sich im System Wärme staut, kann dessen Temperatur auf einen umweltgefährdenden Wert ansteigen und es kann zu einem Brand kommen.

Reibfunken entstehen in der Regel bei metalltechnischen Betrieben durch starke Reibung (Schleifen, Spanen, Schneiden, Schlagen) oder durch Herunterfallen oder Fallen von Metallgegenständen oder Werkzeugen auf einen harten Boden oder bei Schleifarbeiten durch Metallverunreinigungen im schleifenden Material . Die Temperatur des entstehenden Funkens ist normalerweise höher als die Zündtemperatur der herkömmlichen brennbaren Materialien (z. B. für Funken aus Stahl 1,400–1,500 °C; Funken aus Kupfer-Nickel-Legierungen 300–400 °C); die Zündfähigkeit hängt jedoch vom Gesamtwärmeinhalt bzw. der niedrigsten Zündenergie des zu entzündenden Stoffes bzw. Stoffes ab. In der Praxis hat sich gezeigt, dass Reibungsfunken in Lufträumen, in denen brennbare Gase, Dämpfe und Stäube in gefährlicher Konzentration vorhanden sind, ein echtes Brandrisiko bedeuten. Daher sollten unter diesen Umständen der Einsatz von Materialien, die leicht Funken erzeugen, sowie Prozesse mit mechanischer Funkenbildung vermieden werden. Sicherheit bieten in diesen Fällen funkenfreie Werkzeuge aus Holz, Leder oder Kunststoff oder Werkzeuge aus Kupfer- und Bronzelegierungen, die energiearme Funken erzeugen.

Heiße Oberflächen

In der Praxis können sich die Oberflächen von Geräten und Geräten entweder normal oder aufgrund von Fehlfunktionen gefährlich erwärmen. Öfen, Brennöfen, Trocknungseinrichtungen, Abgasauslässe, Brüdenrohre usw. verursachen häufig Brände in explosionsgefährdeten Lufträumen. Darüber hinaus können ihre heißen Oberflächen brennbare Materialien entzünden, die ihnen nahe kommen oder in Kontakt kommen. Zur Vorbeugung sollten Sicherheitsabstände eingehalten werden, und regelmäßige Überwachung und Wartung verringern die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer gefährlichen Überhitzung.

Brandgefahren von Materialien und Produkten

Das Vorhandensein von brennbarem Material in brennbaren Systemen stellt einen offensichtlichen Brandzustand dar. Brennphänomene und die Phasen des Brennvorgangs hängen grundsätzlich von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des jeweiligen Materials ab. Daher erscheint es sinnvoll, eine Übersicht über die Brennbarkeit der verschiedenen Materialien und Produkte hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Eigenschaften zu erstellen. Für diesen Abschnitt wird das Ordnungsprinzip für die Gruppierung von Materialien eher von technischen Aspekten als von theoretischen Vorstellungen bestimmt (NFPA 1991).

Holz und Holzwerkstoffe

Holz ist eines der am weitesten verbreiteten Materialien im menschlichen Milieu. Aus Holz werden Häuser, Bauwerke, Möbel und Konsumgüter hergestellt, aber auch für Produkte wie Papier oder in der chemischen Industrie findet es eine breite Verwendung.

Holz und Holzprodukte sind brennbar und verkohlen, glühen, entzünden oder brennen, wenn sie mit Hochtemperaturoberflächen in Berührung kommen und Wärmestrahlung, offenen Flammen oder anderen Zündquellen ausgesetzt werden, je nach Verbrennungszustand. Um das Gebiet ihrer Anwendung zu erweitern, ist die Verbesserung ihrer Verbrennungseigenschaften erforderlich. Um aus Holz hergestellte Bauteile schwer brennbar zu machen, werden sie typischerweise mit Brandschutzmitteln behandelt (z. B. imprägniert, imprägniert, mit Oberflächenbeschichtung versehen).

Die wichtigste Eigenschaft der Brennbarkeit der verschiedenen Holzarten ist die Zündtemperatur. Sein Wert hängt stark von einigen Eigenschaften des Holzes und den Testbedingungen der Bestimmung ab, nämlich der Dichte, Feuchtigkeit, Größe und Form der Holzprobe sowie der Zündquelle, der Expositionszeit, der Expositionsintensität und der Atmosphäre während der Prüfung . Interessant ist, dass sich die Zündtemperatur nach verschiedenen Prüfmethoden unterscheidet. Erfahrungsgemäß ist die Entzündungsneigung sauberer und trockener Holzprodukte äußerst gering, jedoch sind mehrere Brandfälle durch Selbstentzündung bei der Lagerung von staubigem und öligem Altholz in Räumen mit unzureichender Belüftung bekannt geworden. Es ist empirisch erwiesen, dass ein höherer Feuchtigkeitsgehalt die Zündtemperatur erhöht und die Brenngeschwindigkeit von Holz verringert. Die thermische Zersetzung von Holz ist ein komplizierter Prozess, dessen Phasen sich jedoch deutlich wie folgt beobachten lassen:

• Die thermische Zersetzung mit Masseverlust beginnt bereits im Bereich 120-200 °C; Feuchtigkeitsgehalt wird freigesetzt und die nicht brennbaren Abbauprodukte entstehen im Verbrennungsraum.

• Bei 200-280 °C finden hauptsächlich endotherme Reaktionen statt, während die Wärmeenergie der Zündquelle aufgenommen wird.

• Bei 280-500 °C beschleunigen sich die exothermen Reaktionen von Zersetzungsprodukten als primärer Prozess stetig, während Verkokungserscheinungen beobachtet werden können. In diesem Temperaturbereich hat sich bereits eine nachhaltige Verbrennung entwickelt. Nach der Zündung ist der Abbrand aufgrund der guten Wärmedämmfähigkeit seiner verkohlten Schichten zeitlich nicht stabil. Folglich ist das Aufwärmen der tieferen Schichten begrenzt und zeitaufwändig. Wenn das Auftauchen der brennbaren Zersetzungsprodukte beschleunigt wird, ist die Verbrennung vollständig.

• Bei Temperaturen über 500 °C bildet die Holzkohle Rückstände. Während des weiteren Glühens entsteht Asche, die feste, anorganische Stoffe enthält, und der Prozess ist beendet.

Fasern und Textilien

Der überwiegende Teil der aus Faserstoffen hergestellten Textilien, die in der näheren Umgebung von Menschen zu finden sind, ist brennbar. Kleidung, Möbel und die gebaute Umwelt bestehen ganz oder teilweise aus Textilien. Die Gefahren, die von ihnen ausgehen, bestehen während ihrer Herstellung, Verarbeitung und Lagerung sowie während ihres Tragens.

Die Grundmaterialien von Textilien sind sowohl natürlich als auch künstlich; synthetische Fasern werden entweder allein oder gemischt mit Naturfasern verwendet. Die Naturfasern pflanzlichen Ursprungs (Baumwolle, Hanf, Jute, Flachs) sind chemisch brennbar und haben eine relativ hohe Zündtemperatur (<<400°C). Es ist ein vorteilhaftes Merkmal ihrer Verbrennung, dass sie verkohlen, aber nicht schmelzen, wenn sie auf eine hohe Temperatur gebracht werden. Dies ist besonders vorteilhaft für die medizinische Behandlung von Brandverletzten.

Die feuergefährlichen Eigenschaften von Fasern auf Proteinbasis tierischen Ursprungs (Wolle, Seide, Haare) sind noch günstiger als die von Fasern pflanzlichen Ursprungs, da zu ihrer Entzündung eine höhere Temperatur (500–600 °C) und darunter erforderlich ist Unter gleichen Bedingungen ist ihre Verbrennung weniger intensiv.

