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Die adiabate Kompression stellt insbesondere für zerfallsfähige Gase eine potentielle Zündquelle sowohl bei Herstellungsprozessen als auch beim Umgang in weiter-verarbeitenden Betrieben oder beim Endnutzer dar. Unter bestimmten Bedingungen kann hier eine explosionsartige Zerfallsreaktion auch in Abwesenheit eines Oxidators initiiert werden. Zur systematischen Untersuchung des Zündverhaltens von Zerfallsreaktionen wurde eine Rohrapparatur mit einem schnell öffnenden Kugelhahn aufgebaut, um praxisnahe Vorgänge darstellen zu können. Am Beispiel Tetrafluorethen (TFE) wurden umfangreiche Untersuchungen mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern und –längen durchgeführt. Neben der Kompression von homogenen Gasphasen wurden außerdem Kompressionsvorgänge von heterogenen Gasen durchgeführt. Dabei war das Gas im Niederdruckteil unterschiedlich zum Gas im Hochdruckteil. Für den Hochdruckteil wurde Stickstoff, Acetylen und TFE verwendet. Im Niederdruckteil kamen TFE, Stickstoff und Luft zum Einsatz. Zudem wurden das Kompressionsverhältnis sowie die Absolutdrücke im Hochdruck- und Kompressionsteil variiert. Für TFE wurde ein Druckbereich bis 30 bar absolut untersucht. Versuche mit Acetylen wurden zur apparativen Validierung durchgeführt. Es zeigte sich, dass in der verwendeten Apparatur reproduzierbare Zündvorgänge nur im Bereich sehr enger Anfangsparameter möglich sind. Die Kompression von Luft durch ein zerfallsfähiges Gas stellt dabei den sicherheitstechnisch kritischsten Fall dar.
Zur Einschätzung der Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle für ein Gas oder ein Gasgemisch werden in der Praxis Zündtemperaturen experimentell bestimmt. Die Zündtemperatur gemäß dem europäischen Standardverfahren EN 14522 wird bei Atmosphärendruck bestimmt und ist vor allem dazu geeignet die Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle bei einem unerwünschten Stoffaustritt aus einer geschlossenen Anlage einzuschätzen. Eine Aussage bzgl. der der Zündfähigkeit an heißen Oberflächen innerhalb einer geschlossenen Anlage, z. B. in größeren Behältern bei bestimmten Gemischzusammensetzungen und höheren Anfangsdrücken, kann anhand der Zündtemperatur gemäß EN 14522 nicht getroffen werden. Die Bestimmung nach dem europäischen Standard erfolgt in einem offenen System, bei atmosphärischem Druck und in Luft als Oxidationsmittel.
Die adiabate Kompression stellt insbesondere für zerfallsfähige Gase eine potentielle Zündquelle sowohl bei Herstellungsprozessen als auch beim Umgang in weiterverarbeitenden Betrieben oder beim Endnutzer dar. So kam es in der Vergangenheit etwa in TFE-verarbeitenden Anlagen wiederholt zu Störfällen durch Adiabate Kompressionsvorgänge des Monomers. Unter dem Begriff „zerfallsfähige Gase“ oder auch „chemisch-instabile Gase“ versteht man Gase, bei denen es auch in Abwesenheit eines Oxidators nach einer Zündung zu einem explosionsartigem Reaktionsverlauf kommen kann, wie es etwa beim Tetrafluorethylen (TFE) der Fall ist.
Die Zerfallsreaktion von TFE ist in Gleichung dargestellt. Sobald eine Zündquelle die Zerfallsreaktion initiiert, kann diese bei bestimmten Anfangsbedingungen von Druck und Temperatur explosionsartig verlaufen. Die schnelle Reaktionsrate zusammen mit der hohen Exothermie der Reaktion kann zur Bildung von heftigen Explosionen führen, wie sie sonst nur bei Brenngas/Oxidator-Gernischen üblich sind.
There is a lack of data on the self-ignition behaviour of tetrafluoroethylene (TFE) in industrial sized
equipment. In order to assess the tendency of TFE for
decomposition in large scale vessels, , a facility was
designed and constructed. Tests were
carried out in a cylindrical reactor with a volume of 100 L with initial
pressures of 5 and 10 bar(a). The effect of the reacto
r adjustment (vertical or horizontal) was taken into
account. The current work describes the test set
up and summarizes the experimental results achieved.
Furthermore, this paper reports on a numerical model for
the prediction of the self
-heating of TFE in closed
vessels, which was previously developed for small scale reactors and has been here validated for larger
dimensions with the experiments performed in the new facility.
Fire exposure tests of acetylene cylinders were performed. The purpose of the experiments was to gather information on the behavior in fire of such vessels, depending on the initial charge of acetylene. In fact "empty" acetylene cylinders still contain the solvent in which acetylene is dissolved plus the amount of acetylene to saturation at atmospheric pressure and ambient temperature and may still constitute a threat to safety. In the fire exposure tests performed the hazardousness of these vessels was demonstrated, since it was observed that not only fully charged acetylene cylinders but also cylinders with saturated solvent can explode, provided the heat transfer to the vessel is sufficient. The times to explosion were shorter for fully charged cylinders, due to the higher initial pressure and to the faster pressure increase. The effects of the explosions are comparable for both fully charged cylinders and for cylinders with saturated solvent, except for the smaller fireball which is produced in the second case, due to the smaller amount of fuel available. In both cases the cylinder walls or at least fragments can fly further than 100 m away from the burst location. Results of the experiments are presented in the paper. During the tests, temperature measurements at the cylinder walls and in the cylinder interior were performed. Furthermore, the pressure in the cylinder was recorded. The collected data will serve for the validation of a numerical model for the simulation of the heating of acetylene cylinders involved in fire and of the afterward cooling with water, which has been developed. The constitutive model equations and the results of some simulations are presented in the paper.