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Die volumetrische Energiedichte eines Gases kann durch Verflüssigung erhöht wer-den. Diese findet statt, wenn das Gas unter den Siedepunkt abgekühlt wird. Verflüs-sigte Gase mit großer Bedeutung für die Energiewende sind verflüssigter Wasser-stoff (LH2) und verflüssigtes Erdgas (LNG), dessen Verflüssigung Temperaturen von unter -160 °C bedarf. Systeme zur Speicherung dieser verflüssigten Gase müssen in der Regel für Überdrücke ausgelegt sein und benötigen thermische Superisolierun-gen (TSI), um die tiefkalten Bedingungen über längere Zeit halten zu können und Verluste durch Boil-Off gering zu halten. TSI mit Vakuum und MLI oder Perlit sind für viele Anwendungen mit LNG und LH2 geeignet. Bei solchen Systemen handelt es sich in der Regel um doppelwandige Strukturen, bei denen die Innenwand mit dem tiefkalten Fluid in Kontakt steht. Die Lücke, zwischen der Innen- und der Außen-wand befindet sich unter Vakuumbedingungen und enthält zudem MLI oder Perlite. Diese Kombination von Isolationsmethoden ermöglicht es auf kleinstem Raum sehr gute thermische Isolationswirkung zu erreichen. Aus wirtschaftlicher Sicht sind die Systeme gut durchdacht. Das Wissen über das Verhalten dieser Systeme bei einem typischen Ereignis wie einem Brand ist jedoch begrenzt. Dieses Wissen ist aber not-wendig, um die Sicherheit der wachsenden Zahl von Anwendungen auf dem Markt bewerten zu können.
Wasserstoff wird als ein potenzieller alternativer Energieträger gesehen, mit dem die für 2050 gesetzten Klimaziele erreicht werden könnten. Der Transport von Wasserstoff ist mittels verschiedener Speichertechniken möglich, von denen der kryogene Transport mit den größten volumetrischen Energiedichten einhergeht. Hierdurch eignen sich diese Speicher besonders für die energieintensiven Verkehrsmittel im Land-, See- und Flugverkehr.
Im Vortrag werden Speichertechniken, Gefahren im Umgang mit kryogenen Gasen sowie bisherige Störfälle dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Teil der aktuellen Forschungsarbeit an der BAM vorgestellt, die die Sicherheit dieser Speicher unter außergewöhnlichen Belastungen adressiert.
The volumetric energy density of a gas can be increased by liquefaction, which occurs when the gas is cooled below the saturation point. Liquefied gases of great importance to the energy transition are Liquefied Hydrogen (LH2) and Liquefied Natural Gas (LNG), which can be liquefied at temperatures below 160°C. Systems for storing these gases typically must be overpressure resistant and require thermal super insulations (TSI) to hold cryogenic conditions and minimize boil-off losses from evaporation. TSI with vacuum and MLI or perlites are suitable for many applications involving LNG and LH2. Such systems are typically double-walled structures where the inner wall is in contact with the cryogenic liquefied gas. MLI or perlites are located in the gap between the inner and the outer wall, that is kept under vacuum conditions. This combination of insulations strongly reduces the heat transfer between the environment and the cryogenic liquefied gas. From an economic point of view the systems are well sophisticated. However, knowledge of the behavior of this kind of systems in a typical event such as a fire is limited, but necessary to evaluate the safety of the increasing number of applications.
The objective of the research is to determine how TSI behaves at different fire temperatures during fire exposure and afterwards. Special attention is paid to changes in the heat flux, the material properties and vacuum state over time. For this purpose, thermogravimetric analysis (TGA) studies have been carried out. In addition, a test rig was developed that allows testing of TSI at temperatures up to 1000°C under realistic integration conditions and subsequent analysis of the TSI samples. In the test rig the double-wall with vacuum and MLI or perlites inside is simulated. The fire conditions are simulated on one side of the double-wall by adjustable electrical heating elements. This process allows the implementation of repeatable heat flows of up to 100 kW/m². On the other side of the double-wall, cold or cryogenic conditions are simulated with a heat exchanger through which water or the vapor of liquid nitrogen (approx. -196°C) flows. The heat exchanger is also used to determine the heat flux through the double-wall. Thus, the test rig allows thermal loading and performance analysis of TSI samples at the same time.
Compared to tests with real cryogenic systems, tests with this experimental setup have the advantage that, first, the instrumentation is easier to realize, and a higher repeatability is ensured. Second, the local heat flow can be determined over time, and the sample of a TSI can be taken non-destructively and thus analyzed. Third, the tests are less risky as well as time+ and material intensive, so that more tests and variants can be investigated with the same budget.