Die Kunststoffindustrie, die mehrere extrem gute mechanische Eigenschaften von Polymerprodukten nutzt, hat auch in der Textilindustrie an Bedeutung gewonnen. Unter den Eigenschaften von Acryl, Polyester und den thermoplastischen Kunstfasern (Nylon, Polypropylen, Polyethylen) sind die mit dem Brand verbundenen am wenigsten vorteilhaft. Die meisten von ihnen schmelzen trotz ihrer hohen Zündtemperatur (<<400-600 °C) bei Hitzeeinwirkung, entzünden sich leicht, brennen intensiv, tropfen oder schmelzen beim Brennen und setzen beträchtliche Mengen an Rauch und giftigen Gasen frei. Diese Brenneigenschaften können durch Zugabe von Naturfasern verbessert werden, wodurch sogenannte Textilien mit Mischfasern. Die weitere Behandlung erfolgt mit Flammschutzmitteln. Für die Herstellung von Industrietextilien und Hitzeschutzkleidung werden bereits in großen Mengen anorganische, nicht brennbare Faserprodukte (ua Glas- und Metallfasern) eingesetzt.

Die wichtigsten brandgefährlichen Eigenschaften von Textilien sind die Eigenschaften im Zusammenhang mit Entzündlichkeit, Flammenausbreitung, Wärmeentwicklung und den toxischen Verbrennungsprodukten. Zu ihrer Bestimmung wurden spezielle Prüfverfahren entwickelt. Die gewonnenen Prüfergebnisse beeinflussen die Einsatzgebiete dieser Produkte (Zelte und Wohnungen, Möbel, Fahrzeugpolster, Kleider, Teppiche, Gardinen, spezielle Schutzkleidung gegen Hitze und Wetter) sowie die Vorgaben zur Risikobegrenzung bei deren Einsatz. Eine wesentliche Aufgabe der Industrieforscher besteht darin, Textilien zu entwickeln, die hohen Temperaturen standhalten, mit feuerhemmenden Mitteln behandelt sind (schwer brennbar, mit langer Zündzeit, geringer Flammenausbreitungsrate, geringer Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit) und geringe Mengen toxischer Verbrennungsprodukte erzeugen , sowie die nachteilige Wirkung von Brandunfällen durch das Verbrennen solcher Materialien zu verbessern.

Brennbare und brennbare Flüssigkeiten

In der Nähe von Zündquellen sind brennbare und brennbare Flüssigkeiten potentielle Gefahrenquellen. Erstens stellt der geschlossene oder offene Dampfraum über solchen Flüssigkeiten eine Feuer- und Explosionsgefahr dar. Eine Verbrennung und häufiger eine Explosion kann eintreten, wenn der Stoff in geeigneter Konzentration im Dampf-Luft-Gemisch vorhanden ist. Daraus folgt, dass Brände und Explosionen im Bereich brennbarer und entzündbarer Flüssigkeiten verhindert werden können, wenn:

• die Zündquellen Luft und Sauerstoff sind ausgeschlossen; oder

• statt Sauerstoff ist in der Umgebung Inertgas vorhanden; oder

• die Flüssigkeit wird in einem geschlossenen Gefäß oder System gelagert (siehe Abbildung 1); oder

• durch richtiges lüften wird die entwicklung der gefährlichen dampfkonzentration verhindert.

Abbildung 1. Gängige Arten von Tanks für die Lagerung von entzündlichen und brennbaren Flüssigkeiten.

In der Praxis sind im Zusammenhang mit der Gefährlichkeit brennbarer und brennbarer Flüssigkeiten eine Vielzahl von Stoffeigenschaften bekannt. Dies sind Flammpunkte im geschlossenen und im offenen Tiegel, Siedepunkt, Zündtemperatur, Verdampfungsgeschwindigkeit, obere und untere Grenzen der Konzentration für die Brennbarkeit (Entzündungs- oder Explosionsgrenzen), die relative Dichte von Dämpfen im Vergleich zu Luft und die dafür erforderliche Energie die Entzündung von Dämpfen. Diese Faktoren liefern vollständige Informationen über die Entzündungsempfindlichkeit verschiedener Flüssigkeiten.

Fast überall auf der Welt wird der Flammpunkt, ein Parameter, der durch Standardtests unter atmosphärischen Bedingungen bestimmt wird, als Grundlage verwendet, um die Flüssigkeiten (und Materialien, die sich bei relativ niedrigen Temperaturen wie Flüssigkeiten verhalten) in Risikokategorien einzuteilen. Die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Lagerung von Flüssigkeiten, deren Handhabung, die technologischen Prozesse und die in ihrer Zone zu errichtenden elektrischen Betriebsmittel sind für jede Kategorie der Entzündbarkeit und Brennbarkeit zu erarbeiten. Auch die Gefahrenzonen rund um die technische Ausstattung sollten für jede Kategorie identifiziert werden. Erfahrungsgemäß kann es – je nach Temperatur und Druck der Anlage – im Konzentrationsbereich zwischen den beiden Zündgrenzen zu Brand und Explosion kommen.

Gase

Obwohl alle Materialien – unter einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck – zu Gasen werden können, gelten in der Praxis Materialien als gasförmig, die sich bei normaler Temperatur (~20 °C) und normalem atmosphärischem Druck (~100 kPa) im gasförmigen Zustand befinden.

In Bezug auf Brand- und Explosionsgefahren können Gase in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: Kraftstoff und nicht brennbare Gase. Nach der in der Praxis akzeptierten Definition sind brennbare Gase solche, die in Luft mit normaler Sauerstoffkonzentration verbrennen, sofern die zum Verbrennen erforderlichen Bedingungen gegeben sind. Die Zündung erfolgt erst oberhalb einer bestimmten Temperatur, bei der notwendigen Zündtemperatur und innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs.

Nicht brennbare Gase sind solche, die weder in Sauerstoff noch in Luft mit beliebiger Luftkonzentration brennen. Ein Teil dieser Gase unterstützt die Verbrennung (z. B. Sauerstoff), während der andere Teil die Verbrennung hemmt. Es heißen die nicht brennbaren Gase, die das Brennen nicht unterstützen Inertgase (Stickstoff, Edelgase, Kohlendioxid etc.).

Die in Behältern oder Transportbehältern gelagerten und transportierten Gase liegen zur Erzielung einer wirtschaftlichen Effizienz typischerweise in komprimiertem, verflüssigtem oder gekühlt-kondensiertem (kryogenem) Zustand vor. Grundsätzlich gibt es im Zusammenhang mit Gasen zwei Gefahrensituationen: wenn sie sich in Behältern befinden und wenn sie aus ihren Behältern freigesetzt werden.

Bei komprimierten Gasen in Lagerbehältern kann externe Wärme den Druck im Behälter erheblich erhöhen und der extreme Überdruck zur Explosion führen. Gasförmige Lagerbehälter umfassen typischerweise eine Dampfphase und eine flüssige Phase. Aufgrund von Druck- und Temperaturänderungen führt die Ausdehnung der flüssigen Phase zu einer weiteren Kompression des Dampfraums, während der Dampfdruck der Flüssigkeit proportional zur Temperaturerhöhung zunimmt. Als Ergebnis dieser Prozesse kann kritisch gefährlicher Druck erzeugt werden. Lagerbehälter müssen im Allgemeinen die Anwendung von Überdruckentlastungsvorrichtungen enthalten. Diese sind in der Lage, eine Gefahrensituation durch höhere Temperaturen abzumildern.

Bei unzureichend abgedichteten oder beschädigten Lagerbehältern strömt das Gas in den freien Luftraum aus, vermischt sich mit Luft und kann je nach Menge und Strömungsart zur Bildung eines großen explosionsfähigen Luftraumes führen. Die Luft in der Umgebung eines undichten Lagerbehälters kann zum Atmen ungeeignet und für Personen in der Nähe gefährlich sein, teilweise aufgrund der toxischen Wirkung einiger Gase und teilweise aufgrund der verdünnten Sauerstoffkonzentration.

Unter Berücksichtigung der potenziellen Brandgefahr durch Gase und der Notwendigkeit eines sicheren Betriebs muss man sich insbesondere für industrielle Verbraucher detaillierte Kenntnisse über die folgenden Eigenschaften von gelagerten oder verwendeten Gasen aneignen: die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Gasen, die Zündtemperatur, die untere und obere Konzentrationsgrenzen für die Entzündbarkeit, die gefährlichen Parameter des Gases im Behälter, die Risikofaktoren der gefährlichen Situation, die durch die ins Freie freigesetzten Gase verursacht werden, den Umfang der erforderlichen Sicherheitszonen und die zu treffenden besonderen Maßnahmen im Falle einer möglichen Notsituation im Zusammenhang mit der Brandbekämpfung.

