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Eingeladener Vortrag
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Armaturen und Anlagenteile für Hochdruck-Sauerstoff enthalten meistens nichtmetallische Materialen als Sitz- und Dichtungswerkstoffe. Die Gefahr eines Ausbrands dieser Armaturen; ist grundsätzlich vorhanden, jedoch relativ gering, wenn neben dem richtigen Design geeignete metallische und nichtmetallische Materialien für die vorgesehenen Betriebsbedingungen von Druck und Temperatur gewählt werden. Aus sicherheitstechnischer Sicht sollte daher für Armaturen und Anlagenteile, die komplett aus Metall gefertigt und metallisch abgedichtet werden, eine noch geringere Gefahr eines Ausbrands bestehen. Während einer Versuchsreihe auf dem BAM-TTS- Frei Versuchsgelände mit Hochdruck-Sauerstoff brannte jedoch unerwartet ein solches - rein metallisches Anlagenteil - komplett ab. Bei diesen Versuchen platzt eine metallische Membran wie eine Berstscheibe bei einem bestimmten Sauerstoffdruck auf.
Einsatz der Oberflächentechnik zur Verbesserung der Ausbrennsicherheit von Sauerstoffarmaturen
(2007)
The new promoted ignition combustion test apparatus at BAM matches the requirements of ASTM test method G 124 [ASTM G 124, Standard Test Method for Determining the Combustion Behavior of Metallic Materials in Oxygen-Enriched Atmospheres, 2003] and of EIGA publication, IGC Doc 13/02/E [EIGA Gas Association Document IGC Doc 13/02/E, Oxygen Pipeline Systems, 2003]. The test apparatus is most likely the only one in Europe. The test chamber allows investigations with pure oxygen or oxygen mixtures at pressures up to 500 bar and at temperatures up to 400°C at static or flowing gas conditions. The ignition device consists of an electrical ignition wire and a promoter. IR-sensors, distributed over the whole length of the rod, measure and record the burning temperature and allow measurement of the burn rate. A video system records the experiment for visual characterization of the burning behavior. BAM test results are compared with published data. Results on investigations with coated rods are presented. Ceramic coatings seem to be a solution for the use of certain less compatible metallic materials at higher oxygen pressures.
Two different test apparatuses are used at BAM to evaluate the safety of oxygen components: First, the promoted ignition combustion test according to ASTM G 124 [1] and to EIGA IGC Doc 13/02/E [2], and second, the new metallic disk ignition test that has not been standardized yet. The standard test method ASTM G 124 allows a ranking of metallic materials for use at high pressure oxygen. However, the transfer of those test results to valves and fittings in real-life situations is rather complex. The metallic disk ignition test, developed at BAM, is more practice oriented and uses metallic disks of different thicknesses of the investigated material. A commonly used nonmetallic sealing ring is placed in front of this disk and serves as an igniter. This test array is then exposed to high pressure gaseous oxygen impacts in a standardized pneumatic impact tester according to DIN EN 1797 [3].
Nach nationalen und internationalen Vorschriften müssen
Armaturen und Anlagenteile für hoch verdichteten Sauerstoff
ausbrennsicher sein. Diese Forderung kann technisch dadurch
erreicht werden, dass sicherheitstechnisch geeignete
nichtmetallische und metallische Werkstoffe verwendet werden.
Für die Auswahl geeigneter metallischer Werkstoffe sind
der Verwendungszweck der Armatur, die Betriebsbedingungen
sowie werkstoffspezifische Parameter zu berücksichtigen.
Einige metallische Werkstoffe besitzen gute Materialeigenschaften,
lassen sich leicht be- bzw. verarbeiten und
sind kostengünstig in der Beschaffung, dürfen aber aufgrund
ihres ungünstigen Abbrandverhaltens in Sauerstoff nicht eingesetzt
werden. Es besteht daher ein großes Interesse, den
sicherheitstechnischen Beschränkungen dieser Werkstoffe
durch geeignete Maßnahmen entgegenzuwirken. Eine mögliche
Lösung stellt die Beschichtung dieser Werkstoffe beispielsweise
mit Keramik dar, um den unmittelbaren Kontakt
mit dem Sauerstoff zu verhindern. Um den Einfluss dieser
Keramikschichten auf das Abbrandverhalten metallischer
Werkstoffe zu untersuchen, wird die im Standard ASTM G124
[1] beschriebene Apparatur und das in der einschlägigen
Literatur beschriebene Bewertungsverfahren verwendet. Die
Ergebnisse zeigen, dass für keramikbeschichtete metallische
Werkstoffe ein Abbrand erst bei höheren Sauerstoffdrücken
erfolgt.
