2.1 Sicherheit von Energieträgern
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Im Vortrag werden die für den Betrieb der Erdgasnetze relevanten Kenngrößen des Explosionsschutzes erläutert. Der Einfluss von Wasserstoffeinspeisung auf diese Kenngrößen wird dargestellt und diskutiert. Die Stoffdaten der Erdgas-Wasserstoff-Gemische sind im Rahmen eines von der BG-ETEM geförderten Vorhabens in der BAM gemessen worden. Basis dieser Messungen waren in Europa harmonisierte Normen.
Zudem sind mit Hilfe von numerischen Methoden berechnete explosionsgefährdete Bereiche von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen im Vergleich zum reinen Erdgas betrachtet worden. Der Vortrag gibt weiterhin Hinweise auf Auswirkungen von Wasserstoffzusätzen auf Gaswarngeräte.
Minimum explosion concentrations of coal dusts with CH4/H2/CO below the gas lower explosion limit
(2020)
A 20-L spherical explosion chamber was used to investigate the explosion characteristics of dust clouds in air with the presence of flammable gas which is lower than its lower explosion limit (LEL).
including minimum explosion concentration (MEC) of dust. Explosion pressure (Pex) and explosion pressure rise (dp/dt)ex). Two dust samples (anthracite coal, bituminous coal) and were three flammable gases (CH4, H2 and CO) were tested. Experimental results showed that the explosion of hybrid mixtures occurs when both dust and gas concentrations are lower than the LEL/MEC of the single substances.
Meanwhile. all flammable gases with different volume fractions have distinct effects on the MEC. Pex and (dp/dt)ex of the dust samples.
With the increase of the flammable gas concentration. either the Pex and (dp/dt)ex increase or the MEC decreases for all the hybrid mixtures of both two dust samples. At the same concentration of coal dusts. the addition of CH4 promotes higher explosion risks than the other two flammable gases. The distribution of (dp/dt)ex is quite different with the restricted area defined by empirical formulas.
These results improve our understanding of the explosion behaviour and the explosion risk of hybrid dust-gas mixtures in air.
Industrial fires and explosions initiating from self-ignition of combustible porous dust deposits represent a serious hazard for human beings, environment and industry. Understanding the fundamental basis of combustible dust ignition behaviours at different geometries is of importance to prevent and mitigate the accidental risks. A correlation of self-ignition temperatures (SITs) measured by hot-oven tests and minimum ignition temperatures of dust layers (MITLs) determined by hot-plate tests has been established previously. However, this analogy approach based on Frank-Kamenetzkii model is limited by ignoring the influence of oxygen diffusion. In this work, an improved method is developed by implementing a correction factor for the pre-exponential factor caused by the boundary geometry. This method is testified by comparing with experimental data, previous analogy method and numerical simulation. Results show that our proposed method performs a better predictability of MITLs and simplicity. The improved analogy method indicates that the different boundary geometries of a dust deposit significantly impact the apparent pre-exponential factor, while have an ignorable influence on the activation energy, which is also verified by numerical investigations. Furthermore, the numerical model with the corrected kinetic parameters provides a satisfactory explanation compared with experimental observations regarding to temperature and concentration evolutions of dust layers.
Self-ignition Behaviour of Bulk Materials: How Reliable is the Extrapolation of Laboratory Tests?
(2022)
The self-ignition behaviour of bulks is usually determined with the aid of isoperibolic or adiabatic hot storage tests; the sample volumes here are typically in the range of approx. 100 cm³ to several litres. The extrapolation to technically relevant volumes holds, however, considerable uncertainties. To reduce these uncertainties, a test stand was set up that allows to investigation sample sizes of up to 1000 dm³. These allow the study of selfignition behavior closer to the conditions that prevail in practice. The suitability (or unsuitability) of the established methods (including dangerous goods classification tests) were to be demonstrated and influencing variables that cannot be measured on a laboratory scale were to be determined.
In addition, various analytical methods were used for the determination of reaction kinetic data of solid bulk materials and to predict the self-ignition behaviour of large storages. These are thermal analyses such as differential scanning calorimetry DSC, simultaneous thermal analysis STA as well as microcalorimetry for highprecision measurement of heat flows.
Complete test series using all mentioned test methods will be presented for crosslinked polyvinyl-pyrrolidone (PVP) and conclusions regarding the applicability of the extrapolation methods will be discussed. Hot storage tests up to semi-industrial scale and their combination with various thermoanalytical methods allow a much more precise prediction of the self-ignition behaviour of large bulks. A further promising approach to estimate their heat release rates, and hence, the risk of self-ignition under technical conditions, is the use of microcalorimetric methods.
Vorgestellt wird ein 2018 gestartetes Projekt zur Überprüfung der Extrapolation von im Labormaßstab ermittelten Selbstentzündungstemperaturen auf technisch relevante Volumina. Für die Ermittlung reaktionskinetischer Daten von Feststoffschüttungen stehen eine Reihe von Untersuchungsmethoden zur Verfügung. Dies sind thermische Analysen wie z. B. die differential scanning calorimetry DSC sowie Mikrokalorimetrie zur hochgenauen Messung von Wärmeströmen, bei denen sehr geringe Probenmengen zum Einsatz kommen. In der Regel wird das Selbstentzündungsverhalten jedoch mithilfe von isoperibolen oder adiabaten Warmlagerungsversuchen beurteilt, hier liegen die Probenvolumina üblicherweise im Bereich von ca. 100 cm3 bis zu einigen Litern. Die Extrapolation über mehrere Größenordnungen auf technische Volumina birgt Unsicherheiten, da mit Zunahme des Lagervolumens veränderte Start- und Randbedingungen vorliegen können. Zudem besteht die Möglichkeit, dass bei in technischen Lagern vorherrschenden niedrigen Temperaturen Reaktionen ablaufen, die in Standard-
Laborversuchen nicht erfasst werden, aber einen wesentlichen Einfluss auf das Selbstentzündungsverhalten aufweisen können. Hauptziel des Projektes ist es daher, die im Labormaßstab vorhandenen Prüfeinrichtungen durch einen Versuchsstand zur Untersuchung von Probengrößen von bis zu 1000 dm3 zu erweitern, die Eignung (oder Nichteignung) der etablierten Methoden nachzuweisen und im Labormaßstab nicht erfassbare Einflussgrößen zu ermitteln. Zudem sollen anhand der kleinskaligen Tests Entscheidungskriterien abgeleitet werden, ob eine Extrapolation nach den derzeit üblichen
Methoden zulässig ist.
Zur Bestimmung der reaktionskinetischen Daten von Schüttgütern und iur Vorhersage des Selbstentzündungsverhaltens großer.Lager kommen verschiedene Analysemethoden zum Einsatz. Dabei handelt es sich .um thermische Verfahren wie die Differential-Scanning- Kalorimetrie OS(. die simultane Thermoanalyse STA sowie die Mikrokalorimetrie zur hochpräzisen Messung von Wärmeströmen. Für die oben genannten Methoden werden sehr kleine Probenmengen verwendet. In der Regel wird das Selbstentzündungsverhalten jedoch mit Hilfe von isoperibolen oder adiabatischen Warmlagerungsversuchen ermittelt: die Probenvolumina liegen hier meist im Bereich von ca. 100 cm3 bis zu mehreren Litern.
Die Extrapolation auf technisch relevante Volumina birgt jedoch erhebliche Unsicherheiten. Diese Unsicherheiten zu identifizieren und zu reduzieren ist das Hauptziel eines 2018 gestarteten Forschungsprojekts. Dies soll in erster Linie durch den Aufbau eines Versuchsstandes zur Untersuchung von Probengrößen von bis zu. 1000 dm 3 geschehen.
Sowohl Warmlagerungsversucl1e im Labormaßstab als auch thermoanalytische Verfahren. die mit Hilfe verschiedener Methoden ausgewertet werden. lassen, einzeln betrachtet. häufig nur bedingt zuverlässige Aussagen über das Selbstentzündungsverhalten von großen Schüttgütern zu. Es werden komplette Versuchsreihen mit allen genannten Prüfverfahren vorgestellt und Aussagen zur Anwendbarkeit der Extrapolationsmethoden diskutiert.
Vorgestellt wird ein 2018 gestartetes Projekt zur Überprüfung der Extrapolation von im Labormaßstab ermittelten Selbstentzündungstemperaturen auf technisch relevante Volumina. Für die Ermittlung reaktionskinetischer Daten von Feststoffschüttungen stehen eine Reihe von Untersuchungsmethoden zur Verfügung. Dies sind thermische Analysen wie z.B. die differential scanning calorimetry DSC sowie Mikrokalorimetrie zur hochgenauen Messung von Wärmeströmen, bei denen sehr geringe Probenmengen zum Einsatz kommen. In der Regel wird das Selbstentzündungsverhalten jedoch mit Hilfe von isoperibolen oder adiabaten Warmlagerungsversuchen beurteilt, hier liegen die Probenvolumina üblicherweise im Bereich von ca. 100 cm³ bis zu einigen Litern. Die Extrapolation über mehrere Größenordnungen auf technische Volumina birgt Unsicherheiten, da mit Zunahme des Lagervolumens veränderte Start- und Randbedingungen vorliegen können. Zudem besteht die Möglichkeit, dass bei in technischen Lagern vorherrschenden niedrigen Temperaturen Reaktionen ablaufen, die in Standard- Laborversuchen nicht erfasst werden aber einen wesentlichen Einfluss auf das Selbstentzündungsverhalten aufweisen können. Hauptziel des Projektes ist es daher, die im Labormaßstab vorhandenen Prüfeinrichtungen durch einen Versuchsstand zur Untersuchung von Probengrößen von bis zu 1000 dm³ zu erweitern, die Eignung (oder Nichteignung) der etablierten Methoden nachzuweisen und im Labormaßstab nicht erfassbare Einflussgrößen zu ermitteln. Zudem sollen anhand der kleinskaligen Tests Entscheidungskriterien abgeleitet werden, ob eine Extrapolation nach den derzeit üblichen Methoden zulässig ist.
Self-ignition Behaviour of Bulk Materials: How Reliable is the Extrapolation of Laboratory Tests?
