Steinkohlen an Bord. Von Dr.-Ing. Schoeneich in Kiel (Schluß von S. 451 d. Bd.) SCHOENEICH: Steinkohlen an Bord. Vermeidung der Schlagwetterbildung. Die Rechnung zeigt, welche Schwierigkeiten einer Vorausbestimmung der Explosionsgefahr bei Kohlentransporten in Schiffen entgegenstehen, doch läßt sich durch Sammlung des einschlägigen Materials über Staubbildung, Bunkertemperaturen daheim und in den Tropen, Grubengasausscheidung aus Kohlenstaub usw. bei Unfällen auf Kohlenschiffen die Rechnung soweit vervollständigen, daß sie als Grundlage für die Lieferung von Schiffskohlen dienen kann. Für die Bekämpfung der Explosionsgefahr ergeben sich aber schon wertvolle Abwehrmittel, wenn bei Lieferung der Kohle und bei Einrichtung der Bunker folgendes berücksichtigt wird: Der Bezug der Kohle aus schlagwetterfreien Gruben ist erste Bedingung, des weiteren ist Ablagerung der Kohle vor Anbordgabe zu verlangen, selbst wenn damit Lagerkosten und Wertverminderung der Kohle durch Gasabgabe verbunden sind, schließlich ist eine Prüfung der Kohle auf Bruchsicherheit einzuführen, sei es durch Stoß, Schlag oder Wurf unter Verhältnissen, die denen an Bord ähneln. Für die Kohlenräume an Bord sind zur Erschwerung der Gasabsonderung und zur Beseitigung der Grubengasmischung Schutz vor Wärme und Feuchtigkeit einerseits und Oberflächenbelüftung anderseits zu fordern. Die Wärmeleitfähigkeit der Kohle ist zwar nur gering, so daß der Wärmeübergang durch Berührung der warmen Bunkerwand mit der anliegenden Kohle lange Zeit erfordert, jedoch wird der Wärmeübergang durch Strahlung von Form und Farbe der Kohle begünstigt, und hiergegen ist ein möglichst glatter Wärmeschutz an der Bunkerwandung erwünscht. Die Isolierung kann nur nach der Kesselraumseite hin gelegt werden, da sie sonst beim Kohlennehmen und bei Seegangbewegungen des Schiffs beschädigt würde, außerdem sind wagerecht oder schräg gelegene Wärmefänger besonders dick zu isolieren, Gegen Feuchtigkeitsaufnahme ist die Kohle bei einem zweckmäßig gebauten und gut konservierten Schiff geschützt, sofern die Besatzung achtsam ist. Die Oberflächenbelüftung ist als Saugelüftung auszubilden, da ihre Aufgabe nur in der Beseitigung des aufsteigenden Grubengases besteht. Der Lüftungsanschluß ist möglichst an der höchstgelegenen Stelle des Kohlenräumes vorzusehen und für leichten Gaszufluß nach dieser Stelle ist durch Erleichterungslöcher in Balkenknieen und Decksbalken zu sorgen. Luftzufuhr ist nicht erforderlich, da im allgemeinen durch Bunkertüren, Füllöffnungen, Luken, Temperaturrohre genügend Luft nachdringen kann, so daß Luftersatz vorhanden ist. Da die natürliche Saugelüftung beim Kohlennehmen und kurz nach der Uebernahme während der Liegezeit im Hafen unwirksam ist, also gerade in der Zeit der größten Gasentwicklung versagt und auch auf See bei schlechtem Wetter die Ventilatoren verschalkt werden müssen, ist künstliche Belüftung der Kohlenräume vorzuziehen, doch kann der Luftwechsel gering sein, so daß für einen Bunker von 500 t eine Absaugeleistung von 125m3/Std. genügt. Für die Unterbunker von Kriegschiffen, die wegen der Kesselnähe und größeren Sturzhöhe der Kohle bei der Uebernahme der Entlüftung am meisten bedürfen, ist diese nicht durchführbar, so lange mit künstlichem Druck im Kesselraum gefahren wird; die Absaugelüftung ist dann in den Perioden zwischen den relativ kurzen Fahrtzeiten mit Ueberdruck anzustellen, die Lüfterleistung muß etwa das Bunkerluftvolumen in der Stunde zweimal erneuern. Das Betreten der Kohlenräume beim Trimmen und bei Revisionen darf nur mit Sicherheitslampen erfolgen, deren Drahtnetz engmaschig und unversehrt ist, da es nur dann gleichmäßig kühlend wirkt. Im Interesse der Helligkeit und der Kühlerhaltung muß das Netz frei von Kohlenstaub bleiben. Grubengas dringt natürlich auch durch das Sicherheitssieb und verpufft innerhalb des Siebes, daher sind das Flackern der Flamme und