Nach nationalen und internationalen Vorschriften müssen
Armaturen und Anlagenteile für hoch verdichteten Sauerstoff
ausbrennsicher sein. Diese Forderung kann technisch dadurch
erreicht werden, dass sicherheitstechnisch geeignete
nichtmetallische und metallische Werkstoffe verwendet werden.
Für die Auswahl geeigneter metallischer Werkstoffe sind
der Verwendungszweck der Armatur, die Betriebsbedingungen
sowie werkstoffspezifische Parameter zu berücksichtigen.
Einige metallische Werkstoffe besitzen gute Materialeigenschaften,
lassen sich leicht be- bzw. verarbeiten und
sind kostengünstig in der Beschaffung, dürfen aber aufgrund
ihres ungünstigen Abbrandverhaltens in Sauerstoff nicht eingesetzt
werden. Es besteht daher ein großes Interesse, den
sicherheitstechnischen Beschränkungen dieser Werkstoffe
durch geeignete Maßnahmen entgegenzuwirken. Eine mögliche
Lösung stellt die Beschichtung dieser Werkstoffe beispielsweise
mit Keramik dar, um den unmittelbaren Kontakt
mit dem Sauerstoff zu verhindern. Um den Einfluss dieser
Keramikschichten auf das Abbrandverhalten metallischer
Werkstoffe zu untersuchen, wird die im Standard ASTM G124
[1] beschriebene Apparatur und das in der einschlägigen
Literatur beschriebene Bewertungsverfahren verwendet. Die
Ergebnisse zeigen, dass für keramikbeschichtete metallische
Werkstoffe ein Abbrand erst bei höheren Sauerstoffdrücken
erfolgt.
Die Gefahr eines Ausbrandes bei Armaturen und Anlagenteilen für Sauerstoff ist latent vorhanden wenn ungeeignete nichtmetallische Dichtungsmaterialien eingesetzt werden. Aus sicherheitstechnischer Sicht sollten daher komplett aus metallischen Materialien gefertigte und gedichtete Sauerstoffkomponenten kaum die Gefahr eines Ausbrands aufweisen. Auf dem 'BAM Testgelände Technische Sicherheit' (BAM-TTS) erfolgte der Ausbrand eines derartigen Sauerstoff-Anlagenteils daher völlig unerwartet. Neben dem heftigen Metallabbrand wurde glühendes metallisches Material bis zu 70 m weit geschleudert und führte zu mehreren Grasbränden. Die anschließenden Untersuchungen konzentrierten sich insbesondere auf die beiden Metallsorten Aluminium und Stahl, aus denen der Großteil der kommerziell erhältlichen Berstscheiben besteht.
Example for applying an IR-camera system at BAM Federal Institut for Materials Research and Testing
(2011)
In oxygen components, even for high pressure oxygen service, it is possible to use organic seals, lubricants, or filling liquids, provided their oxygen compatibility has been checked. However, fire incidents in oxygen systems still occur because these materials ignite and burn. There are many reasons, such as incorrect design, contamination, faulty operation, unsuitable materials, etc., why this happens. Another cause that is overseen very often is proper maintenance on the user´s side. It is very important to replace in a component a worn out seal by the same one with identical oxygen compatibility properties. On the part of the producer or distributor of materials, batch testing and also a quality assurance system play a key role in the safety of an oxygen component. Any change in the manufacturing process of a material, or in its composition, and even its further processing may have an impact on its oxygen compatibility and finally on the component in which it is used. Numerous investigations by BAM over decades reveal the influence of minor constituents and fillers on a material´s oxygen compatibility. The test results in this paper show how important it is to regularly perform batch testing on nonmetallic materials used for oxygen service and to have a quality assurance system that helps minimize incidents where unsuitable materials are chosen by accident.
