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Organisationseinheit der BAM
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (531) (entfernen)
Atomically dispersed metal-nitrogen doped carbons (M-N-C) are
promising catalysts for the activation of small molecules such as O2
and CO2. These single atom catalysts (SAC) operate at the interface
between homogenous and heterogenous catalysts. Currently, many
examples of M-N-C are known with good oxygen reduction reaction
activity but lacking a controlled synthesis of the specific active sites of
the precatalyst. Recently, our group facilitated the synthesis of pure
pyrrolic M-N4 sites using Zn ions as imprinters.[1] These amorphous
materials obtained by active site imprinting method are characterized
at the BAMline (Bessy II) by X-ray absorption spectroscopy (XAS).
In-situ/operando measurements will be crucial in future work for a
better understanding of the dynamic changes of the active site.
There was a need to validate the longitudinal performance required for the cargo securement, as current standards exhibit differences.
A model has been proposed in this paper, to simulate the effect of a shifting cargo on the braking efficiency of the vehicle. Results suggest that the braking efficiency can be greater in the case of a shifting cargo, as a result of the uncoupling of the cargo-vehicle systems, implying that similar braking forces are exerted on a reduced mass. The shifting of the cargo can occur as a result of the vibration of the vehicle, that leads to having a diminished friction force to prevent the shifting of the cargo.
Safety aspects of the storage containments of hydrogen are independent from the kind of usage: The main criteria is the resistance against the pressure load. On the 2nd level there are aspects specific to the usage as e.g. crash loads etc.
Safety is achieved when the probability (frequency) of a failure during the service life is acceptable!
But an aspect common for all usages is the scatter of properties resulting from the material and the production. Therefore, it is worth to have a look on the current approach of minimum burst ratios from an unknown point of view: the basic populations of a product – based on exemplarily assessments.
According to this approach, several diagrams with Monte-Carlo generated basic populations in new and aged conditions have been shown. Thus, it has been demonstrated that not the conditions at the begin of life are the critical ones. No, the end of life properties are the critical ones.
This has been combined with the acceptance rate of borderline basic populations. The approach of minimum burst ratios leads to the acceptance rate of 40 % and higher for the approval of critical basic populations – critical due to their production scatter.
This problem becomes much more critical when taking into account the unknown effects of degradation and in-service ageing.
Therefore, we cannot support the proposed reduction of minimum burst ratio without having a stronger assessment of production scatter.
Based on the preliminary presentations in this task force it is repeated how a basic population scatters and its degradation influences properties statistically. There is a remainder on the issue of accepting borderline populations due to the minimum burst ratio requirement.
Then it is explained in detail how the analysis of minimum requirements by a Monte-Carlo-simulation works. The result with respect to the further reduced minimum burst ratio of 2.0 is summarised and means a two-step approach of two scatter levels requiring two different minimum burst ratios.
The methods for evaluating batch tests are analysed. A proposal for integration a statistical analysis is described in detail.
Finally, the positive effect of proof testing is shown and its dependence from the real ageing is shown.
This ends in the recommendation to have a stronger and quantitative look on real ageing and to follow the 2 proposed sets of criteria for a safe usage of hydrogen storage systems.
The evaluation of cladding integrity is a major issue to be demonstrated in Germany for extended interim storage periods up to 100 years and subsequent transportation considering operational and accidental conditions with respect to reactor operation, cask drying and dry interim storage. The chemical reaction between the zirconium fuel cladding and the cooling water in water-cooled reactors produces hydrogen and zirconium oxide. Hydrogen diffuses into the cladding and precipitates as zirconium hydrides when the solubility limit is reached, preferably oriented in hoop direction. At high temperatures during vacuum drying procedures, the hydrides can dissolve. Over a succeeding period of slow cooling with existing hoop stress the hydrides precipitate again, but partly reoriented along the radial direction of the cladding. This change of microstructure in combination with a decreasing temperature (0.5...2 K/year) during (extended) interim storage and additional mechanical load by handling procedures or under accident conditions could lead to a potential cladding embrittlement and consequently increased failure probability. The current research project BRUZL (Fracture mechanical analysis of spent fuel claddings under long-term dry interim storage conditions) has been launched by BAM to investigate potential sudden brittle failure of spent fuel claddings at small deformation under long-term dry interim storage conditions and is presented.