Chemikalien

Die Kenntnis der gefährlichen Parameter von Chemikalien ist eine der Grundvoraussetzungen für sicheres Arbeiten. Die vorbeugenden Maßnahmen und Anforderungen zum Brandschutz dürfen nur ausgearbeitet werden, wenn die mit der Brandgefahr verbundenen physikalischen und chemischen Eigenschaften berücksichtigt werden. Von diesen Eigenschaften sind die wichtigsten die folgenden: Brennbarkeit; Zündfähigkeit; Fähigkeit, mit anderen Materialien, Wasser oder Luft zu reagieren; Neigung zu Korrosion; Toxizität; und Radioaktivität.

Informationen zu den Eigenschaften von Chemikalien können den technischen Datenblättern der Hersteller und den Handbüchern und Handbüchern entnommen werden, die die Daten gefährlicher Chemikalien enthalten. Diese geben dem Anwender nicht nur Auskunft über die allgemeinen technischen Eigenschaften von Stoffen, sondern auch über die tatsächlichen Werte von Gefahrenparametern (Zersetzungstemperatur, Zündtemperatur, Grenzkonzentrationen der Verbrennung usw.), ihr spezielles Verhalten, Anforderungen an die Lagerung und Brand- Bekämpfung sowie Empfehlungen zur Ersten Hilfe und medizinischen Therapie.

Die Toxizität von Chemikalien als potenzielle Brandgefahr kann auf zwei Arten wirken. Erstens kann die hohe Toxizität bestimmter Chemikalien selbst bei einem Brand gefährlich sein. Zweitens kann ihre Anwesenheit innerhalb der Brandzone die Brandbekämpfungsmaßnahmen effektiv einschränken.

Die Oxidationsmittel (Nitrate, Chlorate, anorganische Peroxide, Permanganate usw.) tragen, auch wenn sie selbst nicht brennbar sind, maßgeblich zur Entzündung brennbarer Stoffe und zu deren intensiver, gelegentlich explosionsartiger Verbrennung bei.

Zur Gruppe der instabilen Stoffe gehören die Chemikalien (Acetaldehyd, Ethylenoxid, organische Peroxide, Blausäure, Vinylchlorid), die spontan oder sehr leicht in heftigen exothermen Reaktionen polymerisieren oder sich zersetzen.

Die wasser- und luftempfindlichen Materialien sind äußerst gefährlich. Diese Materialien (Oxide, Hydroxide, Hydride, Anhydride, Alkalimetalle, Phosphor usw.) interagieren mit dem Wasser und der Luft, die in der normalen Atmosphäre immer vorhanden sind, und starten Reaktionen, die von einer sehr hohen Wärmeentwicklung begleitet werden. Handelt es sich um brennbare Stoffe, kommt es zur Selbstentzündung. Die brennbaren Bestandteile, die den Brand auslösen, können jedoch möglicherweise explodieren und sich auf die brennbaren Materialien in der Umgebung ausbreiten.

Die meisten korrosiven Stoffe (anorganische Säuren – Schwefelsäure, Salpetersäure, Perchlorsäure usw. – und Halogene – Fluor, Chlor, Brom, Jod) sind starke Oxidationsmittel, aber gleichzeitig haben sie sehr starke zerstörerische Wirkungen auf das Leben Gewebe, weshalb besondere Maßnahmen zur Brandbekämpfung getroffen werden müssen.

Die gefährliche Eigenschaft radioaktiver Elemente und Verbindungen wird durch die Tatsache verstärkt, dass die von ihnen emittierte Strahlung in mehrfacher Hinsicht schädlich sein kann, außerdem können solche Materialien selbst Brandgefahren darstellen. Wenn bei einem Brand der bauliche Einschluss der beteiligten radioaktiven Objekte beschädigt wird, können λ-strahlende Stoffe freigesetzt werden. Sie können eine sehr starke ionisierende Wirkung haben und lebende Organismen tödlich zerstören. Atomunfälle können von Bränden begleitet sein, deren Zersetzungsprodukte radioaktive (α- und β-strahlende) Schadstoffe durch Adsorption binden. Diese können bei den an Rettungsmaßnahmen beteiligten Personen bleibende Verletzungen verursachen, wenn sie in deren Körper eindringen. Solche Materialien sind äußerst gefährlich, da die Betroffenen keine Strahlung über ihre Sinnesorgane wahrnehmen und ihr allgemeiner Gesundheitszustand sich nicht zu verschlechtern scheint. Es versteht sich von selbst, dass beim Brand von radioaktiven Stoffen die Radioaktivität des Standorts, der Zersetzungsprodukte und des Löschwassers durch radioaktive Signalgeräte ständig überwacht werden sollten. Die Kenntnis dieser Faktoren muss bei der Interventionsstrategie und allen weiteren Operationen berücksichtigt werden. Die Gebäude für den Umgang und die Lagerung radioaktiver Stoffe sowie für ihre technologische Nutzung müssen aus nicht brennbaren Materialien mit hoher Feuerbeständigkeit gebaut werden. Gleichzeitig sollten hochwertige, automatische Einrichtungen zum Erkennen, Melden und Löschen eines Brandes bereitgestellt werden.

Spreng- und Sprengstoffe

Explosive Materialien werden für viele militärische und industrielle Zwecke verwendet. Dies sind Chemikalien und Gemische, die sich bei Einwirkung starker mechanischer Einwirkung (Schlag, Stoß, Reibung) oder beginnender Zündung durch eine extrem schnelle Oxidationsreaktion (z. B. 1,000-10,000 m/s) schlagartig in großvolumige Gase umwandeln. Das Volumen dieser Gase ist ein Vielfaches des Volumens des bereits explodierten Explosivstoffs und sie üben einen sehr hohen Druck auf die Umgebung aus. Bei einer Explosion können hohe Temperaturen entstehen (2,500-4,000 °C), die die Entzündung der brennbaren Materialien im Explosionsbereich begünstigen.

An Herstellung, Transport und Lagerung der verschiedenen Explosivstoffe gelten strenge Auflagen. Ein Beispiel ist NFPA 495, Explosive Materials Code.

Neben den für militärische und industrielle Zwecke verwendeten explosiven Stoffen werden auch die induktiven Sprengstoffe und pyrotechnischen Produkte als Gefahren behandelt. Im Allgemeinen werden häufig Mischungen von explosiven Stoffen verwendet (Pikrinsäure, Nitroglycerin, Hexogen usw.), aber auch Mischungen von explosionsfähigen Stoffen (Schwarzpulver, Dynamit, Ammoniumnitrat usw.). Im Zuge von Terroranschlägen sind Kunststoffe bekannt geworden, die im Wesentlichen Mischungen aus brisierenden und weichmachenden Materialien (verschiedene Wachse, Vaseline etc.) sind.

Bei explosiven Stoffen ist der wirksamste Brandschutz der Ausschluss von Zündquellen aus der Umgebung. Mehrere explosive Materialien sind empfindlich gegenüber Wasser oder verschiedenen organischen Materialien mit einer Fähigkeit zur Oxidation. Für diese Materialien sollten die Anforderungen an die Lagerbedingungen und die Regeln für die Lagerung am selben Ort zusammen mit anderen Materialien sorgfältig geprüft werden.

Metallindustrie

Aus der Praxis ist bekannt, dass nahezu alle Metalle unter bestimmten Bedingungen in der Lage sind, an atmosphärischer Luft zu brennen. Stahl und Aluminium in großer Baudicke sind aufgrund ihres Brandverhaltens eindeutig als nicht brennbar zu bewerten. Die Stäube von Aluminium, Eisen in feiner Verteilung und Metallwatte aus dünnen Metallfasern lassen sich jedoch leicht entzünden und brennen dadurch intensiv. Die Alkalimetalle (Lithium, Natrium, Kalium), die Erdalkalimetalle (Kalzium, Magnesium, Zink), Zirkonium, Hafnium, Titan usw. entzünden sich in Form von Pulver, Spänen oder dünnen Bändern äußerst leicht. Manche Metalle sind so empfindlich, dass sie getrennt von der Luft, in Inertgasatmosphären oder unter einer für die Metalle neutralen Flüssigkeit gelagert werden.

