Entflammbarkeit & Explosionsgrenzen

Erdgas, Flüssiggas (Propan/Butan) und Biogas zählen zu den häufig eingesetzten Brenngasen in Einrichtungen. Sie dienen als Energiequellen für Heizkessel, Kochanlagen (z. B. in Großküchen) oder für industrielle Prozesse. Jedes dieser Gase weist charakteristische Explosionsgrenzen und Verbrennungseigenschaften auf. Erdgas (hauptsächlich Methan) hat beispielsweise eine UEG von ca. 4,4 Vol.-% und eine OEG von ca. 17 Vol.-% in Luft, während Propan bereits bei ungefähr 2,1 Vol.-% ein zündfähiges Gemisch bildet und bis etwa 9,5 Vol.-% explosiv bleibt. Solche Unterschiede beeinflussen das Gefährdungspotential der einzelnen Gase und erfordern jeweils angepasste Sicherheitsvorkehrungen.

Brennbare Flüssigkeiten wie Lösungsmittel, Treibstoffe oder bestimmte Reinigungsmittel können Dämpfe abgeben, die mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch bilden. Hierbei sind Lagerbedingungen und Umgebungstemperatur kritische Faktoren. Liegt die Umgebungstemperatur über dem Flammpunkt der Flüssigkeit, verdunstet sie verstärkt und kann leicht eine zündfähige Atmosphäre erzeugen. Deshalb müssen solche Flüssigkeiten in dicht verschlossenen Behältern und möglichst kühl sowie gut belüftet gelagert werden. Offene Behälter oder unzureichende Lüftung können dazu führen, dass sich Dampf-Luft-Gemische innerhalb des Explosionsbereichs ansammeln.

In vielen Einrichtungen kommen zudem technische Gase zum Einsatz, die nicht primär als Brennstoff dienen. Beispiele sind Wasserstoff (etwa in Laboranwendungen), Acetylen (als Schweißgas in Werkstätten) oder Sauerstoff (in medizinischen Bereichen oder technischen Prozessen). Hier ist zu unterscheiden zwischen nicht brennbaren (inerten) Gasen wie Stickstoff oder Kohlendioxid, brennbaren Gasen wie Acetylen oder Wasserstoff, und oxidierenden Gasen (brandfördernd) wie reinem Sauerstoff.

Der sichere Umgang richtet sich nach dieser Einteilung: Inerte Gase bilden keine explosionsfähige Atmosphäre, können jedoch bei Leckagen den Sauerstoff verdrängen (Erstickungsgefahr). Brennbare Prozessgase müssen hinsichtlich Explosionsschutz ähnlich behandelt werden wie die in Abschnitt 4.1 genannten Brenngase. Oxidierende Gase erhöhen das Brand- und Explosionsrisiko, da in sauerstoffangereicherter Umgebung selbst schwer entflammbare Materialien leichter brennen. Insbesondere Wasserstoff verdient besondere Vorsicht, da er einen sehr weiten Explosionsbereich (ca. 4–75 Vol.-% in Luft) aufweist und daher spezielle Sicherheitsvorkehrungen erfordert (z. B. empfindliche Gasdetektoren, kontrollierte Entlüftung, explosionsgeschützte Geräte).

Die entstehende Gas- bzw. Dampfkonzentration hängt wesentlich von der Austrittsmenge, -dauer und dem Austragort ab. Ein plötzliches großes Leck kann kurzfristig eine hohe Konzentration in der Umgebung erzeugen. Ebenso wichtig ist die Durchmischung mit Luft: Leichte Gase mit geringerer Dichte als Luft (z. B. Methan/Erdgas) steigen nach oben und sammeln sich bevorzugt unter der Decke, während schwerere Gase (z. B. Propan) absinken und sich am Boden oder in Vertiefungen ansammeln können. Ohne Luftbewegung kann es zu Konzentrationsschichtungen im Raum kommen (oben vs. unten unterschiedliche Gasgehalte). Eine wirksame Belüftung fördert die gleichmäßige Vermischung und verdünnt austretendes Gas, sodass die Konzentration unter die Explosionsgrenzen gedrückt wird.

