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Eingeladener Vortrag
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Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
Viele Hürden zu meistern
(2006)
Seitens der Industrie besteht großes Interesse, Polyethylenterephthalat (PET) als Werkstoff für Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern einzusetzen, da aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit von PET die Wanddicken und somit die Kosten der Verpackungen reduziert werden können. Die Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylenformstoffen als Werkstoffe von Verpackungen erfolgt mit Labormethoden unter Verwendung einer Standardflüssigkeit als Prüfmedium für die Spannungsrisse auslösende Wirkung auf Polyethylen (PE), wodurch Zeit und Kosten der Prüfungen reduziert werden.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Laborprüfmethode zum Vergleich der Spannungsrissbeständigkeit von PE und PET auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen, wie z.B. den Full Notch Creep Test (FNCT). Es wurde untersucht, ob die Prüfkörper aus PE und PET mit umlaufender Kerbe in dieser durch die chemische Industrie entwickelten und von der BAM konzipierten Apparatur auf der Basis des FNCT zu messbaren Ergebnissen unter Einfluss eines Ölsäureamidethoxylates als Netzmittel bei 50 °C führen.
Die Testergebnisse bestätigten die Eignung des Prüfverfahrens für die acht eingesetzten Formstoffe aus PE. Dieses Prüfverfahren konnte nicht für PET angewandt werden, da die Prüfkörper aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des PET beim Kerbvorgang zerbrachen. Die gleiche Aussage konnte für den Nachweis der der Spannungsrissbeständigkeit von Verpackungen, der in der BAM Gefahrgutregel BAM-GGR 015 beschrieben wird, getroffen werden. Die einzige Möglichkeit zum Nachweis der Spannungsrissbeständigkeit von PET besteht in der Durchführung von Stapeldruckprüfungen.
Seitens der Industrie besteht großes Interesse, Polyethylenterephthalat (PET) als Werkstoff für Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern einzusetzen, da aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit von PET die Wanddicken und somit die Kosten der Verpackungen reduziert werden können. Die Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylenformstoffen als Werkstoffe von Verpackungen erfolgt mit Labormethoden unter Verwendung einer Standardflüssigkeit als Prüfmedium für die Spannungsrisse auslösende Wirkung auf Polyethylen (PE), wodurch Zeit und Kosten der Prüfungen reduziert werden.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Laborprüfmethode zum Vergleich der Spannungsrissbeständigkeit von PE und PET auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen, wie z.B. den Full Notch Creep Test (FNCT). Es wurde untersucht, ob die Prüfkörper aus PE und PET mit umlaufender Kerbe in dieser durch die chemische Industrie entwickelten und von der BAM konzipierten Apparatur auf der Basis des FNCT zu messbaren Ergebnissen unter Einfluss eines Ölsäureamidethoxylates als Netzmittel bei 50 °C führen.
Die Testergebnisse bestätigten die Eignung des Prüfverfahrens für die acht eingesetzten Formstoffe aus PE. Dieses Prüfverfahren konnte nicht für PET angewandt werden, da die Prüfkörper aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des PET beim Kerbvorgang zerbrachen. Die gleiche Aussage konnte für den Nachweis der der Spannungsrissbeständigkeit von Verpackungen, der in der BAM Gefahrgutregel BAM-GGR 015 beschrieben wird, getroffen werden. Die einzige Möglichkeit zum Nachweis der Spannungsrissbeständigkeit von PET besteht in der Durchführung von Stapeldruckprüfungen.
Seitens der Industrie besteht großes Interesse, Polyethylenterephthalat (PET) als Werkstoff für Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern einzusetzen, da aufgrund der hohen Fes-tigkeit und Steifigkeit von PET die Wanddicken und somit die Kosten der Verpackungen reduziert werden können. Die Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylenformstoffen als Werkstoffe von Verpackungen erfolgt mit Labormethoden unter Verwendung einer Standardflüssigkeit als Prüfmedium für die Spannungsrisse auslösende Wirkung auf Polyethylen (PE), wodurch Zeit und Kosten der Prüfungen reduziert werden.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Laborprüfmethode zum Vergleich der Spannungsrissbeständigkeit von PE und PET auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen, wie z.B. den Full Notch Creep Test (FNCT). Es wurde untersucht, ob die Prüfkörper aus PE und PET mit umlaufender Kerbe in dieser durch die chemische Industrie entwickelten und von der BAM konzipierten Apparatur auf der Basis des FNCT zu messbaren Ergebnissen unter Einfluss eines Ölsäureamidethoxylates als Netzmittel bei 50 °C führen.
Die Testergebnisse bestätigten die Eignung des Prüfverfahrens für die acht eingesetzten Formstoffe aus PE. Dieses Prüfverfahren konnte nicht für PET angewandt werden, da die Prüfkörper aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des PET beim Kerbvorgang zerbrachen. Die gleiche Aussage konnte für den Nachweis der der Spannungsrissbeständigkeit von Verpackungen, der in der BAM Gefahrgutregel BAM-GGR 015 beschrieben wird, getroffen werden. Die einzige Möglichkeit zum Nachweis der Spannungsrissbeständigkeit von PET besteht in der Durchführung von Stapeldruckprüfungen.
Polyethylen hat sich über Jahre als wirtschaftlicher Blasformwerkstoff bewährt, aus dem technisch hochwertige Gefahrgutverpackungen und Großpackmittel (IBC) hergestellt werden, die ihre Qualität millionenfach unter Beweis gestellt haben. In den UN-Empfehlungen und in den darauf aufbauenden internationalen Vorschriften zur Beförderung von Gefahrgütern auf der Straße und Schiene, zur See und in der Luft wird eine Verpackungsbauart durch Konstruktion, Größe, Werkstoff und Dicke sowie Art der Ausführung und des Verpackens bestimmt. Die Bauartprüfungen müssen pro Bauart und Hersteller durchgeführt werden. Das Bestehen dieser Mindestanforderungen ist aber kein Kriterium dafür, ob der Formstoff Polyethylen aus einer anderen Produktionsstätte noch von der Bauartdefinition erfasst wird und somit ein „gleicher“ Werkstoff ist. Zum Vergleich der Polyethylenformstoffe für eine Bauart wurden in der Verfahrensregel zum Eignungsnachweis alternativer Kunststoff-Formstoffe von Verpackungen und Großpackmitteln (IBC) zur Beförderung gefährlicher Güter - BAM-GGR 003 die Eigenschaften: Schmelze-Massefließrate MFR, Dichte D, Kerbschlagzähigkeit acN bei -30 °C, Spannungsrissbeständigkeit FNCT (engl.: full notch creep test) und Beständigkeit gegen oxidativen Abbau Ox (bestimmt durch den prozentualen Anstieg der MFR in Salpetersäure) mit den entsprechenden Prüfmethoden ausgewählt sowie die Toleranzen definiert. Für den Antragsteller einer Bauartzulassung für eine Verpackung oder einen IBC ist ein Verzicht auf Bauartprüfungen letztendlich mit einer Kosten- und Zeitersparnis verbunden. Für Verpackungshersteller stellt bei häufig auftretendem Formstoffwechsel die Möglichkeit des Formstoffvergleichs mittels Werkstoffkennwerten eine große Hilfestellung bei der Bewertung des Leistungsniveaus der Formstoffe und ein Instrument zur Vorauswahl von neuen Formstoffen dar. Die Formstoffeigenschaften in der Verpackungsbauart werden durch eine Vielzahl von Faktoren wie z.B. die Formmasseeigenschaften, die Formteilgestaltung, die Werkzeuggestaltung, die Verarbeitungsbedingungen und die zeitabhängige Alterung beeinflusst. Der Nachweis der Praxisrelevanz dieser Gefahrgutregel, dass der Vergleich dieser Formstoffeigenschaften von Polyethylenen und der Vergleich der mit diesen Eigenschaften in direktem Zusammenhang stehenden Versagensgrenzen bei Baumusterprüfungen der gleichen Bauart von Verpackungen aus diesen Formstoffen zur gleichen Bewertung der Formstoffe führen, wurde mit dieser Arbeit geführt. Folgende Materialkennwerte verschiedener Polyethylenformstoffe stehen miteinander in einer systematischen Beziehung mit Baumusterprüfungen: - acN bei -30 °C//Grenzfallhöhen der Fallprüfungen bei -18 °C, - FNCT//Versagenszeiten der Stapeldruckprüfungen mit Netzmittellösung, - Ox//Grenzfallhöhen der Fallprüfungen bei -18 °C nach Konditionierung mit 55%iger Salpetersäure und - Ox//Versagenszeiten der Stapeldruckprüfungen mit 55%iger Salpetersäure. Die 21-tägige Vorlagerung mit 55%iger Salpetersäure bei 40 °C bewirkt eine Erhöhung der Grenzfallhöhe der Baumuster in den Fallprüfungen bei -18 °C im Vergleich zu den Baumustern ohne Vorlagerung und führt somit infolge Nachkristallisation des Polyethylens zu einer falschen Bewertung des Leistungsniveaus der Formstoffe. Abweichungen im Vergleich der Versagenszeiten der Baumuster aus den verschiedenen Polyethylenformstoffen lassen sich durch Anwendung weiterer Untersuchungsmethoden, wie der Fourier-Transformation-IRSpektroskopie (FTIR) erklären. Die Messung der Zugeigenschaften Zugfestigkeit und Bruchdehnung eignet sich grundsätzlich zum Vergleich der Polyethylenformstoffe hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegen oxidativen Abbau; die Messwerte unterliegen jedoch Schwankungen.
