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Organisationseinheit der BAM
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.
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 objective of this experiment was to verify that in regards to the leakproofness bubble test for packagings of dangerous goods, a reduction of the air overpressure from 0.2 to 0.1 bar can be compensated for by reducing the water surface tension to a value of approximately 33.2 mN/m by adding a wetting agent. It was experimentally proven that this method will yield the same leak diameters. This is important to avoid irreversible deformations during the leaktesting of intermediate bulk containers (IBCs) while using a test overpressure of 0.2 bar.
Bubble test experiments were carried out on artificial borehole-shaped leaks manufactured of two different materials high density polyethylene (HDPE) and stainless steel by ultrashort pulse laser technology and with two different immersion test liquids (deionized water and a 0.1% Lutensol FSA fabric softener active 10 solution). The characteristic diameters of the boreholes investigated were from 11.5 to 30.3 µm in length.
Bei der Dichtheitsprüfung von Intermediate Bulk Containern (IBC) für gefährliche Güter ist gemäß den Gefahrgutvorschriften ein Prüfüberdruck von 0,2 bar anzuwenden. Hierbei ist die Verwendung von Prüfschäumen zulässig. In der Praxis kann es jedoch zu irreversiblen Verformungen des Prüflings kommen. Durch eine Reduzierung des Prüfüberdrucks auf nur 0,1 bar kann dies vermieden werden. Im Folgenden werden experimentelle Untersuchungen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) vorgestellt, um die Gleichwertigkeit dieses Verfahrens mit den Gefahrgutvorschriften nachzuweisen.
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.
The objective of this work was to determine the maximum gauge pressure in the vapour phase above the liquid in different design types of dangerous goods packagings under normal conditions of carriage. The design types investigated were steel and plastic packagings with a volume of approximately 6 l.
Two different methods were applied. In method 1, the pressure inside the packaging filled with a certain filling substance (dichloromethane) was directly measured under simulated conditions of carriage (degree of filling: 90%; filling temperature: 15°C; temperature during storage: 31°C). The maximum measured gauge pressures were between 89 mbar for a light plastic jerrican and 336 mbar for a steel drum.
In method 2, the gauge pressure was calculated. The consideration of a rigid packaging combined with the assumption of a vapour pressure of zero during filling and sealing can serve as a worst case scenario. The calculated gauge pressure is approximately 1061 mbar. This procedure leads to the highest safety factor and does not require any experimental investigations.
For a more realistic approximation of the gauge pressure of a non-rigid packaging, a packaging-specific function of relative expansion can be used, which is determined by a hydraulic pressure test. The calculated values ranged from 105 to 347 mbar. Method 2 provides conservative results. No hazardous filling substance is needed, and it allows a prediction of gauge pressure for other temperatures, substances and filling degrees. Therefore, this method could serve as alternative to UN Model Regulations 6.1.5.5.4 (a).
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.
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.
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.
Sift-proofness is a requirement for different types of dangerous goods packagings for solid substances according to the international Dangerous Goods Regulations. In these regulations, a sift-proof packaging is defined as a packaging that is completely impermeable to dry contents. This means indirectly that absolutely no mass transport of solid substances is allowed. Moreover, this requirement applies both to the original filling substance and to fine solid material generated during transport. Further specifications, test conditions or tolerable limit values are not given. This is in contrast to physical principles and the usual practice in other fields of technology in which sift-proofness is relevant. This paper shows the necessary steps for how the requirements for sift-proofness of dangerous goods packagings can be defined more precisely. Physical basics of the term ‘sift-proofness’ are explained. A qualitative as well as a quantitative approach is possible. In any case, it is essential to carry out appropriate vibration tests to assess the siftproofness. There is a need for systematical investigations of the sift-proofness of dangerous goods packagings.