LEL en luchtwisselingen brandbare koudemiddelen
LEL en luchtwisselingen brandbare koudemiddelen
Omdat er meer koolwaterstoffen en brandbare koudemiddelen worden gebruikt in nieuwe koudesystemen komen we ook waarden tegen die invloed hebben op het werken met de genoemde koudemiddelen. Er wordt gesproken als we het in de propaan sferen houden over een LEL- waarde van 10% maar wat betekent dit nu? Om dit overzichtelijk te houden leggen we dit op een andere manier uit.
Hoeveel gas is nodig om de LEL te bereiken?
We hebben een ruimte aangehouden van een normaal klaslokaal met de maten;
L = 10 m x B = 6 m x H = 4 m te noemen 240 m³ ruimte inhoud.
Hierbij is de totale lucht in de ruimte;
240 m³ x 1000 Liter (1 m³) lucht = 240.000 liter lucht.
- Voor het koudemiddel propaan (R-290) is de LEL- waarde 2,1 Vol.% hiermee kunnen de LEL concentratie berekenen;
(LEL 2,1 Vol.%) → 2,1% van 240.000 liter = 5.040 liter gas. - Berekenen we dit met het koudemiddel HFO R-1234yf en houden we dezelfde ruimte inhoud aan dan komt de volgende berekening uit op;
(LEL 6,2 Vol.%) → 6,2 % van 240.000 liter = 14.880 liter gas.
Het koudemiddel R-1234yf vereist bijna 3x zoveel gas om dezelfde explosieve grens te bereiken. - Wordt dit berekent met het koudemiddel R-454C en houden we dezelfde ruimte inhoud aan dan komt de volgende berekening uit op;
(LEL 7,0 Vol.%) → 7,0 % van 240.000 liter = 16.800 liter gas.
Het koudemiddel R-454C vereist iets meer dan 3x de hoeveelheid van het koudemiddel R-290 om dezelfde explosieve grens te bereiken.
- Dan het laatste voorbeeld voor het A2L koudemiddel R-32 ook met dezelfde ruimte inhoud dan komt de volgende berekening uit op;
(LEL 15,0 Vol.%) → 15,0 % van 240.000 liter = 36.000 liter gas.
Het koudemiddel R-32 vereist 6x de hoeveelheid gas om dezelfde explosieve grens te bereiken.
Invloed van ventilatie
Volgens de NEN EN-378 deel 1 t/m 4 en de daarop geschreven NPR7600 voor brandbare koudemiddelen is de luchtwisseling 4 keer per uur als er personen in de ruimte aanwezig zijn, de noodventilatie is de luchtwisseling 15 keer per uur. Om de juiste berekening te maken wordt geadviseerd de NPR7910-1 er ook bij te betrekken.
Luchtverversing bepaalt hoe snel het gas verdund wordt.
• Bij 4 luchtwisselingen/uur:
Elke 15 minuten wordt de hele ruimte ververst.
• Bij 15 luchtwisselingen/uur:
Elke 4 minuten wordt de ruimte volledig ververst.
Dit betekent:
• Gas R-290 kan sneller de LEL bereiken, vooral bij lage ventilatie.
• Bij een kleine lekkage zal R-290 veel eerder een explosief mengsel vormen dan de andere gassen hierboven benoemd, tenzij noodventilatie snel inschakelt.
| | R-290 (2.1%) | R-1234yf (6.2%) | R-454C (7.0%) | R-32 (15.0%)
| Gas nodig om explosief te worden | 5.040 liter | 14.880 liter | 16.800 liter | 36.000 liter
| Tijd tot gevaar bij hetzelfde lekdebiet | Veel korter | Langer | - | -
| Ventilatie nodig om het gevaar te beheersen | Minder krachtig | Meer marge | - | -
| Gevaar bij kleine lekkages | Hoog | Lager | - | -
Praktisch;
Gassen met een lage LEL – waarde zoals 2.1 Vol.% vereisen snelle detectie (reactie binnen 30 sec.), goede ventilatie en strenge lekpreventie, omdat het al bij relatief kleine ophoping van bijvoorbeeld R-290 gevaarlijk wordt.
Lekdebiet;
Met een lekdebiet van 1 g/s en 10 g/s kunnen we berekenen hoe snel een gasmengsel in een ruimte van 240 m³ de LEL bereikt voor zowel de 2,1 Vol.% en de 6,2 Vol.%.
