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Experimentalvortag -Brand und Explosionen-


Brände und Explosionen führen sowohl im industriellen als auch im privaten Bereich immer wieder zu schweren Schadensereignissen und fordern meist Menschenleben. So geht der Gesamtverband der deutschen Versicherungswirtschaft in Deutschland von durchschnittlich 200 Großbränden pro Jahr aus. Dadurch ergibt sich eine Brandschadensumme von mehreren Milliarden Euro.


Der Experimentalvortag „Brände und Explosionen“ an der Bayreuther Universität sollte vor allem Professoren, Studenten, Schülern, aber auch Personen, die im explosionsgefährdenden Sektoren tätig sind, für die Frage des Brand- und Explosionsschutzes sensibilisieren. Mit der Kenntnis über die elementaren Zusammenhänge des Gefahrendreiecks (brennbare Stoffe, Luft/Sauerstoff, Zündquellen) bzw. des Gefahrentetraeders (vierte Bedingung: Mischungsverhältnis brennbarer Stoffe und Luft) lassen sich folglich Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Bränden und Explosionen ableiten. Doch diese und weitere Informationen brachte uns der Professor Dr. Bernd Scheel nicht in einer „trockenen“ Vorlesung näher. Im Gegenteil! Durch viele illustrative Beispiele von Unfällen, Explosionen, Bränden, ... und durch seine humorvolle Art lockerte er nicht nur dieses eigentlich ernste Thema auf, sondern ließ uns Zuhörer mit einem sichereren Gefühl nach Hause gehen. Doch bevor wir über das Ende reden wollen, geht es erst zurück zum Anfang.



Zu Beginn demonstrierte der Professor mithilfe der Knallgasprobe an einem Luftballon (2H2 + O2 + 2H2O), dass wir uns mit einem Volumen unter 10 Liter noch im Bereich der „Verpuffung“ (≙ kleine Explosion) befinden und somit unter einer höchst gefahrendrohenden Menge bewegen. Mögliche Zündquellen für Brände und Explosionen ist zum einen die offene Flamme oder Glut. So führte beispielsweise eine nicht sicherheitsgerechte Schweißarbeit in der Uni-Klinik Würzburg am 25.01.2008 in einem „vollgestopften“ Dachgeschoss schnell zu einem massiven Brand. Eine andere Zündquelle ist der mechanisch erzeugte Funken. Wie schon zu vermuten ist, haben ein „acetonleeres“ Fass und zusammen mit einer Flex in einer Werkstatt oftmals kein gutes Ende genommen („In leeren Fässern lauert der Tod!“). Elektrische Funken werden oftmals unterschätzt. So reichen einfache Topfreiniger und eine alte Batterie im Mülleimer und schon brennt die Küche lichterloh. Bei der Entstehung von Bränden und Explosionen spielt zusätzlich die Sauerstoffkonzentration eine wichtige Rolle. Denn erniedrigt man den Sauerstoffgehalt ist keine Verbrennung oder Explosion möglich. Das Prinzip von Löschmaßnahmen beruht deshalb immer auf einer

Erniedrigung der Sauerstoffkonzentration oder Sauerstoffverdrängung. Jedoch muss man besonders beim Gebrauch von CO2 -Löschanlagen Acht geben. Ab einer CO2 – Konzentration von 5 Vol.-% ist mit Gesundheitsschäden zu rechnen, ab 8 Vol.-% besteht Lebensgefahr. Dies bestätigte die Tunnelkatastrophe der Gletscherbahn Kaprun 2 im Jahr 2000 auf tragische Weise. Der im Tunnel feststeckende Zug fing aufgrund eines Hydraulikfehlers Feuer. 150 der 162 Passagiere versuchten dem Feuer zu entkommen, indem sie bergauf kletterten. Dabei gerieten sie in toxische Dämpfe/Gase, die beim Abbrennen des Zuges entstanden sind und starben schließlich an einer Rauchgasvergiftung. Nur 12 Personen entschieden sich bergab zu steigen und überlebten diese Katastrophe. Zudem ist erwähnenswert, dass Kohlendioxid als Löschmittel Metallbrände unterstützt.