In order to demonstrate the safety of both spent fuel and the storage system, a good understanding of the processes that might cause deterioration is required. The International Atomic Energy Agency (IAEA) continued the coordinated research on Spent Fuel Performance Assessment and Research (SPAR) into a fourth phase starting in 2015 to evaluate fuel and materials performance under wet and dry storage and to assess the impact of interim storage on associated spent fuel management activities (such as handling and transport). BAM’s understanding and experiences in the field of long-term storage of spent fuel and especially spent fuel characterization are presented to assist the preparation of the final project report.
The current research project BRUZL (Fracture mechanical analysis of spent fuel claddings during long-term dry interim storage) is presented. General aim of the project is the development of methods for risk assessment and identification of boundary conditions to prevent potential sudden brittle failure of spent fuel claddings at small deformation during long-term dry interim storage and subsequent transportation. The project is funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi) under contract no. 1501561.
Brittle Failure Limits of Spent Fuel Claddings Subjected to Long-Term Dry Interim Storage Conditions
(2024)
The mechanical properties of spent fuel claddings can be adversely affected under the conditions of long-term dry interim storage, so that the failure limits may be reached in case of mechanical loads during handling or transport after storage. Pre-storage drying and the early stage of interim storage can expose the cladding to higher temperatures and higher tensile hoop stresses than those associated with in-reactor operation and pool storage. During slow cooling of a cladding tube under internal pressure, radial hydrides may precipitate in zirconium-based cladding alloys. This can lead to embrittlement of the material and sudden failure of the cladding integrity under mechanical stress. In order to prevent brittle failure, numerical methods are being developed to predict the mechanical behaviour and identify limiting conditions. Experimental investigations, numerical analyses and evaluation methods are discussed.
An established experimental method for characterising cladding materials is the Ring Compression Test (RCT). Some test results on irradiated cladding tubes after operation in pressure water reactors are publicly available. However, it is helpful to carry out studies on unirradiated surrogate claddings with similar material properties to reduce the effort associated with irradiated samples in hot cells and to perform material tests with a wider range of parameters. On the basis of such experimental data, load-displacement curves have been numerically analysed for a selection of cladding materials.
Radial hydrides can cause a sample to break suddenly due to fracture even at low deformation. Noticeable load drops in the RCT are caused by unstable crack propagation through the radial hydride network. The failure mechanism is quasi-cleavage in the hydrides and micro-void nucleation, growth, and coalescence in the zirconium matrix, with ductile tearing patches connecting adjacent hydrides. The cohesive zone approach was used to simulate the failure process taking into account the radial hydride morphology.
The developed method can adequately describe both the deformation and failure behaviour of irradiated as well as unirradiated claddings of zirconium-based alloys with radial hydrides under RCT conditions. Limiting conditions can be expressed in terms of fracture energy and cohesive strength.
Understanding the mechanical behaviour of fuel cladding is decisive for an extended dry interim storage period beyond the currently licensed period of 40 years in Germany and subsequent handling, transport, and disposal considering normal and accidental conditions. Since fuel cladding acts as the first barrier for spent fuel, its integrity should be demonstrated to enable safe and secure discharge and handling options after interim storage and subsequent transportation in preparation of final disposal. An established method for characterizing cladding material is the Ring Compression Test (RCT), where a small, cylindrical sample of the cladding tube is subjected to a compressive load. This test is a laboratory representation of a fuel rod load case and has shown a high susceptibility to failure under the occurrence of radial hydrides. Certain hydride morphologies and low temperature might even lead to brittle fracture at very small loads. The BAM research project BRUZL (Fracture mechanical analysis of spent fuel claddings during long-term dry interim storage) aims to study the results of quasi-static RCTs and to establish numerical models to gain an in-depth understanding of the stress state during the experiments. Using a fracture mechanical approach, cases of sudden failure during the RCT procedure are used to characterize the material behaviour and establish a failure criterion. As an integral part of the project BRUZL, quasi-static Ring Compression Tests have been performed to identify all experimental details, which might be helpful for numerical modelling. Unirradiated samples of the cladding material ZIRLO® have been subjected to hydrogen charging and a thermo-mechanical treatment for radial hydride reorientation. Sample preparation, testing procedures, and analysis results are presented. A numerical model has been established and an elastic-plastic material model was derived from as-received RCT samples by inverse finite element analyses. Cohesive zone modelling has been implemented to reproduce sudden load drops during RCT. The project is funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi) under contract no. 1501561.
