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Organisationseinheit der BAM
Für die Durchführung einer Dichtheitsprüfung und für die Bewertung des Ergebnisses ist es wichtig, den sich unter Betriebsbedingungen im Prüfobjekt einstellenden Überdruck zu kennen. Entspricht der Prüfüberdruck nicht dem Betriebsüberdruck, so ist es oft erforderlich, die unter Prüfbedingungen gemessenen Leckageraten auf den realen Betriebsüberdruck umzurechnen. Im Bereich der Gefahrgutverpackungen ist jedoch der spätere maximale Betriebsüberdruck nicht genau bekannt. Er hängt für jede einzelne Verpackungsbauart von dem eingefüllten Füllmedium mit seinen spezifischen Stoffeigenschaften, dem Füllgrad sowie den Beförderungsbedingungen, insbesondere der mittleren Transporttemperatur, ab. Es werden Berechnungsansätze vorgestellt, mit denen sich der Überdruck in Gefahrgutverpackungen unter Beförderungsbedingungen rechnerisch ermitteln lässt. Die theoretisch berechneten Überdrücke werden mit Überdruck-Messwerten verglichen, die mit verschiedenen Füllmedien in unterschiedlichen Verpackungsbauarten ermittelt wurden.
Der innere Überdruck, der sich unter Beförderungsbedingungen im freien Dampfraum einer Gefahrgutverpackung bildet, die mit einer gefährlichen Flüssigkeit gefüllt ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab: Den spezifischen Stoffeigenschaften des jeweiligen Füllguts, dem Füllgrad, der Nachgiebigkeit der Verpackungsbauart, der Befülltemperatur und der Temperatur bei Beförderungsbedingungen.
Zu den normalen Beförderungsbedingungen von befüllten Gefahrgutverpackungen zählt der interkontinentale Transport in Frachtcontainern. Es werden die Ergebnisse einer Klimamessfahrt vorgestellt, die mit einem instrumentierten Frachtcontainer auf der Fahrt von Hamburg nach Singapur und zurück gewonnen wurden. Hierdurch lassen sich durchschnittliche und maximale Beförderungstemperaturen beim interkontinentalen Containertransport ermitteln. Es werden Modellgleichungen vorgestellt, mit denen sich für verschiedene Annahmen der sich einstellende Überdruck in einer Gefahrgutverpackung berechnen lässt.
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) und Helium (He) sind gängige Prüfgase für Dichtheitsprüfungen. Die einfachste Leckgeometrie stellt ein ideal zylindrisches Rohr dar. Es wurden Glaskapillaren verschiedener Abmessungen mit Lachgas und Helium durchströmt. Der Überdruck am Kapillareingang lag zwischen 100 mbar und 400 mbar. Es handelte sich um vier annähernd zylindrische Glaskapillaren mit den mittleren Durchmessern: Kapillare 1: ca. 102 μm; Kapillare 2: ca. 71 μm; Kapillare 3B: ca. 49 μm; Kapillare 4: ca. 53 μm. Zudem wurde eine nichtzylindrische Kapillare geprüft (Kapillare 3A). Die Kapillaren 1, 2 und 3B wurden mit beiden Prüfgasen getestet. Kapillare 3A wurde nur mit Lachgas durchströmt, Kapillare 4 nur mit Helium. Für die Messung der Leckageraten kam das Überdruckverfahren mit Ansammlung (Verfahren B3 nach DIN EN 1779: 1999-10) zum Einsatz. Als Detektor für Lachgas diente der Lachgasdetektor Maihak Unor 6 N, für Helium der Leckdetektor T-Guard der Firma Inficon.
Es wurden verschiedene Theorieansätze verglichen. Beim Theorieansatz Ib erfolgte die Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf die Helium-Messwerte und umgekehrt anhand der Druck-, Temperatur- und Gasartabhängigkeit der Leckagerate für laminar-viskose Gasströmung (DIN EN 1779: 1999-10; DGZfP-Richtlinie DP2: 2009-12). Beim Theorieansatz II wurde die Berechnung der Leckagerate für die laminar-viskose Rohrströmung unter der Annahme einer ideal zylindrischen Kapillare durchgeführt. Zusätzlich wurde mit „ANSYS Fluent“ eine CFD-Simulation vorgenommen. Bei Kapillare 3A wurde eine Serienschaltung der Strömungsleitwerte von Rohr und Düse angesetzt. Bei Anwendung des Ansatzes Ib werden bei Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Messwerte überschätzt. Umgekehrt werden bei der Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf Helium die Helium-Messwerte unterschätzt. Bei Analyse der Einlauflängen der Rohrdurchströmung ist festzustellen, dass diese für Lachgas stets größer als für Helium sind. Bei Lachgas liegt daher für einige Messwerte noch keine ausgebildete laminare Rohrströmung vor. Einlaufeffekte können somit nicht vernachlässigt werden. Als Fazit ergibt sich, dass bei Verwendung von Helium als Prüfgas und Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Leckageraten sicherheitstechnisch konservativ abgeschätzt werden.
