Fire Science
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- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (68)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (36)
- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (33)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (29)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (28)
- 7.3 Brandingenieurwesen (18)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (6)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (5)
- 2.2 Prozesssimulation (3)
Eingeladener Vortrag
- nein (149)
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.
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.
Weltweit stellen Waldbrände eine große Bedrohung für Umwelt, Wirtschaft und menschliches Leben dar. Der fortschreitende Klimawandel verstärkt Trockenheit und Dürre, wodurch die Größe und Intensität von Waldbränden sowie das daraus resultierende Gefahrenpotential zusätzlich erhöht werden. Um im Risikofall eine schnelle und effektive Waldbrandbekämpfung zu gewährleisten, sollen Einsatzkräfte in Zukunft von KI-basierten Ausbreitungsmodellen unterstützt werden.
Der Einsatz von maschinellem Lernen ermöglicht dabei schnelle und zielgerichtete Ausbreitungsvorhersagen in Echtzeit, die in den Prozess der Brandbekämpfung als zusätzliche Information einfließen können. Im Rahmen des durch das EU-Förderprogram Horizon 2020 finanzierte Projekt TREEADS wird ein solches Modell für Europa entwickelt.
Dazu wird mit verschiedenen Satellitendaten des Copernicus-Programms und der NASA ein auf räumlicher und zeitlicher Ebene aufgelöster Datensatz zu europäischen Waldbränden aufgebaut. Zu den erfassten Waldbränden werden wichtigen Faktoren, die Einfluss auf die Brandausbreitung haben, ergänzt. Dazu gehören das von Copernicus bereitgestellte, digitale Geländemodell Europas und verschiedene, von Sentinel-2 Messungen abgeleitete Informationen zu Vegetation und Landnutzung. Dieser 2D-Trainingsdatensatz zu realen Waldbränden wird durch die zeitlich hochaufgelösten, meteorologischen Reanalyse-Produkte – Copernicus European Regional ReAnalysis (CERRA) und ERA5-Land – vervollständigt und ist die Grundlage für ein Modell zur Ausbreitungsvorhersage von Waldbränden.
Methoden des Maschinellen Lernens können komplexe Muster in den gesammelten Daten erkennen und so zu einer verbesserten Vorhersage der Brandausbreitung beitragen. Die vielfältigen, von Copernicus bereitgestellten Daten sind dabei ein unabdingbarer Bestandteil des Modells, mit dem den Einsatzkräften ein zusätzliches Tool für den effizienten Einsatz ihrer limitierten Ressourcen zur Verfügung steht.
Die Präsentation gibt einen Überblick über die Arbeiten im German Pilot des EU-Projekts TREEADS. Es werden klein-, mittel- und großskalige Versuche an Waldboden mit einheimischer Vegetation durchgeführt. Begleitend werden numerische Untersuchungen durchgeführt, die eine Variation der Parameter, wie Bodenfeuchte, Temperaturen und Wind über die Experimente hinaus erlauben. Die gemessenen Materialparameter dienen als Input für die numerischen Berechnungen. Die numerischen Modelle werden mit den mittel- und großskaligen Experimenten validiert.
Several investigation groups have studied the flame-retardancy modes of action and properties of epoxy resins in the past; nevertheless, the selection of suitable flame retardants for epoxy resins remains challenging, and the transfer to fiber composites is difficult. The addition of flame retardants and glass fibers (GFs) to a polymeric system in a fire scenario changes the polymer's pyrolytic path and burning characteristics, reduces the heat released in the combustion, and suppresses the modes of action in the condensed and gas phase. In this study, the thermal analysis, flammability, fire behavior, residue analysis, fire stability, and quantification of modes of action of three different systems with three halogen-free flame retardants (melamine polyphosphate (MPP), ammonium polyphosphate (APP), and silane ammonium polyphosphate (SiAPP)) and three different types of GFs (unidirectional (UD), bidirectional (BD), and woven roving (WR)) will be compared with pure epoxy resin as a reference.