The general aim of this research is the development of methods for predicting mechanical behavior and identification of limiting conditions to prevent brittle failure of high-burnup (HBU) pressure water reactor (PWR) fuel cladding alloys. A finite element (FE) model of the ring compression test (RCT) was created to analyze the failure behavior of zirconium-based alloys with radial hydrides during the RCT. An elastic-plastic material model describes the zirconium alloy. The stress-strain curve needed for the elastic-plastic material model was derived by inverse finite element analyses. Cohesive zone modeling is used to reproduce sudden load drops during RCT loading. Based on the failure mechanism in non-irradiated ZIRLO® claddings, a micro-mechanical model was developed that distinguishes between brittle failure along hydrides and ductile failure of the zirconium matrix. Two different cohesive laws representing these types of failure are present in the same cohesive interface. The key differences between these constitutive laws are the cohesive strength, the stress at which damage initiates, and the cohesive energy, which is the damage energy dissipated by the cohesive zone. Statistically generated matrix-hydride distributions were mapped onto the cohesive elements and simulations with focus on the first load drop were performed. Computational results are in good agreement with the RCT results conducted on high-burnup M5® samples. It could be shown that crack initiation and propagation strongly depend on the specific configuration of hydrides and matrix material in the fracture area.
Transport safety depends in great extent of what happens to the cargo once the carrying vehicle derails or rollovers. The exposure of tanks to direct fire is a condition that potentially involves catastrophic consequences. Studying the behavior of the contained fluid under these drastic circumstances, is critical to develop methods and techniques to mitigate the serious consequences of many mishaps. In this paper, the experimental potentials of a Particle Image Velocimetry data acquisition system are described, for providing experimental data that could be used to calibrate mathematical models. As an example of the situations that need to be modelled, an experiment is described concerning the effect of the boundary conditions and protecting devices, on the rate of variation of pressure and temperature of the fluid in a tank exposed to a direct fire. In this regard, the results emphasize the importance of equipping the vessels with both thermal insulation and safety valves.
Small and large-scale tests have been carried out Pressure vessel – to improve numerical modelling Different types of fire must be distinguished Modelling of vessels were discussed Test configuration has been developed to see what happens in the vessel First results encourage us to continue the Research Thermohydraulics needs further work (boundary layers).
In der Bundesrepublik Deutschland werden über 400 Mio.t Gefahrgüter jährlich in Tankfahrzeugen, Aufsetztanks, Batteriefahrzeugen, Eisenbahnkesselwagen und Tankcontainern befördert, davon etwa 150 Millionen Tonnen im Straßengüterverkehr. Zu den Hauptschadensursachen zählt die Korrosion, wobei die gleichmäßige und ungleichmäßige Flächenkorrosion die Korrosionsart ist, die beim Chemikalientransport in Tanks am häufigsten auftritt. Viele Schäden durch Lochkorrosion entstehen beim Transport von chloridhaltigen Medien bei Anwesenheit von Feuchtigkeit.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter - ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. In die BAM-Liste wurden vorrangig solche gefährlichen Güter aufgenommen, die potenziell in Tanks befördert werden können. Die Beständigkeitsbewertungen gebräuchlicher metallischer Tankwerkstoffe und polymerer Dichtungs-, Beschichtungs- und Auskleidungswerkstoffe werden auch bei der Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen als Erkenntnisquelle verwendet. Diese Daten sind aber unter sorgfältiger Überprüfung der Übertragbarkeit auch für andere praktische Anwendungen und unter Berücksichtigung der jeweiligen Praxisbedingungen auch als Ratgeber für Verpackungen, IBC, Lagerbehälter, Rohrleitungen usw. aus metallischen Werkstoffen anwendbar.
In den internationalen Gefahrgutverordnungen ADR, RID und IMDG-Code wird nach einer vorgegebenen Prüffrist eine innere Besichtigung der Tanks gefordert. Bei Tankcontainern beträgt diese Prüffrist im ADR/RID, Kap. 6.8 , fünf Jahre (bei der Beförderung von ortsbeweglichen Tanks nach ADR/RID, Kap. 6.7, und nach dem IMDG-Code 2½ Jahre) und bei Tankfahrzeugen sechs Jahre. Im RID wird für Eisenbahnkesselwagen eine Prüffrist von acht Jahren für die Innenbesichtigung vorgeschrieben. Für die Dauer der Prüfintervalle muss die Werkstoffbeständigkeit der Tankwerkstoffe gewährleistet sein.