In den internationalen Gefahrgutvorschriften ist vorgeschrieben, dass Säcke und flexible Großpackmittel (Flexible Intermediate Bulk Container – FIBC) staubdicht sein müssen. Eine quantitative Definition des Terminus Staubdichtheit, wie in anderen Technikgebieten üblich, ist jedoch nicht gegeben. Auch geeignete Prüfverfahren zum Nachweis der Staubdichtheit sind in den Vorschriften nicht genannt.
In der Praxis der stichpunkartigen Kontrollen von Gefahrguttransporten durch die Schwerlastgruppe der Autobahnpolizei Münster werden immer wieder Austritte von pulverförmigen oder körnigen Gefahrgütern aus eigentlich intakten Säcken und FIBC detektiert. Es wird ein Überblick über die im Jahr 2018 festgestellten Gefahrgutaustritte aus diesen Gefahrgutverpackungen sowie eine systematische Einordnung hinsichtlich betroffener Bauarten und möglicher Ursachen gegeben.
Bei der Stofffreisetzung aus intakten Gefahrgutverpackungen liegt ein mechanischer Transport von Partikeln durch Leckkanäle, z. B. im Verschluss-, Naht- oder Wandungsbereich, vor. Generell kommen zwei Freisetzungswege in Frage: Einerseits eine Langzeit-Freisetzung während des Transports, hervorgerufen durch eine kombinierte Wirkung von Stapellast des Füllguts und Transportvibrationen; andererseits eine stoßartige Freisetzung.
Auf Grundlage von durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der stoßartigen Freisetzung pulverförmiger Stoffe aus Gefahrgutsäcken werden erste Lösungsansätze hin zu einer Verbesserung der Staubdichtheit von Gefahrgutsäcken und -FIBC vorgestellt. Es wird ein Ausblick auf nachfolgende Arbeiten gegeben.
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) und Helium (He) sind gängige Prüfgase für Dichtheitsprüfungen. Die einfachste Leckgeometrie stellt ein ideal zylindrisches Rohr dar. Es wurden Glaskapillaren verschiedener Abmessungen mit Lachgas und Helium durchströmt. Der Überdruck am Kapillareingang lag zwischen 100 mbar und 400 mbar. Es handelte sich um vier annähernd zylindrische Glaskapillaren mit den mittleren Durchmessern: Kapillare 1: ca. 102 μm; Kapillare 2: ca. 71 μm; Kapillare 3B: ca. 49 μm; Kapillare 4: ca. 53 μm. Zudem wurde eine nichtzylindrische Kapillare geprüft (Kapillare 3A). Die Kapillaren 1, 2 und 3B wurden mit beiden Prüfgasen getestet. Kapillare 3A wurde nur mit Lachgas durchströmt, Kapillare 4 nur mit Helium.
Für die Messung der Leckageraten kam das Überdruckverfahren mit Ansammlung (Verfahren B3 nach DIN EN 1779: 1999-10) zum Einsatz. Als Detektor für Lachgas diente der Lachgasdetektor Maihak Unor 6 N, für Helium der Leckdetektor T-Guard der Firma Inficon.
Es wurden verschiedene Theorieansätze verglichen. Beim Theorieansatz Ib erfolgte die Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf die Helium-Messwerte und umgekehrt anhand der Druck-, Temperatur- und Gasartabhängigkeit der Leckagerate für laminar-viskose Gasströmung (DIN EN 1779: 1999-10; DGZfP-Richtlinie DP2: 2009-12). Beim Theorieansatz II wurde die Berechnung der Leckagerate für die laminar-viskose Rohrströmung unter der Annahme einer ideal zylindrischen Kapillare durchgeführt. Zusätzlich wurde mit „ANSYS Fluent“ eine CFD-Simulation vorgenommen. Bei Kapillare 3A wurde eine Serienschaltung der Strömungsleitwerte von Rohr und Düse angesetzt. Bei Anwendung des Ansatzes Ib werden bei Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Messwerte überschätzt. Umgekehrt werden bei der Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf Helium die Helium-Messwerte unterschätzt. Bei Analyse der Einlauflängen der Rohrdurchströmung ist festzustellen, dass diese für Lachgas stets größer als für Helium sind. Bei Lachgas liegt daher für einige Messwerte noch keine ausgebildete laminare Rohrströmung vor. Einlaufeffekte können somit nicht vernachlässigt werden. Als Fazit ergibt sich, dass bei Verwendung von Helium als Prüfgas und Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Leckageraten sicherheitstechnisch konservativ abgeschätzt werden.