Revolutionizing our polymer industry for adaption to a sustainable carbon circular economy has become one of today’s most demanding challenges. Exploiting renewable resources to replace fossil-fuel—based plastics with biopolymers such as poly(lactic acid) (PLA) is inevitable while using waste streams as a raw material resource at least is promising. When it comes to using PLA as technical polymer, its high flammability must be addressed by flame retardants compatible with the thermoplastic processing of PLA and its compostability. This study proposes microalgae enriched with phosphorus from wastewater (P-Algae) as an elegant way towards a kind of sustainable organophosphorus flame retardant. The concept is demonstrated by investigating the processing, pyrolysis, flammability, and fire behavior of PLA/P-Algae, while varying the P-Algae content and comparing P-Algae with four alternative bio-fillers (phosphorylated lignin, biochar, thermally treated sewage sludge, and metal phytate) with different P-contents as meaningful benchmarks.
Efficient flame retardancy is often achieved only when applying synergistic multicomponent systems. Flame retardants are combined or used together with adjuvants or synergists to enhance their efficiency, reduce the amount required, or reduce the costs; fibers and fillers contribute to fire properties crucially. Although the main flame-retardant modes of action are known, the detailed scientific understanding usually falls short, when it comes to complex synergistic multicomponent systems, the important tiny optimizations, or quantifying in terms of specific fire properties. This paper tries to illuminate the concept of synergistic flame retardants. The need for the multicomponent approach and the main phenomena are described. Thought-provoking impulses are delivered on how the understanding of multicomponent systems promotes the evidence-based development of future flame retardant polymeric materials. Multicomponent systems are discussed in their capacity as general powerful strategy for achieving and optimizing flame retardant polymeric materials.
This paper is based mainly on the overall conclusions and concrete results of several projects performed in the group of the author. Thanks to my (former) students and co-operation partners in these projects. Thanks for financing to DFG (Scha 730/8-1 Scha 730/8-2, Br 3376/1-1, Scha 730/19-1), AiF IGF (438 ZN, 17833N/2, 19078 N/2), and BMBF (03X0111C, 01DN16040).
Hydrogen is among the most promising candidates to replace fossil fuels in the energy transition. Hydrogen-powered vehicles are already a reality, and their number is foreseen to increase considerably in the next decade. Among the possible solutions to store hydrogen in such vehicles, cryogenic tanks equipped with multi-layer insulation (MLI) appear to be one of the most effective to ensure high volumetric energy density. A potential loss of integrity of this kind of storage equipment might lead to severe consequences due to high flammability of hydrogen. This might occur, for instance, as a consequence of the exposure to an external source of heat such as a fire following a car accident. Real scale fire test results suggest that the super insulating performance of MLI systems may undergo severe degradation when this is subjected to high temperature, leaving the tank almost unprotected and leading to failure in a relatively short time. Characterizing this kind of accident scenario is crucial to ensure a safe design of storage tanks for Hydrogen-powered vehicles.
This presentation provides an overview of the ongoing research work on modelling MLI LH2 tanks exposed to fire. Lumped and computational fluid dynamic based models are presented, highlighting current gaps. The relevance of taking MLI degradation into account when simulating the pressure increase due to external fire exposure is here demonstrated through the analysis case studies.
We are interested in accidental fire impingement of HazMat pressure vessels. Want to develop improved models for predicting time to failure or empty (if PRV present). We are still trying to properly predict pressurization and time to first PRV activation due to liquid temperature stratification for a range of fire scenarios (Full and partial engulfing pool fire, jet fires, with roll over, with TP defects, etc.)
The interest in hydrogen-based green energy is increasing worldwide, and the same is true for hydrogen-powered vehicles. Among the possible solutions to store hydrogen in such vehicles, cryogenic tanks equipped with multi-layer insulation (MLI) are the most promising to increase the amount of energy stored per unit volume. However, MLI is affected by severe deterioration when exposed to an external source of heat such as a fire following a car accident, leaving the tank unprotected and leading to failure in a relatively short time. In this work, a one-dimensional model to evaluate MLI thermal degradation when a liquid hydrogen tank is exposed to fire is presented. The relevance of taking MLI degradation into account when simulating the pressure increase due to external fire exposure is here demonstrated through the analysis of several case studies. The results show that MLI systems performance depletes within a few minutes of exposure to hydrocarbon poolfire.