(2022)
The self-ignition behaviour of bulks is usually determined with the aid of isoperibolic or adiabatic hot storage tests; the sample volumes here are typically in the range of approx. 100 cm³ to several litres. The extrapolation to technically relevant volumes holds, however, considerable uncertainties. To reduce these uncertainties, a test stand was set up that allows to investigation sample sizes of up to 1000 dm³. These allow the study of selfignition behavior closer to the conditions that prevail in practice. The suitability (or unsuitability) of the established methods (including dangerous goods classification tests) were to be demonstrated and influencing variables that cannot be measured on a laboratory scale were to be determined.
In addition, various analytical methods were used for the determination of reaction kinetic data of solid bulk materials and to predict the self-ignition behaviour of large storages. These are thermal analyses such as differential scanning calorimetry DSC, simultaneous thermal analysis STA as well as microcalorimetry for highprecision measurement of heat flows.
Complete test series using all mentioned test methods will be presented for crosslinked polyvinyl-pyrrolidone (PVP) and conclusions regarding the applicability of the extrapolation methods will be discussed. Hot storage tests up to semi-industrial scale and their combination with various thermoanalytical methods allow a much more precise prediction of the self-ignition behaviour of large bulks. A further promising approach to estimate their heat release rates, and hence, the risk of self-ignition under technical conditions, is the use of microcalorimetric methods.
CEQAT-DGHS Interlaboratory Test Programme for Chemical Safety - Need of Test Methods Validation -
(2019)
Safety experts, manufacturers, suppliers, importers, employers or consumers must be able to rely on the validity of safety-related test methods and on correct test results and assessments in the laboratory. Via the eChemPortal lots of data from the REACH registration dossiers are available. However, the quality and correctness of the information remains in the responsibility of the data submitter. Unfortunately, we found more or less appropriate information on physicochemical properties and concluded that more quality or adequacy of any data submitted will be needed.
Interlaboratory tests play a decisive role in assessing the reliability of test results. Interlaboratory tests on different test methods have been performed by Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) and Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in collaboration with the QuoData GmbH during the last 10 years. Significant differences between the results of the participating laboratories were observed in all interlaboratory tests. The deviations of the test results were not caused only by laboratory faults but also by deficiencies of the test method.
In view of the interlaboratory test results the following conclusions can be drawn:
• To avoid any discrepancy on classification and labelling of chemicals it should become state of the art to use validated test methods and the results accompanied by the measurement uncertainty.
• A need for improvement is demonstrated for all examined test methods. Thus, interlaboratory tests shall initially aim at the development, improvement and validation of the test methods and not on proficiency tests.
• The laboratory management and the practical execution of the tests need to be improved in many laboratories.
• The term "experience of the examiner" must be seen critically: A "long experience with many tests" is not necessarily a guarantee for correct results.
In der Regel wird das Selbstentzündungsverhalten mit Hilfe von isoperibolen oder adiabaten Warmlagerungsversuchen beurteilt, hier liegen die Probenvolumina üblicherweise im Bereich von ca. 100 cm3 bis zu einigen Litern. Die Extrapolation auf technisch relevante Volumina birgt jedoch erhebliche Unsicherheiten. Diese beruhen auf:
- Extrapolation über mehrere Größenordnungen,
- Limitierungen der verwendeten Extrapolationsmethode (enge Start- und Randbedingungen),
- dem unterschiedlichen Temperaturniveau der Laborversuche im Vergleich zu technischen Lagerungen, insbesondere der Einfluss des enthaltenen Wassers,
- nicht eindeutige Kriterien für Zündung/Nichtzündung,
- Einfluss verschiedener Extrapolationsverfahren,
- mit Hilfe von Laborversuchen nicht erfassbarer Reaktionen (Niedertemperaturoxidationen, Zersetzung, Autokatalyse etc.),
- Streuungen der Messergebnisse.
Diese Unsicherheiten zu verringern ist Inhalt des vorgestellten Forschungsprojektes. Hauptziele des Projektes sind daher, die im Labormaßstab vorhandenen Prüfeinrichtungen durch einen Versuchsstand zur Untersuchung von Probengrößen von bis zu 1000 dm3 zu erweitern, die Eignung (oder Nichteignung) der etablierten Methoden nachzuweisen und im Labormaßstab nicht erfassbare Einflussgrößen zu ermitteln. Zudem sollen anhand der kleinskaligen Tests Entscheidungskriterien abgeleitet werden, ob eine Extrapolation nach den derzeit üblichen Methoden zulässig ist.
Erste Ergebnisse des Projektes bestätigen, dass die Bestimmung des Selbstentzündungsverhaltens von Stäuben und Schüttgütern und insbesondere die Ermittlung reaktionskinetischer Daten mit erheblichen Unsicherheiten behaftet sind. Sowohl Warmlagefungsversuche im Labormaßstab als auch mit Hilfe verschiedener Methoden ausgewertete thermoanalytische Methoden lassen, insbesondere einzeln betrachtet, zum Teil nur bedingt verlässliche Aussagen über das Selbstentzündungsverhalten großer Schüttungen zu. Vollständige Versuchsreihen unter Nutzung aller vorgestellten Untersuchungsmethoden sollen präsentiert und abhängig vom Probenmaterial - Schlussfolgerungen hinsichtlich der Zulässigkeit der Extrapolationsmethoden diskutiert werden.
Mit der Abkehr von der Nutzung fossiler Rohstoffe rücken regenerative Energieträger immer weiter in den Focus. Neben klassischen Holzkohlen werden verstärkt so genannte Biokohlen produziert. Dieser Begriff findet Verwendung für mit Hilfe verschiedener Verfahren karbonisierte pflanzliche, tierische oder mikrobielle Ausgangsstoffe. Diese Kohlen werden zum Teil über weite Strecken zum Bestimmungsort transportiert (Überseetransporte) oder vor Verwendung für längere Zeit gelagert.
Häufig zeigen diese Kohlen ein kritisches Selbstentzündungsverhalten, wobei Einstufungstests (UN N.4 Test) versagen können. Ein negatives Testergebnis des UN N.4 Tests führte dabei in der Vergangenheit zur Nichteinstufung als selbsterhitzungsfähiger Stoff; in der Praxis entzündeten sich aber bereits vergleichsweise kleine Schüttungen (einige m³), z. B. beim Seetransport in Containern. Der Artikel geht auf dieses Problem ein und stellt Prüfverfahren vor. Aus den Ergebnissen durchgeführter Untersuchungen werden Empfehlungen für sicheren Transport und Lagerung abgeleitet.
Mit der Abkehr von der Nutzung fossiler Rohstoffe rücken regenerative Energieträger immer weiter in den Focus. Neben klassischen Holzkohlen werden verstärkt so genannte Biokohlen produziert. Dieser Begriff findet Verwendung für mit Hilfe verschiedener Verfahren karbonisierte pflanzliche, tierische oder mikrobielle Ausgangsstoffe. Diese Kohlen werden zum Teil über weite Strecken zum Bestimmungsort transportiert (Überseetransporte) oder vor Verwendung für längere Zeit gelagert.
Häufig zeigen diese Kohlen ein kritisches Selbstentzündungsverhalten, wobei Einstufungstests (UN N.4 Test) versagen können. Ein negatives Testergebnis des UN N.4 Tests führte dabei in der Vergangenheit zur Nichteinstufung als selbsterhitzungsfähiger Stoff; in der Praxis entzündeten sich aber bereits vergleichsweise kleine Schüttungen (einige m³), z. B. beim Seetransport in Containern. Der Artikel geht auf dieses Problem ein und stellt Prüfverfahren vor. Aus den Ergebnissen durchgeführter Untersuchungen werden Empfehlungen für sicheren Transport und Lagerung abgeleitet.
Mit der Abkehr von der Nutzung fossiler Rohstoffe rücken regenerative Energieträger immer weiter in den Focus. Neben klassischen Holzkohlen werden verstärkt so genannte Biokohlen produziert. Dieser Begriff findet Verwendung für mit Hilfe verschiedener Verfahren karbonisierte pflanzliche, tierische oder mikrobielle Ausgangsstoffe. Diese Kohlen werden zum Teil über weite Strecken zum Bestimmungsort transportiert (Überseetransporte) oder vor Verwendung für längere Zeit gelagert.
Häufig zeigen diese Kohlen ein kritisches Selbstentzündungsverhalten, wobei Einstufungstests (UN N.4 Test) versagen können. Ein negatives Testergebnis des UN N.4 Tests führte dabei in der Vergangenheit zur Nichteinstufung als selbsterhitzungsfähiger Stoff; in der Praxis entzündeten sich aber bereits vergleichsweise kleine Schüttungen (einige m³), z. B. beim Seetransport in Containern. Der Artikel geht auf dieses Problem ein, stellt Prüfverfahren vor und gibt Empfehlungen für sicheren Transport und Lagerung.
Mit der Abkehr von der Nutzung fossiler Rohstoffe rücken regenerative Energieträger immer weiter in den Focus. Neben klassischen Holzkohlen werden verstärkt so genannte Biokohlen produziert. Dieser Begriff findet Verwendung für mit Hilfe verschiedener Verfahren karbonisierte pflanzliche, tierische oder mikrobielle Ausgangsstoffe. Diese Kohlen werden zum Teil über weite Strecken zum Bestimmungsort transportiert (Überseetransporte) oder vor Verwendung für längere Zeit gelagert.
Häufig zeigen diese Kohlen ein kritisches Selbstentzündungsverhalten, wobei Einstufungstests (UN N.4 Test) versagen können. Ein negatives Testergebnis des UN N.4 Tests führte dabei in der Vergangenheit zur Nichteinstufung als selbsterhitzungsfähiger Stoff; in der Praxis entzündeten sich aber bereits vergleichsweise kleine Schüttungen (einige m³), z. B. beim Seetransport in Containern. Der Artikel geht auf dieses Problem ein, stellt Prüfverfahren vor und gibt Empfehlungen für sicheren Transport und Lagerung.
Holzkohlen im Seeverkehr - Selbstentzündung vermeiden, sichere Beförderungsbedingungen schaffen
(2024)
Mit der Abkehr von der Nutzung fossiler Rohstoffe rücken regenerative Energieträger immer weiter in den Focus. Neben klassischen Holz- und Pflanzenkohlen werden verstärkt so genannte Biokohlen produziert. Dieser Begriff findet Verwendung für mit Hilfe verschiedener Verfahren karbonisierte pflanzliche, tierische oder mikrobielle Ausgangsstoffe. Diese Kohlen werden zum Teil über weite Strecken zum Bestimmungsort transportiert (Überseetransporte) oder vor Verwendung für längere Zeit gelagert.
