3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik
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Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen (z.B. Polyethylen) sind für einen sicheren Betrieb von 30 Jahren, dem Zeitraum der Produkthaftung, ausgelegt. Die Tankhersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Kunststoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Kunststoffes, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Aufgrund der Komplexität der Alterungsvorgänge sind Aussagen zum Langzeitverhalten bzw. zur Lebensdauer der Heizöllagerbehälter ohne geeignete Langzeitprüfungen problematisch. Bisher liegen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Kunststoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer über 20 Jahre. In der BDH-Broschüre: Effiziente Systeme und erneuerbare Energien wird darauf hingewiesen, dass ca. 45 % der Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen in Deutschland 26 Jahre und älter sind. Viele dieser Tankanlagen sind zudem noch nie von einem Sachverständigen überprüft worden. Schätzungen gehen davon aus, dass mehr als 10.000.000 Tankanlagen aus Kunststoffen in Deutschland vor 1987 errichtet wurden.
Ziel der Untersuchungen ist, den Schädigungsgrad der Kunststoffe im Vergleich zu den unbelasteten Werkstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Ende der 80-iger Jahre für die Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Daten über den eingesetzten Werkstoff für den Vergleich noch vorhanden. Der Bundesverband Lagerbehälter e.V. und das Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) befürworten diese Untersuchungen, um eine Überalterung der Tankanlagen zu vermeiden. Diese Überalterung könnte die zukünftige Gefahr für die Heizöltankanlage sein, nicht der Wettbewerb mit anderen Energieformen.
Parameter study for CFD in the bottle – grid resolution plays an important role on the temperature at the specific positions, 2D axi-symetrical calculation is a sufficient solution strategy in regards to the examined particular Problem. The intensity of filling process can be controlled by pressure “User defined function” provided by experiments. Numerical simulation demonstrated feasibility to predict temperature progress during the filling process successfully validated by experiments. The turbulent model k-w SST is the best strategy for the turbulent property calculations. The most intensive turbulent kinetic energy appeared in the middle region of the pressure bottle, the impact of the eddy viscosity on the wall was mostly in the wall region.
Biofuels including ethanol and biodiesel (FAME) represent a renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. The aim of this work was to study the interaction between high density polyethylene (HDPE) with permeation barriers in form of polyamide (PA) and fluorination, and biofuels such as E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel). 10 l jerrycans made of polyethylene with permeation barrier of PA were filled with E85 and biodiesel and exposed to temperatures of 20 °C and 40 °C for 5 years. Half of the 20 l jerrycans of HDPE for filling with B10 were fluorinated at the inner layer to prevent permeation before the exposure. Tensile properties were determined once a year, and FTIR-spectroscopy was used to evaluate possible changes.
The tensile properties tensile strength and breaking elongation of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier decreased, but not significantly, after immersion in E85, biodiesel and B10. The elasticity modulus of the polyethylene grades was especially reduced during exposure to E85.
The FTIR spectra of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier showed that immersion tests for five years with the test fuels at 20 °C and 40 °C did not lead to a decomposition of the permeation barriers.
Die BAM – Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung führt schon seit vielen Jahren auf zwei Brand- prüfständen Brandprüfungen z.B. an Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe oder zur Prüfung von Brandschutzbeschichtungen durch. Als Brandmedium wird auf diesen Prüfständen Flüssiggas (Propan- Butan-Gemisch C) eingesetzt, mit dem die Prüfobjekte simulierten Unfallfeuern ausgesetzt werden. Mit dem neuen Jetfire – Prüfstand der BAM können seit Anfang 2018 diverse Belastungsszenarien nach den Anforde- rungen der ISO22899-1:2007 [1] simuliert werden.
Biofuels including ethanol and biodiesel (FAME) represent a renewable fuel alternative to petroleum-derived transport fuels. The aim of this work was to study the interaction between high density polyethylene (HDPE) with permeation barriers in form of polyamide (PA) and fluorination, and biofuels such as E85 (fuel with 85 % ethanol), biodiesel and B10 (heating oil with 10 % biodiesel). 10 l jerrycans made of polyethylene with permeation barrier of PA were filled with E85 and biodiesel and exposed to temperatures of 20 °C and 40 °C for 5 years. Half of the 20 l jerrycans of HDPE for filling with B10 were fluorinated at the inner layer to prevent permeation before the exposure. Tensile properties were determined once a year, and FTIR-spectroscopy was used to evaluate possible changes.
The tensile properties tensile strength and breaking elongation of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier decreased, but not significantly, after immersion in E85, biodiesel and B10. The elasticity modulus of the polyethylene grades was especially reduced during exposure to E85.