Für Bauteile (Komponenten) von Versorgungsanlagen für flüssige Brenn- und Kraftstoffe muss die Beständigkeit der metallenen Werkstoffe und Polymere nachgewiesen werden. Im Anwendungsfall von Heizöl mit 20 % biogenen Anteilen in Form von Rapsölfettsäuremethylester (FAME, Biodiesel) ist es für eine konservative Beurteilung des Korrosionssystems Werkstoff/Medium/Umgebung wichtig, die Alterungseffekte des Mediums einzubeziehen.
Entwicklung eines Prüfverfahrens für die Untersuchung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen und Polymeren in Heizöl und Heizöl-Biodiesel-Blends, das für eine Vorauswahl der Werkstoffe und zum Nachweis der Beständigkeit im Hinblick auf die bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren geeignet ist. Ein Schwerpunkt wird bei den metallenen Werkstoffen auf der Erprobung von Messmethoden liegen, mit denen sich in kurzer Versuchszeit ein Korrosionsangriff detektieren lässt.
Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen.
Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht.
Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen.
So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen.
Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind.
Die Bewertung der Werkstoffbeständigkeit ist von großer Bedeutung bei Änderung der Zusammensetzung der Kraftstoffe und des Heizöls, insbesondere die Frage nach der Beständigkeit der Dichtungswerkstoffe bei Zusätzen von Bioethanol und Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester).
Vorhergehende Untersuchungen (Messungen der Veränderungen der Masse, der Zugeigenschaften und der Härte) bezogen sich auf die Bewertung der Beständigkeit häufig verwendeter Dichtungswerkstoffe wie FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR und PUR in Kraftstoffen und Heizöl mit 10 % Biodiesel (nicht gealtert und bis zu 5 Jahre gealtert) unter statischen Bedingungen.
Ziel der Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit von Fluorkautschuk unter verpressten Bedingungen in Analogie zu den Einsatzbedingungen in der Praxis. Die Masse und der Druckverformungsrest von Prüfkörpern aus FKM wurden vor und nach der Auslagerung über einen Zeitraum von 3, 7, 14, 28, 56 und 90 Tagen in E10 (Kraftstoff mit max. 10 % Ethanol), E85 (Kraftstoff mit 85 % Ethanol), Biodiesel (Rapsölfettsäuremethylester), Super (Kraftstoff mit max. 5 % Ethanol), Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, Super Plus (Kraftstoff ohne Ethanolzusatz) und Heizöl mit 10 % Biodiesel (B10) bei 40 °C gemäß ISO 815-1 bestimmt. Die Druckverformungsrestprüfung zählt neben der Messung der Härte, der Dichte und der Zugeigenschaften zu den wichtigsten Grundprüfverfahren der Elastomerindustrie. Nach Ende der Auslagerung in den Kraftstoffen und der Aufhebung der Verpressung wur-de der Druckverformungsrest der Prüfkörper in regelmäßigen Zeitabständen bis zu einer Rücktrocknung > 90 Tage bestimmt. Zum Vergleich wurden Prüfkörper aus FKM ohne Kraftstoff oder Heizöl unter Verpressung bei 40 °C ausgelagert.
Die Masseänderung der Prüfkörper aus FKM betrug nach 90 Tagen Auslagerung in E10 9 %, in Super 8 %, in E85 4% und 0,6 % in Biodiesel. Die Erhöhung der Masse und die damit verbundene Quellung der Prüfkörper in E10 und Super mit 5 – 10% Ethanolzusatz hatte einen Einfluss auf den Druckverformungsrest, der sprunghaften Veränderungen unterlag im Vergleich zu den Werten nach Auslagerung in Biodiesel, Dieselkraftstoff und Heizöl B10 bei 40 °C. Zum Vergleich, unter statischen Bedingungen verringerte sich die Zugfestigkeit der Prüfkörper aus FKM nach Auslagerung in E10 bei 40 °C um 31 % und die Reißdehnung um 18 %.
Aus Rapsöl gewonnener Biodiesel ist eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energiequellen. In der Europäischen Union, in der 80 % der ölhaltigen Brennstoffe importiert werden müssen, besteht zudem ein Interesse, die Abhängigkeit von exter-nen Ölversorgern zu reduzieren.
