Open Access

In einer Forschungskooperation zwischen BG-RCI und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens „HySpark“ untersucht, wie sich die Zündwahrscheinlichkeit von verschiedenen, metallischen Werkstoffpaarungen in unterschiedlichen Methan-Wasserstoff-Gemischen verhält. Es bestehen signifikante Unterschiede in der Zündwahrscheinlichkeit durch mechanisch erzeugte Schlagvorgänge zwischen den ver¬schiedenen Metallen bzw. Stählen und insbesondere zwischen den einzelnen Brenngas/Luft-Gemischen. Mechanisch erzeugte Schlagfunken stellen in explosionsgefährdeten Bereichen eine potentielle Zündquelle dar, oft in Verbindung mit der Zündquelle „heiße Oberflächen“. Eine Vielzahl von mechanischen und reaktionskinetischen Einflüssen verursacht dabei eine komplexe Interaktion von Parametern, von deren Auswirkung auf die Zündwahrscheinlichkeit bislang wenig bekannt ist. Die statistisch erfassten Eigenschaften von Schlagfunken in verschiedenen Untersuchung der BAM lassen auf stochastische Prozesse schließen, bei denen die Anzahl der durch einen Schlagprozess abgetrennten Partikel und deren Oxidationsverhalten sowie die Höhe der kinetischen Schlagenergie entscheidenden Einfluss auf die Zündwahrscheinlichkeit hat /L4/; /L5/. Werkzeuge sind keine Geräte oder Schutzsysteme im Sinne der Richtlinie 2014/34/EU /L1/. Deshalb ist es nicht möglich, Werkzeuge in Übereinstimmung mit dieser Richtlinie zu zertifizieren. Trotzdem müssen die Materialien für solche Werkzeuge bestimmte Mindestanforderungen gemäß TRGS 723 /L2/ erfüllen. Die TRGS 723 Abschnitt 5.15 fordert den Nachweis der Funkenfreiheit der verwendeten Werkstoffpaarung bei Verwendung in explosionsgefährdeten Berei¬chen. Der Nachweis der Erfül¬lung dieser Anforderungen ist durch Zertifizierungen im sogenannten „gesetzlich nicht geregelten“ Bereich möglich. Die BAM bietet diese Zertifizierung im Rahmen ihres Zertifizierungsprogrammes 2.8 „Funkenarme Werkzeuge“ an /L3/. Bei der Gefährdungsbeurteilung für den Gebrauch von Werkzeugen im explosionsgefährdeten Bereich müssen mechanisch erzeugte Funken oder heiße Reibflächen, die bei mechanischen Schlagvorgängen durch den Einsatz von Werkzeugen oder Geräten bzw. Maschinen entstehen können, müssen als Zündquelle gesondert betrachtet werden. Üblicherweise wird die Mindestzündenergie bzw. die Explosionsgruppe auch für die Beurteilung der Zündwirksamkeit von mechanischen Schlägen für Brenngase herangezogen [6]. Während Schlagvorgänge als Zündquelle für explosionsfähige Atmosphären der Explosionsgruppe IIA in vielen Fällen weniger relevant sind, werden sie besonders bei Vorhandensein einer explosionsfähigen Atmosphäre der Explosionsgruppe IIC als sehr wirksame Zündquelle angesehen, die berücksichtigt werden muss. Entsprechend wird in der TRGS 723 [6] sowie der DIN EN ISO 80079-36 [21] als Schutzmaßnahme z.B. die Verwendung von funkenarmen Werkzeugen aus nicht gehärtetem schwer oxidierbarem Nicht-Eisen-Metall genannt, wobei die mögliche kinetische Schlagenergie unter 60 J bleiben und die Funkenfreiheit für die jeweils vorliegende mögliche Werkstoffpaarung (Werkstück, Stützen, Boden usw.) nachgewiesen sein muss. Manche Hersteller von Werkzeugen, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind, nennen ihre Werkzeuge „funkenfrei“. Die Bezeichnung wird missverständlicher Weise abgeleitet aus dem englischen „non sparking tools“. Die Bezeichnung funkenarme Werkzeuge, „low sparking tools“, trifft eher zu, denn es gibt tatsächlich keine funkenfreien, metallischen Werkzeuge. Denn es ist immer eine Frage mit welcher kinetischen Energie und gegen welchen weiteren potentiellen Schlagpartner/Werkstoff die funkenarmen Werkzeuge geschlagen werden. Üblicherweise werden Werkzeuge für den industriellen Einsatz aus hochlegierten Chromstählen hergestellt. Mit steigender kinetischer Schlagenergie und sinken¬der Zündenergie der Brenngas-Luft-Atmosphäre im explosionsgefährdeten Be¬reich, steigt die Zündwahrscheinlichkeit im Falle von Schlag- oder Reibbeanspru¬chung deutlich. Funkenarme Werkzeuge für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen wer¬den überwiegend aus speziellen Nichteisen-Metalllegierungen (NE-Metall) her¬stellt. Die beiden großen Werkstoffsorten zur Herstellung von funkenarmen Werkzeugen sind Aluminium-Bronze und Kupfer-Aluminium. Für diese beiden Werkstoffe und deren mögliche Schlagpartner gibt es bisher nur wenige umfassenden Untersuchungen mit Aussagen zur Zündwahrscheinlichkeit.