Die zum Vergleich der Polyethylenformstoffe für eine Bauart in der DIN EN 15507: 2009 – Verpackung – Verpackungen zur Beförderung gefährlicher Güter – Vergleichende Werkstoffprüfung von Polyethylensorten ausgewählten Materialkennwerte Schmelze-Masse-Fließrate MFR, Dichte D, Kerbschlagzähigkeit acN bei -30 °C, Spannungsrissbeständigkeit FNCT (full notch creep test) und Beständigkeit gegen oxidativen Abbau Ox (bestimmt durch den prozentualen Anstieg der MFR in 55 %-iger Salpetersäure) stehen in einer systematischen Beziehung mit Baumusterprüfungen. So stehen die mit Prüfkörpern aus gepressten Platten bestimmte Kerbschlagzähigkeit acN bei -30 °C und die Beständigkeit gegen oxidativen Abbau der Polyethylenformstoffe in einem Zusammenhang mit den Fallprüfungen der Baumuster aus diesen Formstoffen bei -18 °C, wobei die Baumuster einer 21-tägigen Vorlagerung mit der Standardflüssigkeit 55 %-ige Salpetersäure bei 40 °C unterzogen werden. Untersuchungen in der Dissertation zum Thema: Vergleich der Materialkennwerte von Formstoffen aus Polyethylen hoher Dichte mit dem Baumusterverhalten von Gefahrgutverpackungen haben gezeigt, dass bei 21-tägiger Vorlagerung der Baumuster mit 55 %-iger Salpetersäure die Grenzfallhöhen ansteigen, anstatt zu sinken. Zur Bestätigung und Erweiterung dieser Untersuchungsergebnisse wurden die Abhängigkeit der Grenzfallhöhen in den Fallprüfungen bei -18 °C, der MFR sowie der Zugeigenschaften Zugfestigkeit, Bruchdehnung und E-Modul von der Dauer der Vorlagerung mit 55 %-iger Salpetersäure bei 40 °C und 23 °C untersucht. Verpackungsbaumuster aus drei Formstoffen verschiedener Hersteller wurden mit 55 %-iger Salpetersäure 21, 42 und 84 Tage bei 40 °C sowie 6 Monate bei 23 °C vorgelagert. Die MFR und die Zugeigenschaften wurden von Kanisterwandausschnitten bestimmt. In Fallprüfungen bei -18 °C wurden die Grenzfallhöhen der Baumuster ermittelt. Die Werte der Kerbschlagzähigkeit bei -30 °C der Formstoffe stehen nicht im Zusammenhang mit den in den Kältefallprüfungen ermittelten Grenzfallhöhen. Die Grenzfallhöhen der nicht vorgelagerten Kanister aus den Formstoffen mit niedrigerer Kerbschlagzähigkeit sind höher im Vergleich zum Formstoff mit höherer Kerbschlagzähigkeit. Der oxidativ schädigende Einfluss der Salpetersäure wirkt sich in höherem Maße bei dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau in einer stärkeren Reduzierung der Grenzfallhöhen mit zunehmender Vorlagerungsdauer aus. Die 21-tägige Vorlagerung mit 55 %-iger Salpetersäure bei 40 °C bewirkte bei den Kanistern aus Formstoffen mit höherer Beständigkeit gegen oxidativen Abbau eine Erhöhung der Grenzfallhöhe in den Kältefallprüfungen. Mit Erhöhung der Vorlagerungszeit der Kanister auf 42 und 84 Tage wurden auch die Grenzfallhöhen der Kanister aus diesen Formstoffen aufgrund der mit dem längeren Zeitraum der Einwirkung verbundenen stärkeren oxidativen Schädigung durch die Salpetersäure reduziert. Die Grenzfallhöhe der Kanister aus dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau wurde dagegen durch die 21-tägige Vorlagerung erniedrigt und stieg mit zunehmender Vorlagerungsdauer wieder an. Der Formstoff wurde durch die Einwirkung der Salpetersäure über einen längeren Zeitraum elastisch. Gemäß DIN EN ISO 16101 ist die oxidativ schädigende Wirkung der 55 %-igen Salpetersäure über einen Zeitraum von 21 Tagen bei 40 °C mit der oxidativ schädigenden Wirkung der 55 %-igen Salpetersäure innerhalb von 180 Tagen (6 Monaten) bei 23 °C zu vergleichen. Der Vergleich der Grenzfallhöhen der Kanister und der MFR von Wandausschnitten aus diesen Kanistern nach 21-tägiger Vorlagerung bei 40 °C und nach der sechsmonatigen Vorlagerung bei 23 °C zeigte, dass die oxidative Schädigung der Polyethylenformstoffe nach sechs Monaten Vorlagerung bei 23 °C stärker im Vergleich zur 21-tägigen Vorlagerung bei 40 °C ist. Die Messergebnisse zeigten deutlich, dass die sechsmonatige Vorlagerung der Kanister bei 23 °C einen höheren Anstieg der MFR und niedrigere Grenzfallhöhen der Kanister in den Kältefallprüfungen im Vergleich zur 21-tägigen Vorlagerung der Kanister bei 40 °C bewirkte. Als Folge der Diffusion von Salpetersäure in die Polyethylenformstoffe und ihrer Reaktion mit dem Polymeren verändern sich die mechanischen Eigenschaften. Die prozentualen Werte der Abnahme bzw. Zunahme der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung von Probekörpern aus der Seitenwand der Baumuster nach unterschiedlichen Vorlagerungszeiten stehen nur teilweise mit den Grenzfallhöhen der Kanister in den Kältefallprüfungen im Zusammenhang. Bemerkenswert ist, dass beim Vergleich der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung des Formstoffes mit einer hohen Beständigkeit gegen oxidativen Abbau mit den Grenzfallhöhen der Kanister aus diesem Formstoff diese Materialkennwerte mit zunehmender Vorlagerungsdauer ansteigen, aber die Grenzfallhöhe nur nach der 21-tägigen Vorlagerung ansteigt und anschließend mit zunehmender Vorlagerungsdauer abfällt. Zugfestigkeit und Bruchdehnung der Probekörper aus dem Formstoff mit der geringeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau sinken in Analogie zu den Grenzfallhöhen mit steigender Vorlagerungsdauer der Kanister mit der Säure. Der Vergleich der Werte des E-Moduls mit den Grenzfallhöhen zeigte, dass bei den Kanistern aus dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau sich E-Modul und Grenzfallhöhe analog verhalten. Mit zunehmender Vorlagerungsdauer der Kanister steigen der E-Modul und die Grenzfallhöhen in den Kältefallprüfungen an. Die, durch die Einwirkung der Salpetersäure, entstandenen Eigenspannungszustände sind die Ursache für den ansteigenden E- Modul der Probekörper aus diesen Formstoffen. Bei den Probekörpern von Kanistern aus dem Formstoff mit der höheren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau wurde ein markanter Abfall des E-Moduls nach 21-tägiger Vorlagerung der Kanister gemessen. Der E-Modul sinkt noch geringfügig nach der 42-tägigen Vorlagerung und steigt mit zunehmender Vorlagerungsdauer dagegen wieder an. Die Grenzfallhöhen verhalten sich erwartungsgemäß gegenläufig.
Use of higher-alloyed metallic materials and duplex steels for transport tanks of dangerous goods
(2011)
Compatibility evaluations of selected metallic materials under the influence of dangerous goods are published in the BAM-List - Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods” as basis for substance-related prototype approvals for tank Containers designed for the carriage of dangerous goods.
There is a request of the tank manufacturing industry and transportation Companies to incorporate additional materials into the BAM-List, especially corrosionresistant materials because of the large number of corrosive dangerous goods.
One solution to solve corrosion Problems is to line the tank with a polymeric material, an alternative solution is the application of high-alloyed stainless steels and nickel-based alloys as there are alloy 926 (1.4529), alloy 31 (1.4562) and alloy 59 (2.4605).
But there is an interest to use cost-efficient steels with high strength values and concomitant adequate corrosion resistance such as duplex Steel 1.4362 too. This Steel grade was originally developed as a substitute for the austenitic grades 1.4404 and 1.4571. Due to the lower content of the alloy elements nickel and molybdenum this duplex steel is a cost-efficient alternative to molybdenum containing austenite.
Due to the limited number of corrosion test results with welded test samples of these high-alloyed materials and the duplex steel under the influence of corrosive dangerous goods a comprehensive test Programme was performed with these materials in Cooperation with ThyssenKrupp VDM and Deutsche Edelstahlwerke GmbH.
It can be concluded from the test results that the "superaustenitic steels” 1.4529 and 1.4562 as well as the nickel-based alloy 2.4605 are a really good alternative as tank materials for the transport of dangerous goods in comparison to the lining of the tanks. Due to the reduced alloying content, in particular Nickel (3.7 %) and Molybdenum (0.15 %), a lower resistance of the duplex steel 1.4362 compared to the austenitic CrNiMo-steels was observed in acidic media. The duplex Steel is an alternative to the austenitic steels, especially in alkaline media. The test results are included in the current 10th edition of the BAM-List and therefore available for the costumer.
Use of higher-alloyed metallic materials and duplex steels for transport tanks of dangerous goods
(2011)
Compatibility evaluations of selected metallic materials under the influence of dangerous goods are published in the BAM-List - Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods” as basis for substance-related prototype approvals for tank Containers designed for the carriage of dangerous goods.
