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In this joint project, standardized measurement methods for hybrid
mixtures are developed, which serve to determine safety
characteristics for explosion protection.
A hybrid mixture is a multi-phase System consisting of fuel gas or
vapor, as well as air and flammable dust. This combination can occur
for instance in drying processes or during heterogenous reaction
processes.
Explosion and decomposition limits of flammable and chemically unstable gases were determined experimentally in a dosed autoclave with varying ignition energy up to 1000 J. The ignition source was a lightning arc caused by an exploding wire igniter as described in EN 1839 B .. In case of methane only the upper explosion limit was influenced significantly by the ignition energy, whereas the lower explosion limit was constant. In case of R32 however. it was the lower explosion limit that was influenced significantly by the ignition energy and not the upper explosion limit. A particularly strong dependency from the ignition energy was found for the decomposition limits of the chemically unstable gases in nitrogen.
Most fluorinated hydrocarbons that shall replace refrigerants with high GWP. like R134a. are flammable. For evaluating inertization measures for explosion protection. flammability of low-GWP refrigerants R1234yf, R32 and R1132a blended with carbon dioxide.
Nitrogen and argon were studied experimentally in a closed autoclave
at atmospheric conditions. Furthermore, a calculation method was
adapted to reduce the experimental costs for flammability studies on
these gas mixtures. For igniting R1234yf in the closed autoclave a
newly developed ignition system was used that allows generating
electric arcs with high ignition energy. Gas mixtures containing the
mildly flammable R1234yf and R32 could be inerted by adding much
less inert gas than mixtures containing R1132a, which is more similar
to unfluorinated hydrocarbons regarding the explosion regions. By
using the adapted model of constant adiabatic flame temperature
profiles estimating the explosion limits of fluorinated hydrocarbons
was possible with similar accuracy as for unf luorinated hydrocarbons.
Die Explosionsbereiche für Dreistoffsysteme aus Brennstoff, Inertgas und Luft wurden nach dem Modell der konstanten adiabatischen Flammentemperaturprofile berechnet. Für die Parametrisierung des halbempirischen Modells muss der Explosionsbereich für ein bestimmtes Dreistoffsystem aus Brennstoff, Inertgas und Luft bekannt sein. Dann lassen sich Explosionsbereiche desselben Brennstoffs mit einem beliebigen Inertgas und bei einer beliebigen Temperatur berechnen. Ergänzend zu früheren Arbeiten, in denen die Explosionsbereiche für Brenngase aus der homologen Reihe der Alkane und Alkene berechnet worden sind, wurden nun die Berechnungen für 1-Propanol, Aceton und Difluormethan durchgeführt. Als Inertgase wurden neben Stickstoff und Kohlendioxid auch die Edelgase Argon und Helium berücksichtigt. Für die Berechnung der Explosionsbereiche in Systemen mit Helium, ist das Modell erweitert worden, so dass auch die Transporteigenschaften (d.h. Wärmeleitfähigkeit, Diffusionskoeffizient) der Komponenten berücksichtigt werden. Weiterhin ist eine Möglichkeit zur praxisnahen Berechnung der Spitze des Explosionsbereichs implementiert worden. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass die Berechnung der Explosionsbereiche für Alkohole, Ketone und halogenierte Kohlenwasserstoffe mit ähnlicher Genauigkeit wie für Alkane und Alkene möglich ist. Die vorgenommenen Modifikationen sind geeignet, um auch eine Berechnung für Gasgemische mit Helium durchzuführen, dessen starke inertisierende Wirkung im Vergleich zu den Inertgasen Argon oder Stickstoff vor allem auf den stark unterschiedlichen Transporteigenschaften beruht. Für die Analyse der physikalischen Vorgänge, die zur Zündung führen, ist eine spezielle Kontaktvorrichtung entwickelt worden. Damit können die Entladungen > 200 µm Länge und mit einer Dauer von > 500 µs an einer bestimmbaren Position erzeugt und untersucht werden.