Self-contained underwater breathing apparatus (SCUBA) divers use different mixtures of nitrogen and oxygen as breathing gas. The so-called NITROX mixture often contains more oxygen than is contained in air and may increase the fire hazard in diving equipment. The SCUBA diving community, however, still differentiates between NITROX mixtures that contain more than 40 % oxygen or less. They consider a mixture with up to 40 % oxygen often as regular air. In filling operations of SCUBA cylinders, gas flows from high pressure to low pressure. Because of compressive heating, a sudden temperature rise in the gas occurs and nonmetallic materials, e.g., seals may ignite. BAM has used the pneumatic impact test to investigate the ignition sensitivity of ethylene propylene diene monomer (EPDM), fluorelastomer (FPM), polytetrafluorethylene (PTFE), polyetheretherketone (PEEK), and nylon (PA 6.6) to gaseous impacts in synthetic air, in various NITROX mixtures, and in pure oxygen. The test results clearly show that for nonmetallic materials, the maximum pressure of nonreaction in NITROX mixtures decreases at a content of 29 % oxygen in comparison to those in air. In addition, autoignition temperatures of the nonmetallic materials were also determined. The findings of this investigation support very well the results of other publications on oxygen enrichment. As a consequence of this study, in SCUBA diving, the same safety requirements for NITROX mixtures with more than 21 % oxygen should be applied as for pure oxygen in the industry.
The widely held incorrect belief in the self-contained underwater breathing apparatus (SCUBA) diving community, that oxygen-enriched gas mixtures, so-called NITROX, with an oxygen content of up to 40 vol. % can be considered as regular air, has already been refuted in many papers. Now, another dangerous practice has drawn the attention. In a market study, more than 60 representative SCUBA cylinder valves were examined. Sales offices claim that all of those valves can be used for oxygen-enriched gas mixtures. The fact is that some of these cylinder valves are for air use only. By exchanging the nonmetallic materials and applying additional cleaning procedures, these air valves become so-called “oxygen clean.” Then, the valves are on sale for oxygen-enriched service. This procedure is dangerous because the labeling pretends a pseudo-safety. All of the 60 SCUBA cylinder valves were tested applying the standardized oxygen pressure surge tester at BAM. As suspected, many of the cylinder valves are not burn-out safe. In addition, different test results were received for actual new valves, for so-called new but temporarily stored valves, and for used valves. This paper reveals another dangerous practice and wants to alert the SCUBA diving community.
Die meisten Sauerstoffarmaturen und -anlagenteile bestehen aus Metallen und enthalten nichtmetallische Materialen als Sitz- und Dichtungswerkstoffe. Die Gefahr eines Ausbrands ist grundsätzlich vorhanden, jedoch relativ gering, wenn neben der richtigen Konstruktion geeignete metallische und nichtmetallische Materialien für die vorgesehenen Betriebsbedingungen gewählt werden. Aus sicherheitstechnischer Sicht sollten Sauerstoffarmaturen und -anlagenteile, die komplett aus metallischen Materialien gefertigt und abgedichtet werden, ein noch geringeres Risiko eines Ausbrands aufweisen. Bei einer Versuchsreihe auf dem BAM-TTS-Freiversuchsgelände brannte unerwartet ein rein metallisches Anlagenteil komplett ab. Bei dieser Versuchsanordnung platzt eine metallische Berstscheibe bei einem bestimmten Sauerstoffdruck auf. Die anschließenden Untersuchungen konzentrierten sich auf die Frage, wie es bei diesem Versuch zu einem Ausbrand des massiven Anlagenteils kommen konnte. Im Vortrag werden die Ergebnisse der Untersuchungen diskutiert und die Sauerstoffverträglichkeit der verwendeten Metalle auf Grundlage des Abbrandverhaltens nach ASTM G 124-95 verglichen. Es wird versucht, die Frage zu beantworten, ob der Einsatz metallischer Berstscheiben zu einer Erhöhung der Brandgefahr in Sauerstoffanlagen führen kann.
The general requirement, that nonmetallic materials for oxygen service must be tested and found suitable for their intended use in plants and components is the current state of technical safety. However, numerous requests of manufacturers, sales offices, and users show, that there is still a strong need for information on how these materials are tested and evaluated. Based on more than 60 years of expertise, this paper provides background information on BAM’s test approach. It explains why BAM applies additional assessment criteria on nonmetallic materials for certain use conditions. Hence, the test schedule as well as the final evaluation shall reflect the practical application in a more customer-related way in combination with a higher safety level. That is the demand of BAM’s safety philosophy.