Das EU Projekt EU FireStat SI2.830108, das vom Europäischen Parlament finanziert und von der DG GROW der Europäischen Kommission in Auftrag gegeben wurde, hat aufgearbeitet, welche Terminologie in den europäische Mitgliedsstaaten verwendet wird und die von den Mitgliedstaaten erhobenen Daten über Gebäudebrände zu analysieren. Dabei wurden die Schwierigkeiten bei der Erfassung und die Unterschiede bei der Auslegung ermittelt und eine gemeinsame Terminologie sowie eine Methode zur Erfassung der erforderlichen Daten vorgeschlagen.
Folgende Schwerpunkte wurden bearbeitet: Zunächst erfolgte eine Diagnose von Terminologie-, Datenerhebungs- und Auslegungsproblemen, Erhebung der Terminologie und der Datenerfassung, Identifizierung der für die Entscheidungsfindung benötigten Daten, Analyse der Methoden zur Datenerhebung Definition einer gemeinsamen Terminologie, Methodik der Kosten-/Nutzenbewertung zur Unterstützung politischer Entscheidungen, Fallstudie zur Anwendung der Methode der Kosten-/Nutzenbewertung, Beschreibung einer zukünftigen Datenerhebungsmethode.
Das Ergebnis des Projekts ist eine Empfehlung, welche Daten in den Mitgliedstaaten erhoben werden sollten, um wissensbasierte Entscheidungen in Bezug auf den Brandschutz zu ermöglichen. Damit wird die Grundlage für Maßnahmen und Initiativen geschaffen, die den Brandschutz und die Brandverhütung der Mitgliedstaaten unterstützen, so dass knappe Ressourcen gezielt eingesetzt werden können.
Liquefied Hydrogen (LH2) or Liquefied Natural Gas (LNG) establish themselves as important energy carriers in the transport sector. Its storage requires tanks with Thermal Super Insulations (TSI) to keep the transported fluid cold. The presentation includes 2 main topics of the department.
First TSI has proven itself in various applications over a long time, but not in the land transport sector, where accidents involving collisions, fires, and their combination are to be expected. To analyze fire scenarios a High-Temperature Thermal Vacuum Chamber (HTTVC) was developed that allows the thermal loading of thermal insulation material in a vacuum and measuring the heat flow through the TSI in parallel. Within this chamber, 5 samples were tested regarding 3 different types of MLI, rock wool, and perlites. In the presentation, the results are presented.
Second, the studying of accident scenarios enables the improvement of thermal superinsulation and to find novel insulation concepts. This is necessary for LH2 large-scale storages, for which state-of-the-art solutions are not suitable. Within the presentation, a novel insulation concept will be presented.
Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines neuartigen in situ Nachweisverfahrens zur Beurteilung des Feuerwiderstandes von bestehenden Stahlkonstruktionen mit gealtertem reaktivem Brandschutzsystem (RBS). Derzeit ist ein solcher Nachweis ausschließlich anhand eines Bauteilbrandversuchs möglich. Hierzu muss ein Bauteil aus der Bestandskonstruktion entnommen und einer zerstörenden Brandprüfung unterzogen werden. In Zusammenhang mit der Dauerhaftigkeitsbewertung von RBS für Zeiträume von mehr als 10 Jahren besteht in der Praxis vermehrt der Bedarf an einem minimal invasiven Prüfverfahren, mit dessen Hilfe sich direkt am Bestandsbauwerk die tatsächlich vorhandene Leistungsfähigkeit des gealterten RBS überprüfen lässt. Durch einen erfolgreichen Funktionsnachweis wäre eine Weiternutzung der Bestandkonstruktion bei Aufrechterhaltung des bestehenden Sicherheitsniveaus möglich.
The importance of tanks for storing cryogenic fluids in the energy industry is increasing because of ongoing political conflicts and the implementation of more environmentally friendly energy sources. Key representatives for the application of cryogenic tanks are natural gas in the form of Liquefied Natural Gas (LNG) and hydrogen, e. g. in the form of Liquefied Hydrogen (LH2), for which significantly higher transport capacities can be achieved with the same transport volume using cryogenic storages than with storages based solely on overpressure.