Für die Entladungen an der Zündgrenze bei niedrigen Spannungs- und Stromwerten (max. 30 V, 30 bis 100 mA Konstantstrombegrenzung) sind die Bedingung für die Erzeugung ermittelt worden. Das sind die Rauheit auf der Kontaktoberfläche, die langsame Kontaktöffnungsbewegung und eine geeignet regelnde Spannungsquelle mit Konstantstrombegrenzung. Damit sind für diese Entladungen an der Zündgrenze die Strom-Spannungs-Kennlinie, das Spektrum mit dominierenden Linien von Cadmium-Metalldampf sowie die Temperaturverläufe ermittelt worden.
Vorgestellt wird ein 2018 gestartetes Projekt zur Überprüfung der Extrapolation von im Labormaßstab ermittelten Selbstentzündungstemperaturen auf technisch relevante Volumina. Für die Ermittlung reaktionskinetischer Daten von Feststoffschüttungen stehen eine Reihe von Untersuchungsmethoden zur Verfügung. Dies sind thermische Analysen wie z.B. die differential scanning calorimetry DSC sowie Mikrokalorimetrie zur hochgenauen Messung von Wärmeströmen, bei denen sehr geringe Probenmengen zum Einsatz kommen. In der Regel wird das Selbstentzündungsverhalten jedoch mit Hilfe von isoperibolen oder adiabaten Warmlagerungsversuchen beurteilt, hier liegen die Probenvolumina üblicherweise im Bereich von ca. 100 cm³ bis zu einigen Litern. Die Extrapolation über mehrere Größenordnungen auf technische Volumina birgt Unsicherheiten, da mit Zunahme des Lagervolumens veränderte Start- und Randbedingungen vorliegen können. Zudem besteht die Möglichkeit, dass bei in technischen Lagern vorherrschenden niedrigen Temperaturen Reaktionen ablaufen, die in Standard- Laborversuchen nicht erfasst werden aber einen wesentlichen Einfluss auf das Selbstentzündungsverhalten aufweisen können. Hauptziel des Projektes ist es daher, die im Labormaßstab vorhandenen Prüfeinrichtungen durch einen Versuchsstand zur Untersuchung von Probengrößen von bis zu 1000 dm³ zu erweitern, die Eignung (oder Nichteignung) der etablierten Methoden nachzuweisen und im Labormaßstab nicht erfassbare Einflussgrößen zu ermitteln. Zudem sollen anhand der kleinskaligen Tests Entscheidungskriterien abgeleitet werden, ob eine Extrapolation nach den derzeit üblichen Methoden zulässig ist.
Im Jahre 2015 wurden u.a. zur Umsetzung der Europäischen Richtlinien 2009/104/EG und 1999/92/EG die Neufassungen der beiden für den Explosionsschutz wichtigsten Verordnungen, der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) und der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV), veröffentlicht und der Explosionsschutz neu aufgeteilt. Anforderungen an den Arbeitsschutz werden überwiegend in der GefStoffV behandelt, während Aspekte der erstmaligen Prüfung vor Inbetriebnahme sowie der wiederholenden Prüfungen Teil der BetrSichV sind. Durch diese Neuordnung wurde eine Überarbeitung der Technischen Regeln (Techn. Regeln zur GefStoffV (TRGS) und Techn. Regeln zur BetrSichV (TRBS)), die den Explosionsschutz zum Inhalt haben, notwendig.
Die BAM hat umfangreiche Versuchsreihen zur Auswirkungsbetrachtung des Versagens von Acetylen- und Propanbehältern auf dem TTS durchgeführt. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern entstanden zwei Merkblätter mit praktischen Hinweisen für Einsatzkräfte, die die aktuellen Forschungsarbeiten der BAM berücksichtigen. Im Rahmen dieses Vortrages wurden den Einsatzkräften die Inhalte und Hintergründe der Merkblätter erläutert
Lachgas kann als Medium in Kälteanwendungen unter -50 °C eingesetzt werden. Da ein explosionsartiger Zerfall von Lachgas bei erhöhtem Druck möglich ist, sind bei entsprechenden Anwendungen Explosionsgefahren zu beachten. Im Vortrag wurden die Voraussetzungen und die Einflussgrößen für den explosionsartigen Zerfall von Lachgas, wie Temperatur, Druck, Geometrie und Zündenergie vorgestellt und diskutiert. Weiterhin wurden Versuchsergebnisse zur Untersuchung des Einflusses geringer Mengen an brennbaren Komponenten (Propan und Öl-Nebel) auf die Explosionseigenschaften vorgestellt und die Stabilisierung der Gemische durch Beimischung von Kohlendioxid diskutiert.