There is a request of the tank manufacturing industry and transportation Companies to incorporate additional materials into the BAM-List, especially corrosion-resistant materials because of the large number of corrosive dangerous goods. One solution to solve corrosion Problems is to line the tank with a polymer, an alternative solution is the application of high-alloyed stainless steels and nickel-based alloys as there are 1.4529 (XINiCrMoCu 25-20-7, alloy 926), 1.4562 (X1NiCrMoCu32-28-7, alloy 31) and 2.4605 (NiCr23Mo16AI, alloy 59).
There is an interest to use cost-efficient steels with high strength values and concomitant adequate corrosion resistance such as duplex steel 1.4362 (X2CrNiN23-4).
This steel grade was originally developed as a substitute for the austenitic grades 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) and 1.4571 (X6CrNiMoTi17-12-2). Due to the lower content of the alloy elements nickel and molybdenum this duplex steel is a cost-efficient alternative to molybdenum containing austenite.
Due to the limited number of corrosion test results with welded test samples of these high-alloyed materials and the duplex steel under the influence of corrosive dangerous goods a comprehensive test Programme was performed with these materials in Cooperation with ThyssenKrupp VDM and Deutsche Edelstahlwerke GmbH. It can be concluded from the test results that the superaustenitic steels 1.4529 and 1.4562 as well as the nickel-based alloy 2.4605 are a really good alternative as tank materials for the transport of dangerous goods in comparison to the lining of the tanks. The nickel-based alloy 2.4605 shows the best resistance and is suitable as material for tanks transporting all tested corrosive substances. One exception is the temperature limit during the transport of hydrochloric acid.
The superaustenit 1.4562 is a resistant material with a wide ränge of application. Exceptions for use are: ammonium bifluoride, brine, 34 % calcium Chloride solution, hydrochloric acid, perchloric acid, 90 % 2-chloropropionic acid, nitrating acid with nitric acid content > 50 % and molten monochloroacetic acid. The alloy is limited suitable for allyl Chloride, aluminum Chloride, copper (II) -Chloride and ferric Chloride. The superaustenit 1.4529 showed the lowest resistance compared to the other two materials. This steel is not resistant in hydrochloric acid, perchloric acid, sodium Chlorite and sodium hypochlorite. The application is limited in the concentration ränge of aqueous Solutions of aluminum Chloride, copper (II) Chloride and ferric Chloride. Due to the reduced alloying content of the duplex steel 1.4362 (X2CrNiN23-4) compared to the austenitic CrNiMo-steels, a lower resistance especially in acidic media like formic, acetic or sulfuric acid was observed. Within the more than 7.000 substances contained in the BAM-List there is a large amount of dangerous goods such as hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, ethers, esters, and inorganic alkaline substances which have a large transport volume and do not corrode the duplex steel 1.4362 (X2CrNiN23-4).
The test results are included in the actual 11th edition of the BAM-List and therefore available for the costumer.
Use of Higher Alloyed Metallic Materials and Duplex Steels for Transport Tanks of Dangerous Goods
(2011)
Use of Higher -alloyed metallic materials and duplex steels for transport tanks of dangerous goods
(2011)
Resistance to oxidative degradation by nitric acid has been selected for a comparison of polyethylene grades in a European standard on suitability proof for alternative plastic resins used for packagings and intermediate bulk containers (IBCs) for the transport of dangerous goods. Measurements of the infrared (IR) absorption spectra of microtome slices cut from the walls of jerricans, which were pre-stored with 55% nitric acid for 21 and 42 days at 40°C, showed changes in the structure of the polyethylene. The penetration depths of 55% nitric acid into the polyethylene grades are, in principle, suitable for evaluating the resistance to oxidative degradation of polyethylene grades after pre-storage of the packagings for 21 days. After this period the packaging wall is not fully penetrated. The intensities of the IR bands at 1565 cm-1 (-NO2), 1630 cm-1 (-C=C) and 1654 cm-1 (-O-NO2) increased with the treatment time with 55% nitric acid as a result of oxidative damage by the nitric acid. The high increase in absorbance of the -C=C band in the region 1630 - 1690 cm-1 is attributable to paraffinic chain cracks. The absorbance of the -O-NO2 band, formed as result of the nitration process was still low at a test temperature of 40°C.
In Germany the BAM-List Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous
Goods is the basis for substance-related prototype approvals for tank containers designed for
the carriage of dangerous goods. Such approval is undertaken by the Federal Institute for
Materials Research and Testing (BAM). Compatibility evaluations of selected metallic
material groups as well as of polymeric gasket and lining materials under the influence of
dangerous goods and water-polluting substances are published in section 5 of the BAM-List.
According to the relevant regulations for rail, road and sea transportation a compulsory
internal inspection after certain intervals is required. The required corrosion resistance
depends on the length of the inspection interval.
There is a large number of dangerous goods with a high corrosivity to metals, where the standard
steels are not corrosion resistant. Chemical companies, transportation providers and tank
producers need tanks made of corrosion-resistant materials in order to protect the tank shell
and prevent contamination of high-value cargo as well as the environment. One solution is to
line the tank with a polymeric material, an alternative solution to corrosion problems is the
application of high-alloyed materials.
Only a narrow limited number of corrosion test results of these high-alloyed materials under
the influence of corrosive dangerous goods are available. In order to change this situation and
include the superaustenitic steels X1NiCrMoCuN25-20-7 (Alloy 926), X1NiCrMoCu32-28-7
(Alloy 31) and the nickel-based alloy NiCr23Mo16Al (Alloy 59) in the BAM-List, BAM,
IKS Dresden and ThyssenKrupp VDM started an comprehensive test program with welded
specimens made. The program comprises corrosion resistance evaluations of the high-alloyed
materials in substances representing 12 major groups of corrosive dangerous goods (e.g.
inorganic halogenides, organic acidic halogenides, halogenic carbonic acids, chlorosilanes,
chlorates, perchlorates, chlorites, hypochlorites and hydrogen sulphates).
The test results, presented in this paper, will be included in the upcoming 8th edition of the
BAM-List and therefore available for the costumer.
Use of Corrosion Resistant High-Alloyed Metallic Materials for Transport Tanks of Dangerous Goods
(2005)
Use of Corrosion Resistant High-Alloyed Metallic Materials for Transport Tanks of Dangerous Goods
(2005)
Alloy 59 (NiCr23Mo16Al) with a lot of chromium, molybdenum and nickel possesses excellent resistance not only to reducing but also oxidizing chemicals. Both the Nickel alloy 59 and the superaustenitic steel alloy 31 have already been used as shell materials for tank vehicles or tank containers. Use of these alloys allows the transport of a signifi-cantly more wider variety of chemicals and, especially, waste mixtures than the use of common aus-tenitic steels. Another advantage is the extension of test intervals of for transport tanks. In Germany the 'BAM-List – Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods' is the basis for substance-related prototype approvals for tank containers designed for the carriage of dangerous goods issued by the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). Com-patibility evaluations of selected metallic material groups as well as polymeric gasket and lining materials under the influence of approximately 7000 dangerous goods and water-polluting sub-stances are published in the BAM-List. Alloy 59 belongs to the group of metallic materials in the BAM-List. Due to the large number of dangerous goods in the BAM-List BAM, IKS Dresden and ThyssenKrupp VDM performed a comprehensive corrosion test programme with welded specimens of the nickel alloy 59 and the superaustenitic steels alloy 926 and alloy 31 in the period 2002 - 2010. Especially In particular alloy 59 and alloy 31 were exposed to a large number of corrosive sub-stances such as various mixtures of both nitric acid/sulphuric acid and nitric acid/phosphoric acid at 55 °C. Other corrosive test substances were different organic and inorganic halogenides, peroxyace-tic acid and molten substances. In the case of molten chemicals such as monochloroacetic acid the test temperature was increased to more than 100 °C. The test results presented in this paper are al-ready included in the 10th edition of the BAM-List and, therefore, available to the customer.
Ziel dieser Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit häufig eingesetzter Dichtungswerkstoffe, wie Fluorkautschuk (FKM), Fluorsiliconkautschuk (FVMQ), Siliconkautschuk (VMQ), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Chloroprenkautschuk (CR), chlorsulfoniertes Polyethylen (CR), Butylkautschuk (IIR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Polyes-terurethankautschuk (PUR) und Polyamid (PA) in Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne bioge-ne Zusätze bei 20 °C, 40 °C und 70 °C. E10 (Kraftstoff mit max. 10 % Ethanol), E85 (Kraftstoff mit 85 % Ethanol), Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, Super mit max. 5 % Ethanol, un-gealtertes und gealtertes B10 (Heizöl mit 10 % Biodiesel) sowie zum Vergleich reiner Dieselkraftstoff, Heizöl und Kraftstoff Super plus zählten zu den Testsubstanzen.
Masse, Zugfestigkeit und Bruchdehnung wurden von den Prüfkörpern vor und nach der 84-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen und Heizöl bestimmt. Die visuelle Begutachtung einiger Elastomerprüfkörper zeigte eindeutig die hohe Quellung bis zur partiellen Auflösung.
Die Shore-Härte A und D (für PA) der Prüfkörper wurden vor und nach der 42-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen bestimmt.
In den internationalen Normen wird zur Bewertung der Beständigkeit von Elastomeren kein Grenzwert der Reduzierung der Zugeigenschaften und der Shore-Härte definiert. Deshalb wurde für die Beständigkeitsbewertung ein Grenzwert von 15 % festgelegt. Zusammenfassend kann die Aussage getroffen werden, dass die Beständigkeit der Fluorpolymere FKM und FVMQ in den Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne biogene Zusätze die beste ist.