The general requirement, that nonmetallic materials for oxygen service must be tested and found suitable for their intended use in plants and components is the current state of technical safety. However, numerous requests of manufacturers, sales offices, and users show that there is still a strong need for information on how these materials are tested and evaluated. Based on more than 60 years of expertise, this paper provides background information on BAM’s test approach. It explains why BAM applies additional assessment criteria on nonmetallic materials for certain use conditions. Hence, the test schedule as well as the final evaluation shall reflect the practical application in a more customer-related way in combination with a higher safety level. That is the demand of BAM’s safety philosophy.
The Oxygen Pressure Surge Test (OPST) is considered to be best practice for evaluating the burn out safety of plant components and testing the compatibility of nonmetallic materials for oxygen service. Nevertheless, there are only a few laboratories worldwide performing the OPST. The Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) already operates oxygen pressure surge test facilities with maximum OPST pressures of 450 bar.
However, to ensure technical innovation and to enhance research and development, the decision was made to develop a new and large-scale oxygen pressure surge test facility. Due to the size and the high potential impact energies, the test facility is located outside of Berlin at BAM Test Site for Technical Safety (TTS), where large scale testing is carried out. In addition to an intended maximum OPST pressure of 750 bar, there is the possibility of testing industrial equipment with large inner volumes and diameters. The new quick opening valve constitutes the core of the system and was developed by BAM. It allows to perform tests with the standardized pressure rise times of 15 ms to 20 ms or with adjustable pressure rise times at higher or lower values. As a result, it is possible to provide customized test parameters for specific practical applications as well as research projects.
This presentation shows the status quo of this unique test facility, its performance, its technical specifications, and its new possibilities for research and development for a long term enhancement of burn out safety in oxygen application.
Cylinder valves for oxygen service that meet the standard DIN EN ISO 10297 should be safe, if properly handled by the user. In the last few years, however, the number of incidents with oxygen valves that has been reported to Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) has increased. According to the incident reports, incorrect handling can be ruled out. People were seriously injured and in most cases, the causes of these incidents were not clear. Very often, such incidents occurred during opening and closing of the valves. Therefore, the technical-scientific community has put the existing test methods for type testing more and more into question. Besides other mandatory tests, the above-mentioned standard allows to perform the endurance test with air or with nitrogen. This is appropriate for all other gases but not for oxygen. Up to now, this test does not consider the fact that cylinder valves also contain nonmetallic seat materials and lubricants that may react with oxygen in a dangerous way. Because of this unsatisfactory situation, BAM initiated a research project to perform endurance testing of cylinder valves for oxygen service much more practice related with oxygen. This test simulates very well real life situations when the cylinder valve is opened or closed. The first part of this project was the development of a new oxygen operated endurance tester in accordance with DIN EN ISO 10297. In a second part, endurance testing of valves with air and with oxygen was performed and the results were compared. In addition, another mandatory test of the standard, the oxygen pressure surge test was carried out on new valves and on valves that had undergone endurance tests with air or oxygen, to see the influence on the burn-out safety of such pre-stressed valves. This paper presents the main results of the project. The findings clearly speak for implementing the oxygen endurance test not only to DIN EN ISO 10297 but also to various other standards to increase the burn-out safety of oxygen cylinder valves.
Erste Ergebnisse und Erkenntnisse bei der Lebensdauerprüfung mit Sauerstoff - TNS-Vorhaben 2105
(2014)
In den letzten Jahren gab es bei Ventilen zahlreiche technische Weiterentwicklungen, die einerseits zusätzliche Funktionen wie Strömungsbegrenzungs-, Druckregel- und Restdruckfunktion andererseits auch eine immer kompaktere Bauweise betrafen. Diese sogenannten VIPR (Valve with Integrated Pressure Regulator) werden immer häufiger, insbesondere im medizinischen Bereich, eingesetzt. Dies hat leider auch zu einer Zunahme von Ausbränden in Zusammenhang beim Einsatz mit hoch verdichtetem Sauerstoff geführt. Eine mögliche Ursache hierfür können Sauerstoffdruckstöße beim Öffnen der VIPR in Kombination mit mechanischen Bewegungen von Bauteilen im Inneren sein. Auch die Verwendung von für diesen speziellen Fall ungeeigneten Dichtmaterialien und Gleitmittel erscheint als Ursache für die Ausbrände möglich. Allerdings ist es ebenfalls denkbar, dass beim Betrieb der VIPR, z.B. bei Reinigungs- und Desinfektionsarbeiten, organische Stoffe in die VIPR und Anschlüsse gelangen und so die Ausbrände verursachen.