Die brennbaren Metalle und diejenigen, die zum Verbrennen konditioniert sind, erzeugen extrem heftige Verbrennungsreaktionen, die Hochgeschwindigkeits-Oxidationsprozesse sind, die erheblich höhere Wärmemengen freisetzen, als beim Verbrennen von brennbaren und entzündlichen Flüssigkeiten beobachtet werden. Das Abbrennen von Metallstaub bei abgesetztem Pulver kann nach der Vorphase der Glühzündung zu einem schnellen Abbrand führen. Durch eventuell entstehende aufgewirbelte Stäube und Staubwolken kann es zu schweren Explosionen kommen. Die Brennaktivität und Sauerstoffaffinität einiger Metalle (zB Magnesium) ist so hoch, dass sie nach dem Entzünden in bestimmten Medien (zB Stickstoff, Kohlendioxid, Dampfatmosphäre) weiterbrennen, die zum Löschen von Bränden aus brennbaren Stoffen verwendet werden feste Stoffe und Flüssigkeiten.

Das Löschen von Metallbränden stellt eine besondere Aufgabe für die Feuerwehr dar. Die Wahl des richtigen Löschmittels und das Verfahren, in dem es angewendet wird, sind von großer Bedeutung.

Metallbrände können durch sehr frühzeitiges Erkennen, schnelles und angemessenes Eingreifen der Feuerwehrleute unter Verwendung der wirksamsten Methode und, wenn möglich, Entfernen von Metallen und anderen brennbaren Materialien aus der Brandzone oder zumindest durch eine Verringerung ihrer Brandzone bekämpft werden Mengen.

Beim Verbrennen radioaktiver Metalle (Plutonium, Uran) ist dem Strahlenschutz besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Es sind vorbeugende Maßnahmen zu treffen, um das Eindringen toxischer Zersetzungsprodukte in lebende Organismen zu vermeiden. Beispielsweise dürfen Alkalimetalle wegen ihrer heftigen Reaktion mit Wasser nur mit trockenen Löschpulvern gelöscht werden. Das Verbrennen von Magnesium kann nicht mit gutem Erfolg mit Wasser, Kohlendioxid, Halone oder Stickstoff gelöscht werden, und was noch wichtiger ist, wenn diese Mittel zur Brandbekämpfung verwendet werden, wird die Gefahrensituation noch schlimmer. Die einzigen Wirkstoffe, die erfolgreich angewendet werden können, sind die Edelgase oder in einigen Fällen Bortrifluorid.

Kunststoffe und Gummi

Kunststoffe sind makromolekulare organische Verbindungen, die synthetisch oder durch Modifikation von Naturstoffen hergestellt werden. Die Struktur und Form dieser makromolekularen Materialien, die durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktionen hergestellt werden, werden ihre Eigenschaften stark beeinflussen. Die Kettenmoleküle von Thermoplasten (Polyamide, Polycarbonate, Polyester, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat usw.) sind linear oder verzweigt, die Elastomere (Neopren, Polysulfide, Isopren usw.) sind schwach vernetzt, während duroplastische Kunststoffe (Duroplaste: Polyalkyde, Epoxidharze, Polyurethane etc.) sind dicht vernetzt.

Naturkautschuk wird von der Gummiindustrie als Rohstoff verwendet und nach dem Vulkanisieren wird Gummi hergestellt. Die künstlichen Kautschuke, die in ihrer Struktur dem natürlichen Kautschuk ähnlich sind, sind Polymere und Copolymere des Butadiens.

Die Palette der Produkte aus Kunststoff und Kautschuk, die in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens Verwendung finden, erweitert sich stetig. Die Verwendung der großen Vielfalt und der hervorragenden technischen Eigenschaften dieser Materialgruppe führt zu Gegenständen wie verschiedenen Baukonstruktionen, Möbeln, Kleidung, Gebrauchsgegenständen, Teilen für Fahrzeuge und Maschinen.

Typischerweise gelten als organische Materialien auch Kunststoffe und Gummi als brennbare Materialien. Zur Beschreibung ihres Brandverhaltens werden eine Reihe von Parametern herangezogen, die mit speziellen Methoden geprüft werden können. Mit der Kenntnis dieser Parameter lassen sich deren Einsatzgebiete zuordnen (ermitteln, aufzeigen, festlegen) und die Brandschutzbestimmungen ausarbeiten. Diese Parameter sind Brennbarkeit, Entzündlichkeit, Fähigkeit zur Rauchentwicklung, Neigung zur Bildung giftiger Gase und brennendes Abtropfen.

In vielen Fällen ist die Zündtemperatur von Kunststoffen höher als die von Holz oder anderen Materialien, aber in den meisten Fällen entzünden sie sich leichter und ihre Verbrennung erfolgt schneller und mit höherer Intensität. Brände von Kunststoffen werden oft von unangenehmen Phänomenen der Freisetzung großer Mengen von dichtem Rauch begleitet, der die Sicht stark einschränken und verschiedene giftige Gase (Salzsäure, Phosgen, Kohlenmonoxid, Blausäure, nitrose Gase usw.) entwickeln kann. Thermoplastische Materialien schmelzen beim Brennen, fließen dann und erzeugen je nach Lage (bei Montage in oder an einer Decke) Tropfen, die im Brandbereich verbleiben und die darunter liegenden brennbaren Materialien entzünden können.

Die Verbesserung der Brenneigenschaften stellt ein komplexes Problem und eine „Kernfrage“ der Kunststoffchemie dar. Flammschutzmittel hemmen die Brennbarkeit, die Zündung wird langsamer, die Verbrennungsgeschwindigkeit sinkt und die Flammenausbreitung wird verlangsamt. Gleichzeitig wird die Menge und optische Dichte des Rauchs höher und das entstehende Gasgemisch giftiger.

Stäube

Stäube gehören vom Aggregatzustand zu den festen Stoffen, unterscheiden sich aber in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften von denen derselben Stoffe in kompakter Form. Es ist bekannt, dass Industrieunfälle und Katastrophen durch Staubexplosionen verursacht werden. Materialien, die in ihrer üblichen Form nicht brennbar sind, wie z. B. Metalle, können eine Explosion in Form von mit Luft vermischtem Staub auslösen, wenn sie von einer Zündquelle, selbst von geringer Energie, beeinflusst werden. Explosionsgefahr besteht auch bei Stäuben brennbarer Stoffe.

Staub kann nicht nur beim Schweben in der Luft, sondern auch beim Absetzen eine Explosionsgefahr darstellen. In Staubschichten kann sich durch die erhöhte Reaktionsfähigkeit der Partikel und ihre geringere Wärmeleitfähigkeit Hitze ansammeln und im Inneren ein langsames Brennen entwickeln. Dann kann der Staub durch Blitze aufgewirbelt werden, und die Möglichkeit einer Staubexplosion wächst.

Schwebende Partikel in feiner Verteilung stellen eine größere Gefahr dar. Ähnlich wie die Explosionseigenschaften brennbarer Gase und Dämpfe haben auch Stäube einen speziellen Luft-Staub-Konzentrationsbereich, in dem es zu einer Explosion kommen kann. Die unteren und oberen Grenzwerte der Explosionskonzentration und die Breite des Konzentrationsbereichs hängen von der Größe und Verteilung der Partikel ab. Wenn die Staubkonzentration die höchste Konzentration überschreitet, die zu einer Explosion führt, wird ein Teil des Staubs nicht durch Feuer zerstört und absorbiert Wärme, und als Folge davon bleibt der entwickelte Explosionsdruck unter dem Maximum. Auch der Feuchtigkeitsgehalt der Luft beeinflusst das Auftreten einer Explosion. Bei höherer Luftfeuchtigkeit erhöht sich die Zündtemperatur der Staubwolke proportional zur zur Verdunstung der Luftfeuchtigkeit notwendigen Wärmemenge. Mischt man in eine Staubwolke einen inerten Fremdstaub, so wird die Explosionsfähigkeit des Staub-Luft-Gemisches herabgesetzt. Der Effekt ist derselbe, wenn Inertgase in das Luft-Staub-Gemisch gemischt werden, da die zum Verbrennen erforderliche Sauerstoffkonzentration geringer ist.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass alle Zündquellen selbst mit minimaler Zündenergie in der Lage sind, Staubwolken zu entzünden (offene Flammen, Lichtbögen, mechanische oder elektrostatische Funken, heiße Oberflächen usw.). Nach Laborversuchen ist der Energiebedarf für die Zündung von Staubwolken 20- bis 40-mal höher als bei Gemischen aus brennbaren Dämpfen und Luft.