Bei jeder Veränderung der Zusammensetzung eines Brennstoffs muss auch die Ma-terialverträglichkeit gewährleistet bleiben. Es stellt sich die Frage, ob Elastomere im Vergleich zu reinem Heizöl auch in Heizöl mit 20 % Biodiesel (B20) beständig sind.
Die Polarität des Biodiesels erhöht die Quellung und fördert die Permeation und Ex-traktion. Sowohl Quellung als auch Extraktion bedingen Änderungen der physikali-schen Eigenschaften der Elastomere. Extraktion verändert die chemische des Heiz-öls. Diese chemischen Veränderungen können auch den Abbau (Hydrolyse und Oxi-dation) der Polymere durch das Herauslösen von Additiven und Stabilisatoren be-schleunigen.
Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung der Beständigkeit der Elastomere ACM (Poly-acrylatkautschuk), HNBR (Hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk), FKM (Fluorkaut-schuk) und PUR (Polyurethan) in Heizöl und im Heizölgemisch B20.
Prüfkörper der Elastomere wurden für 42 Tage (Härteprüfung) und 84 Tage (Zugprü-fung) bei 40 °C ausgelagert. Anschließend wurde die Änderung der Masse, Shore Härte A, Zugfestigkeit, und Reißdehnung bezogen auf die Werte vor der Aus-lagerung bestimmt. Die weniger zur Quellung neigenden Elastomere FKM und HNBR wurden zusätzlich bei 70 °C ausgelagert.
Um die Elastomere im verpressten Zustand zu testen, wurde der Druckverformungs-rest nach DIN ISO 815 bestimmt. Hierzu wurden zylindrische Prüfkörper aus ACM, HNBR und FKM verpresst und in Heizöl und Heizöl mit 20 % FAME für 3, 7, 14, 28, 56 und 90 Tage bei 40 °C ausgelagert. Anschließend wurde über die Dickenmes-sung der Druckverformungsrest ermittelt. Zum Vergleich wurden Prüfkörper verpresst und ohne Medium bei 40 °C ausgelagert.
In den internationalen Normen wurde kein Grenzwert für die Veränderung der Zugei-genschaften und der Härte für eine positive Bewertung der Beständigkeit festgelegt. Deshalb wurde in der BAM ein Grenzwert von 15 % für die Beständigkeitsbewertung herangezogen.
Bei 40 °C lag die Änderung der Zugeigenschaften und der Shore Härte von ACM, HNBR und FKM in Heizöl und in B20 unter 15 %. Folglich sind ACM, HNBR und FKM bei 40 °C in Heizöl und in B20 beständig. PUR ist bei 40 °C in Heizöl beständig, je-doch nicht für eine Verwendung in B20 geeignet, da sich die Zugfestigkeit und Reiß-dehnung um 50 % vermindert haben.
Bei 70 °C ist FKM in Heizöl und B20 beständig, wohingegen HNBR an seine Einsatz-grenzen gelangt und unbeständig ist, in B20 haben sich die Zugfestigkeit um 40 % und die Reißdehnung um 50 % reduziert.
Für den Transport von Lithium-Batterien sind verschiedene Vorschriften des Transportrechts zu beachten. Insbesondere für defekte und beschädigte Lithium-Batterien, die beim Transport gefährlich reagieren, in Brand geraten oder giftige Gase freisetzen können, werden in 2019 neue Regelungen anwendbar sein. Die BAM ist in Deutschland zuständige Behörde für deren Umsetzung.
Tanks sind für normale Beförderungsbedingungen gebaut und zugelassen! Tankkörper müssen nach Normen (siehe 6.8.2.6 RID/ADR) oder nach einem von der zuständigen Behörde anerkannten technischen Regelwerk entworfen und gebaut werden Schweißverbindungen müssen nach Regeln der Technik ausgeführt werden. Unterdruck im Tank ist zu berücksichtigen (Berechnung, Vakuumventil). Beständigkeit – Gefahrgut darf mit Tankwerkstoff nicht gefährlich reagieren oder die Werkstoffe merklich schwächen!
