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Organisationseinheit der BAM
Preventing the explosion of acetylene cylinders involved in fire with help of numerical modeling
(2012)
The current paper describes a mathematical model, which was developed to simulate the heat transfer in acetylene cylinders during exposure to a fire. The cases of a direct engulfment of the cylinder in the flames and of exposure to a distant fire were considered. Furthermore, the model was also applied to the prediction of the heat transfer during the cooling with water of heated acetylene cylinders, in order to assess the effectiveness of this procedure as a measure to prevent the burst of the cylinder. To provide data for the definition and validation of the model a total of 13 bonfire tests with 8.9-, 10- and 50-dm³-cylinders were performed, where pressure and temperature measurements in the samples were performed. During 5 experiments the fire was extinguished before the expected cylinder burst and a cooling with water was applied. In the paper a short description of the experimental set-up and of the test results is given. Finally, a comparison with the model predictions is provided, showing reasonable agreement.
Acetylenflaschen im Feuer
(2012)
Acetylen ist eines der wichtigsten technischen Gase und findet insbesondere Anwendung beim Schweißen und Schneiden verschiedener Werkstoffe. Damit Acetylen in entsprechenden Mengen vor Ort zur Verfügung gestellt werden kann, wird es in Druckgasbehälter abgefüllt. Im Falle eines Brandes stehen Acetylenflaschen im Verdacht, jederzeit – auch nach Löschen des Feuers – aufgrund einer möglicherweise initiierten Zerfallsreaktion zu bersten. Um insbesondere Personenschäden zu vermeiden, evakuieren und sperren die Rettungskräfte einen Sicherheitsbereich mit einem Radius von mindestens 200 m um die verdächtige Flasche ab. Gleichzeitig wird umgehend mit der Kühlung der Flasche begonnen. Wie lange muss aber eine Acetylenflasche gekühlt werden, bis sie sicher abtransportiert werden kann, und wie lange muss der Sicherheitsbereich mit dem großen Radius aufrecht erhalten werden? Diesen Fragen ist die BAM in den vergangenen Jahren im Rahmen verschiedener Untersuchungen und Projekte nachgegangen.
In this paper two different approaches for predicting the heating-up of an acetylene cylinder involved in a fire and the afterward cooling with water are presented. In the simulations polynomial functions were used to describe the temperature dependency of the thermal properties of the cylinder interior, which is a complex system composed by a solid porous material, a solvent (typically acetone) and acetylene dissolved in it. Model equations covered heat conduction in the cylinder interior and at its walls. In the first approach the cylinder surroundings were simulated as a further domain constituted by CO2, during the fire exposure, and for water, during the cooling. In this domain the coupled heat transfer (convection and conduction) and the momentum equation (Navier-Stokes) were solved. In the second approach no further domain was considered but boundary conditions were set directly on the cylinder walls. Results of the calculations performed with both approaches are presented. This work could prove helpful in predicting to which extent the interior of an acetylene cylinder exposed to fire reaches temperatures capable of initiating the decomposition of acetylene and to determine how long a water cooling should be applied, so that the system is brought again under non-critical conditions.
Ein entscheidendes Problem neuer Wasserstofftechnologien ist die leichte und sichere Lagerung ausreichender Mengen an Wasserstoff insbesondere für Nutzung bei tragbaren oder mobilen Anwendungen. Eine neue und innovative Technologie basierend auf gebündelte Kapillaren wurde entwickelt. Diese Systeme garantieren eine sichere Speicherung, Lagerung und kontrollierte Freisetzung von Wasserstoff, obgleich Speicherdrücke bis 1200 bar angewendet werden. Die neue Technologie ermöglicht die Lagerung einer erheblich größeren Menge Wasserstoff als andere Systeme und übertraf bereits die Zielsetzung des DOE 2010. Es wird erwartet, die DOE-Zielsetzung für das Jahr 2015 bereits in naher Zukunft zu erreichen. Hauptaspekt für die Speichertechnologie ist die Druckfestigkeit der Glaskapillaren. Es ist weithin bekannt, dass besonders Quarz eine dreimal höhere Festigkeit als Stahl hat. Gleichzeitig ist die Dichte ungefähr dreimal niedriger, was bedeutet, dass viel weniger Material notwendig ist, um die gleiche Druckfestigkeit zu erreichen. Die Druckfestigkeit einzelner Kapillare ist in der Abhängigkeit der Materialien, der Abmessungen, der Wandstärke etc. ermittelt worden, um optimale Parameter für die "finalen" Kapillaren herauszufinden.
Regelmäßig werden Einsatzkräfte der Feuerwehr bei Brandeinsätzen mit brand- bzw. wärmebeaufschlagten Druckgasbehältern konfrontiert. Aufgrund ihrer großen Verbreitung handelt es sich dabei oftmals um Propan- oder Acetylengasflaschen. Propangasflaschen mit Füllmengen bis 33 Kilogramm sind in flächendeckender Verwendung zum Beispiel in Handwerksbetrieben, Produktionsbereichen, Baustellen und Restaurants, werden aber oftmals auch zum Heizen und Kochen im Privatbereich verwendet. Acetylengasflaschen sind in Verbindung mit entsprechenden Sauerstoffbehältern ebenso in Werkstätten, gewerblichen Anlagen und auf Baustellen zum Autogenschweißen und thermischen Trennen in vielfacher Verwendung. Beide Arten von Druckgasbehältern sind darüber hinaus auch im Straßenverkehr als Gefahrgut und in kleineren Mengen auch als private Fracht anzutreffen. Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) hat zusammen mit weiteren Experten als Hilfestellung und aufgrund neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse zwei DGUV-Informationen für Einsatzkräfte zum Umgang mit wärmebeaufschlagten Druckgasbehältern erstellt.