Ziel dieser Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit häufig eingesetzter Dichtungswerkstoffe, wie FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR und PUR in Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne biogene Zusätze bei 20 °C, 40 °C und 70 °C. E10, E85, Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, ungealtertes und 2 Jahre gealtertes B10 (Heizöl mit 10 % Biodiesel), reiner Dieselkraftstoff, Heizöl und Kraftstoff Super plus zählten zu den Testsubstanzen. Masse, Zugfestigkeit und Bruchdehnung wurden von den Prüfkörpern vor und nach der 84-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen und Heizöl bestimmt. Die visuelle Begutachtung einiger Elastomerprüfkörper zeigte eindeutig die hohe Quellung bis zur partiellen Auflösung. Die Shore-Härte A und D (für PA) der Prüfkörper wurden vor und nach der 42-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen bestimmt. In den internationalen Normen wird zur Bewertung der Beständigkeit von Elastomeren kein Grenzwert der Reduzierung der Zugeigenschaften und der Shore-Härte definiert. Deshalb wurde für die Beständigkeitsbewertung ein Grenzwert von 15 % festgelegt. Zusammenfassend kann die Aussage getroffen werden, dass die Beständigkeit der Fluorpolymere FKM und FVMQ in den Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne biogene Zusätze die beste ist.
Heizöllagerbehälter aus Polyethylenformstoffen werden seit Beginn der 70-iger Jahre in Deutschland hergestellt. Die Hersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Polyethylenformstoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Polyethylens, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Bisher lagen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Polyethylenformstoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer der Tanks über 30 Jahre. Ziel der Untersu-chungen war, den tatsächlichen Schädigungsgrad der Polyethylenformstoffe im Vergleich zu den unbelasteten Formstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Mitte der 90-iger Jahre für die Prüfungen und Gutachten zur Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Werkstoffdaten noch vorhanden.
Als Untersuchungsmethoden wurden die Bestimmung der Schmelze-Masse-Fließrate (MFR) und die Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie (FTIR) von Tankausschnitten aus dem Bereich des Bodens, des Mantels und des Daches von 10 ausgesonderten Behältern aus den Polyethylenformstoffen A und B herangezogen. Die Messungen der MFR der Tankaus-schnitte aus diesen Bereichen zeigten Unterschiede in den Werten in Abhängigkeit vom Ge-wicht (5 kg oder 21,6 kg), welches eingesetzt wurde. Eine Abnahme der MFR-Werte wurde für die größere Anzahl der Tankwandungsausschnitte aus dem Formstoff B nach einer Lebensdauer der Tanks > 30 Jahre gemessen. Dieser Formstoff wurde hauptsächlich durch innere Alterung infolge Vernetzungen, Verzweigungen und Weichmacherverlust und weniger durch oxidativen Abbau geschädigt. Die FTIR-Messungen der Proben aus dem Bereich des Bodens und des Mantels der Tanks zeigten, dass die Intensität der asymmetrischen/symmetrischen CH2 -Streckschwingungen im Bereich: 2800 - 2900 cm-1 und der CH2 -Biegeverformungsschwingung bei 1400 cm-1 aufgrund von Kettenspaltungen zugenommen haben. Die Intensität der Carbonylstreckschwingung C=O bei 1740 cm-1 ist niedrig. Sie ist ein Maß für die Oxidation des Polymerwerkstoffes.
Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen (z.B. Polyethylen) sind für einen sicheren Betrieb von 30 Jahren, dem Zeitraum der Produkthaftung, ausgelegt. Die Tankhersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Kunststoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Kunststoffes, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Aufgrund der Komplexität der Alterungsvorgänge sind Aussagen zum Langzeitverhalten bzw. zur Lebensdauer der Heizöllagerbehälter ohne geeignete Langzeitprüfungen problematisch. Bisher liegen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Kunststoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer über 20 Jahre. In der BDH-Broschüre: Effiziente Systeme und erneuerbare Energien wird darauf hingewiesen, dass ca. 45 % der Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen in Deutschland 26 Jahre und älter sind. Viele dieser Tankanlagen sind zudem noch nie von einem Sachverständigen überprüft worden. Schätzungen gehen davon aus, dass mehr als 10.000.000 Tankanlagen aus Kunststoffen in Deutschland vor 1987 errichtet wurden.
Ziel der Untersuchungen ist, den Schädigungsgrad der Kunststoffe im Vergleich zu den unbelasteten Werkstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Ende der 80-iger Jahre für die Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Daten über den eingesetzten Werkstoff für den Vergleich noch vorhanden. Der Bundesverband Lagerbehälter e.V. und das Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) befürworten diese Untersuchungen, um eine Überalterung der Tankanlagen zu vermeiden. Diese Überalterung könnte die zukünftige Gefahr für die Heizöltankanlage sein, nicht der Wettbewerb mit anderen Energieformen.
Heizöllagerbehälter aus Polyethylenformstoffen werden seit Beginn der 70-iger Jahre in Deutschland hergestellt. Die Hersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Polyethylenformstoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Polyethylens, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Bisher lagen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Polyethylenformstoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer der Tanks über 30 Jahre. Ziel der Untersu-chungen war, den tatsächlichen Schädigungsgrad der Polyethylenformstoffe im Vergleich zu den unbelasteten Formstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Mitte der 90-iger Jahre für die Prüfungen und Gutachten zur Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Werkstoffdaten noch vorhanden.
Als Untersuchungsmethoden wurden die Bestimmung der Schmelze-Masse-Fließrate (MFR) und die Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie (FTIR) von Tankausschnitten aus dem Bereich des Bodens, des Mantels und des Daches von 10 ausgesonderten Behältern aus den Polyethylenformstoffen A und B herangezogen. Die Messungen der MFR der Tankaus-schnitte aus diesen Bereichen zeigten Unterschiede in den Werten in Abhängigkeit vom Ge-wicht (5 kg oder 21,6 kg), welches eingesetzt wurde. Eine Abnahme der MFR-Werte wurde für die größere Anzahl der Tankwandungsausschnitte aus dem Formstoff B nach einer Lebensdauer der Tanks > 30 Jahre gemessen. Dieser Formstoff wurde hauptsächlich durch innere Alterung infolge Vernetzungen, Verzweigungen und Weichmacherverlust und weniger durch oxidativen Abbau geschädigt. Die FTIR-Messungen der Proben aus dem Bereich des Bodens und des Mantels der Tanks zeigten, dass die Intensität der asymmetrischen/symmetrischen CH2 -Streckschwingungen im Bereich: 2800 - 2900 cm-1 und der CH2 -Biegeverformungsschwingung bei 1400 cm-1 aufgrund von Kettenspaltungen zugenommen haben. Die Intensität der Carbonylstreckschwingung C=O bei 1740 cm-1 ist niedrig. Sie ist ein Maß für die Oxidation des Polymerwerkstoffes.
In Germany the “BAM-List - Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods” is the basis for substance-related prototype approvals for tank Containers undertaken by the BAM1 - Federal Institute for Materials Research and Testing. Compatibility evaluations of selected metallic materials as well as of polymeric gasket and lining materials under the influence of approximately 7200 dangerous goods have been published in the BAM-List since 1989.
The ferritic Steel UNS S44400 (X2CrMoTil8-10, 1.4521) was originally developed as alternative for the austenitic grade AISI316L (X2CrNiMo 17-12-2, 1.4404). Due to its characteristic profile this Steel was qualified for applications requiring high strength values at concomitant adequate corrosion resistance. Because of the lack of Nickel this Steel is a cost-efficient alternative to the Ni-containing austenites. No corrosion test results of UNS S44400 under the influence of dangerous goods were published in the BAM-List so far. Only data on the behavior of AISI 316L are listed. Therefore test specimens of this Steel were exposed to selected corrosive substances in order to compare both steels.
Due to the reduced alloy content a reduced corrosion resistance of the Steel UNS S44400 in acidic substances, such as formic acid, acetic acid and sulfuric acid, in comparison to the austenitic CrNiMosteels was expected but not observed. Tests in an alkaline medium showed sufficient resistance.
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as fluorocarbon rubber (FKM), fluorosilicone rubber (FVMQ), silicone rubber (VMQ), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rub-ber (CR), chlorosulfonated polyethylene (CSM), butyl rubber (IIR), acrylonitrile buta-diene rubber (NBR), polyester urethane rubber (PUR) and polyamide (PA) in non-aged/aged biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel at 20 °C, 40 °C and 70 °C. Mass, tensile properties and Shore hardness A/D (for polyamide) of the test speci-mens were determined before and after the exposure for 84/42 days in the aged and non-aged fuels of different age.
Biodiesel fuels are easily oxidized and contain acids and water. The sealing materi-als: acrylonitrile butadiene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, chlorosulfonated polyethylene and ethylene-propylene-diene rubber and were generally not resistant to biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel. Fluorocarbon rubber, fluorosilicone rubber and polyamide were the most resistant materials in all tested fuels up to 70 °C. The degree of damage to the sealing materials increased with higher test temperatures and the age of the fuels.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed in a fuel system. The question arises of whether sealing materials are resistant to fuels with bioethanol and biodiesel (rapeseed oil fatty acid methyl ester).
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), IIR (butyl rubber), PA (polyamides), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) and PUR (polyester urethane rubber) in aged fuels and heating oil with admixtures of biogenic substances such as biodiesel and B10 (heating oil with 10% biodiesel).
The mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after exposure for 84 days in non-aged, one-year, two-year, three-year and four-year aged biodiesel and B10 according to DIN 53504 – “Testing of rubber - determination of tensile strength at break, tensile stress at yield, elongation at break and stress values in a tensile test”.