Die Faktoren, die die Explosionsgefahr für abgesetzte Stäube beeinflussen, sind die physikalischen und wärmetechnischen Eigenschaften der Staubschicht, die Glühtemperatur des Staubs und die Zündeigenschaften der von der Staubschicht freigesetzten Zersetzungsprodukte.

Zurück

Die Geschichte lehrt uns, dass Feuer zum Heizen und Kochen nützlich waren, aber in vielen Städten große Schäden verursachten. Viele Häuser, größere Gebäude und manchmal ganze Städte wurden durch Feuer zerstört.

Eine der ersten Brandschutzmaßnahmen war die Vorgabe, alle Brände vor Einbruch der Dunkelheit zu löschen. Beispielsweise ordneten die Behörden im Jahr 872 in Oxford, England, an, bei Sonnenuntergang eine Ausgangsglocke zu läuten, um die Bürger daran zu erinnern, alle Innenbrände für die Nacht zu löschen (Bugbee 1978). Tatsächlich leitet sich das Wort Ausgangssperre aus dem Französischen ab Ausgangssperre was wörtlich „Feuer abdecken“ bedeutet.

Die Ursache von Bränden ist oft das Ergebnis menschlichen Handelns, das Brennstoff und eine Zündquelle zusammenbringt (z. B. Altpapier, das neben Heizgeräten gelagert wird, oder flüchtige brennbare Flüssigkeiten, die in der Nähe von offenen Flammen verwendet werden).

Brände erfordern Brennstoff, eine Zündquelle und einen Mechanismus, um den Brennstoff und die Zündquelle in Gegenwart von Luft oder einem anderen Oxidationsmittel zusammenzubringen. Wenn Strategien entwickelt werden können, um Brennstofflasten zu reduzieren, Zündquellen zu eliminieren oder die Wechselwirkung Brennstoff/Zündung zu verhindern, dann können Brandverluste und Todesfälle und Verletzungen von Menschen verringert werden.

In den letzten Jahren wurde der Brandschutz als eine der kostengünstigsten Maßnahmen zur Bewältigung des Brandproblems zunehmend betont. Es ist oft einfacher (und billiger), Brände zu verhindern, als sie zu kontrollieren oder zu löschen, sobald sie entstanden sind.

Veranschaulicht wird dies in der Baum der Brandschutzkonzepte (NFPA 1991; 1995a), entwickelt von der NFPA in den Vereinigten Staaten. Diese systematische Herangehensweise an Brandschutzprobleme zeigt, dass Ziele wie die Verringerung der Brandtoten am Arbeitsplatz erreicht werden können, indem die Entstehung von Bränden verhindert oder die Auswirkungen von Bränden bewältigt werden.

Brandschutz bedeutet zwangsläufig, menschliches Verhalten zu ändern. Dies erfordert eine vom Management unterstützte Brandschutzschulung unter Verwendung der neuesten Schulungshandbücher, Standards und anderer Schulungsmaterialien. In vielen Ländern werden solche Strategien gesetzlich verstärkt, wodurch Unternehmen verpflichtet werden, gesetzliche Brandschutzziele als Teil ihrer Arbeitsschutzverpflichtung gegenüber ihren Arbeitnehmern zu erfüllen.

Auf die Brandschutzerziehung wird im nächsten Abschnitt eingegangen. Inzwischen zeigt sich jedoch in Handel und Industrie eindeutig die wichtige Rolle des vorbeugenden Brandschutzes. Folgende Quellen werden international stark genutzt: Lees, Schadenverhütung in der Prozessindustrie, Bände 1 und 2 (1980); NFPA 1 – Brandschutzkodex (1992); Das Management von Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz Vorschriften (ECD 1992); und Handbuch Brandschutz der NFPA (Cote 1991). Diese werden durch viele Vorschriften, Standards und Schulungsmaterialien ergänzt, die von nationalen Regierungen, Unternehmen und Versicherungsgesellschaften entwickelt wurden, um Verluste an Leben und Eigentum zu minimieren.

Brandschutzausbildung und -praktiken

Damit ein Brandschutzerziehungsprogramm effektiv ist, muss es ein großes unternehmenspolitisches Engagement für Sicherheit und die Entwicklung eines effektiven Plans geben, der die folgenden Schritte umfasst: (a) Planungsphase – Festlegung von Zielen und Zielsetzungen; (b) Entwurfs- und Implementierungsphase; und (c) Programmevaluierungsphase – Überwachung der Wirksamkeit.

Ziele und Vorgaben

Gratton (1991) definierte in einem wichtigen Artikel zur Brandschutzerziehung die Unterschiede zwischen Zielen, Zielsetzungen und Umsetzungspraktiken oder -strategien. Ziele sind allgemeine Absichtserklärungen, von denen gesagt werden kann, dass sie am Arbeitsplatz „die Anzahl der Brände und damit Todesfälle und Verletzungen unter Arbeitnehmern sowie die finanziellen Auswirkungen auf Unternehmen verringern“.

Der menschliche und der finanzielle Teil des Gesamtziels sind nicht unvereinbar. Die moderne Praxis des Risikomanagements hat gezeigt, dass Verbesserungen der Sicherheit für Arbeitnehmer durch wirksame Praktiken zur Verlustkontrolle für das Unternehmen finanziell lohnend sein und einen Nutzen für die Gemeinschaft haben können.

Diese Ziele müssen in spezifische Brandschutzziele für bestimmte Unternehmen und ihre Mitarbeiter übersetzt werden. Diese Ziele, die messbar sein müssen, umfassen normalerweise Aussagen wie:

• Arbeitsunfälle und daraus resultierende Brände reduzieren

• Brandtote und Verletzungen reduzieren

• Sachschäden im Unternehmen reduzieren.

Für viele Unternehmen kann es zusätzliche Ziele wie die Reduzierung der Betriebsunterbrechungskosten oder die Minimierung der gesetzlichen Haftung geben.

Einige Unternehmen gehen tendenziell davon aus, dass die Einhaltung lokaler Bauvorschriften und -normen ausreicht, um sicherzustellen, dass ihre Brandschutzziele erreicht werden. Solche Vorschriften konzentrieren sich jedoch in der Regel auf die Sicherheit von Menschenleben, vorausgesetzt, es kommt zu Bränden.

Modernes Brandschutzmanagement versteht, dass absolute Sicherheit kein realistisches Ziel ist, sondern setzt messbare Leistungsziele für:

• Minimierung von Brandereignissen durch effektiven Brandschutz

• Bereitstellung wirksamer Mittel zur Begrenzung der Größe und der Folgen von Brandereignissen durch wirksame Notfallausrüstung und -verfahren

• Schließen Sie eine Versicherung ab, um sich gegen große, unvorhergesehene Brände zu schützen, insbesondere solche, die durch Naturgefahren wie Erdbeben und Buschbrände entstehen.

Design und Implementierung

Die Gestaltung und Umsetzung von Brandschutzerziehungsprogrammen zur Brandverhütung hängen entscheidend von der Entwicklung gut geplanter Strategien und der effektiven Führung und Motivation der Menschen ab. Damit ein Brandschutzprogramm erfolgreich ist, muss es eine starke und uneingeschränkte Unternehmensunterstützung für die vollständige Umsetzung geben.