Gleichzeitig führt die Erhöhung der O2- Konzentration in der Luft um nur 3% zu einem erheblichen Anstieg der Abbrandgeschwindigkeit (um ca. das Dreifache). Sauerstoffkonzentrationen über 21 Vol.-% können in Arbeitsbereichen z.B. durch undichte Sauerstoffleitungen oder -armaturen auftreten. Ein weit verbreiteter Irrglaube ist das Abblasen von Berufskleidung mittels Druckluftpistolen oder gar Sauerstoff. Mit Sauerstoff angereicherter Berufskleidung aber auch Schweißschutzkleidung verbrennt genauso rückstandslos wie eine brennende Zigarette, die in Sauerstoff eingeführt wird.
Unter anderem brachte der Professor uns die brennbaren Stoffe näher. Eingeleitet wurde der Punkt mit der Aufzählung der verschiedenen Brandklassen. A steht für Feststoffe, wie Papier oder Holz, dessen Brände mit Hilfe von Wasser, Schaum oder einer Löschdecke gelöscht werden können. Als Beispiel diente uns in der Vorlesung ein Experiment mit Holzstaub. Zunächst lag der Holzstaub ganz ruhig auf dem Boden einer kleinen Kiste. In dieser Kiste gab es natürlich auch „ganz normalen“ Sauerstoff, womit die ersten Schritte zu einer Holzstaubexplosion getätigt wurden. Als man eine Flamme in die Kiste brachte geschah zuerst nichts, doch als man den feinen Staub aufwirbelte kam es zu einer Verpuffung des Staubes und somit zu einer Staubexplosion. Stäube sind dann explosionsfähig, wenn sie einen Partikeldurchmesser kleiner 100 μm und eine Feuchtigkeit kleiner 50% haben. Je feuchter die Umgebung bzw. der Staub ist, desto träger und schwacher ist die reaktion. Das Brandverhalten dieser Stäube wird mit Hilfe von Brandzahlen (BZ) bestimmt, wobei es bei BZ 1-3 keine Ausbreitung eines Brandes gibt, sondern erst ab den BZ 4-6. Die untere Explosionsgrenze (UEG) liegt bei ca. 20-50g/m , was bedeutet, dass diese kleine Menge an Staub ausreicht um eine Explosion in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auszulösen. Somit wird für eine sichere Umgebung ein sauberer Arbeitsplatz vorhergesehen, um Explosionen oder gar Brände zu vermeiden.

Flüssige Stoffe zählen zur Brandklasse B, als Beispiele dienen Benzin, Ethanol oder Wachs. Sollte ein Brand durch solche Flüssigkeiten verursacht werden, sollte man diesen mit Schaum oder Kohlenstoffdioxid löschen. Dämpfe brennbarer Flüssigkeiten sind ausschließlich schwerer als Luft. So können sie sich am Boden sammeln und gegebenenfalls zu einer Rückzündung führen. Bei Flüssigkeiten ist der Flammpunkt von hoher Bedeutung. Dieser gibt die niedrigste Temperatur an, bei welcher der Dampf der Flüssigkeit mit dem Sauerstoff ein zündfähiges Gemisch bildet, welches erst bei einem ausreichenden Volumen des Gemischs explodiert. Liegt die Temperatur über dem Flammpunkt entsteht eine explosionsfähige Atmosphäre. Dies kann vermieden werden, wenn die Oberfläche der Flüssigkeit 5-15°C unter dem Flammpunkt liegt. Auch werden entzündbare Flüssigkeiten in Kategorien eingestuft. Zu Kategorie 1 gehören Flüssigkeiten, die einen Flammpunkt unter 23°C haben und dessen Siedebeginn unter 35°C liegt. Flüssigkeiten, die auch einen Flammpunkt unter 23°C haben, aber deren Siedepunkt über 35°C ist, werden zur Kategorie 2 gezählt. Schließlich gehören zu Kategorie 3 Flüssigkeiten, welche einen Siedepunkt zwischen 23°C und 60°C haben. Ebenfalls wichtig sind die Explosionsgrenzen von brennbaren Stoffen. Die untere Explosionsgrenze ist die niedrigste Konzentration, bei der eine Entzündung und eine Flammenausbreitung beobachtet werden kann, wobei die UEG etwas unterhalb des Flammpunktes einer brennbaren Flüssigkeit liegt. Bei der oberen Explosionsgrenze – höchste Konzentration – kann man gerade noch eine Entzündung und Flammenausbreitung beobachten. Dazwischen liegt der Explosionsbereich, in welchem die brennbare Flüssigkeit bei einer Zündung eine Explosion verursacht. Zum Erreichen der UEG führen zum Beispiel folgende Mengen einer brennbaren Flüssigkeit: in einem 500-ml-Gefäß reichen drei Tropfen, in einem 20-l-Kanister zwei bis drei ml und in einem 200-l-Fass 20 ml bzw. 2 cl. So können aus 500ml einer brennbaren Flüssigkeit 4000l explosionsfähige Atmosphäre entstehen, womit eine höhere Sicherheit auf Arbeitsplätzen mit solchen Flüssigkeiten von großer Bedeutung sind. Es gab bereits viele Fälle, bei welchen Mitarbeiter an Fässern, die zuvor brennbare Flüssigkeiten beinhalteten, schweißten oder flexten, was zu einem großen Brand führte, da leere Fässer, welche aber nicht sorgfältig gereinigt worden sind, immer noch explosionsfähige Atmosphäre enthalten. Auch wurden Brände verschlimmert als nicht mit Wasser mischbare brennbare Flüssigkeiten mit Wasser gelöscht werden sollten. Dies führte zu einer Brandausbreitung, da die Flüssigkeit auf der Wasseroberfläche aufschwamm.