Elektrische Energiespeicher können unter bestimmten Bedingungen thermisch Durchgehen. Dies ist mit der Freisetzung von großen Mengen an Wärme sowie toxischen und/oder brennbaren Gasen assoziiert. Um die potenziellen Auswirkungen des thermischen Durchgehens zu quantifizieren, wurden Versuche mit Zellen und Modulen mit einem Energieinhalt von bis zu E = 6,85 kWh durchgeführt. Es wurden verschiedene Kenngrößen, wie z.B. Temperatur, Spannung, Massenabbrand, qualitative Gaszusammensetzung sowie Fragmente, messtechnisch erfasst und ausgewertet. Die Ergebnisse können sowohl für Bemessungen im vorbeugenden baulichen Brandschutz als auch in der Prozess- und Anlagensicherheit verwendet werden. Ebenso können sie in Konzept des abwehrenden Brandschutzes integriert werden.

Es wird die historische Entwicklung des Leitfadens KAS-18 dargestellt. Darauf aufbauend werden die aktuellen Entwicklungen diskutiert.

Die Gefährdungen durch die Freisetzung von Gasen und Dämpfen infolge der Ableitung über Ausbläser aus Sicherheitsventilen, Prozess-Berstscheiben, Entlüftungs- und Entspannungsleitungen sind in einer Gefährdungsbeurteilung zu bewerten. Freisetzungen aus Druckanlagen können nach TRBS 2141 beurteilt werden. In der Fachbereich AKTUELL werden verschiedene Methoden mit ihren benötigten Eingangsdaten und Anwendungsgrenzen zur Beurteilung der Gefahren an Ausbläsern für brennbare Gase vorgestellt, um den Anwendern und Prüfern von solchen Anlagen eine Hilfestellung bei der Bewertung und Beurteilung möglicher Gefahren an den prozessbedingten Stoffauslässen ins Freie zu geben.

An understanding of Hydrogen-Oxygen/Air-Diluents gas mixtures combustion characteristics and their accurate prediction is crucial for ensuring the safety of hydrogen-related applications, reducing accidents risk, and protecting lives and property. Hydrogen detonation propagations are characterized by the detonation cell size, used to quantitatively predict for a mixture to detonate including, among others, the initiation energy, critical and minimum tube diameters. For the prediction of explosion limits, detonation run-up-distances and cell sizes, various empirical, semi-empirical and numerical models can be found in literature. These models are usually limited to a narrow range of explosion process or geometrical experimental parameters. Moreover, based on the limited availability of the detonation cell widths measurements, current estimation models are seemingly inaccurate. Machine learning models can be utilized to make justifiable prediction on the detonation cell sizes of hydrogen-air mixtures and other gaseous explosive mixtures cell sizes, explosion limits or run-up distance to detonation based on the mixture type, temperature, pressure, equivalence ratios as well as on geometrical parameters with consideration of highly diverse experimental data measurements uncertainties. Therefore, an up-to date database for explosion characteristics will be established and machine learning models will be developed, trained, tested, and validated using experimental data to predict explosion characteristics of hydrogen mixtures. The models predicted results will be validated against existing models. It will be tested whether machine learning models are able to predict the explosion characteristics of hydrogen mixtures with better accuracy and more comprehensively than conventional empirical and numerical models to be found in literature.