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Die "Empfehlungen für die Beförderung gefährlicher Güter, Handbuch über Prüfungen und Kriterien" ergänzen die "Empfehlungen für die Beförderung gefährlicher Güter, Modellvorschriften" und das "Global harmonisierte System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS)". Sie enthalten Kriterien, Prüfmethoden und –verfahren, die angewendet werden sowohl für die Einstufung gefährlicher Güter nach den Vorschriften der Teile 2 und 3 der Modellvorschriften als auch für Chemikalien, von denen nach dem GHS physikalische Gefahren ausgehen.
Massenabbrandraten organischer Peroxide unter besonderer Berücksichtigung der thermischen Stabilität
(2013)
Die Flüssigkeitstemperatur Temperatur in der flüssigen Phase unmittelbar im Grenzbereich zur Gasphase während eines Abbrandes organischer Peroxide überschreitet die Onset-Temperatur der beginnenden exothermen Zersetzungsreaktion des Peroxids, so dass diese zu berücksichtigen ist. Für die Peroxide Di-tert-butyl-Peroxid (DTBP) und tert-butyl-peroxybenzoat (TBPB) muss daher bei der Berechnung des Wärmerückstromes ein zusätzlicher Term für die Zersetzung in der Flüssigkeit additiv ergänzt werden. Der Umsatz der Zersetzungsreaktion wird unter den Bedingungen eines CSTR modelliert und erfolgt auf Basis einer Reaktionskinetik 1. Ordnung. Es kann gezeigt werden, dass der Wärmestrom in einem DTBP-Poolfeuer ≈ 40 % und einem TBPB-Poolfeuer ≈ 100 % des Wärmerückstromes durch Wärmestrahlung entspricht. Durch Q-Punkt-d können die vergleichsweise hohen Massenabbrandraten und die relative Unabhängigkeit der Massenabbrandraten vom Pooldurchmesser erklärt werden. Über eine Energiebilanz wird ein Modell basierend auf physikalischen Parametern entwickelt, das die Massenabbrandraten großer Poolfeuer, in sehr guter Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen, vorhersagt.
Auswirkungen hoher thermischer Belastungen auf flüssige organische Peroxide in Metallbehältern
(2018)
Im Gegensatz zu thermisch instabilen Kunststoffverpackungen garantieren Metallbehälter auch bei hoher thermischer Belastung, beispielsweise durch ein Schadenfeuer, einen stetigen Wärmeeintrag. Ist ein flüssiges organisches Peroxid enthalten, wird durch die Wärme eine sich selbst-beschleunigende exotherme Zersetzung initiiert. Das mit der Entzündung der Zersetzungsgase entstehende Feuer brennt durch den kontinuierlichen äußeren Wärmeeintrag heftiger als dies bei Poolfeuern organischer Peroxide zu beobachten ist. Aufgrund des definierten Einschlusses einer Metallverpackung kann die Zersetzung explosionsartig ablaufen und zur Ausbildung ein- und mehrfacher Feuerbälle führen. Auswirkungsbetrachtungen eines mit flüssigem organischen Peroxid befüllten und von außen befeuerten 220 Liter Stahlfasses wurden anhand zahlreicher Versuche mit unterschiedlichen Aufheizmethoden durchgeführt und sowohl die ermittelten Abbrandraten als auch die gemessenen thermischen Strahlungsbelastungen mit denen eines Poolfeuers verglichen. Die Analyse des Gefahrenpotentials unterschiedlich großer Feuerbälle führte schließlich zur Entwicklung eines ersten semi-empirischen Modells zur Abschätzung des Durchmessers und der Abbranddauer von Feuerbällen organischer Peroxide. Daraus ergibt sich die Möglichkeit der Berechnung notwendiger thermischer Sicherheitsabstände.
