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Liquefied propane gas (LPG) tanks in a fully engulfing accidental fire experience a fast increase in internal pressure. The result is often a Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion (BLEVE) that can result in a large fireball and flying debris over a radius of more than 100 meters.
In the last 30 years BAM has carried out more than 30 real scale fire tests on propane storage vessels across three test sites. The primary research goal was to identify systems that can delay or prevent a BLEVE. Early studies started with water deluge systems, and have since moved on to consider alternative protection systems.
It has been shown that an unprotected vessel fails within 10 minutes or less. Tests with different oil and propane fueled fires have given an overview on possible real accidents involving full-engulfing scenarios. LPG tanks of various sizes (2.7 m³, 3.6 m³, 4.8 m³, 6.7 m³) were used with different filling levels. Numerous protection systems, ranging from active systems like water systems to passive thick- and thin-film layers. Also, the degree of thickness of these layers was variated. Pressure relief valves (PRV) have also been investigated, both alone and in combination with protection systems.
This paper gives an overview of the work performed by BAM in the field of BLEVE prevention of protecting system since the last 30 years. It has been shown that e.g. with a full applied coating degree on the tank with and without PRV can be reached an exposition in a test fire scenario a duration of more than 60min. For partly coated tanks with and without PRV the duration time is like an unprotected vessel. Furthermore, it could be shown that the active water system also protects with technically correct design.
Deutschland befindet sich, energiewirtschaftlich gesehen, in einer exzellenten geografischen Lage. Das Land ist umgeben von rohstoffreichen Erdgaslieferanten, z. B. Norwegen und Russland. Pipelines gelten dabei für den Energieträgerimport als einfache und technisch gut beherrschbare Transporttechnologie. Über die Pipelinenetze der Nordseeanrainer Niederlande und Belgien sind auch Gasimporte aus Asien und Nordamerika kein Problem. Durch diese Diversifizierung können die Risiken der Versorgungssicherheit minimiert werden. Aber nicht alle Regionen können mit Pipelines erreicht werden. Der Straßentransport von Flüssiggasen (LPG) und verflüssigtem Erdgas (LNG) wird deshalb immer notwendig sein. Die Risiken des Transports von druckverflüssigten Gasen, z. B. infolge eines Verkehrsunfalls, sind weitgehend bekannt. Wie diese hinsichtlich verflüssigtem Erdgas einzuschätzen sind, wird nachfolgend beleuchtet.
How can the risk of a BLEVE be reduced? That is the main question based on different research projects. In various large scale fire tests fire protection coating systems were used of different manufacturers. The degree of the coating as well as the layer thickness and the processing were varied. These experimental configurations were partly tested with and without pressure relief valve. The pressure relief valves were not protected again the thermal Load from the test fire. The ambition is to find a minimum of the thickness from the fire protection coating witch delay a BLEVE up to 90 minutes. Here are given the most interested configurations of tanks in fire and a description of the test-rigs.
In der Vergangenheit führte die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) zahlreiche Tankbrandversuche mit und ohne Sicherheitseinrichtungen durch. Dabei stellte sich heraus, dass Gastanks mit nicht ausreichend dimensionierten Sicherheitseinrichtungen bei einer äußeren thermischen Belastung innerhalb von 6 bis 10 min in Form eines BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) versagen können. Um die Feuerwiderstandsdauer eines Tanks zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, den Tank u. a. mit einer sog. reaktiven Brandschutzbeschichtung zu versehen. Bei einer Temperatureinwirkung ab ca. 200 °C (produktabhängig) beginnt die Schicht aufgrund einer thermochemischen Reaktion aufzuschäumen. Die Tankwand wird dabei temporär vor einer weiteren schnellen Erwärmung geschützt.
Mit der Rohrfernleitungsverordnung u uA (RohrFLtgV) soll seitens des Gesetzgebers die Sicherheit des Transports von Stoffen, die im Falle eines Leitungsschadens Mensch und Umwelt beeinträchtigen können, gewährleistet werden. Nach der RohrFLtgV müssen Beschaffenheit und Betrieb von Rohrfernleitungen dem Stand der Technik entsprechen. Dieser gilt als erreicht, wenn die detaillierten Anforderungen an Design, Bau, Verlegung, Betrieb und Überwachung entsprechend der Technischen Regel für Rohrfernleitungen (TRFL) erfüllt sind.
Seit 2008 ist die RohrFLtgV zweimal geändert worden. Diese Änderungen betreffen im Wesentlichen die bisherigen Regelungen zu den Sachverständigen sowie die Erweiterung des Anwendungsbereichs. Auch die TRFL von 2003 wurde aktualisiert und im Mai 2010 vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) im Bundesanzeiger veröffentlicht. Dieser Beitrag gibt eine Übersicht über die Neuerungen in der Verordnung sowie die neuen technischen Anforderungen und Inhalte nach TRFL.
Für die Bewertung der Integrität von Tanks ist die detaillierte Kenntnis der belastungsrelevanten Parameter unabdingbar. Die Wärmeübergangszahl a ist eine derartige Größe. Die Wärmeübergangszahl bestimmt direkt die Größe der vorhandenen Beanspruchungen im Tank. Insofern sollte die Wärmeübergangszahl bekannt sein. Aus diesem Grund wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für einen sich im Feuer befindlichen Tank ergibt sich die Wärmeübergangszahl zu 50 W/m2K. Auf dieser Basis konnten die bereits durchgeführten experimentellen Untersuchungen mithilfe der Methode der finiten Elemente nachgerechnet werden. Die dabei erzielten Ergebnisse sind infolge der getroffenen modelltechnischen sowie thermodynamischen Vereinfachungen als zufriedenstellend zu bezeichnen. In einem nächsten Schritt wird an einer verbesserten Modellierung sowie thermodynamischen Beschreibung der Verhältnisse im Tank gearbeitet.
In einem von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung durchgeführten Forschungsvorhaben wurde untersucht, inwieweit bei Gefahrguttanks im Brandfall ein 'BLEVE', d. h. ein Versagen der Umschließung mit anschließender Freisetzung der Flüssigkeit bzw. des verflüssigten Gases, verzögert bzw. verhindert werden kann.
Im Rahmen eines Versuchs sollten die Versagensgrenzen eines mit Fluessiggas gefuellten Eisenbahnkesselwagens bei Unterfeuerung ermittelt werden. Untersucht wurden die Auswirkungen eines Unfallfeuers auf einen mit Fluessiggas teilgefuellten Waggon sowie die Konsequenzen, die sich hieraus im Falle eines brandbedingten Berstens hinsichtlich Truemmerflug sowie Druck- und Temperaturbelastung fuer die Umgebung ergeben. Beschrieben werden der Versuchsaufbau, die Versuchsdurchfuehrung sowie wesentliche Ergebnisse und Konsequenzen aus dem Versuch. Unter anderem wird festgehalten, dass durch das Zerbersten des Behaelters mit schlagartiger Verdampfung und anschliessender Zuendung des Fluessiggases Auswirkungen hervorgerufen werden koennen, die im Brandfall in relativ kurzer Zeit eine ernsthafte Gefahr entstehen lassen, und denen durch geeignete sicherheitstechnische Massnahmen begegnet werden sollte.