Ziel einer Dichtheitsprüfung ist es entweder, mit einem quantitativen Prüfverfahren integrale Leckageraten zu messen, oder mittels eines lokalisierenden Verfahrens den genauen Leckageort aufzuspüren.
In einigen Fällen kann das Betriebsmedium gleichzeitig das Prüfmedium sein, wenn geeignete Sensorik zu Verfügung steht. In anderen Fällen kann dies aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich sein. Daher ersetzt man bei der Verwendung von Prüfgasverfahren das Betriebsmedium durch ein spezifisch nachweisbares Prüfgas.
Für die Interpretation eines quantitativen Messergebnisses ist es notwendig, die Ist-Leckagerate mit einer zuvor berechneten Grenzleckagerate (maximal zulässige Leckagerate) zu vergleichen. Entspricht das für die Dichtheitsprüfung verwendete Prüfgas nicht dem Betriebsmedium, so ist hierfür eine Umrechnung von Leckageraten notwendig.
Es wird ein Überblick über für die Dichtheitsprüfung gängige Prüfgase, deren Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile gegeben. Die grundlegenden Prinzipien bei der Umrechnung von Leckageraten (Druckumrechnung; Temperaturumrechnung; Umrechnung der Gasart bzw. des Mediums) werden vorgestellt.
The International Dangerous Goods Regulations prescribe the immersion under water method (“bubble test”) as standard method for the leakproofness test of dangerous goods packagings. But this test procedure acts as a test method for leak localisation, not for quantitative leakage rates measurement. Additionally, the sensitivity in detecting leaks of small diameters is restricted, depending on the test liquid and the test pressure. The bubble test is not suitable for a comparison with quantitative limit leakage rates based on realistic transport conditions. This is especially important when estimating the risk of the formation of an explosive atmosphere during the intercontinental carriage of dangerous goods packagings in freight containers.
To compare measured leakage rates with limit leakage rates, a quantitative leak testing procedure is required. Therefore a new approach for dangerous goods packagings is implemented: The pressure technique by accumulation using Helium as a tracer gas.
This work presents the test equipment necessary for the quantitative measurement of Helium leakage rates through closures of different kinds of dangerous goods packagings. The essential steps to achieve good repeatable results are: A controlled Helium filling process to reach a defined test pressure in the test sample, a sufficient homogenisation of the Helium-air-mixture inside the test sample and the ensuring of a constant pressure level of the test sample during the test. The Helium loss rate of the accumulation chamber has to be measured separately to receive a correction factor for the measured leakage rates. Different constructional measures are introduced to prevent a disturbing influence of the Helium leakage rate of the filling valves on the measurement results. Methods to estimate the disturbing effect of Helium permeation through permeable parts of the test sample are also presented. As a supporting method for the experimental investigations the Helium sniffer test can be applied. This practical application-oriented advice can enable other users to establish a pressure technique by accumulation for their own technical field.
Abstract: The leaks of dangerous goods from actually intact bags detected in the years 2018 to 2020 tend to be at an almost constant high level. These releases of powdery or granular dangerous goods represent violations of the sift-proofness required in the dangerous goods regulations. This article first analyzes the causes. The components of the bags that are affected by leaks are micro-perforations, joins and closures, in particular internal sleeve valves.
A distinction must be made between bags closed in conformity with or contrary to the manufacturer's instructions.
The particle release is determined by a number of influencing factors of the filling substance, the packaging and other boundary conditions. Therefore, a comprehensive test concept is developed in this work, which takes all these factors into account. The application of this test concept facilitates the planning of the test setup and the experiments. On this basis, the complex mechanisms involved in the release of solid substances can be systematically investigated in the test laboratory. To prevent releases of powdery or granular substances from intact bags, it is necessary that the user has access to the closing instructions and the relevant properties of the test substance used for the design type approval. Further experimental investigations are needed to assess whether filling substances change their properties during transport and whether this enables them to escape.