Die "Empfehlungen für die Beförderung gefährlicher Güter, Handbuch über Prüfungen und Kriterien" ergänzen die "Empfehlungen für die Beförderung gefährlicher Güter, Modellvorschriften" und das "Global harmonisierte System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS)". Sie enthalten Kriterien, Prüfmethoden und –verfahren, die angewendet werden sowohl für die Einstufung gefährlicher Güter nach den Vorschriften der Teile 2 und 3 der Modellvorschriften als auch für Chemikalien, von denen nach dem GHS physikalische Gefahren ausgehen.
Thermal decomposition of AIBN Part A: Decomposition in real scale packages and SADT determination
(2015)
In this paper the thermal decomposition of 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) was investigated in real scale packages of different sizes and in 500 mL Dewar vessels. Packages containing 5 kg, 20 kg and 50 kg of AIBN have been investigated according to the UN test H.1 method and the 500 mL Dewar experiments were performed according to the UN test H.4 method. The self-accelerating decomposition temperature (SADT) was determined for the different masses and for the 500 mL Dewar vessel. Additionally, DSC curves have been recorded in closed crucibles. All these experimental data are the basis of a series of forthcoming papers dealing with the simulation of the SADT for different masses using reliable kinetic data.
Im Vortrag wird über Untersuchungen zur thermischen Stabilität (Bestimmung der SADT = Self-Accelerating Decomposition Temperature) von 2,2‘-Azobisisobutyronitril (AIBN) in realen Packstücken unterschiedlicher Größe sowie in Dewar-Gefäßen berichtet. Die Packstücke mit 5 kg, 20 kg bzw. 50 kg AIBN wurden nach der UN-Methode H.4 untersucht, die Versuche mit den Dewar-Gefäßen nach UN-Methode H.4. Zusätzlich wurden experimentelle Daten mittels DSC (Differential Scanning Calorimetry) unter Verwendung druckfester Gefäße bestimmt. Die experimentellen Daten wurden für weitergehende Untersuchungen/Simulationen unter Verwendung realer kinetischer Modelle bereitgestellt. Letztendlich konnte nachgewiesen werden, dass mittels Simulation die SADT von AIBN in Abhängigkeit von der Packstückgröße sehr genau, d. h. in guter Übereinstimmung mit den Packstückversuchen, bestimmt werden kann.
Ausgehend von der in der TRAS 410 beschriebenen Notwendigkeit zur Veranlassung besonderer Maßnahmen beim Umgang mit deflagrations- und/oder detonationsfähigen Stoffen werden die Explosionsmechanismen für Stoffe in kondensiertem Zustand beschrieben. Reaktive organische Stoffe sind u. a. anhand ihrer Struktur insbesondere bei Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen identifizierbar. Durch eine Reihe von international eingeführten Prüfmethoden lassen sich solche Stoffe z. B. hinsichtlich ihrer mehr oder weniger ausgeprägten explosiven Eigenschaften charakterisieren. Anhand konkreter Beispiele werden die Prüfergebnisse erläutert und die Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften klassifiziert. Maßnahmen zur Vermeidung kritischer Zustände bei der Herstellung und Lagerung sowie beim Transport gefährlicher Stoffe werden auch am Beispiel von Unfällen erläutert.
Am 12. August 2015 kam es in einem Containerlager im Hafen von Tianjin (China) zu einer Serie von Explosionen wobei über 100 Menschen getötet und hunderte Feuerwehrleute und andere verletzt wurden. Die ersten beiden Explosionen ereigneten sich innerhalb von 30 Sekunden. Die zweite Explosion war wesentlich heftiger und beruhte u. a. auf der detonativen Umsetzung von ca. 800 Tonnen Ammoniumnitrat. Zunächst war die Ursache der Explosionen nicht bekannt. Nach einem Untersuchungsbericht der chinesischen Behörden (Februar 2016) war die Ursache eine Überhitzung eines Containers mit Nitrocellulose-Produkten.
Zusammen mit Kollegen von der Nanjing University of Science and Technology arbeiteten Kollegen der Abteilung 2 an der Analyse der Gründe für die Explosionen und deren Verlauf basierend auf den Kenntnissen und Erfahrungen bezüglich der Eigenschaften der involvierten Stoffe, insbesondere Ammoniumnitrat und Nitrocellulose, sowie der potentiellen Mechanismen für die Auslösung und Weiterleitung.