Preliminary results obtained considering several types of MLI under vacuum show that all observed typs of MLI can be damaged under strong thermal loading. The damages observed were outgassing, melting, shrinkage, cracking, lump formation, and concomitant local loss of the MLI's function as a radiation shield. However, the study also shows that a damage does not always have an extreme effect on the insulating performance.
Based on methane from renewable resources, LNG is an alternative fuel for heavy and long-distance traffic in land transport. Contrary to its positive properties, the fuel contains risks from an explosion and extremely low temperatures for personal and infrastructure safety. CFD-models are suitable for doing risk analyses for arbitrary scenarios. For examining how to model for risk research the dispersion of LNG-vapor, this paper contains a model variant study, with an evaluation by experiments.
This paper describes the use of the CFD-code ANSYS Fluent for simulating experiments of the ‘LNG Safety Program Phase II‘. The content of the well-documented experiments was the research of the vaporization rate of LNG on land and the dispersion of LNG-vapor in the air. Based on the comparison to two experiments, overall 12 CFD-model variants with varying thermal and turbulence parameters were examined how they affect the transient LNG-vapor dispersion in air.
The definition of turbulence-boundary-condition at the domain borders had the biggest impact on modeling, followed by the turbulence model. The most accurate model variant had been applied for observing the spreading behavior of LNG-vapor in the air after evaporation on land and analyzing the influence of the LNG-composition to the dispersion. The results show that the mixture of LNG-vapor and the air in the free field is cooler than the ambient air and spreads like a heavy gas on the ground.
Basierend auf Methan aus regenerativen Quellen, stellt LNG einen alternativen Kraftstoff für den schweren Fernverkehr da. Gegenüber seinen positiven Eigenschaften birgt der Kraftstoff aber auch Risiken, durch seine sehr niedrige Temperatur und seine Brennbarkeit, für die Personen- und Bauwerkssicherheit. Für die Erforschung der Risiken eignen sich CFD-Modelle, deren Erforschung unter anderem Ziel des TF-SiVi Projekts der BAM war.
Einen Einblick in die angewendete Methodik zur Erforschung von Unfallszenarien mit LNG gibt der Vortrag.
Liquefied Natural Gas (LNG) aus regenerativen Quellen, stellt einen potenziellen Kraftstoff für den Schwer- und Fernverkehr des Straßenverkehrs dar. Gegenüber seinen positiven Eigenschaften zu dem in diesem Verkehrssektor häufig verwendeten Kraftstoff Diesel birgt der Kraftstoff aber auch Gefahren für Personen und Bauwerke durch seine sehr niedrige Temperatur bei der Speicherung von ca. -160 °C und seine Explosionsfähigkeit in der Gas-Phase. In der Arbeit wurde sich mit der Gefährdung von Personen und Bauwerken hinsichtlich der von LNG ausgehenden Gefahren in Tunneln auseinandergesetzt.
Tunnel stellen besonders schützenswerte Bauwerke dar, da aus vorhergehenden Störfällen in Tunneln bekannt ist, dass diese mit hohen Personen-, Bauwerks-, und Volkswirtschaftlichen-Schäden einhergehen können.
Untersuchungsschwerpunkt bei der Bewertung von Gefährdungen durch LNG stellte eine Ereigniskaskade bestehend aus Freisetzung, Verdampfung, Stoffausbreitung und Zündung des sich gebildeten explosionsfähigen LNG-Gas/Luft-Gemisches dar. Mit dem Ziel eine solche Ereigniskaskade realitätsnah vorhersagen und zukünftig hierzu Risikoanalysen durchführen zu können wurden innerhalb der Arbeit Parameterstudien sowie Kalibrierungen und Validierungen gegenüber experimentellen Untersuchungen durchgeführt.
Mit den Modellen wurden in der Arbeit exemplarische Fallbeispiele zu Störfällen untersucht. Ergebnisse dieser waren, dass Gefährdungen insbesondere von flüssigem LNG nach dessen Freisetzung und der Verbrennung von LNG-Gas/Luft-Gemischen ausgingen.
Liquefied Natural Gas (LNG) aus regenerativen Quellen, stellt einen potenziellen Kraftstoff für den Schwer- und Fernverkehr des Straßenverkehrs dar. Gegenüber seinen positiven Eigenschaften zu dem in diesem Verkehrssektor häufig verwendeten Kraftstoff Diesel birgt der Kraftstoff aber auch Gefahren für Personen und Bauwerke durch seine sehr niedrige Temperatur bei der Speicherung von ca. -160 °C und seine Explosionsfähigkeit in der Gas-Phase. In der Arbeit wurde sich mit der Gefährdung von Personen und Bauwerken hinsichtlich der von LNG ausgehenden Gefahren in Tunneln auseinandergesetzt.
Tunnel stellen besonders schützenswerte Bauwerke dar, da aus vorhergehenden Störfällen in Tunneln bekannt ist, dass diese mit hohen Personen-, Bauwerks-, und Volkswirtschaftlichen-Schäden einhergehen können.