The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until breaking or partial dissolution. The Shore hardnesses A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days according to DIN 53505 – “Testing of rubber – Shore A and Shore D hardness test”.
A threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness is not set in the international standards. Therefore, a threshold of 15 % was set for the evaluation of the compatibility.
Biodiesel fuels are easily oxidized and contain acids and water. The age of the biodiesel was not relevant for the sealing materials CR, CSM, EPDM, IIR and NBR, which were generally not resistant to biodiesel. FKM and PA showed high compatibility in non-aged, one-year, two-year, three-year and four- year aged biodiesel, which was attributed to the absence of polarity. The decrease in tensile properties and Shore hardness increased with the age and the temperature of the biodiesel, but the measured values were still lower than the defined threshold.
FKM and FVMQ absorbed much less non-aged and aged B10 and swelled less. CR, CSM, EPDM, IIR, NBR and VMQ were not resistant to B10 at all at 20°C, 40°C and 70°C as the decrease in the tensile properties was significantly over 50%.
FVMQ and PA could be evaluated as resistant in non-aged and aged B10 at 20°C and 40°C, whereas FKM was resistant up to 70°C despite the age of the B10. The damaging impact of B10 increased with the age and the temperature.
Tanks for all seasons
(2004)
Super steels
(2002)
Polyethylene terephthalate (PET) is used as material for packagings for the transport of dangerous goods due to its high strength and stiffness. For this reason, the wall thickness and weight of the packagings can be reduced.
According to the European dangerous goods regulations RID and ADR, samples of PET design types of packagings for dangerous goods must be pre-stored with the original filling good for six months at 23 °C, before the design type tests can be carried out. For packagings made of polyethylene (PE) tests to prove the stress cracking resistance by using laboratory methods are possible to reduce time and costs. Therefore, standard liquids, simulating the different types of damaging effects on PE are defined in RID and ADR. However, there is no information and research available about the damaging mechanisms on PET, especially regarding to stress cracking resistance and test methods.
One laboratory test method is the Full Notch Creep Test (FNCT), which was developed for polyethylene (PE) and is described in the standards EN ISO 13274 and EN 15507. It was investigated whether testing specimens made of PET with a full coplanar notch around the middle of the specimens show weakening after the impact of a tensile force in the standard liquid (5 % wetting solution) at 50 °C. The tests showed that this method couldn’t be used for PET because the specimens broke during notching due to the high brittleness of PET. Another disadvantage is the very time-consuming temper process for twelve hours after molding of the sheets.
Another test method is described in BAM’s Dangerous Goods Rule BAM-GGR 015. This test was carried out with 1l PET bottles, which were filled with a 5% wetting solution and mounted with a clamping tool for 28 days at 40°C. Tensile test specimens were cut out afterwards from the middle of the bottles in the deformed areas. The tensile properties of the PET specimens couldn’t be determined due to the hardness of the material.
The only test method to provide information about the stress cracking resistance of PET was to perform stacking tests with PET design types of packagings. 1l bottles made of PET were filled with the standard liquid (5 % wetting solution) and stored with a stacking load for 28 days at 40°C according to EN ISO 16495. The test bottles of PET passed the stacking tests.
In conclusion, samples of PET design types of packagings for dangerous goods must be pre-stored with the original filling good for six months at 23 °C, before the design type tests can be carried out.
The chemical industry has expressed great interest in using polyethylene terephthalate (PET) as material for packagings for the transport of dangerous goods. Due to the high strength and stiffness of PET, the wall thickness and weight of packagings can be reduced.
The aim of this work was to find a laboratory test method for the determination of the stress cracking resistance of PET. One test method is the Full Notch Creep Test (FNCT), which was developed for polyethylene (PE) and is described in the standards EN ISO 13274 and EN 15507. It was investigated whether testing specimens made of PET with a full coplanar notch around the middle of the specimens show weakening after the impact of a tensile force in a wetting solution at 50°C. Unfortunately, this method couldn’t be used for PET because the specimens broke during notching due to the high brittleness of PET. The molding of the sheets and the following temper process for twelve hours are very time-consuming, Another possibility is laid down in BAM’s Dangerous Goods Rule BAM-GGR 015. This test was carried out with 1l PET bottles, which were filled with a 5% wetting solution and mounted with a clamping tool for 28 days at 40°C. Tensile test specimens were cut out afterwards from the middle of the bottles in the deformed areas. The tensile properties of the PET specimens couldn’t be determined due to the hardness of the material.
In conclusion, the only way to provide information about the stress cracking resistance of PET was to perform stacking tests with PET design types of packagings. 1l bottles made of PET were filled with a 5% wetting solution and stored with a stacking load for 28 days at 40°C according to EN ISO 16495. The test bottles of PET passed the stacking tests.
Schuld an Korrosion
(2003)
Das Gefährdungspotential von Rohrleitungen hängt primär von den Eigenschaften des durchfließenden Stoffes, den Betriebsbedingungen und den äußeren Beanspruchungen ab. Zu den Hauptschadensursachen an Rohrleitungen zählen Korrosion, Druckstöße und Kavitationsschläge, Zeitstandbeanspruchung, struktur- und fluidmechanische Schwingungen, Fremdberührungen, elektrische Fremdbeeinflussung und geologische Besonderheiten im Bereich des Rohrleitungsverlaufes.
Biofuels including ethanol and biodiesel (FAME) represent a renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. The aim of this work was to study the interaction between high density polyethylene (HDPE) with permeation barriers in form of polyamide (PA) and fluorination, and biofuels such as E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel). 10 l jerrycans made of polyethylene with permeation barrier of PA were filled with E85 and biodiesel and exposed to temperatures of 20 °C and 40 °C for 5 years. Half of the 20 l jerrycans of HDPE for filling with B10 were fluorinated at the inner layer to prevent permeation before the exposure. Tensile properties were determined once a year, and FTIR-spectroscopy was used to evaluate possible changes.
The tensile properties tensile strength and breaking elongation of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier decreased, but not significantly, after immersion in E85, biodiesel and B10. The elasticity modulus of the polyethylene grades was especially reduced during exposure to E85.
The FTIR spectra of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier showed that immersion tests for five years with the test fuels at 20 °C and 40 °C did not lead to a decomposition of the permeation barriers.
Biofuels including ethanol and biodiesel (FAME) represent a renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. The aim of this work was to study the interaction between high density polyethylene (HDPE) with permeation barriers in form of polyamide (PA) and fluorination, and biofuels such as E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel). 10 l jerrycans made of polyethylene with permeation barrier of PA were filled with E85 and biodiesel and exposed to temperatures of 20 °C and 40 °C for 5 years. Half of the 20 l jerrycans of HDPE for filling with B10 were fluorinated at the inner layer to prevent permeation before the exposure. Tensile properties were determined once a year, and FTIR-spectroscopy was used to evaluate possible changes.
The tensile properties tensile strength and breaking elongation of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier decreased, but not significantly, after immersion in E85, biodiesel and B10. The elasticity modulus of the polyethylene grades was especially reduced during exposure to E85.
The FTIR spectra of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier showed that immersion tests for five years with the test fuels at 20 °C and 40 °C did not lead to a decomposition of the permeation barriers.
Transportation of dangerous goods are worldwide regulated in the rules or standards e.g. in the recommendations on the Transport of Dangerous Goods of the United Nations, in the Accord Européen Relatif au Transport International des Marchandises Dangereuses par Route (ADR) etc. Addi-tional to these international regulations also national regulations and stan-dards e.g. Gefahrgutverordnung Straße und Eisenbahn (GGVSE) in Ger-many are bases for the transport of hazardous materials. For the material properties of tanks in the BAM-List Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods specifications for the sub-stance prototype approval for tank materials are listed. Further compati-bility evaluations of selected metallic material groups as well as of poly-meric gasket and lining materials under the influence of dangerous goods are published in the List. There are a large number of highly corrosive dangerous goods listed, in which conventional steels are not resistant. Chemical companies, transportation providers and tank producers need tanks made of corrosion-resistant materials (corrosion retardant materi-als) in order to protect the tank shell. The application of high-alloyed stainless steels and nickel alloys as there are alloy 926 (1.4529; X1NiCrMoCuN25-20-7), alloy 31 (1.4562;X1NiCrMoCu31-27-7) and Nickel-Chromium-Molybdenum Alloy 59 (2.4605; NiCr23Mo16Al) is an al-ternative solution compared with the lining of the tanks with a polymeric material. Due to the limited number of corrosion test results with welded test sam-ples of these high-alloyed materials under the influence of corrosive dan-gerous goods BAM, Institute for Corrosion Protection (IKS) Dresden and ThyssenKrupp VDM have been performing a comprehensive test program since 2002. The program comprised corrosion resistance evaluations of the three high-alloyed materials exposed to substances representing cor-rosive dangerous goods such as inorganic halogenides, organic acidic halogenides, sulfonic acids and nitrating acids.
Pitting Prävention
(2001)
Oxidative damage of an Intermediate Bulk Container (IBC) made of polyethylene by 53 % nitric acid
(2013)
The monitoring of oil and gas pipelines by means of distributed fibre optic sensors is becoming common. The most recent development in the field of fibre optic sensing is the distributed acoustic sensing (DAS), which allows to detect and to localize third party threats to pipelines. For this purpose, fibre optic telecommunication cables located close to the pipelines are usually used. However, DAS carries a far greater potential for continuous condition monitoring of pipelines.