Mechanical drop test scenarios for Type B (U) packages according to the IAEA regulations have to be carried out onto the so-called “unyielding target” (usually with cask impact limiters) and onto the puncture bar respectively. They are predefined and do not require any further investigation of scenarios that really could happen on transportation routes. Cask accident scenarios in the framework of approval procedures for interim storage sites are derived from a detailed analysis of the handling procedures necessary from arrival of cask at the site to its storing position.
In that case, casks are usually handled without impact limiters. Dependent on possible drop heights, drop positions and floor properties, conservative cask accident scenarios are derived for further safety proofs. According to the mechanical assessment concept of the considered approval procedure numerical calculations have to be provided by the applicant to demonstrate mechanical cask safety. Stresses and strains in the cask body as well as in the lid System have to be identified and assessed. Using the example of a 3-mvertical-drop of a transport and storage cask for spent fuel elements onto the floor construction made of damping concrete covered by screed, BAM developed a finite element model. The finite element code ABAQUS/Explicit™ was used. Results of experimental investigations are not available. Therefore parameter studies are necessary to identify the sensitivity of the finite element model to significant Parameters and to verify the finite element models according to the requirements of the Guidelines for the Numerical Safety Analyses for the Approval of Transport and Storage Casks for Radioactive Materials (BAM GGR-008). The paper describes the modeling of the material behavior and attachment of bottom side cask components. Questions concerning the modeling of a crack length limiting reinforcement in the screed layer are discussed. The influence of the mesh density of the screed layer and its strength is considered as well. Finally, the developed finite element model can be used for a numerical safety assessment. It can help to understand the complex mechanisms of the interaction between the cask components and floor construction.
Die "Empfehlungen für die Beförderung gefährlicher Güter, Handbuch über Prüfungen und Kriterien" ergänzen die "Empfehlungen für die Beförderung gefährlicher Güter, Modellvorschriften" und das "Global harmonisierte System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS)". Sie enthalten Kriterien, Prüfmethoden und –verfahren, die angewendet werden sowohl für die Einstufung gefährlicher Güter nach den Vorschriften der Teile 2 und 3 der Modellvorschriften als auch für Chemikalien, von denen nach dem GHS physikalische Gefahren ausgehen.
Die Bedeutung von Flüssigerdgas (LNG, liquefied natural gas) ist durch die Erschließung entfernt liegender Resourcen und den damit verbundenen Transportwegen sowie durch die verbesserte Prozesstechnik bei der Verflüssigung (z.B. Mixed Fluid Cascade (MFC®) Verflüssigungsprozess) weltweit gestiegen. In den letzten Jahren sind zahlreiche neue Großanlagen wie die in Kollsnes, Hammerfest (beide Norwegen 2003, 2007), Kwinana (Australien 2008) und Shan Shan (China,
2004) mit Kapazitäten von bis 4.7 Mt/a entstanden. Das Gefährdungspotential von flüssigem Erdgas besteht neben dem niedrigen Siedepunkt Tb = −161 °C im Zündbereich zwischen 4.4 - 17 Vol.% sowie im großen Expansionsverhältnis. Bei einer störungsbedingten Freisetzung von LNG kann es somit zu Poolfeuer kommen, wodurch mit großem Schaden an benachbarten verfahrenstechnischen Anlagen und vor allem an Personen zu rechnen ist.
Azodicarbonamid (ADCA) ist ein bekanntermaßen deflagrationsfähiger Stoff, der in der Kunststoffindustrie als Treib- und Blähmittel eingesetzt wird. In diesem Beitrag wird die Deflagration von ADCA unter verschiedenen Bedingungen betrachtet. Es werden Ergebnisse von Experimenten in offenen und geschlossenen Systemen präsentiert. In geschlossenen Systemen wurde die Zusammensetzung der umgebenden Atmosphäre von Luft mit Umgebungsdruck über Luft mit Unter- und Überdruck hin zu Stickstoff mit Umgebungsdruck variiert. Um das Deflagrationsrisiko zu reduzieren wird eine Verarbeitung von ADCA im Vakuum vorgeschlagen.