Zur Brandklasse C zählen Gase, zum Beispiel Wasserstoff, Methan oder Erdgas. Brände durch diese Klasse ausgelöst sollten mit ABC-Pulver gelöscht werden und auch nur dann, wenn die Gaszufuhr abgedreht wird. Gase können leichter als Luft – Wasserstoff, Acetylen, Methan sein oder aber auch schwerer – Propan, Butan, Silan. Ihren relativen Gasdichten entsprechend sammeln sie sich entweder im Decken- oder Fußbodenbereich. Die relative Gasdichte der Luft liegt bei 1, die von Wasserstoff bei 0,070 und die von Ethan bei 1,050. Auch bei Gasen besteht die Gefahr einer Rückzündung, welches wir bei einem Experiment betrachten durften. In einer Zick-Zack-Apparatur wurde das H2/CH4-Gemisch zunächst oben angezündet, wodurch eine kleine Flamme zu brennen begann. Als die Flamme von Zeit zu Zeit erlosch konnte man beobachten, wie die Flamme die Apparatur langsam zurückwanderte. Als das Gasgemisch von der Flamme erreicht wurde, kam es zu einer Verpuffung.

Klasse D steht für Metalle – Aluminium, Magnesium, etc. - dessen Brände mit Hilfe von Metallbrandpulver, trockenem Sand o.ä. Beseitigt werden sollten. Zur letzten Brandklasse F gehören die Fette, in Form von Speiseölen-/fetten, wobei die Brände mit geeigneten Löschsprays gelöscht werden sollten. Bei den Brandklassen D und F darf zum Löschen jedoch kein Wasser verwendet werden. Da die Dichte des Wassers höher ist als die des Fettes sinkt es zunächst auf den Boden. Bei Fetten sind die Temperaturen bei einem Feuer bereits mehr als 100°C heiß und eine Zugabe von Wasser führt zu einer sofortigen Verdampfung, was bedeutet, dass sich das Volumen des Wassers stark ausdehnt und das brennende Fett in die Höhe sprengt. Dieses Phänomen bezeichnet man auch als Fettexplosion. Bei Metallbränden werden ebenfalls sehr hohe Temperaturen erreicht, sodass bei Zugabe von Wasser dieses sich in seine Bestandteile – Wasserstoff und Sauerstoff – aufspaltet und es somit zu einer Knallgasexplosion kommen kann. Zum Schluss beriet uns der Professor zu Schutzmaßnahmen bei Bränden und Explosionen. Zunächst wurde etwas zum Brandschutz erzählt, bei welchem es einerseits den vorbeugenden und andererseits den abwehrenden Brandschutz gibt. Der vorbeugende Brandschutz wird nochmal in baulichen, technischen und organisatorischen Brandschutz untergliedert. Beim baulichen Brandschutz ist es wichtig auf die Baustoffe und Bauteile zu achten. Auch die Brandabschnitte sollten gesichert werden und vor allem mit größter Sorgfalt und Ruhe gelöscht werden, da es sonst zu einer Rückzündung kommen kann und man schließlich von Feuer umgeben wird. Am besten löscht man in Windrichtung und setzt dabei auch viele Löscher gleichzeitig ein und nicht nacheinander. Natürlich müssen Flucht- und Rettungswege geschaffen werden. Ebenfalls muss die Löschwasserrückhaltung eingehalten werden, da es sonst zur Verunreinigung oder Vergiftung von Gewässern kommen kann, womit das Löschwasser durch ,,Löschwasser-Rückhalteeinrichtungen”, wie große Wannen, eingefangen werden muss. Technischer Brandschutz erfolgt durch Brandmeldeanlagen oder durch Löschgeräte bzw. Jegliche Einrichtungen. Der organisatorische Brandschutz legt Wert auf eine Brandschutzordnung in z.B. Einem Betrieb, auf einen Feuerwehrplan, welcher den

Einsatzkräften zur schnellen Orientierung dienen sollte und auf einen Notfall- und Alarmplan. Auch ist ein Flucht- und Rettungsplan zu beachten, wobei die Windrichtung bei der Festlegung von Sammelplätzen mit in den Plan eingetragen werden sollte.

