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Organisationseinheit der BAM
In der Vergangenheit führte die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) zahlreiche Tankbrandversuche mit und ohne Sicherheitseinrichtungen durch. Dabei stellte sich heraus, dass Gastanks mit nicht ausreichend dimensionierten Sicherheitseinrichtungen bei einer äußeren thermischen Belastung innerhalb von 6 bis 10 min in Form eines BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) versagen können. Um die Feuerwiderstandsdauer eines Tanks zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, den Tank u. a. mit einer sog. reaktiven Brandschutzbeschichtung zu versehen. Bei einer Temperatureinwirkung ab ca. 200 °C (produktabhängig) beginnt die Schicht aufgrund einer thermochemischen Reaktion aufzuschäumen. Die Tankwand wird dabei temporär vor einer weiteren schnellen Erwärmung geschützt.
Neben herkömmlichen Stahlflaschen, die seit Jahrzehnten in fast unveränderter Bauform für Flüssiggase (Propan-Butan-Gemische) eingesetzt werden, etablieren sich immer mehr Flaschen aus Faserverbundwerkstoffen (GFK) mit einer geringeren Masse. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wurde beauftragt, das Verhalten dieser Gasflaschen unter den extremen Bedingungen eines Unfallfeuers zu untersuchen. In einem Brandprüfstand der BAM auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) in Horstwalde wurden deshalb beide Typen von Propangasflaschen einem simulierten Unfallfeuer ausgesetzt.
How can the risk of a BLEVE be reduced? That is the main question based on different research projects. In various large scale fire tests fire protection coating systems were used of different manufacturers. The degree of the coating as well as the layer thickness and the processing were varied. These experimental configurations were partly tested with and without pressure relief valve. The pressure relief valves were not protected again the thermal Load from the test fire. The ambition is to find a minimum of the thickness from the fire protection coating witch delay a BLEVE up to 90 minutes. Here are given the most interested configurations of tanks in fire and a description of the test-rigs.
Für die Bewertung der Integrität von Tanks ist die detaillierte Kenntnis der belastungsrelevanten Parameter unabdingbar. Die Wärmeübergangszahl a ist eine derartige Größe. Die Wärmeübergangszahl bestimmt direkt die Größe der vorhandenen Beanspruchungen im Tank. Insofern sollte die Wärmeübergangszahl bekannt sein. Aus diesem Grund wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für einen sich im Feuer befindlichen Tank ergibt sich die Wärmeübergangszahl zu 50 W/m2K. Auf dieser Basis konnten die bereits durchgeführten experimentellen Untersuchungen mithilfe der Methode der finiten Elemente nachgerechnet werden. Die dabei erzielten Ergebnisse sind infolge der getroffenen modelltechnischen sowie thermodynamischen Vereinfachungen als zufriedenstellend zu bezeichnen. In einem nächsten Schritt wird an einer verbesserten Modellierung sowie thermodynamischen Beschreibung der Verhältnisse im Tank gearbeitet.
In einem von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung durchgeführten Forschungsvorhaben wurde untersucht, inwieweit bei Gefahrguttanks im Brandfall ein 'BLEVE', d. h. ein Versagen der Umschließung mit anschließender Freisetzung der Flüssigkeit bzw. des verflüssigten Gases, verzögert bzw. verhindert werden kann.
Liquefied propane gas (LPG) tanks in a fully engulfing accidental fire experience a fast increase in internal pressure. The result is often a Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion (BLEVE) that can result in a large fireball and flying debris over a radius of more than 100 meters.
In the last 30 years BAM has carried out more than 30 real scale fire tests on propane storage vessels across three test sites. The primary research goal was to identify systems that can delay or prevent a BLEVE. Early studies started with water deluge systems, and have since moved on to consider alternative protection systems.
It has been shown that an unprotected vessel fails within 10 minutes or less. Tests with different oil and propane fueled fires have given an overview on possible real accidents involving full-engulfing scenarios. LPG tanks of various sizes (2.7 m³, 3.6 m³, 4.8 m³, 6.7 m³) were used with different filling levels. Numerous protection systems, ranging from active systems like water systems to passive thick- and thin-film layers. Also, the degree of thickness of these layers was variated. Pressure relief valves (PRV) have also been investigated, both alone and in combination with protection systems.
This paper gives an overview of the work performed by BAM in the field of BLEVE prevention of protecting system since the last 30 years. It has been shown that e.g. with a full applied coating degree on the tank with and without PRV can be reached an exposition in a test fire scenario a duration of more than 60min. For partly coated tanks with and without PRV the duration time is like an unprotected vessel. Furthermore, it could be shown that the active water system also protects with technically correct design.