Die thermische Zersetzung von AIBN wurde in einem Projekt mit mehreren Teilnehmern untersucht. Hierbei wurde die selbstbeschleunigende Zersetzungstemperatur SADT) sowohl experimentell als auf Grundlage von Simulationsrechnungen bestimmt. Die Besonderheit bei dem Feststoff AIBN ist, dass die Zersetzung sowohl in der festen, als auch in der flüssigen Phase nach dem Schmelzen stattfindet, was bei den durchgeführten Simulationsrechnungen berücksichtigt werden musste. Die berechneten SADT Werte stimmen mit den experimentell bestimmten sehr gut überein.
Das Abbrandverhalten und die thermische Strahlung von Poolfeuern organischer Peroxide (OP) wurden bereits in der Vergangenheit ausführlich untersucht. Dabei ergaben sich zum Teil erhebliche Unterschiede hinsichtlich der Abbrandraten, Temperaturen, Strahlungsintensitäten und Flammenlängen im Vergleich zu flüssigen Kohlenwasserstoffen. Das größere Gefahrenpotenzial von OP führt zu strikteren Sicherheitsbestimmungen für Lagerung und Transport. Da das Gefahrenpotenzial maßgeblich von den tatsächlich auftretenden Szenarien abhängt, ist eine Bewertung solcher Ereignisse unumgänglich um nachhaltig die Gesundheit von Mensch und Umgebung zu sichern. Ein Metallfass, gefüllt mit 200 Litern DTBP (Di-tertiär-butylperoxid), wurde auf dem Testgelände Technische Sicherheit der BAM einem Außenfeuer ausgesetzt. Durch den starken Wärmeeintrag erhöht sich die Massenabbrandrate des Peroxids um ein Vielfaches und das Fass entleert sich schließlich unter Ausbildung mehrerer Feuerbälle. Die Flammengröße, Flammentemperatur und damit die thermische Strahlung überschreiten die der gewöhnlichen OP-Poolfeuer. Die resultierenden höheren Sicherheitsabstände sind abschließend berechnet.
Am 12. August 2015 kam es in einem Containerlager im Hafen von Tianjin (China) zu einer Serie von Explosionen wobei 173 Menschen getötet und 797 verletzt wurden (Feuerwehrleute und andere Personen). Die ersten beiden Explosionen ereigneten sich innerhalb von 30 Sekunden. Die zweite Explosion war wesentlich heftiger und beruhte u. a. auf der detonativen Umsetzung von ca. 800 Tonnen Ammoniumnitrat. Nach einem Untersuchungsbericht der chinesischen Behörden (Februar 2016) war die Ursache eine Überhitzung eines Containers mit Nitrocellulose-Produkten.
Zusammen mit Kollegen von der Nanjing University of Science and Technology arbeiteten Kollegen der Abteilung 2 an der Analyse der Gründe für die Explosionen und deren Verlauf basierend auf den Kenntnissen und Erfahrungen bezüglich der Eigenschaften der involvierten Stoffe, insbesondere Ammoniumnitrat und Nitrocellulose, sowie der potentiellen Mechanismen für die Auslösung und Weiterleitung.
Beschrieben werden die in Deutschland gültigen Vorschriften für den Umgang, insbesondere die Lagerung, von Ammoniumnitrat und Nitrocellulose-Produkten.
Die sichere Lagerung und der Transport von Flüssigwasserstoff (LH2) verlangen nach verlässlichen Abschätzungen möglicher Risiken durch Feuer oder Explosion. Aufgrund des breiten Explosionsbereichs (4 Vol.-% - 74 Vol.-%) reagiert Wasserstoff sehr schnell und produziert hohe Flammentemperaturen. Da Wasserstoffflammen ruß- bzw. farblos sind, ist Wärmestrahlung im Fernfeld kein Risikofaktor. Allerdings stellen die hohe lokale Wärmestrahlung und die nicht sichtbaren Flammen eine Gefahr für Menschen und Infrastruktur in der Nähe dar. Es ist daher notwendig die Gefahren von LH2-Feuern sorgfältig zu bewerten.