The interdisciplinary research project AGIFAMOR (Ageing Infrastructures – Fibre Optic Monitoring of Pipes) at BAM investigates a new technical approach to extend the application field of DAS towards the detection and localization of acoustic signals that indicate critical alterations and certain damage scenarios originated from within the pipeline or the pipe wall. Therefore, the optical fibre sensors are applied onto the pipe itself and the application procedure towards an optimal acoustic signal transduction is optimized.
A number of laboratory scale experiments were performed focusing on the signal transmission of acoustic signals as well as the detection of damages in the pipe wall by means of DAS. Furthermore, real-scale tests on a pipeline DN100 of 38m length have been carried out at the BAM test site for technical safety (BAM-TTS) to study the detection and localization of leaks and of changing flow profiles due to corrosion or sedimentation processes.
Die im In- und Ausland vorliegenden Forschungsarbeiten zur Kostenabschätzung der immissionsbedingten Materialschäden beruhen auf zwei ökonomischen Bewertungsverfahren. Bewertungsgrundlage des einen Verfahrens sind die in Labor- und Freibewitterungsversuchen ermittelten physikalisch-chemischen Dosis-Wirkungs-Beziehungen zwischen dem Schadstoffgehalt der Luft und den schadensanfälligen Materialien. Die andere Methode geht von den Unterschieden im Instandsetzungverhalten in Abhängigkeit vom Standort (Industrie-, Stadt- und Landatmosphäre) der Sachgüter aus.
Daten über Schadensursachen und die tatsächliche Nutzungsdauer der Tanks zum Transport von Gefahrgütern liegen nur in begrenztem Maße vor. Auf der Basis der Daten von Tankbaufirmen, Speditionen und Eisenbahnkesselwagen-Vermietgesellschaften wurde die durchschnittliche Lebensdauer von Tankcontainern, Tankfahrzeugen und Kesselwagen zur Beförderung von Gefahrgütern in der Praxis ermittelt und die Hauptschadensursachen analysiert. Korrosion, Risse an Schweißnähten, Gestaltungs- und Dimensionierungsfehler sowie fertigungs- und betriebsbedingte Fehler zählen zu den Hauptschadensursachen. Viele Tanks werden vor Ablauf ihrer Nutzungsdauer nicht mehr für den Transport von Gefahrgütern eingesetzt, da sie nicht mehr den geänderten gesetzlichen Anforderungen in den Gefahrgutvorschriften entsprechen. Die Voraussagen durch Literaturangaben und Ergebnisse von Korrosionsversuchen in der BAM-Liste – Anforderungen an Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter – spiegeln sich in der Nutzungsdauer/Lebensdauer der Tanks wider.
Heizöllagerbehälter aus Polyethylenformstoffen werden seit Beginn der 70-iger Jahre in Deutschland hergestellt. Die Hersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Polyethylenformstoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Polyethylens, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Bisher lagen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Polyethylenformstoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer der Tanks über 30 Jahre. Ziel der Untersu-chungen war, den tatsächlichen Schädigungsgrad der Polyethylenformstoffe im Vergleich zu den unbelasteten Formstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Mitte der 90-iger Jahre für die Prüfungen und Gutachten zur Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Werkstoffdaten noch vorhanden.
Als Untersuchungsmethoden wurden die Bestimmung der Schmelze-Masse-Fließrate (MFR) und die Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie (FTIR) von Tankausschnitten aus dem Bereich des Bodens, des Mantels und des Daches von 10 ausgesonderten Behältern aus den Polyethylenformstoffen A und B herangezogen. Die Messungen der MFR der Tankaus-schnitte aus diesen Bereichen zeigten Unterschiede in den Werten in Abhängigkeit vom Ge-wicht (5 kg oder 21,6 kg), welches eingesetzt wurde. Eine Abnahme der MFR-Werte wurde für die größere Anzahl der Tankwandungsausschnitte aus dem Formstoff B nach einer Lebensdauer der Tanks > 30 Jahre gemessen. Dieser Formstoff wurde hauptsächlich durch innere Alterung infolge Vernetzungen, Verzweigungen und Weichmacherverlust und weniger durch oxidativen Abbau geschädigt. Die FTIR-Messungen der Proben aus dem Bereich des Bodens und des Mantels der Tanks zeigten, dass die Intensität der asymmetrischen/symmetrischen CH2 -Streckschwingungen im Bereich: 2800 - 2900 cm-1 und der CH2 -Biegeverformungsschwingung bei 1400 cm-1 aufgrund von Kettenspaltungen zugenommen haben. Die Intensität der Carbonylstreckschwingung C=O bei 1740 cm-1 ist niedrig. Sie ist ein Maß für die Oxidation des Polymerwerkstoffes.
Plastic storage tanks for heating oil have been on the market since the early 1970s in Germany, mainly made from polyethylene grades. Tank manufacturers and experts examining the tanks recommend the replacement of the tanks to ensure the safety after a period of 30 years. The tank manufacturer is legally obliged to specify the service life of the tanks.
Polyethylene is subject to ageing by alteration of the properties during its life cycle. A distinction is made between internal and external ageing processes. The internal ageing, such as the breakdown of internal stresses, post-crystallization, phase sepa-ration of multicomponent systems and plasticizer migration is attributed to thermodynamically instable conditions of the plastic material. The external ageing in form of stress cracking, fatigue cracking, thermooxidative degradation or swelling is based on physical or chemical effects of the environment of the polyethylene grade. The degree of ageing and the nature of the degradation process mainly depend on the chemical degradation of the polyethylene, the wall thickness of the tank and the environmental conditions. There are no results available on the long-term behaviour of the polyethylene grades used as materials for heating oil storage tanks, especially after a service life of more than 25 years.
The aim of this investigation was the determination of the factual degree of damage in comparison to the uncontaminated polyethylene grades. Data on the melt flow rate (MFR) and density of the used polyethylene grades are available because the BAM was the competent authority for the approval of the plastic heating oil storage tanks until the end of the 1980s.
The technical service of specialist companies for fuel tank disposal supplied tank sections from the bottom, the shell and the roof of 8 segregated heating oil storage tanks. Some of the tanks had been in service for more than 30 years. Two polyethylene grades mainly were used as materials for these tanks over this time. The determination of the MFR according to EN ISO 1133 and the FTIR spectroscopy followed standard test methods.
The highest average percentage increase in the MFR was determined as 31- 43 % for the bottom section of the tanks, for both the inner shell and the outer shell. The lowest increase in MFR was measured for the top of the tank, with 6 - 12 % for the inner shell and 0 - 8 % for the outer shell. The tank shell sections had an average percentage increase in MFR of 10 - 33 % for the inner shell and of 14 - 40 % for the outer shell.
The oxidative damage of the polyethylene grades was highest in the bottom area due to the permanent contact with the heating oil and degradation products.
The microtome cuttings were analyzed with image-guided infrared microscopy in the transmission mode and confirmed the results obtained with the MFR measurements.
In summary it can be concluded that the oxidative damage of the polyethylene grades after long-term contact with heating oil is relative low.
Tanks for heating oil made of polyethylene grades have been on the market since the early 1970s in Germany. Tank manufacturers recommend the replacement of the tanks after a period of 30 years due to guarantee safety. Polyethylene grades are subject to ageing by alteration of the properties during their life cycle. The degree of ageing and the nature of the degradation process mainly depend on the chemical degradation of the polyethylene, the wall thickness of the tank and the environmental conditions. There are no results available on the long-term behavior of the polyethylene grades, especially after a service life of more than 30 years. The aim of this investigation was the determination of the factual degree of damage in comparison to the uncontaminated polyethylene grades. Material data of the used polyethylene grades are available because the BAM was the competent authority for the tests and expert reports for the approval of these tanks until the middle of the 1990s.
The determination of the Melt Flow Rate (MFR) and the Fourier Transmission IR Spectroscopy (FTIR) of tank sections from the bottom, the shell and the roof of 10 segregated heating oil storage tanks produced of polyethylene grades A and B were used as tests methods.
The MFR measurements of the tank sections showed differences in the values depending on the weight which was used (5 kg or 21.6 kg). A reduction of the MFR values was measured for most of the sections of tanks made of polyethylene grade B after a service life of the tanks of more than 30 years. This grade is mainly subject to the internal ageing by cross-linkages, increased degree of branched molecules and loss of the plasticizer, and to a lesser extent by oxidative degradation. The FTIR analysis, especially of tank sections of the bottom and the shell showed that the intensity of the CH2 asymmetric and symmetric stretching vibrations in the range: 2800 - 2900 cm-1 and the CH2 bending deformation vibration at 1400 cm-1 increased due chain scissions. The intensity of the carbonyl stretching vibration C=O at 1740 cm-1 is low. The carbonyl index characterizes the degree of oxidation.
Impact of biocomponents in the fuel and heating oil on the compatibility of sealing materials
(2016)
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR and PUR in fuels and heating oil with and without admixtures of biogenic sources such as E10, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and 2 year aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel), pure diesel, standard heating oil and premium grade fuel Super plus at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
Impact of biocomponents in the fuel and heating oil on the compatibility of sealing materials
(2016)
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR and PUR in fuels and heating oil with and without admixtures of biogenic sources such as E10, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and 2 year aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel), pure diesel, standard heating oil and premium grade fuel Super plus at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
Materials compatibility is a major concern whenever the fuel composition is changed. The question arises of whether sealing materials are resistant to fuels with bioethanol and biodiesel (rapeseed oil fatty acid methyl ester).
Previous research considered the resistance of frequently used sealing materials such as FKM (fluorocarbon rubber), FVMQ (methyl-fluoro-silicone rubber), VMQ (methyl-vinyl-silicone rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), CR (chloroprene rubber), CSM (chlorosulfonated polyethylene), IIR (butyl rubber), PA (polyamides), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) and PUR (polyester urethane rubber) in fuels and heating oil with admixtures of biogenic substances such as biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel) under purely static conditions.