Um konstruktions- und bauseitige Ursachen sicher auszuschließen, schlägt die BAM vor, eine neuartige Lebensdauerprüfung mit verdichtetem Sauerstoff für VIPR zu entwickeln und später in Normen zu überführen. Bei der zzt. üblichen Lebensdauerprüfung, die mit Luft bzw. mit Stickstoff durchgeführt wird, werden die VIPR mit einer vorgegebenen Anzahl von Öffnungs- und Schließvorgängen unter Last geprüft. Diese Prüfung hat sich durchaus bewährt, berücksichtigt aber nicht die Besonderheiten des Reaktionsverhaltens der Dichtungselemente und der eingesetzten Materialien mit Sauerstoff.
Gegenstand des Vorhabens ist es, VIPR auf einem „Sauerstoff-Lebensdauerprüfstand“ mit Sauerstoff unter hohem Druck zu untersuchen und ein Prüfverfahren zur sicherheitstechnischen Bewertung von VIPR für Sauerstoff zu entwickeln.
Neben der systematischen Untersuchung des sauerstoffspezifischen Einflusses auf die eingesetzten Dichtungen und Gleitmittel soll auch eine sicherheitstechnische Bewertung der VIPR vorgenommen werden. Dabei sollen sowohl industrielle/technische VIPR (gemäß EN ISO 22435) wie auch VIPR für medizinische Anwendungen (gemäß EN ISO 10524-3) untersucht werden. Im Ergebnis soll die Eignung des neuartigen Prüfverfahrens für die sicherheitstechnische Bewertung von VIPR festgestellt werden.
Auch in den letzten Jahren wurden bei Ventilen immer wieder Ausbrände in Zusammenhang beim Einsatz mit hoch verdichtetem Sauerstoff festgestellt. Neben diesbezüglichen Anfragen durch das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) wandten sich Hersteller und Anwender von solcher Ventile auch direkt an die BAM. Häufig scheinen ungeeignete Dichtmaterialien und Gleitmittel die Ursache für die Ausbrände zu sein. Allerdings ist es ebenfalls denkbar, dass bei der Handhabung der Ventile, z.B. bei Reinigungs- und Desinfektionsarbeiten, organische Stoffe in die Ventile und Anschlüsse gelangen und so die Ausbrände verursachen könnten. Auch eine fehlerhafte Handhabung an sich ist als mögliche Ursache möglich.
Für eine systematische Untersuchung dieses Sachverhalts hat die BAM einen neuartigen Lebensdauerprüfstand entwickelt, der die Ventile mit hochverdichtetem Sauerstoff prüft. Die zzt. übliche Lebensdauerprüfung nach ISO 10297:2014 wird mit Luft bzw. mit Stickstoff durchgeführt und berücksichtigt somit nicht die Besonderheiten des Reaktionsverhaltens der Dichtungselemente und der eingesetzten Materialien mit dem Sauerstoff.
Bei den Untersuchungen von Sauerstoff-Gasflaschenventilen im Rahmen eines inzwischen erfolgreich abgeschlossenen TNS-Vorhabens (TNS: Transfer von Forschungs- und Entwicklungsergebnissen durch Normung und Standardisierung) hat sich der Sauerstoff-Lebensdauerprüfstand bewährt. Es konnte aufgezeigt werden, dass die Dichtungsmaterialien und Gleitmittel bei den Prüfungen mit Sauerstoff anders und stärker belastet werden als bei den entsprechenden Prüfungen mit Luft. Insgesamt gab es bei Lebensdauerprüfungen mit Sauerstoff drei Prüfabbrüche und einen Ausbrand, die gleichen Ventiltypen bestanden aber die entsprechenden Lebensdauerprüfungen mit Luft.
Gegenstand eines geplanten Vorhabens ist es, VIPR (Valve with integrated pressure regulator) u.a. Lebensdauerprüfungen mit Sauerstoff zu unterziehen und die Ergebnisse mit denen aus den entsprechenden Lebensdauerprüfungen mit Luft zu vergleichen. Im ersten Schritt sollen dabei VIPR für medizinische Anwendungen (gemäß EN ISO 10524-3) untersucht werden. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen auch bereits die Anforderungen der aktuellen DIS/ISO 10524-3 an die Sauerstoff-Druckstoßprüfung sowohl über den Eingang wie auch über den Füllanschluss untersucht werden. Die Ergebnisse und Erkenntnissen sollen dann über Gremientätigkeiten vorgestellt werden und so möglichst Einzug in die nächsten Revisionen der Standards finden.