The FTIR spectra of HDPE jerrycan cuttings with permeation barrier showed that immersion tests for five years with the test fuels at 20 °C and 40 °C did not lead to a decomposition of the permeation barriers.
The monitoring of oil and gas pipelines by means of distributed fibre optic sensors is becoming common. The most recent development in the field of fibre optic sensing is the distributed acoustic sensing (DAS), which allows to detect and to localize third party threats to pipelines. For this purpose, fibre optic telecommunication cables located close to the pipelines are usually used. However, DAS carries a far greater potential for continuous condition monitoring of pipelines.
The interdisciplinary research project AGIFAMOR (Ageing Infrastructures – Fibre Optic Monitoring of Pipes) at BAM investigates a new technical approach to extend the application field of DAS towards the detection and localization of acoustic signals that indicate critical alterations and certain damage scenarios originated from within the pipeline or the pipe wall. Therefore, the optical fibre sensors are applied onto the pipe itself and the application procedure towards an optimal acoustic signal transduction is optimized.
A number of laboratory scale experiments were performed focusing on the signal transmission of acoustic signals as well as the detection of damage in the pipe wall by means of DAS. Furthermore, real-scale tests on a pipeline DN100 of 38 m length have been carried out at the BAM test site for technical safety (BAM-TTS) to study the detection and localization of leaks and of changing flow profiles due to corrosion or sedimentation processes.
The monitoring of oil and gas pipelines by means of distributed fibre optic sensors is becoming common. The most recent development in the field of fibre optic sensing is the distributed acoustic sensing (DAS), which allows to detect and to localize third party threats to pipelines. For this purpose, fibre optic telecommunication cables located close to the pipelines are usually used. However, DAS carries a far greater potential for continuous condition monitoring of pipelines.
The interdisciplinary research project AGIFAMOR (Ageing Infrastructures – Fibre Optic Monitoring of Pipes) at BAM investigates a new technical approach to extend the application field of DAS towards the detection and localization of acoustic signals that indicate critical alterations and certain damage scenarios originated from within the pipeline or the pipe wall. Therefore, the optical fibre sensors are applied onto the pipe itself and the application procedure towards an optimal acoustic signal transduction is optimized.
A number of laboratory scale experiments were performed focusing on the signal transmission of acoustic signals as well as the detection of damages in the pipe wall by means of DAS. Furthermore, real-scale tests on a pipeline DN100 of 38m length have been carried out at the BAM test site for technical safety (BAM-TTS) to study the detection and localization of leaks and of changing flow profiles due to corrosion or sedimentation processes.
Schäden an Rohrleitungen können zu hohen Umweltbelastungen und wirtschaftlichen Schäden führen. Um die dauerhafte Verfügbarkeit der Infrastruktur zu gewährleisten, wird im Rahmen des Projekts AGIFAMOR an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) erprobt, inwiefern das Verfahren der verteilten akustischen faseroptischen Sensorik (Distributed acoustic sensing – DAS) zur kontinuierlichen Überwachung von Rohrleitungen eingesetzt werden kann. Neben der DAS werden erprobte Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung wie Schallemissionsanalyse (SEA) und Beschleunigungssensoren eingesetzt. An dieser Stelle soll detailliert auf die Hauptschadensursachen an Rohrleitungen, den Versuchsstand zur mechanischen Belastung von Rohren sowie die Möglichkeiten zu Untersuchungen im Realmaßstab eingegangen werden.
A preliminary analysis has been presented on the advantages for Mexico to migrate the cargo from trucking to railways. While the approach is highly unrealistic, it describes interesting figures that should animate the interest of Mexico to develop its railway infrastructure. Adverse situations due to the topographic characteristics of the mostly populated area of Mexico. The data presented in this paper suggest that the building of railway infrastructure is economically feasible.
Das Einsatzspektrum von den besonders leichten Druckbehältern aus Faserverbund-werkstoffen erweitert sich kontinuierlich. Dies führt dazu, dass mit der erweiterten Verwendung auch die thermisch zulässigen Einsatzgrenzen dieser Behälter ausgeschöpft und sogar teilweise überschritten werden. So können bspw. Atemluftflaschen im Brandeinsatz der Feuerwehr an der Behälteroberfläche derart hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt werden, dass die zulässige Höchsttemperatur von 65 °C deutlich überschritten wird.