The aim of this study was to evaluate the fluorocarbon rubber performance under compressed conditions. For the investigations, the mass and the compression set of the FKM test specimens were determined before and after exposure for 3, 7, 14, 28, 56 and 90 days in E10 (fuel with 10 % ethanol), E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel (fatty acid methyl ester, FAME), Super (fuel with max. 5 % ethanol), diesel fuel with max. 5 % biodiesel, pure diesel fuel, Super Plus (fuel without ethanol) and heating oil with 10 % biodiesel (B10) at 40 °C according to ISO 815-1 “Rubber, vulcanized or thermoplastic - determination of compression set – Part 1: At ambient or elevated temperatures”. The compression set test belongs beside the determination of the Shore hardness, the density and the tensile properties to the basic test methods for elastomers. It was measured in regular time intervals up to a re-drying of more than 90 days after relaxation of test specimens. For comparison, FKM test specimens were exposed without fuel under compressed conditions at 40 °C.
The highest mass increase of FKM test specimens was measured after 90 days exposure in E10 by 9 %, followed by 8 % in Super fuel, by 4 % in E85 and by 0.6 % in biodiesel. Mass increase and swelling of the test specimens in E10 and Super fuel with max. 5 % ethanol had an influence on the compression set values which were subject to high fluctuations in comparison to the values obtained after exposure to other fuels such as biodiesel, diesel fuel and B10.
The results of the present work confirmed the higher swelling of the elastomers such as FKM in E10 obtained under static condition. It can be concluded on the basis of the mass increase and compression set values that FKM is resistant in all fuels under compressed conditions at 40 °C.
The feasibility study „AGIFAMOR. Ageing infrastructures – distributed acoustic monitoring of pipes” is an interdisciplinary research project at BAM internally financed from 2015 to 2018. Therefore, the quite young fibre optic sensing technology of distributed acoustic sensing (DAS) was investigated to possibly be extended towards a global condition monitoring system for pipelines operating in real time.
DAS is a highly dynamic fibre optic sensing technology based on the method of coherent optical time domain reflectometry (C-OTDR). DAS allows capturing strain changes in the range of kHz. For the experimental work, the most suitable application yielding an optimum sensitivity was proven by wrapping a standard single-mode silica fibre around the pipe.
The DAS sensitivity was investigated regarding the detection of 1) incidents that initiate propagation of acoustic waves in the pipe wall, 2) changes inside the pipeline causing altered flow and 3) damage development in the pipe wall. Therefore, several testing setups in laboratory as well as in real scale were realized. For comparison purposes, experiments were accompanied by acoustic emission analyses and by measurements with accelerometers.
DAS was found to be very sensitive to gas ignition and its propagation across the pipe. Furthermore, the ability of DAS to detect and localize acoustic signals associated with pipeline leakage was demonstrated. The detection of crack formation and propagation within the pipe wall by means of DAS was studied during bending tests on several pipe segments, but was not proven so far with certainty. As expected, these studies turned out as the most difficult challenge due to the random occurrence and transient nature of microscopic damage phenomena.
Changes in fuel composition and the introduction of alternative fuels often create problems of corrosion and degradation in materials. The objective of this research was to determine the corrosion behaviour of commercial metallic tank materials (unalloyed steels, austenitic CrNi- and CrNiMo-steels, aluminium and its alloys) in fuels and heating oil with admixtures of biogenic sources, such as gasoline with addition of ethanol (E10, E85), pure biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel (B10).
Metallic tank materials were evaluated as resistant in a liquid if the annual corrosion rate due to uniform corrosion did not exceed 0.1 mm/year, and localized corrosion effects in the form of pitting corrosion, stress corrosion cracking and crevice corrosion did not occur.
The corrosion rates of the tank materials after exposure to E10, E85, non-aged and two-year aged pure biodiesel, and non-aged and one-year aged heating oil B10 for four weeks at 50 °C, according to DIN 50905/4, were well below the limit of 0.1 mm/year. For the unalloyed steels, the formation of rust was observed independently of the biofuels amount of ageing. U-bend specimens made of unalloyed steel were not damaged in form of stress corrosion cracking in all test fuels at this test temperature.
Changes in fuel composition and the introduction of alternative fuels often create problems of corrosion and degradation in materials. The objective of this research was to determine the corrosion behaviour of commercial metallic tank materials (unalloyed steels, austenitic CrNi- and CrNiMo-steels, aluminium and its alloys) in fuels and heating oil with admixtures of biogenic sources, such as gasoline with addition of ethanol (E10, E85), pure biodiesel and heating oil with 10 % biodiesel (B10).
Metallic tank materials were evaluated as resistant in a liquid if the annual corrosion rate due to uniform corrosion did not exceed 0.1 mm/year, and localized corrosion effects in the form of pitting corrosion, stress corrosion cracking and crevice corrosion did not occur.
The corrosion rates of the tank materials after exposure to E10, E85, non-aged and two-year aged pure biodiesel, and non-aged and one-year aged heating oil B10 for four weeks at 50 °C, according to DIN 50905/4, were well below the limit of 0.1 mm/year. For the unalloyed steels, the formation of rust was observed independently of the biofuels amount of ageing. U-bend specimens made of unalloyed steel were not damaged in form of stress corrosion cracking in all test fuels at this test temperature.
Evaluation of the resistance of alloy 31 and alloy 59 for the transport of mixed acids in tanks
(2007)
Für Bauteile (Komponenten) von Versorgungsanlagen für flüssige Brenn- und Kraftstoffe muss die Beständigkeit der metallenen Werkstoffe und Polymere nachgewiesen werden. Im Anwendungsfall von Heizöl mit 20 % biogenen Anteilen in Form von Rapsölfettsäuremethylester (FAME, Biodiesel) ist es für eine konservative Beurteilung des Korrosionssystems Werkstoff/Medium/Umgebung wichtig, die Alterungseffekte des Mediums einzubeziehen.
Entwicklung eines Prüfverfahrens für die Untersuchung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen und Polymeren in Heizöl und Heizöl-FAME-Blends, das für eine Vorauswahl der Werkstoffe und zum Nachweis der Beständigkeit im Hinblick auf die bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren geeignet ist. Ein Schwerpunkt wird bei den metallenen Werkstoffen auf der Erprobung von Messmethoden liegen, mit denen sich in kurzer Versuchszeit ein Korrosionsangriff detektieren lässt.
Metallene Werkstoffe:
Weder örtliche Korrosion noch erhöhte Flächenkorrosion (Korrosionsrate:< 0,1 m/Jahr) sind bei den bisher geprüften Werkstoffen: Aluminium,
C-Stahl 1.0037, austenitischer CrNi-Stahl 1.4301, Kupfer und Messing in Heizöl und B20 (Heizöl mit 20% Biodiesel) aufgetreten. Diese Werkstoffe sind in den Prüfmedien Heizöl und B20 als beständig zu bewerten.
Es wurde keine signifikante Veränderung des pH-Wertes der Prüfmedien gemessen.
Polymere:
Massebestimmung:
Die Prüfkörper der Elastomere ACM, HNBR und PUR sowie in geringerem Maße PE neigten zur Quellung in Heizöl und B20 nach 42 d und 84 d Auslagerung; für PA 6, POM und PVC wurde keine Masseänderung gemessen. Die Masseänderung der Prüfkörper in Heizöl und B20 ist mit Ausnahme von PUR vergleichbar. Bei PE traten Verfärbungen durch die Brennstoffe auf.
Zugeigenschaften:
ACM, HNBR, PE und PVC sind in Heizöl und B20 beständig, da die Änderung der Zugfestigkeit und der Reißdehnung < 15 % beträgt. PA und POM sind bedingt beständig, da die Änderung der Zugfestigkeit und der Reißdehnung < 30% beträgt.
Im Vorhaben wurde eine forcierte Prüfmethode zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten, entwickelt. Bei der Prüfmethode werden Prüfkörper des jeweiligen Werkstoffes in speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Diese Prüfmedien erfassen die Effekte der Alterung des FAME, die zu erwarten sind, wenn der Brennstoff länger als 2 Jahre im Feld lagert. Sie decken den Bereich bis 20 % (V/V) FAME-Anteil ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Werkstoffe wurden auch in einem 1 Jahr gealterten B20 und einem 8 Jahre gealtertem B10 ausgelagert. Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit B20 erhaltenen Bewertungen gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe jedoch nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäische Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.
Emissionsfrei auch im Leckagefall / Doppelwandige Behälter für die sichere Gefahrstofflagerung
(1999)
Die Bewertung der Werkstoffbeständigkeit ist von großer Bedeutung bei Änderung der Zusammensetzung der Kraftstoffe und des Heizöls, insbesondere die Frage nach der Beständigkeit der Dichtungswerkstoffe bei Zusätzen von Bioethanol und Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester).
Vorhergehende Untersuchungen (Messungen der Veränderungen der Masse, der Zugeigenschaften und der Härte) bezogen sich auf die Bewertung der Beständigkeit häufig verwendeter Dichtungswerkstoffe wie FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR und PUR in Kraftstoffen und Heizöl mit 10 % Biodiesel (nicht gealtert und bis zu 5 Jahre gealtert) unter statischen Bedingungen.