Ergänzend zu früheren Arbeiten. in denen die Explosionsbereiche für Brenngase aus der homologen Reihe der Alkane und Alkene berechnet worden sind, wurden Ergebnisse der Berechnungen für 1-Propanol, Aceton und Difluormethan vorgestellt. Für die Berechnung ist das Modell erweitert worden. so dass auch die Transporteigenschaften der Gasgemische berücksichtigt werden.
Weiterhin ist eine neue Methode zur Berechnung der Spitze des Explosionsbereichs implementiert worden. Die Ergebnisse zeigen. dass die Berechnung der Explosionsbereiche für Alkohole. Ketone und halogenierte Kohlenwasserstoffe mit ähnlicher Genauigkeit wie für Alkane und Alkene möglich ist.
Bei Geräten und Maschinen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen muss in der europäischen Union eine Zündgefahrenbewertung durchgeführt werden. Dabei müssen unter anderem die Gefahren von nichtelektrischen Zündquellen betrachtet werden, zu denen auch die mechanischen Schlagvorgänge gehören. Bei Schlagvorgängen kommt es infolge des Zusammenstoßes zweier Werkstücke zu einer Umwandlung der kinetischen Energie. Dabei erhöht sich die Temperatur der Werkstoffe an der Kontaktstelle und es kommt unter Umständen zu einem Abtrennvorgang kleiner Partikel erhöhter Temperatur. Sowohl die heißen Kontaktstellen als auch die abgetrennten Partikel können eine wirksame Zündquelle für ein explosionsfähiges Gasgemisch darstellen. Zur Festregung von Grenzwerten wurden in der Norm EN 13463-1:2009 die Gasgemische anhand ihrer Explosionsgruppe klassifiziert und zu jeder Gruppe die maximale Energie des Schlagvorgangs festgelegt. unter derer die Entstehung einer wirksamen Zündquelle als unwahrscheinlich angenommen werden kann.
Sicherheitstechnische Kenngrößen des Explosionsschutzes für hybride Stoffgemische – Das Verbundvorhaben „NEX-HYS“ Im Rahmen des WIPANO-Programms (Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen), gefördert vom BMWi, ist ein Verbundvorhaben zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen hybrider Gemische begonnen worden. Teilnehmer sind die OvGU Magdeburg (Koordination), die BAM, die PTB, die INBUREX GmbH und das DIN. Hybride Gemische, z.B. Staub-Brenngas-Luft-Gemische, spielen in der Prozesstechnik bei Trocknungs- und Transportprozessen eine wichtige Rolle. Für diese Gemische lassen sich die sicherheitstechnischen Kenngrößen nach den vorhandenen Normen nicht bestimmen. Aus bisherigen Forschungsarbeiten ist allerdings bekannt, dass hybride Gemische teilweise zündempfindlicher sind, erweiterte Explosionsbereiche aufweisen und die Auswirkungen von Explosionen heftiger ausfallen können als bei Brennstoffen, die nur in einem Aggregatzustand vorliegen.
Ziel des Verbundprojektes ist es, labortechnische Verfahren zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen (STK) für hybride Gemische bis zur Normungsreife zu entwickeln und mittelfristig eine europäische Normung für hybride Gemische im CEN TC305 zu initiieren. Folgende, technisch wichtige Kenngrößen sollen bearbeitet werden: Untere Explosionsgrenze, Sauerstoffgrenzkonzentration, maximaler Explosionsdruck, maximaler zeitlicher Druckanstieg und Mindestzündtemperatur.