Der abwehrende Brandschutz wird ebenfalls unterteilt, und zwar in betrieblichen Brandschutz und in öffentlichen Brandschutz. Der betriebliche Brandschutz beschäftigt sich mit dem Geschehen selbst, d.h. Eine Werkfeuerwehr sollte neben der Berufsfeuerwehr alarmiert werden, ein Brandschutzbeauftragter sollte auch vom Arbeitgeber gestellt sein und ein Ersthelfer bzw. Ein Sanitäter sollte stets an der Seite einer Firma stehen. Der öffentliche Brandschutz bezieht sich dann eher auf das Geschehen von außen, sei es durch die Feuerwehr oder die allgemeine Löschwasserversorgung.
Auch wurden wir zum Explosionsschutz informiert welcher ebenfalls zunächst untergliedert ist. Zuerst beschäftigt man sich mit der Explosionsgefahr, wie man sie erkennt und verhindert. Als erster Schritt sollte man klären, ob eine explosionsfähige Atmosphäre überhaupt entstehen kann. Dann sollte man die Explosionsschutzmaßnahmen durchgehen: Es müssen brennbare Stoffe vorhanden sein; es muss geklärt werden, ob durch eine Luftverteilung ein explosionsfähiges Gemisch entsteht; eine Abschätzung von Quellen und Mengen explosionsfähiger Atmosphäre ist erforderlich; zuletzt muss die Bildung explosionsfähiger Atmosphäre möglich sein. Sind die Schritte abgeklärt, sollte man zunächst eine weitere Ausbreitung der Gefährlichen Explosionsfähigen Atmosphäre (GEA) vermeiden, in dem man lüftet oder eine Inertisierung vornimmt, d.i. Die Verdrängung von Luftsauerstoff durch ein Inertgas, z.B. Stickstoff. Auch eine Konzentrationsbegrenzung ist erforderlich, um den Explosionsbereich gar nicht erst zu erreichen. Wiederum sind Explosionsschutzmaßnahmen erforderlich: Bildung von GEA soweit wie möglich einschränken; zu klären bleibt, ob die Bildung von GEA völlig verhindert ist. Als nächster Schritt gilt die Zoneneinteilung und das Vermeiden wirksamer Zündquellen, bei welchen weitere Explosionsschutzmaßnahmen zur Unterteilung in die besagten Zonen nötig sind. Als letzter Punkt gilt es den konstrultiven Explosionsschutz zu beachten, wobei eine explosionsfeste Bauweise, Explosionsdruckentlastung, Explosionsunterdrückung und ein Verhindern der Flammen- und Explosionsübertragung von Nöten sind.

Leider gab es ausreichend viele Menschen, die diese Vorsichtsmaßnahmen nicht beachteten. Der Professor zeigte uns seine Favoriten:

Platz 3: Nürnberg 2003, bei einer Tankkontrolle seines Motorrads hatte er leider keine Taschenlampe dabei, sondern nur ein Feuerzeug. Der Rest ist dann wohl selbsterklärend...
Platz 2: Nach einer Fehlbetankung von Benzin statt Diesel beschloss derjenige diesen Fehler rückgängig zu machen, indem er versuchte den Inhalt des Tanks hinauszusagen. Letztendlich explodierte ihm jedoch die Bude.
Platz 1: Um ein ,,kleines" Feuer auf einem Boot zu starten, entschloss sich ein Feuerwehrmann einen Haufen an Kohle mit Benzin zu übergießen und schließlich anzuzünden. Die Kohle lag dennoch unter einer Überdachung und die explosionsfähigen Dämpfe sammelten sich langsam. Als das Streichholz letztendlich geworfen wurde, explodierte das Boot und der Feuerwehrmann wurde ordentlich weggesprengt... Überlebte natürlich dennoch.

Insgesamt kann man behaupten, dass der Vortrag mit seinen zwei Stunden äußerst informativ und auch illustrativ gehalten wurde. Der Professor erklärte mit seiner heiteren Stimmung und ausreichend schwarzem Humor die Gefahren bei der Entstehung von Bränden und Explosionen. 


Arta Isudi & Jana Triller Q12


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