schwache Verpuffungen bereits Gefahranzeichen, der Raum ist dann sofort zu verlassen und erst nach erfolgter Belüftung wieder zu betreten. Selbstentzündung der Lagerkohle. Häufiger als Grubengas- und Kohlenstaubexplosionen sind Kohlenbrände an Bord beobachtet, und zwar handelt es sich nach Lage der Brandherde nicht um fahrlässige Zündung, sondern um Selbstentzündung der Kohle infolge übermäßiger Sauerstoffabsorption mit darauf folgender Oxydation und schlechter Wärmeableitung. Der Vorgang bei dieser Gasaufnahme ist ebensowenig wie bei der Grubengasabgabe für verschiedene Kohlensorten gleich. Welche physikalischen und chemischen Vorbedingungen die Sauerstoffanziehung begünstigen, und ob dabei wie bei einem Platinschwamm katalytische Wirkungen im Gange sind, steht nicht einwandfrei fest. Am ausgeprägtesten zeigt sich diese Sauerstoffaufnahme nach der Herstellung von Blätterholzkohle, einem Destillationsprodukt von Laubhölzern, das als Filter, als Isolierungsmaterial und für Pulverbereitung verwandt wird. Das Material saugt nach Entfernung aus der Destillationskammer so begierig Sauerstoff auf, daß in vielen Fällen Selbstentzündung erfolgt, und zwar nimmt die Gefahr der Selbsterwärmung bis zur Entzündung mit der Lagerzeit ab, sie ist am größten am ersten Tage, an dem auch die größte Sauerstoffanziehung vorhanden ist, sie verschwindet etwa am sechsten Tage, nachdem die Sättigung mit Sauerstoff erreicht ist. Erfahrungsgemäß hat sich ergeben, daß Wärmezufuhr, Feuchtigkeit und die Zerkleinerung der Kohle auch die Gasaufnahme und damit die Selbsterwärmung begünstigen; es können daher gegen die Gasaufnahme die gleichen Verhütungsmaßnahmen wie gegen die Gasabgabe angewandt werden. Solange die Kohle noch einigermaßen eucht ist, steigt die Temperatur bei Selbsterwärmung nicht über 100 °C, durch regelmäßige Temperaturmessungen in besonderen durchlöcherten Temperaturrohren im Bunker wird man daher rechtzeitig gewarnt und kann noch die erwärmte Kohle vor der bei höherer Temperatur beginnenden Selbstentzündung abgraben. Hierfür und zugleich für den leichteren Wärmeabfluß und für die Druckentlastung der Kohle ist es erwünscht, die Kohlen nicht über 4 bis 5 m hoch zu schichten. Der experimentelle Nachweis der Selbstentzündlichkeit ist ebenfalls vom chemischen Staatslaboratorium Hamburg erbracht mit dem Ergebnis, das nur bestimmte Kohlensorten zur Selbsterwärmung und Selbstentzündung bei Luftzutritt neigen und daß immer nur feiner Kohlenstaub bis zur Entzündung gebracht werden kann. Weder Art noch Menge der Mineralbestandteile einer Kohle wirkt bei der Selbstentzündung mit, dagegen scheint die organische Substanz der Kohle nach Art und Zusammensetzung ausschlaggebend für die Anziehung des Sauerstoffs zu sein, wie ja auch für die Grubengasabsonderung die organische Substanz der Kohle als maßgebend erkannt ist. Bei der langsamen Oxydation der Kohle unter Luftzutritt werden Humussäuren gebildet, deren Menge mit der Neigung zur Selbsterwärmung wächst, daher kann die Bestimmung der Humussäuren im Oxydationsverfahren als Maßstab für die Beurteilung der Kohlen auf Selbstentzündungsgefahr dienen. Ebenso erweist sich die Temperaturerhöhung der Kohle bei Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure als Kriterium für die Neigung der betreffenden Kohlensorte zur Selbstentzündung. Wurden 3 g lufttrockenen Kohlenstaubs mit 10 cm3 konzentrierter Schwefelsäure übergössen, so ergab sich als Temperaturerhöhung bei einer gefahrlosen Kohlensorte etwa 14 °C, bei einer unsicheren Kohle dagegen etwa 27 °C. Beide Verfahren eröffnen demnach die Möglichkeit, durch Vorprüfung die zur Verschiffung gelangende Kohle auf Entzündungsgefahr zu eichen und damit Laderaum- und Bunkerbrände durch geeignete Auswahl der Kohle erheblich einzuschränken. Ueber die Vornahme der Prüfung muß auf die betreffenden Veröffentlichungen des Staatslaboratoriums – siehe Literatur – verwiesen werden. Die Brandbekämpfung. Die Lüftung der Kohlenräume bei einer zur Selbsterwärmung neigenden Ladung ist möglichst einzuschränken, da Luftzufuhr eine Vermehrung des Sauerstoffs ist und die Lüftung eines dichten Kohlenhaufens nicht so gleichmäßig durchgeführt werden kann, daß Wärmestauungen vermieden werden. Die Oberflächenbelüftung ist auch hierbei richtig. Entstandene Kohlenbrände werden meistens durch Ueberflutung des ganzen Bunkers mit Seewasser gelöscht, da die Lage des Brandherdes nur annähernd bekannt ist; ankommende Schiffe zeigen daher vielfach noch in den Maschinenbilgen und an den Saugekörben die Kohlenstaubspuren vom Ablöschen der Bunkerbrände und einige verbeulte Platten und Winkel weisen nachträglich die Lage des Brandherdes. Die Ueberflutung mit Seewasser ist wegen der Kohlenentwertung beim Ablöschen glühender Kohlen mit Wasser, wegen der Wassergasbildung und wegen Behinderung der Kohlenentnahme aus dem überfluteten Bunker durch ein selbsthätiges Löschverfahren mit Kohlensäure verbessert worden, das außerdem den Vorzug hat, auch Oel- und Petroleumbrände zu löschen. Das Verfahren kann so eingerichtet werden, daß bereits die lokale Erwärmung der Kohle über eine bestimmte Temperatur durch beginnende Kohlensäureüberrieselung gehemmt wird; denn Kohlensäure ist schwerer als Luft, das unverbrennbare Gas sinkt daher zu Boden und verdrängt den Sauerstoff von der erwärmten Stelle. Zur Feuerlöschung braucht nicht die gesamte Luft durch Kohlensäure ersetzt zu werden, da schon 15 v. H. Kohlensäure in der Luft genügen, um jede offene Flamme zu ersticken. Die dauernde Einatmung einer derart kohlensäurehaltigen Luft ist ohne schwere Schädigung der Gesundheit nicht möglich, der vorübergehende Aufenthalt ist in solchen Räumen noch ungefährlich, so lange das giftige Kohlenoxyd nicht vorhanden ist und der Sauerstoffgehalt in der Atmungsluft über 15 v. H. beträgt. Um jedoch der möglichen Kohlenoxydgefahr zu entgehen, ist die Anwendung von Atmungsapparaten beim Betreten eines mit Kohlensäure abgelöschten Räumes zu empfehlen. Die selbsthätigen Feuerlöscheinrichtungen mit Kohlensäure können entweder nach Art des Sprinkler-Systems mit Rohrleitungen und plombierten Brausen, in denen das Gas unter Druck gebrauchsfertig vorrätig ist, oder mit Chemikalien, aus denen erst bei bestimmter Temperatur Kohlensäure entweicht, eingerichtet werden. Die Plombe des Brausenverschlüsses schmilzt, wenn die Raumtemperatur die Gefahrgrenze erreicht hat, und das komprimierte Gas kann sich duschenartig über die Umgebung verbreiten und die Luft verdrängen. Der Kohlensäurevorrat in einem naturgemäß engen Rohrnetz kann nur gering sein, es muß daher ein Kohlensäure-Entwicklungsapparat vorgesehen werden, dessen Einschaltung ebenfalls selbsttätig bei Ausfluß aus dem Rohrnetz geschieht. Ein derartiger Kohlensäureentwickler der Fabrik für explosionssichere Lagerungen in Salzkotten besteht aus einem größeren Behälter, der zu etwa ⅓ mit Pottaschelösung gefüllt ist; über diese Lösung ist ein kleinerer Behälter mit konzentrierter Schwefelsäure in bleiverkleidetem Kasten labil aufgehängt. Die den Innenkasten tragende Achse ist durch den Außenbehälter durchgeführt und zwangläufig gesperrt. Die Lösung der Sperre bei bestimmter Temperatur oder bei bestimmtem Druck läßt den Schwefelsäurekasten umkippen, die Schwefelsäure strömt in die Pottaschenlösung und macht hier Kohlensäure frei. Um einer zu stürmischen Kohlensäureentwicklung vorzubeugen, kann der Schwefelsäureausfluß bei etwa ½ at Ueberdruck im Kasten unterbrochen werden. Die Größe des Vorratbehälters richtet sich nach der zu sichernden Raumgröße, der Apparat muß mindestens 15 v. H. der Raumluft an Kohlensäure erzeugen können, wegen etwaiger Gasschichtung und Undichtigkeitsverluste ist er auf 25 v. H. Raumluftersatz durch Kohlensäure zu berechnen. Die Berechnung für einen Kohlenbunker zeigt folgendes Beispiel:. Der