2.2 Prozesssimulation
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Der Fokus des Beitrages bestand darin, die BAM, insbesondere die Abteilung 2 (Chemische Sicherheitstechnik) als möglichen Projektpartner im Rahmen von Horizont 2020 "Sichere Gesellschaften" zu präsentieren. Dabei wurden die Kernkompetenzen der Abteilung 2, die Kooperationen zu anderen Abteilungen in der BAM bzw. einige Beispiele zu bisherigen Projekterfahrungen, hinsichtlich dem Aktivitätsfeld "Security" vorgestellt.
Auswirkungen hoher thermischer Belastungen auf flüssige organische Peroxide in Metallbehältern
(2018)
Im Gegensatz zu thermisch instabilen Kunststoffverpackungen garantieren Metallbehälter auch bei hoher thermischer Belastung, beispielsweise durch ein Schadenfeuer, einen stetigen Wärmeeintrag. Ist ein flüssiges organisches Peroxid enthalten, wird durch die Wärme eine sich selbst-beschleunigende exotherme Zersetzung initiiert. Das mit der Entzündung der Zersetzungsgase entstehende Feuer brennt durch den kontinuierlichen äußeren Wärmeeintrag heftiger als dies bei Poolfeuern organischer Peroxide zu beobachten ist. Aufgrund des definierten Einschlusses einer Metallverpackung kann die Zersetzung explosionsartig ablaufen und zur Ausbildung ein- und mehrfacher Feuerbälle führen. Auswirkungsbetrachtungen eines mit flüssigem organischen Peroxid befüllten und von außen befeuerten 220 Liter Stahlfasses wurden anhand zahlreicher Versuche mit unterschiedlichen Aufheizmethoden durchgeführt und sowohl die ermittelten Abbrandraten als auch die gemessenen thermischen Strahlungsbelastungen mit denen eines Poolfeuers verglichen. Die Analyse des Gefahrenpotentials unterschiedlich großer Feuerbälle führte schließlich zur Entwicklung eines ersten semi-empirischen Modells zur Abschätzung des Durchmessers und der Abbranddauer von Feuerbällen organischer Peroxide. Daraus ergibt sich die Möglichkeit der Berechnung notwendiger thermischer Sicherheitsabstände.
Spiel mit dem Feuerball
(2018)
In der Regel verbrennen organische Peroxide (OP) aufgrund ihrer Eigenschaften noch viel heftiger als Flüssigkohlenwasserstoffe. Ein anderes Verhalten wird auch bei der Entstehung und dem Abbrand von Feuerbällen beobachtet. Anhand von Großversuchen an 220-Liter-Stahlfässen wird das Verhalten von OP-Feuerbällen am Beispiel von Di-tert-butyl Peroxid (DTBP) untersucht. Bei der Simulation unterschiedlicher Worst-Case-Szenarien, d.h. unterschiedlicher Außenfeuer, entstehen aufgrund der Selbstzersetzungsprozesse des Peroxids unterschiedlich große, sich explosionsartig ausbildende Feuerbälle. Durch die Charakterisierung u.a. mittels Wärmebildtechnik konnten neue semi-empirische Ansätze für Berechnung der Wärmestrahlung von DTBP-Feuerbällen entwickelt werden. Diese helfen angemessene Schutz- und Sicherheitsabstände im Vorfeld für Produktions- und Verarbeitungsbetriebe zu bestimmen.
Prüfapparaturen zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kennzahlen müssen präzise messen, um verlässliche Ergebnisse zu produzieren. Oftmals gibt es in der Methodenbeschreibung allerdings keine Informationen zu Messunsicherheiten o.ä.. In dem Vortrag werden Ringversuchsprogramme das CEQAT-DGHS beschrieben und aktuelle Arbeiten zu Verifizierungsverfahren von Messmethoden beschrieben.
In den letzten Jahren kam es auf einigen Seeschiffen zu exothermen Zersetzung von Düngemitteln und damit zu Gefährdungen von Personen und der Umwelt. Dieses führte international bei der IMO (International Maritim Organisation) zu Diskussionen hinsichtlich der Einstufungskriterien von Ammoniumnitrat und ammoniumnitrathaltigen Gemischen, den Prüfungen und den Anforderungen an den sicheren Transport; vor allem mit Seeschiffen.
Mit dem Handbuch für Prüfungen und Kriterien bezeichnet) wird das Klassifizierungsschema der Vereinten Nationen (UN) für gefährliche Güter im Rahmen der Beförderungsvorschriften und für gefährliche Stoffe und Gemische gemäß GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) beschrieben. Außerdem enthält es eine Beschreibung der als am geeignetsten angesehenen Prüfmethoden und -verfahren, welche dem "Klassifizierenden" die notwendigen Informationen für eine korrekte Einstufung liefern. Der Begriff "Klassifizierender" wird im gesamten Handbuch allgemein verwendet, um die Stelle anzugeben, die die Klassifizierung vornimmt. Für einige Reglungsbereiche kann dieses eine speziell zuständige Behörde oder eine benannte Prüfbehörde sein, in einem anderen Reglungsbereich, soweit es zulässig ist, kann es auch die Selbsteinstufung durch den Hersteller oder Lieferanten bedeuten. Der jeweilige Reglungsbereich sollte beim Auftreten dieses Begriffes berücksichtigt werden, um die für die Klassifizierung verantwortliche Stelle korrekt zu identifizieren.