Die Bandbreite der Strategien wurde von Koffel (1993) und in NFPAs identifiziert Handbuch der Brandgefahren in der Industrie (Linville 1990). Sie beinhalten:

• Förderung der Unternehmenspolitik und -strategien zum Brandschutz bei allen Mitarbeitern des Unternehmens

• Identifizierung aller potenziellen Brandszenarien und Umsetzung geeigneter Maßnahmen zur Risikominderung

• Überwachung aller lokalen Vorschriften und Standards, die den Pflegestandard in einer bestimmten Branche definieren

• Betrieb eines Verlustverwaltungsprogramms zur Messung aller Verluste zum Vergleich mit Leistungszielen

• Schulung aller Mitarbeiter in angemessenen Brandschutz- und Notfallmaßnahmen.

• Einige internationale Beispiele für Umsetzungsstrategien sind:

• Kurse der Fire Protection Association (FPA) im Vereinigten Königreich, die zum European Diploma in Fire Prevention führen (Welch 1993)

• die Gründung von SweRisk, einer Tochtergesellschaft des schwedischen Brandschutzverbandes, um Unternehmen bei der Durchführung von Risikobewertungen und der Entwicklung von Brandschutzprogrammen zu unterstützen (Jernberg 1993)

• Massive Beteiligung von Bürgern und Arbeitern am Brandschutz in Japan nach Standards, die von der Japan Fire Defense Agency entwickelt wurden (Hunter 1991)

• Brandschutzschulung in den Vereinigten Staaten durch den Einsatz von Handbuch für Brandschutzlehrer (NFPA 1983) und die Handbuch der öffentlichen Brandbekämpfung (Osterhoust 1990).

Es ist von entscheidender Bedeutung, die Wirksamkeit von Brandschutzerziehungsprogrammen zu messen. Diese Messung liefert die Motivation für die weitere Programmfinanzierung, -entwicklung und -anpassung, falls erforderlich.

Das beste Beispiel für die Überwachung und den Erfolg der Brandschutzerziehung sind wahrscheinlich die Vereinigten Staaten. Das Lerne nicht zu brennen^Ò Programm, das darauf abzielt, junge Menschen in Amerika über die Gefahren des Feuers aufzuklären, wurde von der Public Education Division der NFPA koordiniert. Überwachung und Analyse im Jahr 1990 identifizierten insgesamt 194 gerettete Leben als Ergebnis angemessener Lebensschutzmaßnahmen, die in Brandschutzerziehungsprogrammen erlernt wurden. Etwa 30 % dieser geretteten Leben sind direkt auf die zurückzuführen Lerne nicht zu brennen^Ò Programm.

Die Einführung von Rauchmeldern für Privathaushalte und Brandschutzerziehungsprogramme in den Vereinigten Staaten wurden auch als Hauptgründe für die Verringerung der Todesfälle durch Brandstiftung in diesem Land von 6,015 im Jahr 1978 auf 4,050 im Jahr 1990 genannt (NFPA 1991).

Industrielle Haushaltspraktiken

Auf industriellem Gebiet ist Lees (1980) eine internationale Autorität. Er wies darauf hin, dass in vielen Branchen heute das Potenzial für sehr große Verluste an Menschenleben, schweren Verletzungen oder Sachschäden weitaus größer ist als in der Vergangenheit. Besonders in der petrochemischen und nuklearen Industrie kann es zu großen Bränden, Explosionen und toxischen Freisetzungen kommen.

Brandvermeidung ist daher der Schlüssel zur Minimierung der Brandentstehung. Moderne Industrieanlagen können durch gut geführte Programme gute Brandschutzbilanzen erzielen:

• Hauswirtschafts- und Sicherheitsinspektionen

• Brandschutzschulung für Mitarbeiter

• Wartung und Reparatur von Geräten

• Sicherheit und Brandverhütung (Blye und Bacon 1991).

Ein nützlicher Leitfaden zur Bedeutung der Haushaltsführung für den Brandschutz in Gewerbe- und Industriegebäuden wird von Higgins (1991) in den NFPAs gegeben Handbuch Brandschutz.

Der Wert einer guten Haushaltsführung bei der Minimierung brennbarer Lasten und bei der Verhinderung der Exposition gegenüber Zündquellen wird in modernen Computerwerkzeugen anerkannt, die zur Bewertung von Brandrisiken in Industriegebäuden verwendet werden. Die FREM-Software (Fire Risk Evaluation Method) in Australien identifiziert die Haushaltsführung als einen Schlüsselfaktor für die Brandsicherheit (Keith 1994).

Ausrüstung zur Wärmenutzung

Wärmenutzungsanlagen in Gewerbe und Industrie umfassen Öfen, Hochöfen, Brennöfen, Dehydratoren, Trockner und Abschrecktanks.

Bei den NFPAs Handbuch der Brandgefahren in der Industrie, Simmons (1990) identifizierte die Brandprobleme bei Heizgeräten wie folgt:

1. die Möglichkeit, in der Nähe gelagerte brennbare Materialien zu entzünden
2. Kraftstoffgefahren durch unverbrannten Kraftstoff oder unvollständige Verbrennung
3. Überhitzung, die zum Geräteausfall führt
4. Entzündung von brennbaren Lösungsmitteln, Feststoffen oder anderen verarbeiteten Produkten.

Diese Brandprobleme können durch eine Kombination aus guter Haushaltsführung, ordnungsgemäßen Kontrollen und Verriegelungen, Bedienerschulung und -prüfung sowie Reinigung und Wartung in einem effektiven Brandschutzprogramm überwunden werden.

Ausführliche Empfehlungen für die verschiedenen Kategorien von Wärmenutzungsgeräten sind in den NFPAs festgelegt Handbuch Brandschutz (Cote 1991). Diese sind unten zusammengefasst.

Öfen und Öfen

Brände und Explosionen in Öfen und Hochöfen resultieren typischerweise aus dem verwendeten Brennstoff, aus flüchtigen Substanzen, die durch das Material im Ofen bereitgestellt werden, oder durch eine Kombination aus beidem. Viele dieser Öfen oder Öfen arbeiten bei 500 bis 1,000 °C, was weit über der Zündtemperatur der meisten Materialien liegt.

Öfen und Öfen erfordern eine Reihe von Steuerungen und Verriegelungen, um sicherzustellen, dass sich unverbrannte Brenngase oder Produkte unvollständiger Verbrennung nicht ansammeln und entzündet werden können. Typischerweise entwickeln sich diese Gefahren während des Anfeuerns oder während des Abschaltvorgangs. Daher ist eine spezielle Schulung erforderlich, um sicherzustellen, dass die Bediener immer die Sicherheitsverfahren befolgen.

Nicht brennbare Gebäudekonstruktionen, Trennung von anderen Geräten und brennbaren Materialien und irgendeine Art von automatischer Feuerunterdrückung sind normalerweise wesentliche Elemente eines Brandschutzsystems, um eine Ausbreitung zu verhindern, falls ein Feuer ausbrechen sollte.

Öfen

Brennöfen werden zum Trocknen von Holz (Lataille 1990) und zum Verarbeiten oder „Brennen“ von Tonprodukten (Hrbacek 1984) verwendet.

Auch dieses Hochtemperaturgerät stellt eine Gefahr für seine Umgebung dar. Richtiges Trennungsdesign und gute Haushaltsführung sind unerlässlich, um Brände zu verhindern.

Holzöfen, die zum Trocknen von Holz verwendet werden, sind zusätzlich gefährlich, da das Holz selbst eine hohe Brandlast darstellt und oft nahe seiner Zündtemperatur erhitzt wird. Brennöfen müssen unbedingt regelmäßig gereinigt werden, um zu verhindern, dass sich kleine Holzstücke und Sägespäne ansammeln, damit diese nicht mit den Heizgeräten in Berührung kommen. Bevorzugt werden Brennöfen aus feuerfestem Baustoff, ausgestattet mit automatischen Sprinkleranlagen und ausgestattet mit hochwertigen Lüftungs-/Umluftsystemen.