Aannames:
- Temperatuur 20 °C
- Druk 1 atmosfeer
- De ideale gaswet is toepasbaar
- We nemen aan dat gas zich goed mengt met lucht (homogeen)
- De gassen hebben een dichtheid van 1,8 kg/m³ (normaal T/P), voor gassen zoals propaan/butaan vergelijkbaar.
We rekenen alles door op basis van massa naar volume van het gas in de lucht.
Hoeveel liter gas komt er vrij?
Dichtheid = 1,8 kg/m³ = 1,8 g/liter
1 g/s =
10 g/s =
Hoeveel seconden tot de LEL wordt bereikt?
Voor 1 g/s (0,56 L/s):
| Gas | Liter benodigd | L/s | Tijd in seconden | Tijd (minuten)
| R-290 | 5.040 | 0,56 | 9000 s | 150 min (ca.2,5 uur)
| R-1234yf | 14.880 | 0,56 | 26.571 s | Ca. 444 min (Ca. 7,4 uur)
Voor 10 g/s (5,56 L/s):
| Gas | Liter benodigd | L/s | Tijd (seconden) | Tijd minuten)
| R-290 | 5.040 | 5,56 | 906 | Ca. 15 min
| R-1234yf | 14.880 | 5,56 | 2676 | Ca. 46 min
Ventilatie- effect;
Met de aangegeven ventilatie (4x per uur is een luchtverversing van elk 15 minuten) gaat er veel gas verloren, dus bovenstaande tijden gelden alleen als het gas blijft hangen zonder ventilatie.
- Bij 4 luchtwisselingen/uur:
Verdunning remt ophoping, zeker bij 1 g/s > LEL wordt waarschijnlijk nooit bereikt.
- Bij 15 luchtwisselingen/uur (noodventilatie):
Zelfs bij 10 g/s wordt het erg lastig om LEL te bereiken, tenzij er lokale ophoping is of de ventilatie ineffectief is in die zone.
R-290 (propaan) is dus veel sneller explosief, en is ventilatie cruciaal.
Vooral bij een lek van 10 g/s kan het in 15 minuten al een explosief mengsel vormen als de lekdetectie uitvalt.
Bij 10 g/s is er reëel explosiegevaar bij falende of zwakke ventilatie na slechts 15 minuten, zeker bij gesloten ruimten of dode hoeken.
Wat zien we in grafiek 1;
- De rode stippellijn = LEL (5040 liter), bij overschrijding is het gasmengsel explosief.
- Zonder ventilatie (blauw/groen)
- Bij 10 g/s wordt de LEL na ca. 15 minuten overschreden
- Bij 1 g/s pas na ca. 2,6 uur.
- Met 4 x/uur ventilatie (geel/paars)
- 10 g/s komt bijna in de buurt van de LEL binnen ca. 30 – 40 minuten
- 1 g/s bereikt de LEL niet
- Met 15 x/uur ventilatie (bruin/roze)
- Geen van beide scenario’s bereikt de LEL, zelfs 10 g/s niet > veilig onder goede noodventilatie.
Goede ventilatie voorkomt ophoping tot explosieve concentraties, maar bij hoge lekdebieten en matige ventilatie is het risico reëel.
Grafiek 2 laat direct zien wanneer het mengsel brandbaar (tussen LEL en UEL).
- De rode lijn = LEL (2,1 Vol.%)
- Zwarte lijn = UEL (9,5 Vol.%)
- Het explosieve bereik ligt tussen de twee lijnen
Zonder ventilatie;
- 10 g/s bereikt de LEL waarde in ca. 15 minuten, het explosiegevaar begint hier al.
Het overschrijdt zelfs de UEL na ca. 1 uur, het mengsel wordt te rijk om te ontbranden, maar het brandgevaar blijft.
- 1 g/s kruipt langzaam naar de LEL- waarde toe en bereikt het na ca. 2,5 uur.
Met ventilatie (4x/uur);
- 10 g/s komt net aan rond de LEL, maar blijft er meestal onder.
- 1 g/s blijft ruim onder de LEL, daarom geen explosiegevaar.
Met noodventilatie (15x/uur);
- Zelfs 10 g/s blijft ver onder de LEL.
Deze situatie is veilig mits de ventilatie effectief is in het hele volume.