What applies to all cryogenic transported fluids in common is their condition that must be maintained. Hence heat flows into the preserved fluid must be minimized. Thermal super Insulations (TSI) based on e. g. multilayer insulations (MLI), perlites, and vacuum are utilized for this purpose and have already proven themselves in similar applications. However, for the use of tanks for cryogenic fluids in the transport sector, there is insufficient knowledge regarding the course and consequences of incidents, which is due to the still short period of use and the few documented incidents, hence few investigations carried out in this field. Typical scenarios in the transport sector represent car accidents with collisions, fires, and their combination, which are associated with extraordinary loads on the tank.
The focus of this study is to investigate the behavior of TSI as a result of their thermal exposure to a heat source representing a fire. It is worth mentioning that this could lead to an increase of the heat flux into a tank by several orders of magnitude, and to permanent damage of the TSI, ultimately rapid release of flammable gas as well as a Boiling Liquide Expanding Vapour Explosion (BLEVE). For this purpose, a high temperature thermal vacuum chamber (HTTVC) has been developed that allows thermal loading of MLI or perlites in a vacuum and simultaneous measurement of heat flow through this TSI. The HTTVC is designed to represent realistic insulation conditions and to withstand thermal loads from typical design fires.
The HTTVC was applied to investigate TSI based on MLI and vacuum. It is shown that the thermal stress caused permanent damage to the TSI, with shrinkage, phase change, pyrolysis, and condensation being significant damage mechanisms. The results are relevant for the evaluation of accident scenarios and can thus contribute to the improvement of TSI and the development of emergency measures for the protection of persons and infrastructures.
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.
Im Rahmen dieses Vortrags werden die Besonderheiten beim Einsatz von Messtechnik bei Versuchen im Groß- und Realmaßstab und unter Freifeldbedingungen dargestellt. Anhand des Themenfeldprojektes CoFi-ABV und der dort durchgeführten Versuchsreihen werden die Rand- und Rahmenbedingungen beim Durchführen der Experimente, Instrumentierung und Versuchsaufbau sowie beispielhafte Ergebnisse erläutert.
Produkte, Bauteile und Konstruktionen im Transport- und Bauwesen bestehen mehr und mehr aus Klebverbunden. Allein die Menge des verwendeten Klebstoffes oder die Anzahl geklebter Verbindungen schließen für eine verlässliche Betrachtung und Bewertung der Brandrisiken aus, deren Beitrag zur Brandentstehung, Flammenausbreitung oder Feuerwiderstand von Baugruppen und Konstruktionen zu vernachlässigen. Anforderungen an die Leistungsbeschreibungen von flammgeschützten Klebstoffen bzw. Haftklebebändern werden definiert, oft ohne ein ausreichendes Verständnis der Beiträge von Klebverbunden zum Brandverhalten der Bauteile zu haben. Der Vortrag beleuchtet diese Problematik und stellt die verschiedenen komplexen Anforderungen aus dem Brandschutz in Hinblick auf Auswahlkriterien und Entwicklungsziele für flammgeschützte Klebstoffe dar. Dabei ist dieser Transfer des Brandverhaltens, sprich der Systemantwort einer Komponente oder Bauteils in einem spezifischen Brandszenario, in Materialeigenschaften des Klebstoffes eine intrinsische und anspruchsvolle Herausforderung. Im abgeschlossenen IGF-Projekt Nr. 20762 N (Forschungsvereinigung DECHEMA) haben wir für Klebebänder eine systematisch-wissenschaftliche Studie durchgeführt und aussagekräftige Erkenntnisse zu Verfügung gestellt. Die Untersuchungen zur Entflammbarkeit zu Brandbeginn, zur Flammenausbreitung (Wärmeentwicklung) im sich entwickelnden Brand und zum Feuerwiderstand im Vollbrand machen die sehr unterschiedlichen Einflüsse von Klebverbunden, d. h. auch die unterschiedlichen Anforderungen an die Modifikation der Klebebänder, deutlich. Die thermische Analyse verschiedener Klebstoffe zusammen mit den Brandtest freistehender Haftklebebänder, an einseitig geklebten Substraten und an Klebverbundprobekörpern skizzieren eindrucksvoll die komplexen Zusammenhänge zwischen Materialeigenschaften der Klebebänder und dem Brandverhalten von Klebverbunden. Der Vergleich von verschiedenen Substraten wie Stahlbleche, Holz, Mineralwolle und verschiedene Polymermaterialien belegt darüber hinaus, dass der Einfluss der Klebverbindungen auf das Brandverhalten der Klebverbunde substratspezifisch ist. Gerade der Vergleich zwischen Holz, Polymethylmethacrylat (PMMA) und Bisphenol