Aufgrund zwischenstaatlicher Verträge werden in den nächsten Jahrzehnten zahlreiche Transporte von hoch radioaktiven Abfällen notwendig. Die BAM führt die Bauartprüfung von dafür vorgesehenen Castor-Behältern durch. In diesem Zusammenhang sind 17 Fallprüfungen durchgeführt worden. Ergänzt werden diese durch komplexe numerische Analysen, die die BAM prüft und eigene Modellierungen vornimmt. Der Beitrag stellt darüber hinaus das mehrjährige Validierungsverfahren zur Akzeptanz der bruchmechanischen Berechnungswerkzeuge vor.
The consideration of ageing mechanisms is with integration into the IAEA-requirements now obligatory for the design of transport packages. For packages intended to be used for shipment after storage the consideration of the effects of ageing mechanisms during storage in safety analyses and the implementation of corresponding instructions for operation and maintenance are required. Therefore, these packages have been maintained during storage in a manner that all requirements specified in the IAEA-requirements and in the applicable certificates of approval have been fulfilled.
BAM is the competent authority in Germany for evaluating the thermal and mechanical design of packages for the transport of radioactive materials. In this context, BAM also evaluates the aging mechanisms and aging effects occurring during the long-term storage period of such transport packages. BAM has developed a guideline for the implementation of ageing assessment and of the measures for ageing management into the approval procedure based on IAEA-requirements.
The goal of the presented paper is to introduce this guideline and the general approach for ageing management requirements and to describe the application to a specific package design. The type and amount of the ageing management not only depend on the use of the packaging, but also on the accessibility of the components that are considered in the ageing assessment. The different operating phases of a packaging are considered for the ageing assessment, such as loading, interim storage or transport.
The implementation of measures for ageing management is divided into three levels – systemic measures, package design related measures and documentation. The systemic measures are attributed to the general management system and define the whole activities for organization of ageing management like structure, responsibilities, documentation, reports and evaluation. The package design related measures are defined in an ageing management plan. These measures shall ensure that the anticipated changes of the package design under consideration of ageing effects still complies with the design approval specification. Therefore, an ageing surveillance program and, if necessary, a gap analysis program shall be developed. The ageing management documentation ensures the continuous documentation of the compliance of a specific package to the approved package design, comprising mainly records resulting from operation and surveillance.
The presentation starts with some key figures about BAM. Then it introduces BAM's competence centre H2Safety@BAM and shows aspects of special competence of the centre. It closes with information about the engagement of BAM in European research projects on hydrogen and a reference to our bilingual paper about our hydrogen strategy.
The first German package design approval certificate for a dual purpose cask intended for loading with damaged spent nuclear fuel was issued recently. BAM as part of the competent authority system in Germany carried out a comprehensive assessment procedure with respect to the mechanical and thermal design, the release of radioactive material and the quality assurance aspects of manufacturing and operation. Packages for the transport and storage of radioactive material have been assessed by BAM for many years, thus the common assessment procedure is well-known and good practice. Up to now only SNF without defects or HLW with well-defined properties were designated for long-term Interim storage and transports afterwards. Due to Germany’s nuclear phase out all other kinds of spent nuclear fuel in particular damaged spent nuclear fuel shall be packed as well. Damaged spent nuclear fuel needs a tight closure with Special encapsulations and clearly defined properties in Germany. In addition, these encapsulations shall be long-term durable, because they are not accessible after loading in a packaging within periodical inspections. The main difference to Standard package components is that encapsulations with a permanent closure achieve their specified conditions not after manufacturing but only during operation, after loading and closing. To ensure compliance with the specific conditions, special measures for quality assurance are necessary during operation of each encapsulation, e.g. drying and sealing, which were assessed by BAM. The present paper gives an overview of the conducted assessment from BAM and point out the findings concerning to the special closure lid of the approved encapsulation, which is screwed and welded. A wide verification concept is necessary to show the specific tightness under transport conditions. Together with quality assurance measures during first operation steps these encapsulations with damaged spent nuclear fuel can be handled like standard fuel assemblies in approved package designs.
Abgeleitet aus den in Teil 3 der „Systemanalyse Konrad“ [1] definierten Lastannahmen für den „untertägigen Anlagenbereich“ müssen Verpackungen, die der Abfallbehälterklasse I (ABK I) mit dem zusätzlichen Merkmal der störfallfesten (sf) Verpackung oder der ABK II zugeordnet werden, gemäß den „Endlagerungsbedingungen, Endlager Konrad“ [2], nach einem „…Fall aus 5 m Höhe auf eine unnachgiebige Unterlage…“ bestimmten Anforderungen genügen.