Bunker fasse 500 t Kohle, dann ist bei gefülltem Bunker der Luftinhalt 125 m3 Luft; zur Verdrängung von 25 v. H. sind 31,25 m3 Kohlensäure erforderlich, deren Gewicht etwa 62 kg ist. Wählt man zur Kohlensäureerzeugung das billige Natriumbikarbonat an Stelle Pottasche und Schwefelsäure, wobei auf schnelle Erzeugung des Kohlendioxyds besonderer Wert gelegt ist, so erfolgt die Umsetzung nach der Gleichung: 2 Na H C O3 + H2 S O4 = Na2 S O4 + 2 H2 O + 2 C O2 oder 168 Gewichtsteile Natriumbikarbonat und 98 Gewichtsteile Schwefelsäure liefern 88 Gewichtsteile Kohlensäure. Für 62 kg Kohlensäure sind dann etwa 118,5 kg Natriumbikarbonat und etwa 69 kg Schwefelsäure erforderlich, woraus sich die Kastengröße ohne weiteres ergibt. Vorschlag für Bunkersicherung. Doppeltkohlensaures Natron oder Natriumbikarbonat gibt beim Erwärmen auf 65 °C bereits Kohlensäure ab, und diese Abgabe steigert sich mit zunehmender Temperatur erheblich, Kohlensäure entweicht und Soda bleibt zurück. Die bei Selbsterwärmung von Steinkohlen vor der Zündung auftretenden Temperaturen liegen wesentlich höher als 65°, es würde also jede Selbsterwärmung bereits Kohlensäure frei machen und jede weitere Steigerung die Abgabe beschleunigen. Andererseits sind die Bunkertemperaturen ohne Selbsterwärmung erheblich unter 65 °C, so daß nur im Bedarfsfalle die Kohlensäure entsteht, daher paßt sich die Bunkersicherung mit Natriumbikarbonat durchaus wirtschaftlich den vorliegenden Forderungen an und erspart besondere Apparate und Rohrleitungen ohne Temperaturbeobachtungen. Es genügen mehrere flache durchlöcherte Behälter mit dem Salz an der warmen: Wandung des Kohlenbunkers und an den Stellen der Kohlenstaubhäufung, auch hohle Deckstützen und Bunkerverankerungen können zweckmäßig mit Natriumbikarbonat gefüllt werden, so daß der Gesamtvorrat an Salz in der Kohle liegt und sich über den ganzen Bunkerraum verteilt. Die Umsetzung erfolgt nach der Gleichung: 2NaHCO3 + Wärme = Na2 CO3 + H2O+ CO2 und wenn man sich darauf beschränkt, lediglich die Luft zwischen den Kohlen mit Kohlensäure anzureichern, können 500 t Kohle mit 100 kg Natriumbikarbonat für 23 M selbsttätig geschützt werden. Selbst bei Ersatz des Salzes nach jeder Reise ist die Ausgabe so gering, daß sie gegenüber den Vorteilen selbsttätiger Sicherung kaum in Frage kommt. Schluß. Die Untersuchung über die Aufbewahrung der Steinkohlen an Bord ergibt, daß in den Kohlenvorräten der Kohlenstaub die eigentliche Gefahrenquelle ist. Die Grubengasabgabe bis zur Schlagwetterbildung, die Sauerstoffaufnahme bis zur Selbstentzündung und die Uebertragbarkeit der Explosionen wird nur durch das Vorhandensein von Kohlenstaub erklärlich. Seine Vermeidung ist nicht möglich, seine Einschränkung ist erwünscht und erreichbar durch sorgfältige Auswahl der Kohlenzechen für die Lieferung von Schiffskohle und durch Verschärfung der Lieferbedingungen. Technische Abwehrmittel der Gefahren aus der Steinkohle sind die Sicherheitslampen, die Oberflächenbelüftung und die Verwendung der Kohlensäure zur Sicherung gegen Erwärmung und Entzündung. Die planmäßige Anwendung der Erkenntnisse aus den Kohleforschungsarbeiten wird auch die Unfälle beim Seetransport der Kohle am wirksamsten einschränken. Literatur. „Die Gefahren der Steinkohle“ (Mitteilungen aus dem chem. Staatslaboratorium Hamburg) I. Die Explosionsgefahr. M. Dennstedt und F. Haßler. 30. III. 1908. Z. f. a. Chemie. II. Die Selbstentzündlichkeit. M. Dennstedt und R. Bünz. 3. VI. 1908. Z. f. a. Chemie. Bergassessor O. Dobbelstein „Beiträge zur Frage der Lagerung von Steinkohle“. Glückauf 1911. Marine Oberstabsarzt Dr. Weber „Zur Kritik der Gasvergiftungen in Kohlenbunkern“. Marine-Rundschau 1912. Bergassessor Dr. M. Tornow „Ueber die Bekämpfung der Kohlenstaubexplosionen in Bergwerken“. D. p. J. 1914. Kgl. Baurat Wendt „Automatische Feuerlöschvorrichtungen“. Feuerwehrtechnische Zeitschrift 1914.