Chemikalien werden im Prüflabor auf ihre gefährlichen Eigenschaften getestet, um die Risiken bei deren Handhabung richtig abschätzen zu können. Dazu sind Prüfmethoden entwickelt und veröffentlicht worden, die heute weltweit Anwendung finden. Auf die Validität der jeweiligen Prüfmethode und richtige Durchführung der Prüfung und Bewertung im Laboratorium müssen sich Hersteller, Importeure, Händler, Arbeitgeber oder Verbraucher verlassen können.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM), Berlin hat eine langjährige Erfahrung sowohl bei der Ermittlung und Bewertung der physikalischen Gefahren von Chemikalien als auch bei der Einstufung und Kennzeichnung nach dem Chemikalienrecht (z.B. gemäß REACH-VO, CLP-VO, Gefahrgutvorschriften u.a.).
Es werden drei Poster präsentiert, welche einerseits kritisch die im Rahmen der chemikalienrechtlichen Verfahren von den Registranten vorgelegten Prüfergebnisse / Prüfberichte bewerten und andererseits die Zuverlässigkeit von verschiedenen Prüfmethoden einschätzen bzw. den Aufwand am Beispiel der Validierung einer konkreten Prüfmethode durch Ringversuche demonstrieren.
REACH-Registrierungsdossiers z.B. werden mit der Softwareanwendung IUCLID (International Uniform Chemical Information Database) erstellt. Für die Behörden ist die Bewertung der Zuverlässigkeit mit den Informationen zu den Studien im IUCLID-Dossiers oftmals schwer nachvollziehbar.
Bei der Bewertung der Verlässlichkeit der im Labor gewonnenen Prüfergebnisse spielen Ringversuche eine entscheidende Rolle. In den letzten 10 Jahren wurden von der BAM und der PTB Ringversuche zu verschiedenen Prüfmethoden durchgeführt. In allen Ringversuchen wurden deutliche Unterschiede zwischen den Ergebnissen der teilnehmenden Laboratorien festgestellt. Die Abweichungen der Prüfergebnisse wurden jedoch nicht nur durch Laborfehler, sondern auch durch Mängel der Prüfmethoden verursacht. Deshalb ist es wichtig zu wissen, wie gut die Prüfmethode ist, mit der ein Gefahrgut oder Gefahrstoff klassifiziert wird oder mit denen sicherheitstechnische Kenndaten bestimmt werden.
Ringversuche werden bei der Methodenentwicklung und -validierung eingesetzt und können zur Ermittlung der Messunsicherheit genutzt werden. Validierungsberichte zu Prüfmethoden sorgen für Transparenz, sind für die Regulierung im Chemikalienrecht erforderlich und dienen auch dazu auf globaler Ebene gleiche Wettbewerbsbedingungen zu schaffen.
Die BAM und die PTB unterstützen deshalb den weiteren Ausbau des Ringversuchsprogramms des im Jahr 2007 gegründeten Kompetenzzentrums zur Qualitätssicherung für Prüfungen von Gefahrgütern und Gefahrstoffen auf physikalische Gefahren (Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances, CEQAT-DGHS, www.ceqat-dghs.bam.de). Dieses betreibt die BAM gemeinsam mit der PTB und der QuoData Gesellschaft für Qualitätsmanagement und Statistik mbH, Dresden.
Für die Klassifizierung sowie die sichere Handhabung und Nutzung von Chemikalien und anderen Stoffen wurden spezielle standardisierte Testmethoden entwickelt, die weltweit zum Einsatz kommen. Die Ableitung von Sicherheitsmaßnahmen durch Experten erfordert, dass aus diesen Untersuchungen verlässliche Daten gewonnen werden. Ringversuche sind ein wesentliches Element bei der Methodenentwicklung (-validierung) und für die Qualitätssicherung von Laboratorien.
Die Testmethode DIN EN 15188:2007 dient der Bestimmung des Selbstentzündungsverhaltens von Schüttgütern und Stäuben. Experimentelle Grundlage für die Beschreibung des Selbstentzündungsverhaltens eines bestimmten Materials ist die Bestimmung der Selbstentzündungstemperaturen (TSE) von Proben verschiedener Größen mit Hilfe isoperiboler Warmlagerungsversuche. Die so ermittelten Versuchsdaten ergeben die Abhängigkeit der Selbstentzündungstemperaturen vom Lagervolumen. Zweck einer schrittweise aufgebauten Serie von Ringversuchen und internen Labortests war die Identifizierung von Schwächen der bestehenden Methode bzw. von in der Laborpraxis auftretenden Mängeln bei der Anwendung der Methode, die Validierung der modifizierten und verbesserten Methode sowie die Bestimmung einer allgemeingültigen (Mess-)Unsicherheit dieser modifizierten Methode.