Eine nähere Beschreibung der Prüfeinrichtung sowie die Definition detaillierter Anforderungen an das Aufprallfundament erfolgen in der „Produktkontrolle, Endlager Konrad“ [3]: „Die Prüfeinrichtung, bestehend aus einer Hebeeinrichtung und einem Fundament ist so zu gestalten, dass der Fall des Prüfmusters in jeder beliebigen Aufprallorientierung aus 5 m Höhe, gemessen von der Unterkante des Prüfmusters zum Fundament, möglich ist. Das Fundament ist aus Beton der Mindestgüte B 35 herzustellen und muss so beschaffen und verankert sein, dass keine Zerstörung in zahlreiche kleinere Bruchstücke erfolgt und keine horizontale Verschiebung des Fundamentes oder seiner Teile auftritt. Maße und Masse des Fundaments müssen so beschaffen sein, dass der Einfluss des Baugrundes unter dem Fundament auf den Aufprallwiderstand vernachlässigbar ist.“
Im Rahmen der Bauartprüfung für Behälter zur Endlagerung radioaktiver Abfälle mit zu vernachlässigender Wärmeentwicklung im Endlager Konrad wird die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) von der Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE) als Sachverständige hinzugezogen und ist in der Regel auch mit der Durchführung der notwendigen Fallprüfungen auf dem Testgelände Technische Sicherheit der BAM (BAM TTS) einschließlich der Bereitstellung der benötigten Prüfeinrichtungen sowie des regelkonformen Aufprallfundamentes beauftragt. Der Prozess, beginnend von der Gewährleistung einer von allen Beteiligten als gültig bewerteten Fallprüfung bis hin zur abschließenden Bewertung und Interpretation der Versuchsergebnisse erfordert dabei u.a. eine sorgfältige Planung und Fertigung der für das Endlager Konrad repräsentativen Fundamentplatte und deren Ankopplung an einen Untergrund im Sinne der „Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material“ [4], [5] wie er zum Beispiel auf den beiden Fallversuchsanlagen des BAM Testgelände Technische Sicherheit (BAM TTS) zur Verfügung steht.
Um diese Anforderungen zu erfüllen muss zum einen der Erhalt der Integrität der Fundamentplatte beim Fallversuch durch eine geeignete Auswahl und kraftflussgerechte Anordnung der Stabstahl-Bewehrung sowie deren Verankerung garantiert und damit eine unzulässige Energieaufnahme durch Risse sowie eine unzulässige „… Zerstörung (der Fundamentplatte) in zahlreiche kleinere Bruchstücke …“, wie in [3] gefordert, verhindert werden. Außerdem ist zu gewährleisten, dass der Beton die Anforderungen an die vorgeschriebene Mindestgüte bzw. -festigkeit zum Zeitpunkt der Fallprüfung erfüllt, die Betonfestigkeit jedoch zur Vermeidung unnötig verschärfter Prüfrandbedingungen eine zu definierende Obergrenze nicht überschreitet.
Ausgehend von dem 2009 im Rahmen der KONTEC veröffentlichten Wissensstand [6] präsentiert die BAM im vorliegenden Beitrag die wesentlichen Ergebnisse der zwischenzeitlich bei der Planung und Durchführung von zahlreichen Fallprüfungen gewonnenen Erfahrungen bzgl. Spezifikation und Fertigung der für die Fallversuche notwendigen Fundamentplatten sowie deren Anbindung an den Untergrund. Neben den immer wieder notwendigen Anstrengungen zur Gewährleistung einer im Rahmen der Definition korrekten Betondruckfestigkeit am Tag der Fallprüfung wird die Anpassung der Bewehrungsführung an verschiedene Fallpositionen diskutiert.
Zur Ergänzung des gültigen Regelwerks entsteht parallel zu diesem Dokument eine Fachnotiz, in der BGE und BAM die Vorgaben und Spezifikationen zur regelwerkskonformen Herstellung und Montage von Fundamentplatten für Fallprüfungen im Rahmen der Behälterbauartprüfungsverfahren für das Endlager Konrad zusammenfassen und veröffentlichen werden. Diese Fachnotiz soll detaillierte Vorgaben und Spezifikationen zur Planung, Beauftragung, Herstellung und abschließenden Prüfung eines solchen Fundamentes und dessen Anbindung an den Untergrund enthalten. Damit soll allen beteiligten Organisationen wie Antragstellern, Sachverständigen und BGE ein langfristig verlässlicher Leitfaden im Hinblick auf die Durchführung anforderungsgerechter Fallprüfungen unter definierten und reproduzierbaren Randbedingungen im Rahmen der Bauartprüfungsverfahren für das Endlager Konrad an die Hand gegeben werden.