Häufig zeigen diese Kohlen ein kritisches Selbstentzündungsverhalten, wobei Einstufungstests (UN N.4 Test) versagen können. Ein negatives Testergebnis des UN N.4 Tests führte dabei in der Vergangenheit zur Nichteinstufung als selbsterhitzungsfähiger Stoff; in der Praxis entzündeten sich aber bereits vergleichsweise kleine Schüttungen (einige m³), z. B. beim Seetransport in Containern. Ergebnisse eines Projektes zur systematischen Untersuchung verschiedener Pflanzenkohlen werden vorgestellt.
Deflagrationsrohrsicherungen sind Sicherheitseinrichtungen, die den Durchfluss von brennbaren Gasen und Dämpfen brennbarer Flüssigkeiten ermöglichen, den Flammendurchschlag und eine weitere Explosionsausbreitung nach der Zündung von explosionsfähigen Gas-/Dampf-Luftgemischen jedoch verhindern sollen. Die Einbaubedingungen sind dabei von besonderer Bedeutung für die Wirksamkeit der Deflagrationsrohrsicherungen. Oft lassen sich aus betrieblichen bzw. verfahrenstechnischen Gründen entsprechende Einbaubedingungen nur schwer oder nicht realisieren. So können beispielsweise Rohrleitungsverzweigungen zusätzliche Turbulenzen induzieren und dadurch zu erhöhten Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten und Explosionsdrücken und ggf. zum Versagen der Deflagrationsrohrsicherung führen. Neben den „klassischen“ Untersuchungsmethoden dieser Belastungssituationen von Deflagrationsrohrsicherungen, wie die Erfassung des Explosionsdruckes und der Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten, werden in diesem Beitrag die Ergebnisse der visuellen Beobachtungen des Reaktionsverlaufes sowie die Belastungen der Flammendurchschlagsicherung bei unterschiedlichen Einbaubedingungen in den Vordergrund gestellt. Gegenübergestellt wird die Belastungssituation der Flammensperre in einer geraden und einer verzweigten Rohrleitung. Verwendet wurde dafür eine speziell gefertigte Deflagrationsrohrsicherung, die eine Beobachtung des Reaktionsverlaufs im Bereich der spiralförmig gewickelten Metallbändern erlaubt. Zusätzlich wurde im geschützten Bereich in der Rohrleitung eine Kamera installiert, die die Belastungssituation bei den einzelnen Versuchen dokumentierte.
Die Ergebnisse bestätigen sehr eindrucksvoll, dass die Belastungssituation der Deflagrationsrohrsicherung sich in Abhängigkeit von der Konfiguration der Rohrleitung entscheidend ändert
Experimental study on the performance of the standardized test method for detonation flame arresters
(2022)
Flame arresters are autonomous protection systems and are among the constructive explosion protection measures that limit the effects of an explosion.
In this study, the performance of the standardized test method regulated in the DIN EN ISO 16852 standard for in-line flame arresters for stable and unstable detonations, which is mainly designed for atmospheric conditions, is examined. In an interlaboratory comparison, experiments are performed for different pressures before ignition and explosion groups according to the standardized test method. The experimental data is analyzed in detail to further optimize the test method and to thus achieve an improved reproducibility of detonation tests at high pressures, especially regarding the deflagration to detonation transition.
Based on these results, an improved test method for detonation flame arresters will be developed, which will ensure better reproducibility as well as applicability under non-atmospheric conditions.
Deflagrationsrohrsicherungen sind Sicherheitseinrichtungen, die den Durchfluss von brennbaren Gasen und Dämpfen brennbarer Flüssigkeiten ermöglichen, den Flammendurchschlag und weitere Explosionsausbreitung nach der Zündung von explosionsfähigen Gas-/Dampf-Luftgemischen jedoch verhindern sollen. Die Einbaubedingungen sind dabei von besonderer Bedeutung für die Wirksamkeit der Deflagrationsrohrsicherungen. Oft lassen sich aus betrieblichen bzw. verfahrenstechnischen Gründen entsprechende Einbaubedingungen nur schwer oder nicht realisieren. So können Rohrleitungsverzweigungen zusätzliche Turbulenzen induzieren und dadurch zu erhöhten Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten und Explosionsdrücken und damit zum Versagen der Deflagrationsrohrsicherung führen. Im vorliegenden Artikel werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in einer geraden und verzweigten Rohrleitung mit einer Deflagrationsrohrsicherung diskutiert.
Im 2. Teil des Artikels zu den Untersuchungen zum Einfluss von Rohrleitungsverzweigungen auf die Wirksamkeit von Deflagrationsrohrsicherungen (s. a. [1]) werden die Ergebnisse der visuellen Beobachtungen des Reaktionsverlaufes sowie die Belastungen der Flammendurchschlagsicherung (s. Bild 1) bei unterschiedlichen Einbaubedingungen in den Vordergrund gestellt. Gegenübergestellt wird die Belastungssituation der Flammensperre in einer geraden und einer verzweigten Rohrleitung. Ausdrücklich wurden Einbaubedingungen gewählt, die nicht Normgerecht [2] sind. Verwendet wurde dafür eine speziell gefertigte Deflagrationsrohrsicherung, die eine Beobachtung des Reaktionsverlaufs im Bereich der spiralförmig gewickelten Metallbänder erlaubt. Zusätzlich wurde im geschützten Bereich in der Rohrleitung eine Kamera installiert, die die Belastungssituation bei den einzelnen Versuchen dokumentierte. Die Ergebnisse bestätigen sehr eindrucksvoll, dass die Belastungssituation der Deflagrationsrohrsicherung sich in Abhängigkeit von der Konfiguration der Rohrleitung entscheidend ändert.
Deflagrationsrohrsicherungen sind Sicherheitseinrichtungen, die den Durchfluss von brennbaren Gasen und Dämpfen brennbarer Flüssigkeiten ermöglichen, den Flammendurchschlag und eine weitere Explosionsausbreitung nach der Zündung von explosionsfähigen Gas-/Dampf-Luftgemischen jedoch verhindern sollen. Die Einbaubedingungen sind dabei von besonderer Bedeutung für die Wirksamkeit der Deflagrationsrohrsicherungen. Oft lassen sich aus betrieblichen bzw. verfahrenstechnischen Gründen entsprechende Einbaubedingungen nur schwer oder nicht realisieren. So können beispielsweise Rohrleitungsverzweigungen zusätzliche Turbulenzen induzieren und dadurch zu erhöhten Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten und Explosionsdrücken und ggf. zum Versagen der Deflagrationsrohrsicherung führen. Neben den „klassischen“ Untersuchungsmethoden dieser Belastungssituationen von Deflagrationsrohrsicherungen, wie die Erfassung des Explosionsdruckes und der Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten, werden in diesem Beitrag die Ergebnisse der visuellen Beobachtungen des Reaktionsverlaufes sowie die Belastungen der Flammendurchschlagsicherung bei unterschiedlichen Einbaubedingungen in den Vordergrund gestellt. Gegenübergestellt wird die Belastungssituation der Flammensperre in einer geraden und einer verzweigten Rohrleitung. Verwendet wurde dafür eine speziell gefertigte Deflagrationsrohrsicherung, die eine Beobachtung des Reaktionsverlaufs im Bereich der spiralförmig gewickelten Metallbändern erlaubt. Zusätzlich wurde im geschützten Bereich in der Rohrleitung eine Kamera installiert, die die Belastungssituation bei den einzelnen Versuchen dokumentierte. Die Ergebnisse bestätigen sehr eindrucksvoll, dass die Belastungssituation der Deflagrationsrohrsicherung sich in Abhängigkeit von der Konfiguration der Rohrleitung entscheidend ändert.
Flammendurchschlagsicherungen sind Armaturen, die das Fortschreiten einer Explosion von einem Anlagenteil in den Anderen verhindern. Diese in Rohren verbauten Armaturen sind durchlässig für das jeweils zu transportierende Produkt, verhindern jedoch den Durchtritt von Flammen. Zum Einsatz kommen Flammendurchschlagsicherungen neben großchemischen Anlagen auch beim Transport von Treibstoffen oder an Tankstellen. Die derzeitige Norm zur Prüfung von Flammendurchschlagsicherungen (DIN EN ISO 16852) basiert nur auf Erkenntnissen aus atmosphärischen Tests. Zur Anwendung von Flammendurchschlagsicherungen bei erhöhten Ausgangsdrücken wird ein Verfahren benötigt, das die sichere und reproduzierbare Baumusterprüfung von Flammendurchschlagsicherungen auf ihre Wirksamkeit gegen Explosionen bei nicht-atmosphärischen Bedingungen erlaubt. Dies wiederum führt zu einer höheren Sicherheit und Verfügbarkeit beim Umgang mit brennbaren Stoffen in der Industrie.
Explosionen in Rohrleitungen
(2019)
Deflagrationssicherungen sind Sicherheitseinrichtungen, die den Durchfluss von brennbaren Gasen und Dämpfen brennbarer Flüssigkeiten ermöglichen, den Flammendurchschlag und weitere Explosionsausbreitung nach der Zündung von explosionsfähigen Gas-/Dampf-Luftgemischen jedoch verhindern sollen.
Von besonderer Bedeutung für die Wirksamkeit der Deflagrationsrohrsicherung ist der Einbauort. Diesbezügliche Abweichungen von den normativen Anforderungen, die Grundlage der Prüfung und Zulassung von Deflagrationsrohrsicherungen sind, können zum Versagen der Sicherheitseinrichtung führen. Oft lassen sich allerdings aus betrieblichen bzw. verfahrenstechnischen Gründen der Norm entsprechende Einbaubedingungen nur schwer oder nicht realisieren.
Deshalb besteht das Ziel der Untersuchungen eines F&E-Vorhabens mit der Braunschweiger Flammenfilter GmbH darin, einen Beitrag zur Schaffung einer belastbaren Datenbasis zu leisten, um den Einfluss von Rohrleitungsverzweigungen auf deflagrative Gasexplosionen systematisch zu bewerten.