Um eine schnelle allgemeine Verfügbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, ist im Rahmen des Vorhabens die Erstellung einer DIN SPEC (Vornorm) geplant.
Im Poster wird das Verbundvorhaben mit den einzelnen Arbeitspaketen dargestellt und diskutiert.
The presented results gained within the project "CoFi-ABV - Consequences of tank failure" give detailed insights into the potential consequences of tank failure of commercial 11 kg propane cylinders and the LPG tank installed in a car in case of a misfunction of the safety device. In comprehensive test campaigns performed on the Test Site for Technical Safety of BAM (BAM TTS), 15 off-the-shelf propane bottles and three passenger cars with a LPG tank were exposed to an intensive fire. Sensors and measurement equipment were used to gain data (temperature, pressure, dynamic overpressure, thermal radiation, video data) enabling an analysis of the consequences of tank failure and for the continuous monitoring of the experiments.
Tetrafluoroethylene (TFE) is an industrial scale starting material e.g. for polymer production (PTFE, FEP). When ignited the chemically unstable TFE is capable to decompose in an explosive way. Explosion propagation through pipe systems of production plants have led to damage and fatalities within the last 7 decades.
Incident analyses identified compression heat a relevant source of ignition. Chemical plants consist of pipes, vessels, separating valves, strainers and other components. Before restarting the process after maintenance work different parts of the plant components could be filled with TFE, Nitrogen or Air at different initial pressures ranging from vacuum or atmospheric to TFE at operating pressure. Valve opening procedures may cause a temperature increase in the gas phase. Compression takes place at polytropic conditions. Heat losses cannot be neglected. Therefore the temperature development in the gas depends upon the surface-to-volume-ratio of the enclosure, geometrical influences, the state of gas flow, how fast the valve opens and the heat capacity of the gas being compressed.
In the present work initial test results from a 2.5” pipe will be compared with existing 1.1” pipe data. Geometrical effects will be briefly discussed as well as some first results concerning the influence of orifices are reported. Furthermore a method allowing for the identification of hazardous initial conditions is discussed.
Im 2. Teil des Artikels zu den Untersuchungen zum Einfluss von Rohrleitungsverzweigungen auf die Wirksamkeit von Deflagrationsrohrsicherungen (s. a. [1]) werden die Ergebnisse der visuellen Beobachtungen des Reaktionsverlaufes sowie die Belastungen der Flammendurchschlagsicherung (s. Bild 1) bei unterschiedlichen Einbaubedingungen in den Vordergrund gestellt. Gegenübergestellt wird die Belastungssituation der Flammensperre in einer geraden und einer verzweigten Rohrleitung. Ausdrücklich wurden Einbaubedingungen gewählt, die nicht Normgerecht [2] sind. Verwendet wurde dafür eine speziell gefertigte Deflagrationsrohrsicherung, die eine Beobachtung des Reaktionsverlaufs im Bereich der spiralförmig gewickelten Metallbänder erlaubt. Zusätzlich wurde im geschützten Bereich in der Rohrleitung eine Kamera installiert, die die Belastungssituation bei den einzelnen Versuchen dokumentierte. Die Ergebnisse bestätigen sehr eindrucksvoll, dass die Belastungssituation der Deflagrationsrohrsicherung sich in Abhängigkeit von der Konfiguration der Rohrleitung entscheidend ändert.
The presented results gained within the project "CoFi-ABV - Consequences of tank failure" give detailed insights into the potential consequences of tank failure of commercial 11 kg propane cylinders and the LPG tank installed in a car in case of a misfunction of the safety device. In comprehensive test campaigns performed on the Test Site for Technical Safety of BAM (BAM TTS), 15 off-the-shelf propane bottles and three passenger cars with a LPG tank were exposed to an intensive fire. Sensors and measurement equipment were used to gain data (temperature, pressure, dynamic overpressure, thermal radiation, video data) enabling an analysis of the consequences of tank failure and for the continuous monitoring of the experiments.