Immer wieder kommt es bei Druckgasflaschenventilen in Zusammenhang mit hoch verdichtetem Sauerstoff zu Ausbränden. Das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) und die BAM waren bereits mehrfach in Unfalluntersuchungen bei Medizinprodukten involviert.
Häufig scheinen ungeeignete Dichtungsmaterialien und Gleitmittel die Ursache für die Ausbrände zu sein. Allerdings ist es ebenfalls denkbar, dass bei der Handhabung der Ventile, z.B. bei Reinigungs- und Desinfektionsarbeiten, organische Stoffe in die Ventile und Anschlüsse gelangen und so die Ausbrände verursachen könnten. Auch eine fehlerhafte Handhabung ist als mögliche Ursache nicht auszuschließen.
Für eine systematische Untersuchung dieses Sachverhalts hat die BAM einen Lebensdauerprüfstand entwickelt, der Druckgasflaschenventile mit hochverdichtetem Sauerstoff anstelle der üblichen Untersuchung mit Luft prüft. Das abgeschlossene TNS-Vorhaben "Entwicklung einer neuen Methode zur Lebensdauerprüfung von Gasflaschenventilen mit Sauerstoff" (BMWI Förderkennzeichen 03FS13025) hat die grundsätzliche Eignung des Prüfverfahrens aufgezeigt, das die Besonderheiten des Reaktionsverhaltens der Dichtungselemente und der eingesetzten Materialien mit Sauerstoff aufzeigt.
Neben den Ergebnissen und Erkenntnissen des abgeschlossenen TNS-Vorhabens zeigt der Vortrag den konkreten Planungsstand des Vorhabens mit VIPR-Ventilen (Valve integrated pressure regulator). Ergänzend zum Arbeitsplan und zur Vorstellung des Prüfverfahrens nach der aktuellen FDIS/ISO 10524:2018 wird die Erstellung einer DIN SPEC als möglicher Abschluss des Vorhabens vorgestellt.
Bedauerlicherweise kommt es bei Druckgasflaschenventilen im Zusammenhang mit hoch verdichtetem Sauerstoff immer wieder zu Ausbränden. Das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) und die BAM waren bei Meizinprodukten bereits mehrfach gemeinsam in Unfalluntersuchungen involviert.
Als mögliche Ursachen für die Ausbrände kommen u.a. die Konstruktion des Ventils selber, aber auch die Verwendung ungeeigneter Dichtungsmaterialien und Gleitmittel, Fehler bei der Handhabung der Ventile sowie Fehler bei Reinigungs- und Desinfektionsarbeiten in Betracht.
Für eine systematische Untersuchung dieses Sachverhalts hat die BAM einen Lebensdauerprüfstand entwickelt, der Druckgasflaschenventile mit hochverdichtetem Sauerstoff anstelle der üblichen Untersuchung mit Luft prüft. Das abgeschlossene TNS-Vorhaben "Entwicklung einer neuen Methode zur Lebensdauerprüfung von Gasflaschenventilen mit Sauerstoff" (BMWI Förderkennzeichen 03FS13025) hat die grundsätzliche Eignung des Prüfverfahrens aufgezeigt, das die Besonderheiten des Reaktionsverhaltens der Dichtungselemente und der eingesetzten Materialien mit Sauerstoff aufzeigt.
Der Vortrag zeigt die Ergebnisse und Erkenntnisse des abgeschlossenen TNS-Vorhabens. Zahlreiche Bilder zeigen auf, dass die eingesetzten Dichtungsmaterialien und Gleitmittel beim Einsatz in Sauerstoff erwartungsgemäß anders und stärker belastet werden als bei der Verwendung in Luft.
Leider konnte die Industrie nicht zur Unterstützung des mit dem IGV (Industriegaseverband e.V.) seit 2016 geplanten Vorhabens mit VIPR-Ventilen (Valve integrated pressure regulator) gewonnen werden. Der angedachte Arbeitsplan und die vergleichende Durchführung der Untersuchungen gemäß bisheriger ISO 10524-3:2006 und der aktuellen FDIS/ISO 10524:2018 soll dennoch durchgeführt werden. Dazu werden aktuell Kooperationmöglichkeiten mit dem BfArM aber auch BAM-interne Forschungsvorhaben geprüft. Nach Abschluss dieser Untersuchungen ist auch die Erstellung einer DIN SPEC vorgesehen.
