Forschungszentrum
Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7114
Dust Explosion
Experiments - Measurements of Explosion Indices of Graphite Dust in
Hydrogen-Containing Atmospheres
A. Denkevits
Abstract
To address the hazard
of combined hydrogen/dust explosions in ITER, the maximum overpressures and
rates of pressure rise are measured using a standard method of 20-l sphere of
hybrid hydrogen/graphite dust mixtures. The hydrogen concentration is varied
from 4 to 18 vol. %. The tested graphite dust concentrations range from 25 to
300 g/m3. To ignite the mixtures, strong 10 kJ chemical igniters and electric
sparks are used.
When ignited by the
chemical igniters, the H2/graphite dust/air mixtures produce higher
overpressures than the hydrogen/air mixtures. At low dust concentrations two
separate phases of the mixture explosion process can be distinguished: an
initial phase of igniter/hydrogen explosion followed by a slower dust-explosion
phase. At high dust concentrations only one fast phase is observed, in which
hydrogen and dust explode like a monofuel. The pressure rise rates in this case
are higher that those measured for pure hydrogen/air explosions.
Electric spark
ignition can induce the combined hydrogen/graphite dust explosions at 10 vol. %
of hydrogen and higher. The combined explosions have also two phases, if
hydrogen concentration is lower 12 vol. %. At 14 vol. % and higher the hybrid
mixtures explode faster than hydrogen alone.
STAUBEXPLOSIONSEXPERIMENTE
- Messungen der Explosionskenngrößen von Graphitstaub in
Wasserstoff-Luft-Mischungen
Zusammenfassung
Um das
Gefahrenpotential von kombinierten Wasserstoff/Staub Explosionen zu
untersuchen, werden maximale Überdrücke und Druckanstiegsraten für hybride
Wasserstoff/Graphitstaub Mischungen mit der Standardmethode der 20-Liter Kugel
gemessen. Der Wasserstoffanteil variiert dabei zwischen 4 und 18
Volumenprozent, die Graphitstaubkonzentrationen zwischen 25 und 300 g/m3. Zur
Zündung werden 10 kJ starke chemische Zünder sowie elektrische Funken benützt.
Bei Zündung mit
chemischen Zündern sind die gemessenen Überdrücke höher als für
Wasserstoff/Luft Mischungen. Bei niedrigen Staubkonzentrationen kann man dabei
zwei Explosionsphasen unterscheiden: eine Anfangsphase mit Zünder/Wasserstoff
Explosion, gefolgt von einer langsameren Staubexplosionsphase. Dagegen wird bei
hohen Staubkonzentrationen nur eine einzige Phase beobachtet, in der
Wasserstoff und Staub wie ein Monobrennstoff explodieren. In diesem letzteren
Fall sind die Druckanstiegsraten höher als für reine Wasserstoffexplosionen.
Zündung mit
elektrischen Funken kann kombinierte Wasserstoff/Graphitstaub Explosionen bei
Wasserstoffkonzentrationen von 10 Volumenprozent und höher induzieren. Liegt
die Wasserstoffkonzentration unter 12 Volumenprozent, so haben diese vereinten
Explosionen ebenfalls zwei Phasen. Bei einem Wasserstoffanteil von 14
Volumenprozent und höher explodieren diese hybriden Mischungen schneller als Wasserstoff
allein.
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