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Organisationseinheit der BAM
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (22)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (22)
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- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (4)
- 2.2 Prozesssimulation (2)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (2)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 7 Bauwerkssicherheit (2)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (2)
Eingeladener Vortrag
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Adiabatic compression of gases can work as an ignition source and is still one of the main causes of accidents in chemical plants processing tetrafluoroethylene (Reza and Christiansen, 2007). The ignition of tetrafluoroethylene induced by adiabatic compression has been studied experimentally with a setup which allowed for the rapid opening of a high speed valve connecting two portions of a pipeline at different initial pressures. Due to the fast opening time and to the high pressure difference, a shock wave in the pipeline was generated. The propagation of the shock wave and its reflection at the end of the pipeline caused pressure and temperature increase. This led to some ignitions in the experiments performed. Nonetheless, in some test an ignition was not achieved, even if this was expected according to the theoretical temperatures predicted by the Rankine-Hugoniot equations. In order to understand the discrepancy between the experimental results and the theoretical predictions, shock wave simulations have been carried out with COMSOL Multiphysics. The 'High Mach Flow' interface was used, since it solves the heat and impulse equations for fast flows. Figure 1 and Figure 2 show, respectively, the velocity and temperature distribution over time for a simulation in a 0.2 m pipeline of 20 mm in diameter with the following settings:
- high pressure section: nitrogen initially at 20 bar;
- low pressure section: nitrogen initially at 1 bar;
- initial temperature of the system: 20 °C;
- adiabatic walls with slip condition for the flow;
- laminar flow.
As from Figure 1 and Figure 2 the shock wave generation and propagation has been properly computed and the physical properties of the shock wave reflected the prediction of the Rankine-Hugoniot equation. Nonetheless, divergence problem occurred when trying to add turbulence to the system and strange temperature and profiles after the shock wave reflection were achieved if the no slip condition at the walls was chosen. Despite these limitations, it was possible to perform a parametric study and to analyze the effect of the pipe diameter and length on the shock wave evolution. Here simulations with constant wall temperature were carried out, in order to account for the heat losses to the pipe surroundings. Figure 3 shows that the temperature of the reflected wave is maintained for a longer time, if the pipe diameter is larger, due to minor heat losses. On the other hand, Figure 4 shows that higher average temperatures are achieved and maintained for a longer time if the pipe length increases. These results suggest that in the experiments performed by Meyer (2009) the pipe geometry was probably not optimal for the achievement/conservation of high temperatures and might explain the difficulty in inducing ignitions by adiabatic compression.
Acetylenflaschen im Feuer
(2012)
Acetylen ist eines der wichtigsten technischen Gase und findet insbesondere Anwendung beim Schweißen und Schneiden verschiedener Werkstoffe. Damit Acetylen in entsprechenden Mengen vor Ort zur Verfügung gestellt werden kann, wird es in Druckgasbehälter abgefüllt. Im Falle eines Brandes stehen Acetylenflaschen im Verdacht, jederzeit – auch nach Löschen des Feuers – aufgrund einer möglicherweise initiierten Zerfallsreaktion zu bersten. Um insbesondere Personenschäden zu vermeiden, evakuieren und sperren die Rettungskräfte einen Sicherheitsbereich mit einem Radius von mindestens 200 m um die verdächtige Flasche ab. Gleichzeitig wird umgehend mit der Kühlung der Flasche begonnen. Wie lange muss aber eine Acetylenflasche gekühlt werden, bis sie sicher abtransportiert werden kann, und wie lange muss der Sicherheitsbereich mit dem großen Radius aufrecht erhalten werden? Diesen Fragen ist die BAM in den vergangenen Jahren im Rahmen verschiedener Untersuchungen und Projekte nachgegangen.
In this paper, we present and validate the concept of an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS), combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) gas sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming at a versatile octocopter. While the TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements, it does not measure the distance traveled by the laser diode’s beam nor the distribution of gas along the optical path. Thus, we complement the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from a set of integral concentration measurements. To allow for a fundamental ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present results showing its performance characteristics and 2D plume reconstruction capabilities under realistic conditions. The proposed system can be deployed in scenarios that cannot be addressed by currently available robots and thus constitutes a significant step forward for the field of Mobile Robot Olfaction (MRO).
There is a lack of data on the self-ignition behaviour of tetrafluoroethylene in industrial sized equipment. Therefore, a facility was designed and constructed for the determination of the Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene in a cylindrical reactor with a volume of 100 dm3. Tests with initial pressures of 5 and 10 bar(a) were performed. The Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene was observed to decrease with the initial pressure, in agreement with previous experiments with small scale cylindrical vessels. This paper describes the test set-up und gives an overview of the achieved experimental results. In particular the effect of the reactor orientation (vertical or horizontal) is discussed. Furthermore, simplified equations from the Semenov thermal explosion theory are used to attempt extrapolations of previous and current data on the Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene to other vessel volumes or initial pressures. Moreover, the experimental data are plotted together against the heated volume to heated surface ratio, which should provide a better extrapolation to other vessel dimensions by taking into account that the efficiency of the dispersion of the heat generated by the reaction is different for two reactors with the same volume but different diameter. Finally, simplified methods for predicting the Minimum Ignition Temperature of Decomposition of tetrafluoroethylene presented previously by the authors are validated for large scale reactors with the experimental data collected within the current work.
Bei Störfallauswirkungsbetrachtungen an Biogasanlagen muss das Versagen der Folienabdeckung der Gärbehälter untersucht werden.