Temperatur und Druck der Umgebung beeinflussen die Entzündlichkeit von Stoffen. Bei höherer Temperatur tendieren Brennstoffe dazu, leichter zündfähig zu sein – die UEG sinkt tendenziell, die OEG steigt. Zudem verdampfen brennbare Flüssigkeiten bei Wärme stärker, was die Konzentration an Brennstoff in der Luft erhöht. Umgekehrt verringert Kälte die Verdunstung und erschwert die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre. Moderate Druckänderungen (im Bereich weniger bar) haben auf die Explosionsgrenzen meist keinen drastischen Effekt, doch ein höherer Druck kann dazu führen, dass im Leckfall größere Gasmengen schlagartig freigesetzt werden. Entscheidend ist auch die Belüftung: Eine gute Lüftung (hoher Luftwechsel) reduziert die Konzentration brennbarer Gase und Dämpfe, noch bevor sie die UEG erreichen. In gut belüfteten Räumen werden ausgetretene Gase schnell verdünnt und ins Freie abgeführt. Hingegen kann unzureichende Lüftung oder stehende Luft dazu führen, dass sich Gaskonzentrationen gefährlich anreichern. Daher sind in gefährdeten Bereichen technische Lüftungsanlagen oder natürliche Lüftungsöffnungen wichtig, um explosionsfähige Atmosphären zu verhindern.

• Elektrische Anlagen und Geräte (Funkenbildung an Schaltern, Relais; nicht Ex-geschützte Betriebsmittel).

• Heiße Oberflächen und offenes Feuer (heiße Motoren, Lampen, Heizgeräte oder Flammen können Zündtemperaturen überschreiten).

• Statische Elektrizität (Entladung von statischer Aufladung, z. B. an Kunststoffbehältern oder Personen).

• Schweiß-, Schneid- und Schleifarbeiten (Erzeugen von offenen Flammen oder Funkenflug).

• Mechanisch erzeugte Funken (z. B. Funken durch Schlag oder Reibung an Metallteilen).

In Bereichen, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann, müssen solche Zündquellen konsequent ausgeschlossen oder streng kontrolliert werden. Dies umfasst z. B. den Einsatz explosionsgeschützter (ATEX-konformer) Geräte, das Ableiten statischer Aufladungen durch Erdung, sowie ein striktes Erlaubnisschein-Verfahren für jegliche Heißarbeiten.

Die bauliche Ausführung von Räumen und Anlagen beeinflusst das Explosionsrisiko maßgeblich. Große Raumvolumina und hohe Decken begünstigen eine Verdünnung freigesetzter Gase, da sich das Gas in einer größeren Luftmenge verteilt. Kleine, geschlossene oder verwinkelte Räume ermöglichen hingegen ein rasches Ansteigen der Gaskonzentration auf gefährliche Werte. Zudem stellen Bodensenken, Schächte oder Gruben besondere Gefahrenpunkte dar, da schwerere Gase dort hineinfließen und sich unbemerkt ansammeln können.

Bei der Planung wird darauf geachtet, gasführende Anlagenteile so anzuordnen, dass austretendes Gas ungefährlich abgeführt wird. Beispielsweise werden Absperrventile und Druckentlastungseinrichtungen bevorzugt im Freien oder in gut belüfteten Bereichen installiert, damit sich Leckagen nicht in Aufenthaltsräumen konzentrieren. Brennstofflager (z. B. Gasflaschen oder -tanks) werden möglichst außerhalb von Gebäuden oder in separaten, belüfteten Räumen untergebracht. Zusätzlich werden konstruktive Sicherheitsmaßnahmen eingeplant: etwa Lüftungsöffnungen an strategischen Stellen (für leichte Gase nahe der Decke, für schwere Gase bodennah), die im Leckfall Gase nach außen ableiten. In explosionsgefährdeten Bereichen können auch druckentlastende Bauelemente (z. B. Sollbruchflächen oder Entlüftungsklappen) vorgesehen werden, um im Ereignisfall den Überdruck kontrolliert abzubauen. All diese Designaspekte zielen darauf ab, die Bildung gefährlicher Gas-Luft-Gemische innerhalb von Gebäuden zu verhindern und eventuelle Freisetzungen sicher zu beherrschen.