Untersuchungsschwerpunkt bei der Bewertung von Gefährdungen durch LNG stellte eine Ereigniskaskade bestehend aus Freisetzung, Verdampfung, Stoffausbreitung und Zündung des sich gebildeten explosionsfähigen LNG-Gas/Luft-Gemisches dar. Mit dem Ziel eine solche Ereigniskaskade realitätsnah vorhersagen und zukünftig hierzu Risikoanalysen durchführen zu können wurden innerhalb der Arbeit Parameterstudien sowie Kalibrierungen und Validierungen gegenüber experimentellen Untersuchungen durchgeführt.
Mit den Modellen wurden in der Arbeit exemplarische Fallbeispiele zu Störfällen untersucht. Ergebnisse dieser waren, dass Gefährdungen insbesondere von flüssigem LNG nach dessen Freisetzung und der Verbrennung von LNG-Gas/Luft-Gemischen ausgingen.zeige weniger
Der Markt von LNG als Transportgut und als Kraftstoff ist seit Jahrzehnten kontinuierlich am Wachsen, wobei das Hauptanwendungsgebiet im Schiffsverkehr lag. LNG ist verflüssigtes Erdgas mit Hauptbestandteil Methan, das neben fossilen, aus erneuerbaren Quellen, wie synthetischen Methan oder Biogas, gewonnen werden kann. LNG hat als Kraftstoff sehr gute Eigenschaften dessen Potenzial als alternativer Kraftstoff zu Diesel im Schwerlast- und Fernverkehr gesehen wird. Dabei weist LNG gegenüber Diesel geringere Emissionen von CO2, Feinstaub, Stickoxiden und Lärm auf und hat gegenüber anderen erneuerbaren Energiespeichern wie CNG, Elektrobatterien oder Wasserstoff die höchste volumetrische und zweitgrößte gravimetrische Energiedichte. Neben seinen Vorteilen zu anderen erneuerbaren Energieträgern birgt LNG durch seine sehr niedrige Temperatur von bis zu 160°C und seiner Brennbarkeit aber auch neue Gefahren für Personen und Infrastrukturen.
Zur Bewertung von Gefahren und zur späteren Durchführung von Risikobewertungen bedarf es Methoden und Modellen deren Untersuchung Ziel des Forschungsprojekts war. Schwerpunkt der Untersuchung stellt die Freisetzung von LNG in Tunnel, mit sich anschließender Stoffausbreitung und verzögerter Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches dar. Unfallszenarien mit Brandereignissen in Tunnel haben gezeigt, dass diese meist mit hohen Personen, Bauwerks und volkswirtschaftlichen Schäden verbunden sind. Des Weiteren zeigten Untersuchungen das von Gasexplosionen in Umschließungen wie sie ein Tunnel darstellt, mehr Gefahren ausgehen als von Gasexplosionen im Freifeld.
Im Vortrag werden die untersuchten Modelle und die aus dem Projekt gewonnenen Erkenntnisse für die Stoffausbreitung und Verbrennung der Gasphase von LNG in Umschließungen vorgestellt.
Transport of hazardous materials is multi-modal and international. All kinds of transportation modes can be used such as trucks, barges, trains, ships. In the previous work BAM, Delft University of Technology and TNO have identified that the decision-making process for the shipper depends from strategy, tactic and operational conditions.
The tactical decision of shipping companies contains the routing for the hazardous materials. The comparison of routing possibilities for the identification of the best safety route needs a concept for the validation of the partial routes. In the first step validation aspects for partial routes will be analyzed in different accident scenarios with a truck in a tunnel.
In the study we focused on regenerative liquefied natural gas (LNG), a cryogenic liquefied substance with a temperature of -161°C. There are different possibilities of the LNG release which will be analysed and the consequences will be estimated.
Liquefied Hydrogen (LH2) or Liquefied Natural Gas (LNG) establish themselves as important energy carriers in the transport sector. Its storage requires tanks with Thermal Super Insulations (TSI) to keep the transported fluid cold. TSI has proven itself in various applications over a long time, but not in the land transport sector, where accidents involving collisions, fires, and their combination are to be expected. The focus of this study is to investigate the behavior of different types of TSI when exposed to a heat source that represents a fire. Therefore, a High-Temperature Thermal Vacuum Chamber (HTTVC) was used that allows the thermal loading of thermal insulation material in a vacuum and measuring the heat flow through the TSI in parallel. Within this study, 5 samples were tested regarding 3 different types of MLI, rock wool, and perlites. The thermal exposure caused different effects on the samples. In practice, this can be connected to the rapid release of flammable gases as well as a Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion (BLEVE). These results are relevant for the evaluation of accident scenarios, the improvement of TSI, and the development of emergency measures.