Hierbei sind insbesondere Risse in derselben hinsichtlich des austretenden Massenstromes an Biogas zu bewerten, ebenso wie der durch eine Zündung resultierende Flammenstrahl. Zurzeit existieren für Biogasfolien keine Erkenntnisse zu realistischen Ausflussziffern für die Massenstromberechnung. Die Anwendbarkeit verfügbarer Modelle zur Berechnung der Wärmestrahlung ist ebenso bisher ungeklärt. Um diese Fragestellungen zu untersuchen, wurden in der BAM Versuche an einem 80 m3 Biogassack durchgeführt.
Verkehrsunfälle unter Beteiligung von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen wie LPG („Autogas“, Liquefied Petroleum Gas), CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas) oder CGH2 (Compressed Gas Hydrogen, komprimierter Wasserstoff), bergen neue, komplexe Risiken für Passagiere, Einsatzkräfte und deren Umfeld. Im Rahmen des Projektes „CoFi-ABV“ beschäftigt sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unter Berücksichtigung komplexer Brand- und Explosionsszenarien mit einer ganzheitlichen Betrachtung der Auswirkungen des unfallbedingten Versagens von Gasbehältern für alternative Kraftstoffe. Ein wichtiger Teil des Forschungsvorhabens umfasst Entwicklung, Aufbau und Validierung einer unbemannten Flugplattform (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) zur Ferndetektion von Gaswolken. Für das sogenannte gassensitive Mini-UAV wird ein robuster Open-Path-Gasdetektor auf einer Sensorbewegungsplattform in Form eines modifizierten Kamera-Gimbals, integriert. Ziel ist es, ein leistungsfähiges und robustes Werkzeug zu entwickeln, welches Einsatzkräften im Falle eines Unfalls als Hilfe zur Abschätzung der Gefahr durch Gaswolken, ihrer Ausbreitung und der notwendigen Absperrbereiche zur Verfügung steht. Dieser Artikel ist der zweite der Reihe und legt, nach Projektvorstellung im ersten Teil, nun den Schwerpunkt auf das gassensitive Mini-UAV.
In Deutschland gibt es eine große Anzahl von Kraftfahrzeugen, die mit alternativen Antrieben (z. B. LPG (Liquefied Petroleum Gas), CNG (Compressed Natural Gas)) ausgerüstet sind. In zahlreichen Großversuchsserien untersucht die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) im Rahmen des internen Forschungsprojekts CoFi-ABV (Complex Fires – Auswirkungen von Behälterversagen) die Auswirkungen beim Versagen der Treibstoffbehälter dieser alternativen Antriebe. Ziel dieser Untersuchungen ist eine ganzheitliche Auswirkungsbetrachtung, um die Risiken für Feuerwehren und Rettungskräfte besser abschätzen zu können. Im Vorfeld zu den Versuchen für LPG- und CNG-Tanks wurden in einer weiteren Versuchsserie 15handelsübliche 11-kg-Propangasflaschen ohne Sicherheitseinrichtung unterfeuert. Alle 15 Behälter haben – wie zu erwarten war – versagt. Neben den Zustandsdaten des Behälters zum Versagenszeitpunkt (Temperatur des Behältermantels, Innendruck und -temperatur) wurden die Auswirkungen auf die Umgebung hinsichtlich Druckwirkung und Fragmentierung (Anzahl, Masse, Distanz, Richtung) dokumentiert.
Flüssige und komprimierte Gase sind in Deutschland, Europa und der Welt vielfältig als alternative Kraftstoffe im Einsatz. Diese werden unter teilweise hohem Druck in robusten Behältern an Bord gespeichert. Ein Versagen des Treibstoffbehälters im Schadensfall sollen verschiedene Sicherheitseinrichtungen, auch bei einem eventuell unfallbedingt auftretenden Fahrzeugbrand, verhindern. Sind diese Sicherheitseinrichtungen unfallbedingt beschädigt oder liegen die Belastungen dieser Einrichtung außerhalb ihres Auslegungsbereichs, ist ein Versagen des Behälters dennoch möglich. Dadurch kann es zur Bildung eines explosionsfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs mit den entsprechenden Folgen für Fahrgäste, Einsatzkräfte und Umfeld kommen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) untersucht im Forschungsprojekt "CoFi-ABV" mit umfangreichen zerstörenden Versuchsreihen im Realmaßstab die Folgen des unfallbedingten Versagens von Behältern für alternative Kraftstoffe und Maßnahmen zur Reduktion dieser Folgen im Rahmen einer ganzheitlichen Auswirkungsbetrachtung. Dieser Beitrag ist der Start einer Reihe und soll die Problemstellung sowie die Projektinhalte umfassend erläutern.
This paper introduces a novel robotic platform for aerial remote gas sensing. Spectroscopic measurement methods for remote sensing of selected gases lend themselves for use on mini-copters, which offer a number of advantages for inspection and surveillance. No direct contact with the target gas is needed and thus the influence of the aerial platform on the measured gas plume can be kept to a minimum. This allows to overcome one of the major issues with gas-sensitive mini-copters. On the other hand, remote gas sensors, most prominently Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensors have been too bulky given the payload and energy restrictions of mini-copters. Here, we introduce and present the Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS), which combines a novel lightweight TDLAS sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile hexacopter. The proposed system can be deployed in scenarios that cannot be addressed by currently available robots and thus constitutes a significant step forward for the field of Mobile Robot Olfaction (MRO). It enables tomographic reconstruction of gas plumes and a localization of gas sources. We also present first results showing the gas sensing and aiming capabilities under realistic conditions.