Ziel der Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit von Fluorkautschuk unter verpressten Bedingungen in Analogie zu den Einsatzbedingungen in der Praxis. Die Masse und der Druckverformungsrest von Prüfkörpern aus FKM wurden vor und nach der Auslagerung über einen Zeitraum von 3, 7, 14, 28, 56 und 90 Tagen in E10 (Kraftstoff mit max. 10 % Ethanol), E85 (Kraftstoff mit 85 % Ethanol), Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester), Super (Kraftstoff mit max. 5 % Ethanol), Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, Super Plus (Kraftstoff ohne Ethanolzusatz) und Heizöl mit 10 % Biodiesel (B10) bei 40 °C gemäß ISO 815-1 bestimmt. Die Druckverformungsrestprüfung zählt neben der Messung der Härte, der Dichte und der Zugeigenschaften zu den wichtigsten Grundprüfverfahren der Elastomerindustrie. Nach Ende der Auslagerung in den Kraftstoffen und der Aufhebung der Verpressung wurde der Druckverformungsrest der Prüfkörper in regelmäßigen Zeitabständen bis zu einer Rücktrocknung > 90 Tage bestimmt. Zum Vergleich wurden Prüfkörper aus FKM ohne Kraftstoff oder Heizöl unter Verpressung bei 40 °C ausgelagert.
Die Masseänderung der Prüfkörper aus FKM betrug nach 90 Tagen Auslagerung in E10 9 %, in Super 8 %, in E85 4% und 0,6 % in Biodiesel. Die Erhöhung der Masse und die damit verbundene Quellung der Prüfkörper in E10 und Super mit 5 – 10% Ethanolzusatz hatte einen Einfluss auf den Druckverformungsrest, der sprunghaften Veränderungen unterlag im Vergleich zu den Werten nach Auslagerung in Biodiesel, Dieselkraftstoff und Heizöl B10 bei 40 °C. Zum Vergleich, unter statischen Bedingungen verringerte sich die Zugfestigkeit der Prüfkörper aus FKM nach Auslagerung in E10 bei 40 °C um 31 % und die Reißdehnung um 18 %.
In Order to be able to assess the damage caused to materials by acid deposition the first question to be considered is: Which materials are affected?
A wide ränge of materials are exposed to the extemal environment. These materials have different susceptibility to attack by acid rain and different stock at risk in the Federal Republic of Germany.
In Germany the "BAM-List - Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods" is the basis for substance-related prototype approvals for tank Containers undertaken by the BAM - Federal Institute for Materials Research and Testing. Compatibility evaluations of selected metallic materials as well as of polymeric gasket and lining materials under the influence of approximately 7000 dangerous goods have been published in the BAM-List since 1989.
The duplex Steel 1.4362 (2304, UNS S32304) was originally developed as substitute for the austenitic grades 1.4404 (316L, UNS S31603) and 1.4571 (316Ti, UNS S31635). Due to its characteristic profile this Steel was qualified for applications requiring high strength values at concomitant adequate corrosion resistance. Because of its lower content of the alloy elements nickel and molybdenum this duplex Steel is a cost-efficient alternative to the molybdenum containing austenite. Only a limited number of corrosion test results of 1.4362 under the influence of dangerous goods published in the BAM-List were available. Therefore test specimens of this Steel were exposed to selected corrosive substances.
Due to the reduced alloy content a reduced corrosion resistance of the duplex Steel 1.4362 in acidic substances, such as formic acid, acetic acid and sulfuric acid, in comparison to the austenitic CrNiMosteels was observed. Tests in the alkaline medium showed a sufficient resistance.
Duplex als Alternative
(2011)
Für Bauteile (Komponenten) von Versorgungsanlagen für flüssige Brenn- und Kraftstoffe muss die Beständigkeit der metallenen Werkstoffe und Polymere nachgewiesen werden. Im Anwendungsfall von Heizöl mit 20 % biogenen Anteilen in Form von Rapsölfettsäuremethylester (FAME, Biodiesel) ist es für eine konservative Beurteilung des Korrosionssystems Werkstoff/Medium/Umgebung wichtig, die Alterungseffekte des Mediums einzubeziehen.
Entwicklung eines Prüfverfahrens für die Untersuchung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen und Polymeren in Heizöl und Heizöl-FAME-Blends, das für eine Vorauswahl der Werkstoffe und zum Nachweis der Beständigkeit im Hinblick auf die bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren geeignet ist. Ein Schwerpunkt wird bei den metallenen Werkstoffen auf der Erprobung von Messmethoden liegen, mit denen sich in kurzer Versuchszeit ein Korrosionsangriff detektieren lässt.
Die untersuchten Werkstoffe Aluminium, Stahl 1.0037, 1.4301, Kupfer, Messing (CuZn40Pb) und Zink (ZP0410) sind in B0, B20, B100 und in 6 Jahre altem B100 beständig.
Auch in einem Jahr alten B20 und in einem Jahr alten B100 sind die Werkstoffe beständig.
Bei Kupfer blieb die Korrosionsrate in der Flüssigphase sowohl in B20 (0 μ m/ a) als auch in B100 (4 μ m/ a) nach einem Jahr unverändert. Für das 6 Jahre alte B100 stieg die Korrosionsrate des Kupfers an (16 μ m/a). Im Gegensatz dazu sank bei Messing die Korrosionsrate in der Flüssigphase mit dem Alter des Brennstoffs, nach einem Jahr für B20 von 4 μ m/ a auf 1 μ m/a und für B100 von 36 μ m/ a auf 6 μ m/ a, im 6 Jahre alten B100 lag die Korrosionsrate des Messings bei 0 μ m/ a.
In 8 Jahre altem B10 trat bei Zink in der Flüssigphase Flächenkorrosion auf, es ist in dem Medium demnach nicht beständig. Messing zeigte örtliche Korrosion in der Gasphase, es ist folglich unbeständig und für den Einsatz in stark gealterten B10 nicht geeignet.
Aluminium, 1.0037, 1.4301 und Kupfer sind in dem 8 Jahre alten B10 beständig.
Die Änderung der Zugfestigkeit und der Reißdehnung von ACM, HNBR und FKM in Heizöl, B20 und gealterten B10 beträgt < 15 %. Diese Werkstoffe sind in Heizöl, B20 und in gealterten B10 unter Berücksichtigung des von der BAM zur Beurteilung der Beständigkeit festgelegten Grenzwertes von 15 % bei 40 °C als beständig zu bewerten.
PUR ist bei 40 °C nicht beständig in B20 und in gealtertem B10. Bei 70 °C ist HNBR nicht in B20 beständig aufgrund der Verringerung der Zugfestigkeit (40 %) und der Reißdehnung (50 %). FKM ist bei 70 °C in Heizöl und in B20 beständig.
In der Bundesrepublik Deutschland ist die „BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter” die Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Beständigkeitsbewertungen sowohl von ausgewählten metallischen Werkstoffgruppen als auch von polymeren Dichtungs- und Beschichtungswerkstoffen unter dem Einfluss von Gefahrgütern und wassergefährdenden Stoffen sind in der BAM-Liste enthalten. Sofern nicht anders angegeben, gelten die Werkstoffbeständigkeitsbewertungen für Betriebstemperaturen bis max. 50 °C und für handelsüblich technisch reine Stoffe. Entsprechend den gültigen Gefahrgutverordnungen für den Transport von Gefahrgütern auf der Straße, derSchiene und zur See wird eine innere Besichtigung der Tanks nach einer vorgegebenen Prüffrist der Tanks gefordert. Für die Dauer der Prüfintervalle ist die Werkstoffbeständigkeit zu gewährleisten. Unter den über 7000 in der BAM-Liste enthaltenen Stoffen ist ein großer Anteil von Gefahrgütern und wassergefährdenden Stoffen mit hohem Transportaufkommen enthalten, die nicht korrosiv auf die meisten metallischen Werkstoffe wirken und somit bestehen keine Unterschiede in der Bewertung der Beständigkeit zwischen den häufig im Tankbau eingesetzten austenitischen CrNi- oder CrNiMo-Stählen 1.4401 (X5CrNiMo17-12-2), 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) und 1.4571 (X6CrNiMoTi17-12-2) und dem Duplexstahl 1.4362 (X2CrNiN23-4, UNS S 32304). Es gibt nur eine sehr geringe Anzahl von Ergebnissen von Korrosionsversuchen mit diesem Werkstoff unter dem Einfluss von korrosiven Gefahrgütern. Zur Gewinnung von Korrosionsdaten wurden in Absprache mit dem Auftraggeber relevante Stoffe aus der BAMListe ausgewählt, in denen die im Transporttankbau gebräuchlichen CrNiMo-Werkstoffe unter Berücksichtigung stoffspezifischer und betrieblicher Auflagen einsetzbar sind. Die Korrosionstests sollen zeigen, inwieweit der betrachtete Duplexstahl in Analogie zu den austenitischen CrNiMo-Stählen bewertet werden kann. Aus den Versuchsergebnissen kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass der untersuchte Duplexstahl in alkalischen Medien eine Alternative zu austenitischen Stählen für den Transport von Gefahrgütern darstellt. Aufgrund des verringerten Legierungsgehaltes, insbesondere an Nickel (3,7 %) und Molybdän (0,15 %), wurde eine geringere Korrosionsbeständigkeit des untersuchten Duplexstahls 1.4362 im Vergleich zu den austenitischen CrNiMo-Stählen, insbesondere in „sauren“ Medien beobachtet. Die Beständigkeitsbewertungen dieses Werkstoffes werden in der 10. Auflage der BAM-Liste veröffentlicht und dem interessierten Anwenderkreis auch in Form von Beständigkeitslisten zur Verfügung gestellt.