Zurzeit befindet sich die VDI-Richtlinie 3783 Blatt 1 in der Überarbeitung, wobei ein Modellwechsel auf ein Lagrange‘sches Partikelmodell erfolgt. Für die Berechnung der Gasausbreitung mit Gebäuden ist ein Windfeld erforderlich. Mit AUSTAL wird auch das diagnostische Windfeldmodell TALdia zur Verfügung gestellt, das mittels empirischer Ansätze die Rezirkulationszonen von Gebäuden und Hindernissen modelliert. Ein prognostisches Windfeldmodell auf Grundlage der Navier-Stokes-Gleichungen sollte bei komplexen Bebauungs-situationen bessere Berechnungsergebnisse liefern, was aber mit einem größeren Berechnungsaufwand verbunden ist. Im Rahmen eines IGF- Forschungsvorhabens wurde das prognostische Windfeldmodell OFWind als Open Source – Software entwickelt. Im Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen des Forschungsvorhabens wird die Anwendbarkeit der beiden Windfeldmodelle bei drei komplexen Bebauungssituationen untersucht.
Gefahrstofffreisetzungen aus technischen Anlagen können erhebliche Risiken für Mensch und Umwelt bergen und sind deshalb bei der Planung, der Genehmigung und im Regelbetrieb technischer Anlagen zu berücksichtigen. Zur Identifizierung von Gefahrenbereichen im Zusammenhang mit Gasfreisetzungen und zur Bewertung der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen werden Ausbreitungsrechnungen mithilfe verschiedener Modelle durchgeführt. Es werden zunehmend komplexere Berechnungsmodelle eingesetzt, die verlässlichere Prognosen liefern und helfen sollen, die Risiken durch windgetriebene Ausbreitung von Gasen weiter zu reduzieren. Mit steigender Komplexität der Simulationsverfahren steigen allerdings auch der Aufwand für die Entwicklung und die anwendungsbezogene Evaluierung neuer Modelle. Mit den vorgestellten Arbeiten wollen die Autoren einen Beitrag zur Entwicklung und Bereitstellung frei verfügbarer numerischer Strömungs- und Transportmodelle leisten und speziell die Weiterentwicklung der im Bereich Auswirkungsbetrachtungen verwendeten Werkzeuge unterstützen. Der Artikel beschreibt erste Problemlösungen auf dem Weg zur Entwicklung entsprechender, frei verfügbarer und angemessen validierter Softwaretools.
For hazard assessment purposes, the dispersion of gases in complex urban areas is often a scenario to be considered. However, predicting the dispersion of heavy gases is still a challenge. In Germany, the VDI Guideline 3783, Part 1 and 2 is widely used for gas dispersion modelling. Whilst Part 1 uses a gauss model for calculating the dispersion of light or neutrally buoyant gases, Part 2 uses wind tunnel experiments to evaluate the heavier-than-air gas dispersion in generic built up areas. In practice, with this guideline, it is often not possible to adequately represent the existing obstacle configuration. To overcome this limitation, computational fluid dynamics (CFD) methods could be used. Whilst CFD models can represent obstacles in the dispersion area correctly, actual publications show that there is still further research needed to simulate the atmospheric flow and the heavy gas dispersion. This paper presents a modified k-ε-turbulence model that was developed in OpenFOAM v5.0 (England, London, The OpenFOAM Foundation Ltd Incorporated) to enhance the simulation of the atmospheric wind field and the heavy gas dispersion in built-up areas. Wind tunnel measurements for the dispersion of neutrally buoyant and heavy gases in built-up environments were used to evaluate the model. As a result, requirements for the simulation of the gas dispersion under atmospheric conditions have been identified and the model showed an overall good performance in predicting the experimental values.
CFD simulations of near-ground gas dispersion depend significantly on the accuracy of the wind field. When simulating wind fields with conventional RANS turbulence models, the velocity and turbulence profiles specified as inlet boundary conditions change rapidly in the approach flow region. As a result, when hazardous materials are released, the extent of hazardous areas is calculated based on an approach flow that differs significantly from the boundary conditions defined. To solve this problem, a turbulence model with consistent boundary conditions was developed to ensure a horizontally homogeneous approach flow. Instead of the logarithmic vertical velocity profile, a power law is used to overcome the problem that with the logarithmic profile, negative velocities would be calculated for heights within the roughness length. With this, the problem that the distance of the wall-adjacent cell midpoint has to be higher than the roughness length is solved, so that a high grid resolution can be ensured even in the near-ground region which is required to simulate
gas dispersion. The evaluation of the developed CFD model using the German guideline VDI 3783/9 and wind tunnel experiments with realistic obstacle configurations showed a good agreement between the calculated and the measured values and the ability to achieve a horizontally homogenous approach flow.
Die VDI-Richtlinien 3783 Blatt 1 und Baltt 2 gelten immer noch im Bereich der Störfallauswirkungsbetrachtungen als Stand der Technik, obwohl sie aus den Jahren 1987 und 1990 stammen. In der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN wurde 2009 die Arbeitsgruppe „Ausbreitung von störfallbedingten Freisetzungen – Sicherheitsanalyse“ mit der Zielsetzung gegründet, die VDI-Richtlinie 3783 zu überarbeiten. Der Inhalt des jetzt vorliegenden Gründrucks wird vorgestellt.
Mit der zurzeit laufenden Überarbeitung der VDI Richtlinie 3783 Blatt 1 und dem Modellwechsel auf ein Lagrange'sches Partikelmodell ist das Fahnenmodell PLURIS in den Fokus der Störfallauswirkungsberechnungen gelangt. PLURIS wird schon seit Längerem zur Berechnung der Abgasfahnenüberhöhung von Schornsteinen und Kühltürmen eingesetzt und ist Grundlage der neuen VDI Richtlinie 3782 Blatt 3 (Entwurf), lm Gegensatz zu den bekannten Freistrahlmodellen zur Berechnung der Ausbreitung unter Druck stehender Gase, wird bei PLURIS nicht vorausgesetzt, dass die Strahlgeschwindigkeit deutlich größer als die Windgeschwindigkeit ist. Mit steigender Rechnerleistung wird auch die Gasausbreitungsberechnung mittels CFD-Programmen für die Praxis interessanter. Für eine genauere Berechnung der Geschwindigkeits- und Konzentrationsverteilung im Freistrahl wird eine feine Gitterauflösung erforderlich, die aber zu langen Rechenzeiten führt, wenn die Ausbreitung eines toxischen Gases in Entfernungen von mehreren 100 m berechnet werden soll. Durch die Kopplung der CFD-Berechnung mit einem Fahnen- oder Freistrahlmodell kann der Rechenaufwand reduziert werden.
Die VDI-Richtlinien 3783 Blatt 1 und Baltt 2 gelten immer noch im Bereich der Störfallauswirkungsbetrachtungen als Stand der Technik, obwohl sie aus den Jahren 1987 und 1990 stammen. In der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN wurde 2009 die Arbeitsgruppe „Ausbreitung von störfallbedingten Freisetzungen – Sicherheitsanalyse“ mit der Zielsetzung gegründet, die VDI-Richtlinie 3783 zu überarbeiten. Der Inhalt des jetzt vorliegenden Gründrucks wird vorgestellt.
Mit der zurzeit laufenden Überarbeitung der VDI Richtlinie 3783 Blatt 1 und dem Modellwechsel auf ein Lagrange‘sches Partikelmodell ist das Fahnenmodell PLURIS in den Fokus der Störfallauswirkungs-berechnungen gelangt. PLURIS wird schon seit längerem zur Berechnung der Abgasfahnenüberhöhung von Schornsteinen und Kühltürmen eingesetzt und ist Grundlage der neuen VDI Richtlinie 3782 Blatt 3 (Entwurf). Im Gegensatz zu den bekannten Freistrahlmodellen zur Berechnung der Ausbreitung unter Druck stehender Gase, wird bei PLURIS nicht vorausgesetzt, dass die Strahlgeschwindigkeit deutlich größer als die Windgeschwindigkeit ist.
Im Vergleich zu Experimenten und dem Freistrahlmodell von Schatzmann wird der Anwendungsbereich von PLURIS untersucht.
The maximum explosion overpressure and the maximum rate of pressure rise, which characterize thedust explosion severity, are commonly measured in apparatuses and under specific conditions defined byinternational standards. However, those standards conditions, designed for micropowders, may not befully adapted to nanoparticles. Investigations were conducted on different nanopowders (nanocellulose,carbon black, aluminum) to illustrate their specific behaviors and highlight the potential inadequacyof the standards. The influence of the sample preparation was explored. Various testing procedureswere compared, focusing on the dust cloud turbulence and homogeneity. Dust dispersion experimentsevidenced the importance of the characterization of the dust cloud after dispersion, due to the frag-mentation of agglomerates, using metrics relevant with nanoparticles reactivity (e.g. surface diameterinstead of volume diameter). Moreover, the overdriving phenomenon (when the experimental resultsbecome dependent of the ignition energy), already identified for micropowders, can be exacerbated fornanoparticles due to their low minimum ignition energy and to the high energy used under standardconditions. It was evidenced that for highly sensitive nanopowders, pre-ignition phenomenon can occur.Finally, during severe explosions and due to a too long opening delay of the ‘fast acting valve’, the flamecan go back to the dust container.
Detonation flame arresters are typically used as protection systems in industrial applications to prevent flame transmission from one section of a plant to another after an incidental ignition. Numerous processes in the chemical and petrochemical industry are taking place under non-atmospheric conditions (e.g., increased pressure and/or temperature) in order to optimize the production capabilities. To verify and examine the suitability of detonation flame arresters, a test method originating from the DIN EN ISO 16852 standard, which is mainly based on findings from experiments under atmospheric conditions, is used. In order to improve the reproducibility of detonation tests at high pressures, especially regarding the deflagration to detonation transition, test methods will be analyzed and improved.
The main objective of this study is to develop an improved test method for detonation flame arresters, which offers a higher reproducibility and moreover, an applicability under non-atmospheric conditions. Therefore, an interlaboratory comparison on the performance of in-line flame arresters for stable and unstable detonations is jointly conducted by the project partners (PTB, BAM, Braunschweiger Flammenfilter GmbH and IBExU GmbH). The experiments are performed according to the test method regulated in the DIN EN ISO 16852 standard for different pressures before ignition and different explosion groups. Potential ambiguities of the standardized test method that might lead to the differing results at the different institutes are identified from the interlaboratory comparison. Based on these results, an improved test method for detonation flame arresters will be developed, which will ensure a greater safety at process plants while handling combustibles.