Dehydratoren und Trockner

Diese Ausrüstung wird verwendet, um den Feuchtigkeitsgehalt von landwirtschaftlichen Produkten wie Milch, Eiern, Getreide, Samen und Heu zu reduzieren. Die Trockner können direkt befeuert werden, wobei die Verbrennungsprodukte in diesem Fall mit dem zu trocknenden Material in Kontakt kommen, oder sie können indirekt befeuert werden. In jedem Fall sind Steuerungen erforderlich, um die Wärmezufuhr bei Übertemperatur oder Brand in Trockner, Abluft- oder Förderanlage oder Ausfall von Umluftgebläsen abzuschalten. Auch hier ist eine angemessene Reinigung erforderlich, um die Ansammlung von Produkten zu verhindern, die sich entzünden könnten.

Abschrecktanks

Die allgemeinen Grundsätze des Brandschutzes von Abschrecktanks werden von Ostrowski (1991) und Watts (1990) identifiziert.

Der Prozess des Abschreckens oder kontrollierten Abkühlens findet statt, wenn ein erhitzter Metallgegenstand in einen Tank mit Abschrecköl getaucht wird. Der Prozess wird durchgeführt, um das Material durch metallurgische Veränderung zu härten oder zu tempern.

Die meisten Abschrecköle sind Mineralöle, die brennbar sind. Sie müssen für jede Anwendung sorgfältig ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass die Zündtemperatur des Öls beim Eintauchen der heißen Metallteile über der Betriebstemperatur des Tanks liegt.

Es ist wichtig, dass das Öl nicht an den Seiten des Tanks überläuft. Daher sind Füllstandskontrollen und geeignete Abflüsse unerlässlich.

Das teilweise Eintauchen heißer Gegenstände ist die häufigste Ursache für Brände in Löschtanks. Dies kann durch entsprechende Materialübergabe- oder Fördereinrichtungen verhindert werden.

Ebenso müssen geeignete Kontrollen vorgesehen werden, um übermäßige Öltemperaturen und das Eindringen von Wasser in den Tank zu vermeiden, was zu Überkochen und größeren Bränden in und um den Tank herum führen kann.

Zum Schutz der Tankoberfläche werden häufig spezielle automatische Feuerlöschsysteme wie Kohlendioxid oder Trockenlöschmittel eingesetzt. Über Kopf ist ein automatischer Sprinklerschutz des Gebäudes wünschenswert. In einigen Fällen ist auch ein besonderer Schutz von Bedienern erforderlich, die in der Nähe des Tanks arbeiten müssen. Häufig werden Wassersprühsysteme zum Expositionsschutz für Arbeiter bereitgestellt.

Vor allem ist eine angemessene Schulung der Arbeiter in Notfallmaßnahmen, einschließlich der Verwendung von tragbaren Feuerlöschern, von wesentlicher Bedeutung.

Chemische Prozessausrüstung

Operationen zur chemischen Veränderung der Natur von Materialien waren oft die Quelle größerer Katastrophen, die schwere Anlagenschäden und Tod und Verletzung von Arbeitern und umliegenden Gemeinden verursachten. Risiken für Leben und Eigentum bei Zwischenfällen in chemischen Prozessanlagen können durch Brände, Explosionen oder die Freisetzung giftiger Chemikalien entstehen. Die Zerstörungsenergie stammt oft aus unkontrollierter chemischer Reaktion von Prozessmaterialien, Verbrennung von Brennstoffen, die zu Druckwellen oder hoher Strahlung und fliegenden Raketen führen, die auf große Entfernungen Schaden anrichten können.

Anlagenbetrieb und Ausrüstung

Die erste Stufe des Entwurfs besteht darin, die beteiligten chemischen Prozesse und ihr Potenzial zur Energiefreisetzung zu verstehen. Lees (1980) in seinem Schadenverhütung in der Prozessindustrie legt die erforderlichen Schritte im Detail fest, darunter:

• richtiges Prozessdesign

• Untersuchung von Ausfallmechanismen und Zuverlässigkeit

• Gefahrenidentifikation und Sicherheitsaudits

• Gefährdungsbeurteilung – Ursache/Folgen.

• Bei der Bewertung der Gefährdungsgrade sind zu prüfen:

• potenzielle Emission und Verbreitung von Chemikalien, insbesondere giftigen und kontaminierenden Stoffen

• Auswirkungen von Brandstrahlung und Ausbreitung von Verbrennungsprodukten

• Folgen von Explosionen, insbesondere Druckstößen, die andere Anlagen und Gebäude zerstören können.

Weitere Einzelheiten zu Prozessgefahren und deren Beherrschung finden Sie in Betriebsrichtlinien für das technische Management der chemischen Prozesssicherheit (AIChE 1993); Gefährliche Eigenschaften von Industriematerialien in Sax (Lewis 1979); und die NFPAs Handbuch der Brandgefahren in der Industrie (Linville 1990).

Standort- und Expositionsschutz

Sobald die Gefahren und Folgen von Bränden, Explosionen und toxischen Freisetzungen identifiziert wurden, kann die Standortwahl für chemische Prozessanlagen vorgenommen werden.

Auch hier lieferten Lees (1980) und Bradford (1991) Richtlinien zur Standortwahl von Pflanzen. Anlagen müssen von umliegenden Gemeinden ausreichend getrennt sein, um sicherzustellen, dass diese Gemeinden nicht von einem Industrieunfall betroffen sein können. Die Technik der quantitativen Risikobewertung (QRA) zur Bestimmung von Trennungsabständen ist weit verbreitet und bei der Planung chemischer Prozessanlagen gesetzlich vorgeschrieben.

Die Katastrophe im indischen Bhopal im Jahr 1984 zeigte die Folgen einer zu nahen Ansiedlung einer Chemiefabrik: Über 1,000 Menschen kamen bei einem Industrieunfall durch giftige Chemikalien ums Leben.

Das Vorsehen von Trennräumen rund um Chemieanlagen ermöglicht auch einen leichten Zugang für die Brandbekämpfung von allen Seiten, unabhängig von der Windrichtung.

Chemieanlagen müssen einen Expositionsschutz in Form von explosionsgeschützten Kontrollräumen, Arbeiterunterkünften und Brandbekämpfungsausrüstung bieten, um sicherzustellen, dass die Arbeiter geschützt sind und dass nach einem Zwischenfall eine wirksame Brandbekämpfung durchgeführt werden kann.

Auslaufkontrolle

Das Verschütten von brennbaren oder gefährlichen Materialien sollte durch geeignetes Prozessdesign, ausfallsichere Ventile und geeignete Detektions-/Kontrollgeräte gering gehalten werden. Wenn jedoch große Verschüttungen auftreten, sollten sie auf Bereiche beschränkt werden, die von Mauern umgeben sind, manchmal aus Erde, wo sie bei Entzündung harmlos brennen können.

Brände in Entwässerungssystemen sind häufig, und Abflüssen und Abwassersystemen muss besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Gefahren durch Wärmeübertragung

Geräte, die Wärme von einer heißen Flüssigkeit auf eine kühlere übertragen, können in Chemieanlagen eine Brandquelle darstellen. Lokal zu hohe Temperaturen können Zersetzung und Ausbrennen vieler Materialien verursachen. Dies kann manchmal zum Bersten der Wärmeübertragungsausrüstung und zum Übergang von einem Fluid in ein anderes führen, was eine unerwünschte heftige Reaktion verursacht.

Ein hohes Maß an Inspektion und Wartung, einschließlich der Reinigung von Wärmeübertragungsgeräten, ist für einen sicheren Betrieb unerlässlich.

Reaktoren

Reaktoren sind die Gefäße, in denen die gewünschten chemischen Prozesse ablaufen. Sie können kontinuierlich oder diskontinuierlich sein, erfordern jedoch besondere Aufmerksamkeit beim Design. Behälter müssen so ausgelegt sein, dass sie Drücken standhalten, die aus Explosionen oder unkontrollierten Reaktionen resultieren können, oder müssen alternativ mit geeigneten Druckentlastungsvorrichtungen und manchmal Notentlüftungen versehen sein.

