Brandtemperaturen

Bei Verbrennungsvorgängen unterscheidet man zwische fünf verschiedenen Temperaturpunkten.

• Flammpunkt
• Brennpunkt
• Zündtemperatur
• Mindestverbrennungstemperatur
• Brandtemperatur

In diesem Artikel werden die verschiedenen Temperaturpunkte erklärt und ihre Bedeutung bei der Verbrennung gezeigt.

Flammpunkt

Brennbare Flüssigkeiten sind im flüssigen Zustand nicht brennbar. Die Flüssigkeiten müssen erst in den gasförmigen Zustand übergehen. Auf Grund des Dampfdrucks bei Flüssigkeiten geben diese bei jeder Temperatur Dämpfe ab, d.h sie verdunsten ständig. Je nach Temperatur der Flüssigkeit erfolgt die Verdampfung jedoch unterschiedlich stark. Je höher die Temperatur, desto mehr Flüssigkeit geht pro Zeiteinheit in den Dampfzustand über. Damit eine Verbrennung erfolgen kann, muss sich genug Dampf über der Flüssigkeit ansammeln. Befindet sich nicht genügend Dampf direkt über der Flüssigkeit, ist das Gemisch zu mager, d.h. es ist zu wenig Brennstoff vorhanden, und es kann keine Verbrennungsreaktion stattfinden. Der Flammpunkt gibt folglich die niedrigste Temperatur an, bei der sich (unter festgelegten Bedingungen) genug Dämpfe bilden, damit direkt über dem Flüssigkeitsspiegel ein durch Fremdentzündung entzündbares Dampf-Luft-Gemisch vorhanden ist. Wird die Zündquelle wieder entfernt, erlöscht die Flamme und die Verbrennung endet, da die Dampfbildungsgeschwindigkeit langsamer als die Verbrennungsgeschwindigkeit ist. Der Brennstoff verbrennt also schneller, als neuer Brennstoff bereitgestellt werden kann. Das Gemisch magert immer weiter ab und unterschreitet schließlich die Untere Explosionsgrenze (UEG). Aus dem Flammpunkt leitete die Verordnung über Anlagen zur Lagerung, Abfüllung und Beförderung brennbarer Flüssigkeiten zu Lande (gültig bis zum 31.12.2002) die Gefährlichkeit eines Stoffes ab. Brennbare Flüssigkeiten im Sinn dieser Verordnung waren Stoffe mit Flammpunkten, die bei 35°C weder fest noch salbenförmig waren, bei 50°C einen Dampfdruck von 3 bar oder weniger hatten und zu einer der nachstehenden Gefahrklassen gehörten:

Seit dem 27. September 2002 ist an die Stelle der VbF die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)1) mit den Definitionen aus der RL 67/548/EWG Anhang 62) getreten. Die Einteilungen sind hier:

Brennpunkt

Wird die Flüssigkeit weiter erhitzt, steigt die Dampfbildungsgeschwindigkeit an. Irgendwann erreicht die Flüssigkeit den Punkt, wo die Dampfbildungsgeschwindigkeit hoch genug ist, damit das Gemisch bei einer einer Verbrennung nicht zu weit abmagert. Der Brennpunkt einer brennbaren Flüssigkeit ist demnach die Temperatur, bei der sich (unter festgelegten Bedingungen) Dämpfe in einer solchen Menge bilden, dass nach ihrer Entzündung durch eine Zündquelle ein selbständiges Weiterbrennen erfolgt. Der Dampf benötigt jedoch weiterhin eine Zündquelle zur Entzündung.

Zündtemperatur

Während es bei Flammpunkt und Brennpunkt nötig war, dass zum Entstehen einer Verbrennung ein externer Zündfunke zugeführt wurde, entzündet sich ein Stoff bei Erreichen der Zündtemperatur selbstständig. Die Zündtemperatur betrifft, im Gegensatz zum Flammpunkt und Brennpunkt, Stoffe in allen Aggregatszuständen. Man unterscheidet zwei Arten, wie die notwendige Aktivierungsenergie in Form von Wärme zugeführt werden kann: Selbstentzündung und Fremdentzündung. Bei der Selbstentzündung erzeugt der Stoff durch eine Oxidation (oder andere Vorgänge) mehr Wärme, als über die Oberfläche abgeführt werden kann und heizt sich kontinuierlich auf. Ein Paradebeispiel ist weißer Phosphor, der sich an der Luft selbstständig entzündet. Bei der Fremdentzündung wird die notwendige Aktivierungsenergie extern zugeführt. In der Praxis kann es beispielsweise vorkommen, dass ein brennbarer Stoff (Diethylether) auf eine Oberfläche (z.B. eine Maschine) tropft, die eine Oberflächentemperatur besitzt (300°C), die wärmer als die Zündtemperatur des Stoffes (170°C) ist. Obwohl kein Feuer und auch kein Zündfunke vorhanden ist, entzündet sich der Stoff an der Oberfläche und brennt. Die Zündtemperatur (Zündpunkt) einer explosionsfähigen Atmosphäre ist folglich die niedrigste Temperatur einer erhitzten Oberfläche (z.B. Wand), an der das jeweilige Gemisch (im optimalen Mengenverhältnis) gerade noch zum Brennen mit Flammenerscheinung angeregt wird.

Mindestverbrennungstemperatur

Ist die Verbrennung einmal in Gang gekommen, ist eine Mindestenergie notwendig, damit die Verbrennungsreaktion selbständig weiterläuft. Bei der Verbrennung gibt es zwei gegensätzliche physikalische Effekte, die zum Tragen kommen. Zum einen wird Energie in Form von Wärme (Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Wärmemitführung) abgegeben, zum anderen wird neue Energie durch die Verbrennung bereitgestellt. Ab dem Erreichen der Mindestverbrennungstemperatur wird soviel Energie durch die Verbrennung freigesetzt, dass sowohl der Bedarf für die Aufbereitung der brennbaren Stoffe, die Aktivierung der Reaktion als auch die Wärmeverluste an die Umgebung abgedeckt werden. Wird die Mindestverbrennungstemeratur unterschritten, dann stoppt die Verbrennungsreaktion, da das System nicht mehr genügend Energie produziert.

Brandtemperatur

Bei der Verbrennung entsteht überschüssige Reaktionswärme. Auf Grund dieser Reaktionswärme steigt die Verbrennungstemperatur bis auf die Brandtemperatur an.

Kenndaten einiger Stoffe

1) bundesrecht.juris.de/bundesrecht/betrsichv/gesamt.pdf2) www.baua.de/nn_18534/de/[&#0133]/RL-67-548-EWG-Anhang-V[&#0133]