Einerseits sind experimentelle Untersuchungen verschiedener Szenarien teuer, andererseits können sie teilweise auch praktisch nicht durchführbar sein. Numerische Simulationen dieser Szenarien können ein Ausweg aus diesem Problem sein. In der vorliegenden Arbeit wird ein solcher Ansatz genutzt, um große Brandszenarien mit LH2 mittels CFD (Computational Fluid Dynamics) zu modellieren und so die notwendigen Sicherheitsabstände abzuschätzen. Der Fokus liegt dabei auf der Simulation von Jet- und Pool-Feuerszenarien mit einem kommerziellen CFD-Code (Ansys CFX). Die benötigten geometrischen Modelle werden für Jet- und Pool-Feuer erstellt und mit den nötigen Randbedingungen implementiert. Wichtige Submodelle für chemische Reaktionen (Einschritt- und detaillierte Modelle), Verbrennung (Eddy-Dissipation- und Flamelet-Modell) und Strahlung (Discrete-Transfer-Modell) werden genutzt. Die maximal simulierten Flammentemperaturen liegen bei ~2100 K für Jet-Feuer und ~2300 K für Pool-Feuer. Um Aussagen zu thermischen Sicherheitsabständen zu treffen, wurden die Spezifischen Ausstrahlungen (SEP) ermittelt und anschließend entsprechende Positionsfaktoren gewählt, um verlässliche Sicherheitsabstände zu berechnen. Je nach Bedarf können CFD-Modelle sowohl für qualitative als auch für quantitative Risikobewertungen von LH2-Großbränden genutzt werden.
Während die Gefahr von Explosionen dort besteht, wo Stäube aufgewirbelt vorliegen, bergen abgelagerte Stäube das Risiko von Bränden. Die Beurteilung daraus entstehender Gefahren und das Auslegen von vorbeugenden und konstruktiven Schutzmaßnahmen erfolgt über sicherheitstechnische Kenngrößen (STK). Diese lagen bislang in Datenbanken nur in Einzelwerten vor und wurden nun zu Gruppen zusammengefasst. Das Besondere daran: Erstmals werden nun bewertete Bandbreiten angegeben, in denen sich die STK der Stäube bewegen.
Am 12. August 2015 kam es in einem Containerlager im Hafen von Tianjin (China) zu einer Serie von Explosionen wobei 173 Menschen getötet und 797 verletzt wurden (Feuerwehrleute und andere Personen). Die ersten beiden Explosionen ereigneten sich innerhalb von 30 Sekunden. Die zweite Explosion war wesentlich heftiger und beruhte u. a. auf der detonativen Umsetzung von ca. 800 Tonnen Ammoniumnitrat. Nach einem Untersuchungsbericht der chinesischen Behörden (Februar 2016) war die Ursache eine Überhitzung eines Containers mit Nitrocellulose-Produkten. Zusammen mit Kollegen von der Nanjing University of Science and Technology arbeiteten Kollegen der Abteilung 2 an der Analyse der Gründe für die Explosionen und deren Verlauf basierend auf den Kenntnissen und Erfahrungen bezüglich der Eigenschaften der involvierten Stoffe, insbesondere Ammoniumnitrat und Nitrocellulose, sowie der potentiellen Mechanismen für die Auslösung und Weiterleitung. Beschrieben werden die in Umgang, insbesondere die Lagerung, von Ammoniumnitrat und Nitrocellulose-Produkten.
BAM Abteilung „Chemische Sicherheitstechnik“, das Global harmonisierte System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (UN GHS: United Nations Globally Harmonized System of Classification, Labelling and Packaging of Chemicals), die Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen (CLP steht für die Abkürzung der englischen Begriffe classification, labelling and packaging), die Verordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe. (REACH: Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals).