Comparative study on the performance of the standardized test method for detonation flame arrestors
(2020)
Detonation flame arresters are widely used as protection systems in industrial applications to avoid damage from incidental gas explosions, by preventing the propagation of the ongoing explosion from one section of a plant to another. Numerous processes in the chemical and petrochemical industry are taking place under non-atmospheric conditions (e.g. increased pressure and/or temperature) in order to optimize the production capabilities. The suitability of detonation flame arresters is verified and examined according to the DIN EN ISO 16852 standard, which is only based on findings from experiments under atmospheric conditions. In some instances, differing results are obtained by the different institutes using the current standardized test procedure, especially for instable detonations as well as for detonations at elevated pressures before ignition.
The primary objective of this study is to develop an improved test method for detonation flame arresters, which offers a higher reproducibility and moreover, an applicability under non-atmospheric conditions. For this aim, the project partners (PTB, BAM, Braunschweiger Flammenfilter GmbH and IBExU GmbH) jointly conduct an interlaboratory comparison on the performance of in-line flame arresters for stable and instable detonations. The experiments are performed according to the test method regulated in the DIN EN ISO 16852 standard for different pressures before ignition and for different explosion groups (IIA, IIB, IIC). The interlaboratory comparison points out potential ambiguities of the standardized test procedure that might lead to the differing results at the different institutes. Based on these experimental findings, an improved test method for detonation flame arresters will be developed, which will ensure a greater safety at process plants while handling combustible liquids and gases.
The explosion characteristics of anthracite and bituminous coals in O2/N2 ambience were experimentally studied via a 20-L spherical explosion chamber with various ignition energies of 2, 5 and 10 kJ. A novel method based on combustion duration time was proposed for the first time, with an emphasis on the determination of the limiting oxygen concentration (LOC). The values of LOC determined by the alternative method were almost consistent with those obtained by using the standardized overpressure method, where the LOCs were above 21.6%, 19.8%, and 13.2% for anthracite coal and 11.4%, 9.6%, and 9.0% for bituminous coal when the ignition energy is 2, 5, and 10 kJ, respectively. But the newly proposed method was found to be much less affected by the ignition energy compared with the standardized overpressure method, taking combustion duration time as an explosion criterion thus had a higher efficiency and required fewer experiments. The results also showed that as oxygen concentration decreases from 21.6% to 14.4%, the maximum explosion pressure decreases from 0.4334 MPa to 0.1034 MPa for anthracite coal and from 0.5664 MPa to 0.3981 MPa for bituminous coal, respectively. Moreover, the effect of ignition energy varied with varying volatile matter content and ignition mechanism of coal dusts. The higher the volatile content, the less sensitive it is to the ignition energy. The newly proposed method will provide a reference for the new standard development, hazard analysis, explosion prevention and suppression by involving the use of inert gases of combustible powder industries.
Voraussetzung zur Aufklärung von Fugenbewegungen in hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton ist ein neues, innovatives und sensitives Sensorsystem, welches unter den Bedingungen der Autobahnpraxis schnell und sicher in entsprechend beanspruchte Bereiche installiert werden kann und in der Lage ist, stabile und hochaufgelöste Bewegungen in mehrere Raumrichtungen zu erfassen. Das durch die BAM neu entwickelte Sensorsystem ist geeignet, um direkt in die Betonfahrbahndecke integriert zu werden und sowohl über saisonale Messbereiche als auch in hoher Auflösung entsprechende Messwerte online zu erfassen und bereit zu stellen. Das für diesen Zweck entwickelte innovative Sensorsystem kann direkt in die Rollspur auf beiden Seiten der Fuge eingebaut werden und ist dafür ausgelegt, Lkw-Überfahrungen zu widerstehen. Es ist schnell und präzise genug, um die realen Bewegungen in allen drei Raumachsen in Echtzeit erfassen zu können. Dieser Forschungsbericht beschreibt das Funktions- und Wirkschema des Sensorsystems und seine Validierung im Labor- und Feldmaßstab. Dabei wird insbesondere auch die praxisgerechte Einbau- und Nutzungsmethodik vorgestellt. Auflösungsvermögen, Robustheit und Nutzerfreundlichkeit werden am Beispiel einer Konzeptstudie auf dem Testgelände DuraBASt erprobt. Es werden grundlegende Hinweise auf den dringlichen Bedarf einer gebrauchsgerechten Beschreibung des realen Verhaltens des Bauwerks Betonstraße identifiziert.
Die mit dem Sensorsystem gewonnenen Daten können eine Grundlage für die Konzeption einer performance-basierten Bewertung von Fugenfüllsystemen in Betondecken von Bundesautobahnen bieten. Sie sind geeignet, die Funktionsmechanismen der verschiedenen Betonfahrbahnkonstruktionen besser zu verstehen und zielgerichtet konstruktive und materialtechnische Optimierungen und Fortentwicklungen von Fugenkonstruktionen und Fugenfüllsystemen in gebrauchsbezogener Weise zu entwickeln. Durch weitere Datenerhebung, -fusion und -analyse können Instandsetzungsintervalle und Lebensdauerzyklen besser abgeschätzt und geplant werden.
Die zielgerichtete Weiterentwicklung von Bauteilen und Konstruktionselementen im Straßenbau hochbeanspruchter Verkehrswege unserer Infrastruktur (Bundesfernstraßen) erfordert spezielle, bauteiladaptierte technische Möglichkeiten/Sensorik zur Quantifizierung des Gebrauchsverhaltens. Bei Fugen in Verkehrsflächen stellen insbesondere langsam und schnell ablaufende Plattendeformationen infolge jahreszeitlicher und verkehrlicher Beanspruchungen maßgebende Beanspruchungszustände dar. Eine Quantifizierung dieser Einwirkungen hilft bei der Weiterentwicklung sowie auch bei der Bewertung optimierter technischer Lösungen. In Forschung kompakt 17/21 „Innovative Sensorik für Fugensysteme“ wird eine neuartige, robuste Lösung der BAM zur Datenerfassung und Bauwerksmonitoring von hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton vorgestellt.
Meta-analysis of heat release and smoke gas emission during thermal runaway of lithium-ion batteries
(2023)
Herein a meta-analysis of 76 experimental research papers from 2000 to 2021 is given about possible effects on the thermal runaway of lithium-ion battery cells. Data on the hazards of gas emissions and released heat are related to each other and differentiated by cell properties such as, cell geometry, cathode type or state of charge. Quantitative information on the total heat release in the range of 2.0–112.0 kJ Wh−1, the peak heat release rate in the range of 0.006–2.8 kW Wh−1and the smoke gas emission were extracted, normalized in terms of cell energy (Wh), combined in a data library and compared graphically. The total amount of gas emitted (3–48 mmol Wh−1) as well as the released amount of carbon monoxide (1–161 mg Wh−1) and hydrogen fluoride (2–197 mg Wh−1) were investigated as a function of the state of charge and cell geometry. The analysis reveals that the measured values are significantly influenced by the types of calorimeters and smoke gas analyzers used as well as by the type of thermal runaway trigger. This meta-analysis can serve as an important basis for any risk assessment of lithium-ion batteries.
The hydrogen tightness of high-pressure hydrogen storage is a Basic criterion for long-term storage. The H2 permeation coefficients of epoxy resin and a glass lacquer were determined to enable the geometric optimization of a glass capillary storage. It was found that the curing conditions have no significant influence on the H2 permeation coefficient of resin.
The H2 permeation coefficient of epoxy resin is only about three orders of Magnitude greater than that of borosilicate glass. This suggests that the initial pressure of 700 bar takes about 2.5 years to be halved in capillary array storage. Therefore, a high-pressure hydrogen storage tank based on glass capillaries is ideally suited for long-term storage in mobile applications.
Die BAM hat umfangreiche Versuchsreihen zur Auswirkungsbetrachtung des Versagens von Acetylen- und Propanbehältern auf dem TTS durchgeführt. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern entstanden zwei Merkblätter mit praktischen Hinweisen für Einsatzkräfte, die die aktuellen Forschungsarbeiten der BAM berücksichtigen. Im Rahmen dieses Vortrages wurden den Einsatzkräften die Inhalte und Hintergründe der Merkblätter erläutert
Im Projekt InnoBOSK wurden insgesamt vier wissenschaftlich basierte Bedarfserhebungsworkshops durchgeführt. Die Workshops hatten jeweils thematische Schwerpunkte und wurden mit Vertretern unterschiedlicher BOS (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) durchgeführt.
In der vorliegenden Arbeit werden die erhobenen Bedarfe ausgewertet.
Im Rahmen des beantragten Innovationsforums InnoBOSK soll eine engere Vernetzung zwischen KMU und Endanwendern im Bereich der zivilen Sicherheitstechnologie und -Forschung erreicht werden. Aktuell ist dieser Zugang und eine umfassende Markterkundung mit Erhebung der Forschungsbedarfe und Fähigkeitslücken für KMU aufgrund der Struktur der Endanwender-Landschaft in Deutschland mit eigenen Ressourcen kaum zu leisten. Das Innovationsclusters Zivile Sicherheitsforschung (InCluSiF) soll um ein Netzwerk von KMU ergänzt werden. Hierüber können KMU den konsolidierten, priorisierten Forschungsbedarf und bestehende Fähigkeitslücken direkt und zentral mit zukünftigen potentiellen Abnehmern und Anwendern diskutieren, Lösungen und Anforderungen aus der Praxis klarer umreißen und die Endanwender in die Forschung und Entwicklung zielgerichteter einbinden. Auf diese Weise werden Fehlentwicklungen, „Lösungen ohne tatsächliches Problem“ und Fehlinvestitionen vermieden. Durch das Innovationsforum wird auch das gegenseitige Verständnis verbessert, und so ein schnellerer und
zielgerichteter Innovationsprozess ermöglicht. Nach einer systematischen Bedarfserhebung bei den BOS anhand einer von InCluSIF entwickelten Methodik finden im Rahmen des Innovationsforums u. a. Workshops zur Skizzierung von neuen Lösungsansätzen (Verwendung von ko-kreativen Methoden, Design Thinking u.ä.) statt.