Nichtmetallische Materialien dürfen generell als Gleitmittel, Dichtungsmaterialien, Flanschdichtungen und Füllflüssigkeiten nur dann in Sauerstoffanwendungen eingesetzt werden, wenn sie sicherheitstechnisch für die entsprechenden Betriebsbedingungen geeignet sind. Genormte Prüfverfahren sowie weitere Untersuchungsmöglichkeiten wie die Sauerstoff- Druckstoßprüfung, die Bestimmung der Zündtemperatur in verdichtetem Sauerstoff, die Untersuchung des Alterungsverhaltens, die Flanschprüfung sowie die Prüfung des Reaktionsverhaltens des Materials mit flüssigem Sauerstoff bei mechanischer Einwirkung sollen dies gewährleisten und können auch bei der BAM durchgeführt werden. Die vorhandenen Prüfungen und Beurteilungskriterien verursachen jedoch manchmal Probleme, wenn es um die Übertragbarkeit auf die tatsächliche, praktische Anwendung oder um die Interpretation von Prüfergebnissen geht. Der Vortrag stellt diesbezüglich die BAM- Sicherheitsphilosophie vor.
Alle nichtmetallischen und metallischen Materialien sowie alle Armaturen und Anlagenteile müssen für Sauerstoff- Anwendungen geeignet sein. Im ersten Teil des Vortrags werden die Prüfverfahren und Untersuchungsmethoden auf dem BAM Stammgelände sowie die Bewertungskriterien vorgestellt. Die BAM Sicherheitsphilosophie setzt bei der Interpretation der Prüfergebnisse teilweise auf strengere oder erweiterte Bewertungskriterien, um somit beispielsweise die bessere Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf praktische Anwendungen zu gewährleisten. Im zweiten Teil des Vortrags werden die erweiterten Sauerstoff Untersuchungsmöglichkeiten auf dem BAM Testgelände Technische Sicherheit vorgestellt. Nach der Planung und der technischen Umsetzung konnte im Probebetrieb gezeigt werden, dass die neue, weltweit einzigartige 750 bar Sauerstoff Druckstoßanlage korrekt arbeitet. Da es sich um eine komplette Neuentwicklung für extreme Betriebsbedingungen handelt, wurden für ein korrektes Funktionieren der Anlage teilweise aufwändige Modifikationen notwendig. Für 2021 ist die Inbetriebnahme dieser Prüfeinrichtung geplant.
Grundsätzlich dürfen alle nichtmetallischen und metallischen Materialien nur dann in Sauerstoffanwendungen eingesetzt werden, wenn sie sicherheitstechnisch für die Betriebsbedingungen geeignet sind. Neben allgemeinen Sauerstoff-spezifischen Anforderungen stellt der Vortrag die standardisierten Prüfverfahren und die Untersuchungsmöglichkeiten der BAM vor. Die Beurteilungskriterien für die Prüfverfahren werden kritisch betrachtet und es wird erklärt, in welchen Fällen und aus welchen Gründen die BAM ergänzende Beurteilungskriterien verwendet. Um den tatsächlichen, praktischen Anwendungsfall abzubilden, ist unter gewissen Umständen die Anpassung des Prüfumfangs möglich. Außerdem wird dargestellt, warum die BAM chargenbezogene Materialprüfungen empfiehlt.
Auch Sauerstoff- Armaturen und Anlagenteile müssen sicherheitstechnisch für die Betriebsbedingungen geeignet sein. Zur Beurteilung der Ausbrennsicherheit werden die zwei an der BAM praktizierten Vorgehensweisen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen vorgestellt: Untersuchung der Armatur als komplette Funktionseinheit bzw. Beurteilung der Armatur auf Basis der Untersuchungen der eingesetzten Materialien. Neben den Anforderungen aus produktspezifischen Normen wird auch für diesen Fall kurz erklärt, in welchen Fällen und aus welchen Gründen die BAM ergänzende Beurteilungskriterien verwendet bzw. den Prüfumfang anwendungsfallbezogen anpasst.
Es besteht die grundsätzliche Anforderung, dass alle nichtmetallischen und metallischen Materialien nur dann in Sauerstoffanwendungen eingesetzt werden dürfen, wenn sie sicherheitstechnisch auch für die entsprechenden Betriebsbedingungen geeignet sind. Der Vortrag stellt nicht nur die gängigen Prüfverfahren und Beurteilungskriterien. Es werden auch die folgenden Fragen beantwortet, die häufig von Wirtschaftsunternehmen und Verbänden gestellt werden:
- Welchen praktischen Anwendungsfall bilden die Prüfungen ab?