Am 12. August 2015 kam es in einem Containerlager im Hafen von Tianjin (China) zu einer Serie von Explosionen wobei 173 Menschen getötet und 797 verletzt wurden (Feuerwehrleute und andere Personen). Die ersten beiden Explosionen ereigneten sich innerhalb von 30 Sekunden. Die zweite Explosion war wesentlich heftiger und beruhte u. a. auf der detonativen Umsetzung von ca. 800 Tonnen Ammoniumnitrat. Nach einem Untersuchungsbericht der chinesischen Behörden (Februar 2016) war die Ursache eine Überhitzung eines Containers mit Nitrocellulose-Produkten. Zusammen mit Kollegen von der Nanjing University of Science and Technology arbeiteten Kollegen der Abteilung 2 an der Analyse der Gründe für die Explosionen und deren Verlauf basierend auf den Kenntnissen und Erfahrungen bezüglich der Eigenschaften der involvierten Stoffe, insbesondere Ammoniumnitrat und Nitrocellulose, sowie der potentiellen Mechanismen für die Auslösung und Weiterleitung. Beschrieben werden die in Umgang, insbesondere die Lagerung, von Ammoniumnitrat und Nitrocellulose-Produkten.
Am 12. August 2015 kam es in einem Containerlager im Hafen von Tianjin (China) zu einer Serie von Explosionen wobei 173 Menschen getötet und 797 verletzt wurden (Feuerwehrleute und andere Personen). Die ersten beiden Explosionen ereigneten sich innerhalb von 30 Sekunden. Die zweite Explosion war wesentlich heftiger und beruhte u. a. auf der detonativen Umsetzung von ca. 800 Tonnen Ammoniumnitrat. Nach einem Untersuchungsbericht der chinesischen Behörden (Februar 2016) war die Ursache eine Überhitzung eines Containers mit Nitrocellulose-Produkten. Zusammen mit Kollegen von der Nanjing University of Science and Technology arbeiteten Kollegen der Abteilung 2 an der Analyse der Gründe für die Explosionen und deren Verlauf basierend auf den Kenntnissen und Erfahrungen bezüglich der Eigenschaften der involvierten Stoffe, insbesondere Ammoniumnitrat und Nitrocellulose, sowie der potentiellen Mechanismen für die Auslösung und Weiterleitung. Beschrieben werden die in Umgang, insbesondere die Lagerung, von Ammoniumnitrat und Nitrocellulose-Produkten.
Bei thermischer Belastung von flüssigen organischen Peroxiden in metallischen Transportverpackungen können Feuerbälle entstehen, die sich mit immenser explosiver Heftigkeit bilden und hinsichtlich der von ihnen ausgehenden Wärmestrahlungsbelastung sicherheitstechnisch zu bewerten sind. Da sich diese Feuerbälle von flüssigen Kohlenwasserstoffen unterscheiden, wird ein neues Modell vorgestellt, um mittels semi-empirischer Gleichungen insbesondere den Durchmesser und die Standzeit solcher Feuerbälle zu beschreiben und mit herkömmlichen Modellen für Kohlenwasserstoffe zu vergleichen. Es wurden Versuche mit unterschiedlichen Befeuerungsmethoden unter Verwendung von Stahlfässern, befüllt mit bis zu 155 kg DTBP, durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass abhängig von der Befeuerungsmethode (Holz/Gas) unterschiedlich große Massen DTBP in den sich bildenden Feuerbällen umgesetzt werden (16 kg bis 155 kg). Bei den Experimenten wurden IR-Kameras, Strahlungssensoren und Videokameras eingesetzt. Aufgrund der Messungen und der optischen Auswertungen konnten neue modifizierte Gleichungen unter Anpassung der Konstanten für Kohlenwasserstoffe entwickelt und validiert werden. Weiterhin wurde die Wärmestrahlungsbelastung auf Mensch und Umgebung berechnet und die einzuhaltenden Sicherheitsabstände bestimmt.