Zu den Sicherheitsmaßnahmen für chemische Reaktoren gehören:

• geeignete Instrumente und Kontrollen, um potenzielle Vorfälle zu erkennen, einschließlich redundanter Schaltungen

• hochwertige Reinigung, Inspektion und Wartung der Ausrüstung und der Sicherheitskontrollen

• angemessene Schulung der Bediener in Bezug auf Kontrolle und Notfallmaßnahmen

• geeignete Brandbekämpfungsausrüstung und Brandbekämpfungspersonal.

Schweißen und Schneiden

Die Factory Mutual Engineering Corporation (FM) Datenblatt zur Schadensverhütung (1977) zeigt, dass fast 10 % der Verluste an Industrieimmobilien auf Vorfälle zurückzuführen sind, bei denen Materialien, im Allgemeinen Metalle, geschnitten und geschweißt werden. Es ist klar, dass die hohen Temperaturen, die zum Schmelzen der Metalle während dieser Vorgänge erforderlich sind, Brände auslösen können, ebenso wie die bei vielen dieser Prozesse erzeugten Funken.

Das FM Datenblatt (1977) weist darauf hin, dass die am häufigsten von Schweiß- und Schneidbränden betroffenen Materialien brennbare Flüssigkeiten, ölhaltige Ablagerungen, brennbare Stäube und Holz sind. Zu den Industriebereichen, in denen Unfälle am wahrscheinlichsten sind, gehören Lagerbereiche, Baustellen, Anlagen, die repariert oder umgebaut werden, und Abfallentsorgungssysteme.

Funken beim Schneiden und Schweißen können oft bis zu 10 m weit fliegen und sich in brennbaren Materialien festsetzen, wo Schwel- und später Flammenbrände entstehen können.

Elektrische Prozesse

Lichtbogenschweißen und Lichtbogenschneiden sind Beispiele für Prozesse, bei denen Elektrizität verwendet wird, um den Lichtbogen bereitzustellen, der die Wärmequelle zum Schmelzen und Verbinden von Metallen darstellt. Funkenblitze sind üblich, und der Schutz der Arbeiter vor Stromschlägen, Funkenüberschlägen und intensiver Lichtbogenstrahlung ist erforderlich.

Oxy-Fuel-Gas-Prozesse

Dieser Prozess nutzt die Verbrennungswärme des Brenngases und des Sauerstoffs, um Flammen mit hoher Temperatur zu erzeugen, die die zu verbindenden oder zu schneidenden Metalle schmelzen. Manz (1991) weist darauf hin, dass Acetylen wegen seiner hohen Flammentemperatur von etwa 3,000 °C das am weitesten verbreitete Brenngas ist.

Das Vorhandensein von Kraftstoff und Sauerstoff unter hohem Druck stellt eine erhöhte Gefahr dar, ebenso wie das Austreten dieser Gase aus ihren Speicherzylindern. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass viele Materialien, die an Luft nicht oder nur langsam brennen, in reinem Sauerstoff heftig brennen.

Schutzmaßnahmen und Vorsichtsmaßnahmen

Gute Sicherheitspraktiken werden von Manz (1991) in der NFPA identifiziert Handbuch Brandschutz.

Zu diesen Sicherheitsvorkehrungen und Vorsichtsmaßnahmen gehören:

• ordnungsgemäße Konstruktion, Installation und Wartung von Schweiß- und Schneidausrüstung, insbesondere Lagerung und Dichtheitsprüfung von Kraftstoff- und Sauerstoffflaschen

• ordnungsgemäße Vorbereitung der Arbeitsbereiche, um jede Möglichkeit einer versehentlichen Entzündung umgebender Brennstoffe auszuschließen

• strenge Managementkontrolle über alle Schweiß- und Schneidprozesse

• Schulung aller Bediener in sicheren Praktiken

• geeignete feuerfeste Kleidung und Augenschutz für Bediener und in der Nähe befindliche Arbeiter

• ausreichende Belüftung, um zu verhindern, dass Bediener oder in der Nähe befindliche Arbeiter schädlichen Gasen und Dämpfen ausgesetzt werden.

Beim Schweißen oder Schneiden von Tanks oder anderen Behältern, die brennbare Materialien enthalten haben, sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Ein nützlicher Leitfaden ist der der American Welding Society Empfohlene sichere Praktiken für die Vorbereitung zum Schweißen und Schneiden von Behältern, die gefährliche Substanzen enthalten haben (1988).

Für Bauarbeiten und Umbauten eine britische Veröffentlichung, Loss Prevention Council's Brandschutz auf Baustellen (1992) ist hilfreich. Es enthält ein Muster einer Heißarbeitserlaubnis zur Überwachung von Schneid- und Schweißarbeiten. Dies wäre für die Verwaltung in jedem Werk oder Industriestandort nützlich. Eine ähnliche Mustergenehmigung ist im FM enthalten Datenblatt über Schneiden und Schweißen (1977).

Blitzschutz

Blitze sind in vielen Ländern der Welt eine häufige Ursache für Brände und den Tod von Menschen. Beispielsweise sterben jedes Jahr etwa 240 US-Bürger an den Folgen eines Blitzschlags.

Ein Blitz ist eine Form der elektrischen Entladung zwischen geladenen Wolken und der Erde. Das FM Datenblatt (1984) über Blitze weist darauf hin, dass Blitzeinschläge zwischen 2,000 und 200,000 A infolge einer Potentialdifferenz von 5 bis 50 Millionen V zwischen Wolken und Erde liegen können.

Die Häufigkeit von Blitzen variiert zwischen Ländern und Gebieten, abhängig von der Anzahl der Gewittertage pro Jahr für den Ort. Der Schaden, den Blitze verursachen können, hängt stark von der Bodenbeschaffenheit ab, wobei in Gebieten mit hohem Erdwiderstand größere Schäden auftreten.

Schutzmaßnahmen – Gebäude

Die NFPA 780 Norm für die Installation von Blitzschutzsystemen (1995b) legt die Gestaltungsanforderungen für den Schutz von Gebäuden fest. Während die genaue Theorie der Blitzentladungen noch untersucht wird, besteht das Grundprinzip des Schutzes darin, ein Mittel bereitzustellen, mit dem eine Blitzentladung in die Erde eindringen oder diese verlassen kann, ohne das zu schützende Gebäude zu beschädigen.

Blitzsysteme haben also zwei Funktionen:

• um die Blitzentladung abzufangen, bevor sie das Gebäude trifft

• einen ungefährlichen Entladungspfad zur Erde bereitstellen.

• Dazu müssen Gebäude ausgestattet sein mit:

• Blitzableiter oder Masten

• Ableiter

• gute Masseverbindungen, typischerweise 10 Ohm oder weniger.

Weitere Einzelheiten zur Bemessung des Blitzschutzes für Gebäude liefert Davis (1991) in der NFPA Handbuch Brandschutz (Cote 1991) und im British Standards Institute Verhaltenskodex (1992).

Freileitungen, Transformatoren, Außenstationen und andere elektrische Anlagen können durch direkte Blitzeinschläge beschädigt werden. Elektrische Übertragungseinrichtungen können auch induzierte Spannungs- und Stromstöße aufnehmen, die in Gebäude eindringen können. Brände, Sachschäden und ernsthafte Betriebsunterbrechungen können die Folge sein. Überspannungsableiter sind erforderlich, um diese Spannungsspitzen durch wirksame Erdung zur Erde abzuleiten.

Die zunehmende Verwendung von empfindlicher Computerausrüstung in Handel und Industrie hat den Betrieb in vielen Gebäuden empfindlicher gegenüber transienten Überspannungen gemacht, die in Strom- und Kommunikationskabeln induziert werden. Ein angemessener Überspannungsschutz ist erforderlich und spezielle Anleitungen finden sich im British Standards Institute BS 6651:1992, Der Schutz von Bauwerken vor Blitzschlag.

Wartung

Die ordnungsgemäße Wartung von Blitzschutzsystemen ist für einen wirksamen Schutz unerlässlich. Besonderes Augenmerk ist auf Masseverbindungen zu legen. Wenn sie nicht wirksam sind, sind Blitzschutzsysteme unwirksam.

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