- Welche Untersuchungsmethoden führt die BAM durch?
- Warum verwendet die BAM ergänzende Beurteilungskriterien bei der sicherheitstechnischen Interpretation von Prüfergebnissen?
- Warum empfiehlt die BAM chargenbezogene Materialprüfungen?
- Worin unterscheiden sich die zwei von der BAM verwendeten Methoden zur Beurteilung der Ausbrennsicherheit von Armaturen und Anlagenteilen und welche Vor- und Nachteile bietet jede dieser Methoden?
Polytetrafluorethylen (PTFE) ist ein Hochleistungskunststoff, der sich aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften als unverzichtbarer Werkstoff in der modernen Industriegesellschaft etabliert hat. PTFE, modifiziertes PTFE und PTFE-Compounds kommen bevorzugt bei systemtechnischen Lösungen im Umfeld komplexer Regelwerke mit hohen Kompatibilitäts- bzw. regulativen Anforderungen, z.B. im Sauerstoff-, Lebensmittel- bzw. Trinkwasserkontakt, zur Anwendung. Beim Einsatz in Sauerstoffanlagen sollten Verarbeiter eine Reihe von Hinweisen beachten.
Nichtmetallische Materialien dürfen generell als Gleitmittel, Dichtungsmaterialien, Flanschdichtungen und Füllflüssigkeiten nur dann in Sauerstoffanwendungen eingesetzt werden, wenn sie sicherheitstechnisch für die entsprechenden Betriebsbedingungen geeignet sind. Genormte Prüfverfahren sowie weitere Untersuchungsmöglichkeiten wie die Sauerstoff- Druckstoßprüfung, die Bestimmung der Zündtemperatur in verdichtetem Sauerstoff, die Untersuchung des Alterungsverhaltens, die Flanschprüfung sowie die Prüfung des Reaktionsverhaltens des Materials mit flüssigem Sauerstoff bei mechanischer Einwirkung sollen dies gewährleisten und können auch bei der BAM durchgeführt werden. Die vorhandenen Prüfungen und Beurteilungskriterien verursachen jedoch manchmal Probleme, wenn es um die Übertragbarkeit auf die tatsächliche, praktische Anwendung oder um die Interpretation von Prüfergebnissen geht. Der Vortrag stellt diesbezüglich die BAM- Sicherheitsphilosophie vor.
In der Praxis kommt es immer wieder zu Ausbränden von medizinischen Geräten und industriellen Anlagen mit Sauerstoff. Armaturen und Anlagenteile dürfen deshalb nur dann mit Sauerstoff verwendet werden, wenn sie sicherheitstechnisch für die entsprechenden Betriebsbedingungen geeignet sind. Neben ganz konkreten Anforderungen aus produktspezifischen Normen und Richtlinien, müssen die Prüfungen in vielen Fällen individuell auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten werden. Der Vortrag stellt die BAM-Sicherheitsphilosophie hinsichtlich der unterschiedlichen Anforderungen und Möglichkeiten der Beurteilung der Ausbrennsicherheit vor.
Armaturen bestehen üblicherweise aus metallischen Werkstoffen und enthalten in der Regel brennbare Materialien als Sitz- und Dichtungswerkstoffe. Daher ist die Gefahr eines Ausbrands dieser Armaturen grundsätzlich immer vorhanden.
Der Vortrag zeigt die besonderen sicherheitstechnischen Anforderungen an Sauerstoff-Armaturen auf und stellt die gängigen Prüfverfahren der BAM sowie unsere Sicherheitsphilosophie vor.
Außerdem soll dieser Vortrag dazu dienen, das für Hersteller und Anwender existierende Begriffs-Chaos von Zulassung, Prüfbericht mit Beurteilung und Zertifizierung zu beseitigen.
Materials and components for oxygen service must be tested and found suitable for their intended use. For a fire or burn out, three requirments have to be present: Fuel, Oxygen and an ignition source. The presentation gives practival examples for all these three requirements and explaines the background and the assessment criteria of tests at BAM. However, risks still exist and can lead to severe accidents. Some accidents, their effects as well as the possible causes are presented to raise awareness of the specific dangers when handling oxygen.