A Polycarbonat (PC) liefert überraschend unterschiedliche Ergebnisse. Die Variation der Klebstoffe und Trägermaterialien der Klebebänder skizziert die verschiedenen Möglichkeiten für die Materialentwicklung. Abhängig vom Material und Brandszenario können Klebverbunde im Vergleich zu gleich dicken Probekörpern aus demselben Substrat sowohl eine deutliche Erhöhung der Brandrisiken, ein praktisch unverändertes Brandverhalten oder eine Reduktion des Brandrisikos hervorrufen. Grundsätzlich kann keine Lösung bzw. kein Tape gefunden werden, die mit allen Substraten einen guten Brandschutz gewährleistet. Substrate, Carrier und Klebstoff müssen nicht nur aufeinander abgestimmt werden, sondern auch auf das Brandszenario, in welchem der Verbund eine gute Performance liefern soll.Das IGF-Projekt (20762) der Forschungsgemeinschaft (DECHEMA Deutsche Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e V, Theodor Heuss Allee 25, 60486 Frankfurt am Main) wurde durch die AiF im Rahmen des Programms „Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)” des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Main message: Sustainability, or in other words, exploiting environmental conservation for the economic welfare and prosperity for all, would revolutionise the plastics industry were it to become predominant practice as a linear, fossil-fuel–based economy is switched to a carbon circular economy. Food for though is given by dint of a critical overview of the current trends in sustainable flame-retardant polymeric materials.
Introduction:
Transforming the plastics industry into a carbon circular economy over the next 30 years requires an immediate revolution entailing the development of cutting-edge materials and the planning of future industrial production plants. Hence, the innovative field of flame-retardant polymeric materials should lend its strength to drive this challenge. Visionary solutions are proposed to inspire us, while the implementation of economically feasible concepts can take us forward into the future.
Experimental The synthesis, processing, polymer analysis, thermal analysis, and investigation of fire behaviour from our own research are performed according to the state of the art, mostly in accordance with the pertinent ISO standards. Indeed, some of our equipment is part of the accredited lab; for the other methods we fulfil equivalent quality standards in terms of maintenance, calibration, participation in round robins, etc. Work steps such as the synthesis or preparation of new materials are usually outsourced or done with partners that have the relevant core competence. The talk also presents examples from other groups whose experimental is described in the corresponding scientific papers.
Results and Discussion An overview of current trends towards producing sustainable, flame-retardant polymeric materials is presented, using examples from the literature and by sketching our own projects performed in recent years. The examples are structured along a common theme leading from the use of old and new natural materials with some intrinsic flame retardancy, via flame-retardant biopolymers and biocomposites, to using renewable sources for flame retardants with the objective of exploiting natural sources available as industrial waste streams. Natural flame retardants and adjuvants are highlighted, although the status of most may be assessed as merely motivating our vision. Nevertheless, there are natural material streams finding their way into polymer mass production as fillers, adjuvants, polymers, or renewable educt sources. Natural substances originating from industrial waste streams open the door to sustainable solutions, because they are often available at low cost and avoid competition for land with farming or virgin forests. Aside from this main topic, remarks will address the recycling of flame-retarded polymeric materials; vitrimers are mentioned as a potential material for recyclable thermosets. At the end of the day, only convincing property profiles will prevail both for exploiting renewable sources and circular design, including cost effectiveness, sufficient availability, consistent quality, processibility, mechanical properties, and flame retardancy. However, sustainability must not be merely tolerated as an additional demand, but should instead be recognized as a solution, because sustainability aspires to ensure our economic welfare now and in the future.
Acknowledgement:
The examples shown from own project were supported by funding grants: BMBF WTZ: 01DN16040, DFG Scha 730/19-1, VW-Stiftung: Experiment No: 97437, DFG Scha 730/20-1, BMBF KMU Innovativ 031B1289B.