Innovationsforum InnoBOSK
(2021)
Im Rahmen des Innovationsforums InnoBOSK soll eine engere Vernetzung zwischen KMU und Endanwendern im Bereich der zivilen Sicherheitstechnologie und -Forschung erreicht werden. Aktuell ist dieser Zugang und eine umfassende Markterkundung mit Erhebung der Forschungsbedarfe und Fähigkeitslücken für KMU aufgrund der Struktur der Endanwender-Landschaft in Deutschland mit eigenen Ressourcen kaum zu leisten. Das Innovationsclusters Zivile Sicherheitsforschung (InCluSiF) soll um ein Netzwerk von KMU ergänzt werden. Hierüber können KMU den konsolidierten, priorisierten Forschungsbedarf und bestehende Fähigkeitslücken direkt und zentral mit zukünftigen potentiellen Abnehmern und Anwendern diskutieren, Lösungen und Anforderungen aus der Praxis klarer umreißen und die Endanwender in die Forschung und Entwicklung zielgerichteter einbinden. Auf diese Weise werden
Fehlentwicklungen, „Lösungen ohne tatsächliches Problem“ und Fehlinvestitionen vermieden. Durch das Innovationsforum wird auch das gegenseitige Verständnis verbessert, und so ein schnellerer und
zielgerichteter Innovationsprozess ermöglicht.
In dieser Präsentation werden die Ergebnisse der Bedarfserhebungen seitens der BOS gebündelt sowie die geplante Projektverstetigung vorgestellt.
Das Thema Wasserstoff ist an der BAM seit mehr als hundert Jahren aktuell und steht auch gegenwärtig im Zentrum zahlreicher Forschungs- und Kooperationsaktivitäten. Mit der aktuellen Wasserstoff-Strategie der BAM werden wichtige Voraussetzungen dafür geschaffen, dass der Markthochlauf gelingt und die technische Sicherheit und Überwachung der Infrastrukturen und Anlagen gewährleistet ist – von der Erzeugung, über den Transport bis zur Speicherung und Bereitstellung von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft.
Leaking methane (CH4) from infrastructures, such as pipelines and landfills, is critical for the environment but can also pose a safety risk. To enable a fast detection and localization of these kind of leaks, we developed a novel robotic platform for aerial remote gas sensing. Spectroscopic measurement methods for remote sensing of selected gases lend themselves for use on mini-copters, which offer a number of advantages for inspection and surveillance over traditional methods. No direct contact with the target gas is needed and thus the influence of the aerial platform on the measured gas plume can be kept to a minimum. This allows to overcome one of the major issues with gas-sensitive mini-copters. On the other hand, remote gas sensors, most prominently Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensors have been too bulky given the payload and energy restrictions of mini-copters. Here, we present the Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS), which combines a novel lightweight TDLAS sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile hexacopter. The proposed system can be deployed in scenarios that cannot be addressed by currently available robots and thus constitutes a significant step forward for the field of Mobile Robot Olfaction (MRO). It enables tomographic reconstruction of gas plumes and a localization of gas sources. We also present first results showing its performance under realistic conditions.
In this paper, we present an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS) combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile octocopter. The TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements but no information regarding the distance traveled by the laser diode's beam or the distribution of the gas along the optical path. We complemented the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from these integral concentration measurements. To allow for a rudimentary ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present first results showing the 2D plume reconstruction capabilities of the system under realistic conditions.
In this paper, we present an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS) combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile octocopter. The TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements but no information regarding the distance traveled by the laser diode's beam or the distribution of the gas along the optical path. We complemented the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from these integral concentration measurements. To allow for a rudimentary ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present first results showing the 2D plume reconstruction capabilities of the system under realistic conditions.
In this talk, general aspects of the safety and acceptance of hydrogen technologies were presented. How can trust in new technologies be built when past accidents led to myths and fairy tales? The presentation does away with general prejudices and shows that handling hydrogen is neither more unsafe nor safer than handling other fuel gases. The basis for the safe handling of hydrogen is always a risk analysis.
Leaking methane (CH4) from infrastructures, such as pipelines and landfills, is critical for the environment but can also pose a safety risk. To enable a fast detection and localization of These kind of leaks, we developed a novel robotic platform for aerial remote gas sensing - the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS).
In this paper, we present an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS) combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile octocopter. The TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements but no information regarding the distance traveled by the laser diode's beam or the distribution of the gas along the optical path. We complemented the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from these integral concentration measurements. To allow for a rudimentary ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present first results showing the 2D plume reconstruction capabilities of the system under realistic conditions.
The flammable hydrogen-blended methane–air and natural gas–air mixtures raise specific safety and environmental issues in the industry and transportation; therefore, their explosion characteristics such as the explosion limits, explosion pressures, and rates of pressure rise have significant importance from a safety point of view. At the same time, the laminar burning velocities are the most useful parameters for practical applications and in basic studies for the validation of reaction mechanisms and modeling turbulent combustion. In the present study, an experimental and numerical study of the effect of hydrogen addition on the laminar burning velocity (LBV) of methane–air and natural gas–air mixtures was conducted, using mixtures with equivalence ratios within 0.90 and 1.30 and various hydrogen fractions rH within 0.0 and 0.5. The experiments were performed in a 14 L spherical vessel with central ignition at ambient initial conditions. The LBVs were calculated from p(t) data, determined in accordance with EN 15967, by using only the early stage of flame propagation. The results show that hydrogen addition determines an increase in LBV for all examined binary flammable mixtures. The LBV variation versus the fraction of added hydrogen, rH, follows a linear trend only at moderate hydrogen fractions. The further increase in rH results in a stronger variation in LBV, as shown by both experimental and computed LBVs. Hydrogen addition significantly changes the thermal diffusivity of flammable CH4–air or NG–air mixtures, the rate of heat release, and the concentration of active radical species in the flame front and contribute, thus, to LBV variation.
The Jack Rabbit II (JR II) chlorine field trials in 2015 and 2016 involved nine 5–20 ton releases of pressurized liquefied chlorine from a tank mounted 1 m above a broad flat desert sand surface. A model comparison study was initiated, where 17 widely-used dense-gas dispersion models were run by scientists in seven countries.
Predictions were submitted following specified formats, using specified emissions and meteorology inputs. To compare with the model predictions, sets of observations were defined for the arc-maximum 1–3 s averaged concentrations (arc max C) and for cloud widths and heights (to 20 ppm and 200 ppm contours) at distances from 0.2 to 11.0 km from the release. The initial focus is on the three field trials (1, 6, and 7) that have the highest observed concentrations and that have detailed emissions information. It is found that these models are able to satisfactorily simulate (generally within a factor of two) the observed arc max C’s and their variation with downwind distance at this flat desert site. At each downwind distance, the scatter in the arc max C predictions covers about 1 ½ orders of magnitude, but the observed arc max C is within the range of the predictions. The median of the cloud width predictions is about 50% larger than the observed value for the three trials. The median of the cloud height predictions is within about 10% of the observed value. For both cloud width and/or height, there are a few models with large (factor of 3 or higher) overpredictions. Of the 17 models, when compared to observations, there is a core group of 5 or 6 with consistently (across all three trials and all distances) less mean error and scatter in their predictions of arc max C and cloud width and height. However, as a group, the 17 models are performing adequately (using the “factor of two” rule of thumb). An important caveat is that, at the JR II desert site, chlorine deposition is minimal. At a site with vegetation and/or organic-rich soil, the effects of removal of chlorine by deposition are expected to be significant.
Competence Centre H2Safety@BAM – Safeguarding the Quality Infrastructure in the Hydrogen Economy
(2022)
Hydrogen is a central component of the energy transition and the European Green Deal for a climate-neutral Europe. To achieve the goals defined for 2050, the EU and the German government have developed a framework for action and are making long-term investments in research, development, and the rapid implementation of innovative hydrogen technologies.
With the Competence Centre "H2Safety@BAM", BAM is creating the safety-related prerequisites for the successful implementation of hydrogen technologies at national as well as European level.
To this end, BAM conducts research, testing and consulting in a holistic and inter-disciplinary manner under one roof – in the Competence Centre H2Safety@BAM. The activities of the competence centre focus on ensuring the safety of infra-structures, plants, and processes as well as innovative hydrogen transport and storage systems based on digital quality testing and the experimental testing of components and systems. It thus creates the prerequisites for the implementation and adaptation of legal framework conditions as well as for standardization. Closely related to this are investigations into the properties and compatibility of metallic materials and polymers as well as friction systems for the safe operation of components, plants, processes, and systems. This interdisciplinary and holistic approach is complemented by the development of gas analytics and suitable sensors, online measurements of gas properties in process control, test scenarios under real conditions as well as impact assessments of accidents and risk assessments and risk management systems derived from them. With its portfolio of tasks and competences, BAM builds trust in the safety and reliability of technical system solutions for hydrogen.
Safety criteria for the transport of hydrogen in permanently mounted composite pressure vessels
(2020)
The recent growth of the net of hydrogen fuelling stations increases the demands to transport compressed hydrogen on road by battery vehicles or tube-trailers, both in composite pressure vessels. As a transport regulation, the ADR is applicable in Europe and adjoined regions, and is used for national transport in the EU. This regulation provides requirements based on the behaviour of each individual pressure vessel, regardless of the pressure of the transported hydrogen and relevant consequences resulting from generally possible worst case scenarios such as sudden rupture. In 2012, the BAM (German Federal Institute for Materials Research and Testing) introduced consequence-dependent requirements and established them in national transport requirements concerning the “UN service life checks” etc. to consider the transported volume and pressure of gases. This results in a requirement that becomes more restrictive as the product of pressure and volume increases. In the studies presented here, the safety measures for hydrogen road transport are identified and reviewed through a number of safety measures from countries including Japan, the USA and China. Subsequently, the failure consequences of using trailer vehicles, the related risk and the chance are evaluated. A benefit-related risk criterion is suggested to add to regulations and to be defined as a safety goal in standards for hydrogen transport vehicles and for mounted pressure vessels. Finally, an idea is given for generating probabilistic safety data and for highly efficient evaluation without a significant increase of effort.