Durch experimentelle Temperaturversuche an Typ-III-Atemluftflaschen mit einem Innenbehälter aus Aluminium konnte gezeigt werden, dass bei der Brandbekämpfung die untersuchten Atemluftflaschen lokal über das in der Zulassung abgeprüfte Temperaturspektrum erhitzt werden. Der Glasübergangsbereich des Faserverbundwerkstoffs wird partiell um bis zu 95 °C überschritten. Um die reale Sicherheit der Atemluftflasche bewerten zu können, wurde ein analytisches Hybridbehältermodell entwickelt, das die Beanspruchungen mit validierten Materialtemperaturverläufen berechnet. Mit der Einbindung von Schädigungsansätzen konnte ein bisher nicht hinreichend beachtetes thermisches Degradationsverhalten in den Berechnungen berücksichtigt werden. Zudem wurden insgesamt 90 altersbedingt ausgesonderte Feuerwehr-Atemluftflaschen zerstörend geprüft, um nähere Erkenntnisse über den Sicherheitszustand am Ende der Lebenszeit zu erhalten.
In diesem Kolloquium werden Forschungsergebnisse vorgestellt, die im Rahmen einer Promotionsarbeit die Auswirkungen dieser erhöhten thermischen Betriebslasten auf eine Typ-III-Atemluftflasche mit einem Innenbehälter aus Aluminium darstellen und bewerten.
A testing rig for the measurement of the dynamic loads on the rails due to cargo sloshing,has been proposedin this paper. The system represents a scale-down approach that simulates astraightening maneuver of the railway car after negotiating a turn. As part of the experimental effort, a mathematical model was developed that, oncevalidated, will provide more insights about the potential effect of many other cardesign factors, on the level of stress developed in the raildue to the sloshing cargo.A fundamental output from the testing, will be the objective comparison between the railloads due toa sloshing and a non-sloshing cargo, together with a validated model that wouldallow parametric studies in relation withthe potential effect,of several track and carproperties,on the magnitude of the sloshing forces on the rail.
Wasserdruckprüfung kann entfallen: Schutzziel definieren, Qualitätssichernde Maßnahmen während der Herstellung, Nachweise der vorhandenen Qualität muss stetig erfolgen mittels: Betriebsüberwachung, zfP Bewertung des Standes der Technik: Zustandsorientierte Instandhaltung/Inspektion, Reduzierung von Ausfallzeiten durch optimierten Betrieb
Heizöllagerbehälter aus Polyethylenformstoffen werden seit Beginn der 70-iger Jahre in Deutschland hergestellt. Die Hersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Polyethylenformstoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Polyethylens, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Bisher lagen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Polyethylenformstoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer der Tanks über 30 Jahre. Ziel der Untersu-chungen war, den tatsächlichen Schädigungsgrad der Polyethylenformstoffe im Vergleich zu den unbelasteten Formstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Mitte der 90-iger Jahre für die Prüfungen und Gutachten zur Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Werkstoffdaten noch vorhanden.
Als Untersuchungsmethoden wurden die Bestimmung der Schmelze-Masse-Fließrate (MFR) und die Fourier-Transformation-IR-Spektroskopie (FTIR) von Tankausschnitten aus dem Bereich des Bodens, des Mantels und des Daches von 10 ausgesonderten Behältern aus den Polyethylenformstoffen A und B herangezogen. Die Messungen der MFR der Tankaus-schnitte aus diesen Bereichen zeigten Unterschiede in den Werten in Abhängigkeit vom Ge-wicht (5 kg oder 21,6 kg), welches eingesetzt wurde. Eine Abnahme der MFR-Werte wurde für die größere Anzahl der Tankwandungsausschnitte aus dem Formstoff B nach einer Lebensdauer der Tanks > 30 Jahre gemessen. Dieser Formstoff wurde hauptsächlich durch innere Alterung infolge Vernetzungen, Verzweigungen und Weichmacherverlust und weniger durch oxidativen Abbau geschädigt. Die FTIR-Messungen der Proben aus dem Bereich des Bodens und des Mantels der Tanks zeigten, dass die Intensität der asymmetrischen/symmetrischen CH2 -Streckschwingungen im Bereich: 2800 - 2900 cm-1 und der CH2 -Biegeverformungsschwingung bei 1400 cm-1 aufgrund von Kettenspaltungen zugenommen haben. Die Intensität der Carbonylstreckschwingung C=O bei 1740 cm-1 ist niedrig. Sie ist ein Maß für die Oxidation des Polymerwerkstoffes.
Effective assessment and management of railway infrastructure for competitiveness and sustainability
(2018)
In this chapter the challenges facing railways have been illustrated through the description of two important events occurring in different geographical areas. While the explosion in Quebec, Canada, points out the importance of taking away the transportation infrastructure from highly populated areas; the disruption of the European railway network in Rastatt, Germany, describes the importance of designing alternative routes to critical railway segments, together with the need to have contingency plans to face extraordinary situations regarding the connectivity in a given transport network.
Future research efforts are recognized in relation with the railway car – track interaction, as the dynamic loads derived from such interaction could be reducing the life of such infrastructure. It is particularly important for infrastructures dedicated to the transportation of liquid hazardous substances.