Laboratory test results are of vital importance for correctly classifying and labelling chemicals as “hazardous” as defined in the UN Globally Harmonized System (GHS) / EC CLP Regulation or as “dangerous goods” as defined in the UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods. Interlaboratory tests play a decisive role in assessing the reliability of laboratory test results. Interlaboratory tests performed over the last 10 years have examined different laboratory test methods. After analysing the results of these interlaboratory tests, the following conclusions can be drawn:
1. There is a need for improvement and validation for all laboratory test methods examined.
2. To avoid any discrepancy concerning the classification and labelling of chemicals, the use of validated laboratory test methods should be state of the art, with the results accompanied by the measurement uncertainty and (if applicable) the probability of incorrect classification.
This paper addresses the probability of correct/incorrect classification (for example, as dangerous goods) on the basis of the measurement deviation obtained from interlaboratory tests performed by the Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances (CEQAT-DGHS) to validate laboratory test methods. This paper outlines typical results (e.g. so-called “Shark profiles” – the probability of incorrect classification as a function of the true value estimated from interlaboratory test data) as well as general conclusions and steps to be taken to guarantee that laboratory test results are fit for purpose and of high quality.
The publicly available document encapsulates the first version of the Catalogue of Services of the future EC4Safenano Centre (CoS 2019).
The CoS 2019 is structured in 12 Service Categories and 27 Service Topics, for each of the 12 categories considered. This architecture configures a 12 x 27 matrix that allows ordering the potential EC4Safenano offer in 324 types of services/groups of services.
Each type of service/group of services is described, in a simple and friendly way, by means of a specific service sheet: the EC4Safenano - Service Data Sheet (EC4-SDS). These EC4-SDSs allow structuring and summarizing the information of each service, providing the customer with a concise view of characteristics of the service and also the contact details with the service provider.
The CoS 2019 deploys a map of services consisting of a set of 100 EC4-SDSs, covering 7 of the 12 Service Categories and 17 of the 27 Service Topics.
The harmonization of services is visualized as a future necessary step in EC4Safenano, in order to strengthen the offer and provide added value to customers with a growing offer of harmonized services in future versions of the CoS.
The information contained in this document is structured in 3 main sections, as follows:
• Catalogue structure. This section describes in short the main characteristics of the CoS 2019.
• Catalogue content. This section represents the core part of the document and encapsulates the set of 100 SDSs displaying the offer proposed by the CoS 2019.
• Online Catalogue. This section describes the resources implemented by EC4Safenano to facilitate the on-line consultation of the CoS 2019 by customers and other interested parties.
Performance of the standardized testing method for detonation fl ame arresters at increased pressure
(2022)
Detonation flame arresters are typically used as autonomous protection systems in industrial applications to prevent potential hazards associated with flammable and/ or explosive chemicals. To verify and examine the suitability of detonation flame arresters, a testing method originating from the DIN EN ISO 16852 standard is used, which is mainly designed for atmospheric conditions.
In order to optimize the production capabilities, numerous industrial processes are taking place at pressures, temperatures, or oxygen concentrations beyond the ambient range, i.e. at non-atmospheric conditions and information on the performance of the regulated testing method are therefore required when the standard testing protocols are modified with regard to pressure, temperature or oxidizer.
The main objective of this study is to develop an improved testing method for detonation flame arresters, which offers a higher reproducibility and moreover, an applicability under non-atmospheric conditions. Therefore, an interlaboratory comparison on the performance of in-line flame arresters for stable and unstable detonations is jointly conducted by the project partners (PTB, BAM, Braunschweiger Flammenfilter GmbH and IBExU GmbH). The experiments are performed according to the testing method regulated in the DIN EN ISO 16852 standard for different pressures before ignition and different explosion groups. The experimental data is analyzed in detail to further optimize the test method and to thus achieve an improved reproducibility of detonation tests at high pressures, especially regarding the deflagration to detonation transition.
Potential ambiguities of the standardized testing method that might lead to the differing results at the different institutes are identified from the interlaboratory comparison and the test method is modified accordingly. Based on these results, an improved testing method for detonation flame arresters will be developed, which will ensure a greater safety at process plants while handling combustibles.
Tetrafluoroethylene (TFE) is an industrial scale starting material e.g. for polymer production (PTFE, FEP). When ignited the chemically unstable TFE is capable of decomposing in an explosive way. Explosion propagation through pipe systems of production plants have led to damage and fatalities within the last seven decades.
Incident analyses identified compression heat a relevant source of ignition. Chemical plants consist of pipes, vessels, separating valves, strainers and other components. Before restarting the process after maintenance work, different parts of the plant components could be filled with TFE, nitrogen or air at different initial pressures ranging from vacuum or atmospheric to TFE at operating pressure. Valve opening procedures may cause a temperature increase in the gas phase. Compression takes place at polytropic conditions. Heat losses cannot be neglected. The temperature development in the gas depends upon the surface to volume ratio of the enclosure, geometrical influences, the state of gas flow, how fast the valve opens, and the heat capacity of the gas being compressed.
Laboratory scale tests (Meyer, 2009) revealed ignition of TFE/air due to compression heat. Tests in pipes of 28 mm inner diameter, i.e. already industrial scale, were performed by (Kluge et. al., 2016). In the present contribution initial test results from a 63 mm pipe will be compared with existing 28 mm pipe data. A description of the experimental setup as well as an explanation of the hazard diagram will be given.
Furthermore, a method allowing for the identification of hazardous conditions will be discussed.
Die Präsentation zeigt in Bild und Video die Möglichkeiten auf dem BAM TTS zur Durchführung von Versuchen unterschiedlicher Gefährlichkeitsstufen auf. Sie wendet sich an potentielle künftige Kooperationspartner aus dem Bereich der zivilen Sicherheitsforschung (Polizeibehörden, Feuerwehr, THW, andere Forschungseinrichtungen), um deren Forschungsbedarf mit den an der BAM vorhandenen Testmöglichkeiten abzugleichen und so ebenfalls dem Aufbau von überflüssigen konkurrierenden Parallelstrukturen an anderen Forschungseinrichtungen vorzubeugen.
Tetrafluoroethylene (TFE) is an industrial scale starting material e.g. for polymer production (PTFE, FEP). When ignited the chemically unstable TFE is capable to decompose in an explosive way. Explosion propagation through pipe systems of production plants have led to damage and fatalities within the last 7 decades.
Incident analyses identified compression heat a relevant source of ignition. Chemical plants consist of pipes, vessels, separating valves, strainers and other components. Before restarting the process after maintenance work different parts of the plant components could be filled with TFE, Nitrogen or Air at different initial pressures ranging from vacuum or atmospheric to TFE at operating pressure. Valve opening procedures may cause a temperature increase in the gas phase. Compression takes place at polytropic conditions. Heat losses cannot be neglected. Therefore the temperature development in the gas depends upon the surface-to-volume-ratio of the enclosure, geometrical influences, the state of gas flow, how fast the valve opens and the heat capacity of the gas being compressed.
In the present work initial test results from a 2.5” pipe will be compared with existing 1.1” pipe data. Geometrical effects will be briefly discussed as well as some first results concerning the influence of orifices are reported. Furthermore a method allowing for the identification of hazardous initial conditions is discussed.
This work presents an overview about the explosion behaviour of metallic powders from micron to nanosize.
Aluminium, magnesium, titanium, iron and zinc were considered and their explosion safety parameters were analysed as a function of their mean primary particle size either determined by BET measurements, particle size distribution. To depict the course of explosion behaviour for these metals, extensive literature review has been performed and additional experimental tests were also performed. Generally, decreasing the particle size in a metallic powder leads to a higher explosion severity. It appears that this statement is true till a critical Diameter below which the explosion severity (pmax, dp/dtmax) decreases for all the considered powders. This critical size can be explained by theoretical considerations on the nature of thermal transfer in the flame, namely by analysing the Cassel model. Finally, semi-empirical models were also developed for aluminium to highlight the specific micrometre and nanometre behaviour and the influence of turbulence, particle burning time, Diameter and concentration. The influence of these key parameters needs to be further assessed in a future work in order to better understand the mechanisms involved and to extend the scope to other powdered materials.
The production of materials with dimensions in the nanometre range has continued to increase in recent years. In order to ensure safety when handling these products, the hazard potential of such innovative materials must be known. While several studies have already investigated the effects of explosions (such as maximum explosion pressure and maximum pressure rise) of powders with primary particles in the nanometre range, little is known about the ignition temperatures and flame velocities. Therefore, the minimum ignition temperature (MIT) of metallic nano powders (aluminium, iron, copper and zinc) was determined experimentally in a so called Godbert-Greenwald (GG) oven. Furthermore, the flame velocities were determined in a vertical tube. In order to better classify the test results, the tested samples were characterised in detail and the lower explosion limits of the tested dust samples were determined. Values for the burning velocity of aluminium nano powders are higher compared to values of micrometre powd
ers (from literature). While MIT of nanometre aluminium powders is within the range of micrometre samples, MIT of zinc and copper nano powders is lower than values reported in literature for respective micrometre samples.
The production of materials with dimensions in the nanometre range has continued to increase in recent years. In order to ensure safety when handling these products, the hazard potential of such innovative materials must be known. While several studies have already investigated the effects of explosions (such as maximum explosion pressure and maximum pressure rise) of powders with primary particles in the nanometre range, little is known about the ignition temperatures and flame velocities. Therefore, the minimum ignition temperature (MIT) of metallic nano powders (aluminium, iron, copper and zinc) was determined experimentally in a so called Godbert-Greenwald (GG) oven. Furthermore, the flame velocities were determined in a vertical tube. In order to better classify the test results, the tested samples were characterised in detail and the lower explosion limits of the tested dust samples were determined. Values for the burning velocity of aluminium nano powders are higher compared to values of micrometre powders (from literature). While MIT of nanometre aluminium powders is within the range of micrometre samples, MIT of zinc and copper nano powders is lower than values reported in literature for respective micrometre samples.
Quasi-static dispersion of dusts for the determination of lower explosion limits of hybrid mixtures
(2020)
Knowledge of explosion limiting concentration of explosible materials is necessary for the design of explosion protection measures. Currently employed methods of testing MEC of a dust cloud or LEL of a hybrid mixture are based on arbitrary assumptions and possess technical limitations that often lead to values of MEC/LEL, which are unrealistically low or poorly reproducible.
This contribution presents an improved method for experimental determination of MEC of a combustible dust cloud or LEL of a flammable gas or hybrid mixture. The new set-up operates under laminar conditions and allows a uniform suspension of dust particles in an open top acrylic glass tube. Dust concentration is measured with the help of infrared sensors installed a few centimeters above and below the ignition source.
In order to evaluate the dependence of MEC on flow front velocity, MEC of lycopodium was determined at four flow velocities. The results show that the flow field intensity does not significantly influence the MEC of lycopodium for the flow ranges tested in this work. Moreover, LEL of hybrid mixtures of lycopodium and methane was also tested at flow velocities of 4.7 cm/s, 5.8 cm/s, 7 cm/s and 11 cm/s and compared with the values obtained from other sources. The results suggest that the requirement of high energy pyrotechnical igniter may be relinquished, provided that a truly homogeneous suspension of dust particles could be achieved.
Moreover, the effect of relative amount of dust and gas, on the course of ignition and flame propagation in hybrid mixtures at their LEL, was studied by the help of high speed videos. For hybrid mixtures of carbonaceous dusts (like lycopodium) at their LEL, ignition occurs in the gas phase, however, flame propagation is only possible through a two-way interaction of dust and gas during the course of combustion.
Protection from explosion events requires the determination of key safety parameters like lower explosion limit. maximum Explosion over-pressure. and maximum rate of pressure rise. These Parameters are routinely obtained through standard tests performed typically either in a 20 L -sphere or a 1 m3-container. But several aspects are worth a closer investigation. Firstly, the test apparatus must be able to disperse a fairly uniform dust cloud. However. previous investigations showed that actually the current dispersion System can be improved. Secondly, the influence of humidity on the explosivity is not considered in current standards. lt is just stated that the relative humidity should be checked and noted down.
though some provisions exist in American standards. Thirdly. the ignition delay time is sometimes modified to study the impact of the dust cloud turbulence on flame propagation but is often misunderstood.
Maybe these aspects have not been thoroughly considered for micron powders. However. in the case of nanopowders. the importance of these influencing factors was shown in order to duly evaluate explosion parameters. Experimental evidences confirm these aspects and alternative solutions will be presented.
Die Produktion von Materialien mit Abmessungen im Nanometerbereich hat in den letzten Jahren immer weiter zugenommen. Um die Sicherheit beim Umgang mit diesen Produkten zu gewährleisten, muss das Gefahrenpotenzial solcher innovativen Materialien bekannt sein. Während bereits in mehreren Studien die Auswirkungen von Explosionen (wie z.B. maximaler Explosionsdruck und maximaler zeitlicher Druckanstieg) von Stäuben mit Primärpartikeln im Nanometerbereich untersucht wurden, ist darüber hinaus bislang wenig über die Zündtemperaturen und die Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten solcher Pulver bekannt.
Problematisch bei der Untersuchung der Flammengeschwindigkeiten von Staubexplosionen allgemein ist, dass die Stäube vor dem Entzünden dispergiert werden müssen. Auf diese Weise wird eine gute Verteilung der Partikel im entsprechenden Prüfvolumen sichergestellt. Dies führt jedoch dazu, dass zum Zündzeitpunkt in den Standardprüfapparaturen hohe Turbulenzbedingungen vorherrschen. Aus wissenschaftlicher Sicht wäre es jedoch wünschenswert, die laminare Flammenausbreitungsgeschwindigkeit bestimmen zu können.
Im Beitrag werden Ergebnisse von Versuchen mit verschiedenen metallischen Materialien und Partikelgrößenverteilungen vorgestellt.
Ziel dieser Versuche war es, die Turbulenzbedingungen zum Zündzeitpunkt durch einen speziellen Versuchsaufbau möglichst zu minimieren.
Die Flammenausbreitung wurde experimentell in einem vertikalen Rohr untersucht, das an einer Seite offen ist. Das Rohr wird auf einen metallischen Boden gestellt, der gleichzeitig die Staubprobe vorhält und die Luftzufuhr in das Rohr ermöglicht. Eine poröse Platte befindet sich innerhalb des metallischen Bodens, um die Turbulenzen im Luftstrom zu reduzieren. Die Zündquelle wird durch einen Hochspannungsfunken von zwei Elektroden bereitgestellt, die sich auf einem Drittel der Rohrlänge befinden. Die Staubkonzentration wird optisch (durch Lichtdämpfung) mit zwei Konzentrationssonden gemessen, die jeweils unter den Elektroden (unten) und über ihnen (oben) angeordnet sind. Die Flammenausbreitung wurde mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet.
Zur besseren Einordnung der Versuchsergebnisse wurden die untersuchten Proben eingehend charakterisiert und die Zündtemperaturen und unteren Explosionsgrenzen der untersuchten Staubproben bestimmt.
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.
In continuation of a preceding test series involving sole LPG vehicle tanks, three passenger cars equipped with identical toroidal steel LPG tanks were set on fire. The tanks were installed in the space normally reserved for the spare tyre, in the car boot. No safety device was installed on the tank, in order to force critical failure of the cylinder. Two of the cars were equipped with a tank filled with liquefied propane to a level of 20 % (5.3 kg), the third one was filled completely (25.5 kg). The partially filled tanks failed critically within a time period of more than 20 min after the initiation of the fire. The fully-filled tank did not rupture; the propane was released continuously through a small leak that appeared during the fire. Comprehensive equipment was used to procure measurement data, enabling an analysis of potential consequences and hazards to humans and infrastructure within the vehicle surroundings. The inner status of the tank (pressure, temperature of the liquid phase and the steel casing), the development of the fire (temperature inside and around the vehicle) and the pressure induced in the near-field in case of tank rupture were recorded. The results were analysed in detail and compared against the data gained in tests involving sole, but identical LPG tanks.
In this presentation, the team security research of division 2.1 informs about current research efforts in the field of traumatic brain injury. The focus lies on the consequences of low-level blast on the human brain. Also the general research approaches of the team for the investigation of the behaviour of shock waves within human tissues are presented.
Im Rahmen des beantragten Innovationsforums InnoBOSK soll eine engere Vernetzung zwischen KMU und Endanwendern im Bereich der zivilen Sicherheitstechnologie und -Forschung erreicht werden. Aktuell ist dieser Zugang und eine umfassende Markterkundung mit Erhebung der Forschungsbedarfe und Fähigkeitslücken für KMU aufgrund der Struktur der Endanwender-Landschaft in Deutschland mit eigenen Ressourcen kaum zu leisten. Das Innovationsclusters Zivile Sicherheitsforschung (InCluSiF) soll um ein Netzwerk von KMU ergänzt werden. Hierüber können KMU den konsolidierten, priorisierten Forschungsbedarf und bestehende Fähigkeitslücken direkt und zentral mit zukünftigen potentiellen Abnehmern und Anwendern diskutieren, Lösungen und Anforderungen aus der Praxis klarer umreißen und die Endanwender in die Forschung und Entwicklung zielgerichteter einbinden. Auf diese Weise werden
Fehlentwicklungen, „Lösungen ohne tatsächliches Problem“ und Fehlinvestitionen vermieden. Durch das Innovationsforum wird auch das gegenseitige Verständnis verbessert, und so ein schnellerer und
zielgerichteter Innovationsprozess ermöglicht. Nach einer systematischen Bedarfserhebung bei den BOS anhand einer von InCluSIF entwickelten Methodik finden im Rahmen des Innovationsforums u. a. Workshops zur Skizzierung von neuen Lösungsansätzen (Verwendung von ko-kreativen Methoden, Design
Thinking u.ä.) statt.
Im Rahmen des Vortrags wurden die Ergebnisse und die Methodik zur Erhebung von Forschungsbedarfen und Fähigkeitslücken bei den Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben, welche im Rahmen des Projektes InnoBOSK durchgeführt wurden, vorgestellt. Den Schwerpunkt bildete dabei die Umsetzung der Workshops gemeinsam mit den Einsatzkräften und die Umsetzung der problemorientierten Erhebungsmethodik.
In continuation of a preceding test series involving sole LPG vehicle tanks, three passenger cars equipped with identical toroidal steel LPG tanks were set on fire. The tanks were installed in the space normally reserved for the spare tyre, in the car boot. No safety device was installed on the tank, in order to force critical failure of the cylinder. Two of the cars were equipped with a tank filled with liquefied propane to a level of 20% (5.3 kg), the third one was filled completely (25.5 kg). The partially filled tanks failed critically within a time period of more than 20 min after the initiation of the fire. The fully-filled tank did not rupture; the propane was released continuously through a small leak that appeared during the fire. Comprehensive equipment was used to procure measurement data, enabling an analysis of potential consequences and hazards to humans and infrastructure within the vehicle surroundings. The inner status of the tank (pressure, temperature of the liquid phase and the steel casing), the development of the fire (temperature inside and around the vehicle) and the pressure induced in the near-field in case of tank rupture were recorded. The results were analysed in detail and compared against the data gained in tests involving sole, but identical LPG tanks.
The presented results gained within the project "CoFi-ABV - Consequences of tank failure" give detailed insights into the potential consequences of tank failure of commercial 11 kg propane cylinders and the LPG tank installed in a car in case of a misfunction of the safety device. In comprehensive test campaigns performed on the Test Site for Technical Safety of BAM (BAM TTS), 15 off-the-shelf propane bottles and three passenger cars with a LPG tank were exposed to an intensive fire. Sensors and measurement equipment were used to gain data (temperature, pressure, dynamic overpressure, thermal radiation, video data) enabling an analysis of the consequences of tank failure and for the continuous monitoring of the experiments.
The presented results gained within the project "CoFi-ABV - Consequences of tank failure" give detailed insights into the potential consequences of tank failure of commercial 11 kg propane cylinders and the LPG tank installed in a car in case of a misfunction of the safety device. In comprehensive test campaigns performed on the Test Site for Technical Safety of BAM (BAM TTS), 15 off-the-shelf propane bottles and three passenger cars with a LPG tank were exposed to an intensive fire. Sensors and measurement equipment were used to gain data (temperature, pressure, dynamic overpressure, thermal radiation, video data) enabling an analysis of the consequences of tank failure and for the continuous monitoring of the experiments.