Im Rahmen der von der BAM und anderen Partnern ins Leben gerufenen Initiative „Digitale Qualitätsinfrastruktur“ liegt der Fokus u.a. auf der Entwicklung von neuen Zertifizierungsworkflows. Dabei ist eine besondere Bedeutung dem Zusammenführen von Operational Technology (OT) und Informationstechnik (IT) beizumessen. Zur Datenintegration aus der Sensor-Feldebene einer Versuchs-wasserstofftankstelle wurde eine solche Infrastruktur zunächst in einer Laborumgebung aufgebaut.
Heating oil storage tanks made of polyethylene grades have been on the market in Germany since the early 1970s. To ensure safety, their replacement is recommended by tank manufacturers after a period of 30 years. Polyethylene is subject to ageing by alteration of the properties during its life cycle. The degree of degradation and the nature of the process mainly depend on the chemical alteration of the polyethylene, the wall thickness of the tank and the environmental conditions. There are no data available on the long-term behaviour of the polyethylene grades, especially after a service life of more than 30 years.
The aim of this investigation was to find a suitable test method to determine the factual degree of damage in comparison to the uncontaminated polyethylene grades. Material data of the used polyethylene grades are available because the BAM was the competent authority for the tests and expert reports for the approval of these tanks until the middle of the 1990s. Therefore, tank sections from the bottom, the shell and the roof of 22 individual storage tanks produced of polyethylene grades A and B have been examined by Melt Flow Rate (MFR) and Attenuated Total Reflectance (ATR). Their service life was in the range between 20 and 41 years.
The MFR measurements of the tank sections showed differences in the values depending on the weight which was used (5 kg or 21.6 kg). An increase of the MFR was determined for the samples of polyethylene grade A, whereas a reduction of the MFR values was measured for most samples of polyethylene grade B. This grade is mainly subject to the internal ageing by cross-linkages, increased degree of branched molecules and loss of the plasticizer.
ATR analysis exhibits an absorption band at 909 cm‒1 predominantly in samples of polyethylene grade A indicating chain scission and concomitantly formed terminal vinyl groups. This absorption band can be used for the characterization of the ageing of the polyethylene grades.
Assessment of Quality Management for Transport Packages not requiring Authority Design Approval
(2018)
The poster presents the german approach for the assessment of quality management systems for transport packages for radioactive material not requiring authority design approval. As legal basis the IAEA regulations, the ADR as well as the GGVSEB are highlighted and examples for these transport packages are given. The GGR 016 is mentioned, main duties and responsibilities as well as the manufacturing and quality surveillance system are described.
In Germany, spent nuclear fuel and vitrified high active waste is stored in dual purpose casks (DPC) at interim storage facilities. In order to ensure the transportability of the DPC to a final repository in future, the maintenance of the package design approval is realized. Therefore, the assessment of possible ageing effects during interim storage is necessary to ensure an evaluation of the transportability. The lecture presents BAM's current ageing evaluation concept in the field of trasnport law.
Durch Einsatz neuer Technologien im Transport von komprimiertem Wasserstoff konnte eine Verdreifachung des Nutzlastverhältnisses erreicht werden. Diese neuen Speicher auf den Transportfahrzeugen müssten aber anders auf ihre Sicherheit überprüft werden, als dies heute gefordert wird.
Mit dem Markthochlauf Wasserstoff vervielfacht sich zudem die Anzahl der Transporteinheiten. Da sich im Zuge der neuen H2-Transportfahrzeuge aber auch die Anzahl der einzelnen Speicher pro Fahrzeug etwa verzwanzigfacht hat, kommen die Kapazitäten für die erforderliche wiederkehrende Prüfung an ihre Grenzen.
Dies könnte evtl. durch eine entsprechende Erhöhung der Prüfkapazitäten gelöst werden. Da dies aber weder praktisch machbar ist noch technisch wirklich sinnvoll, müssen alternative Ansätze z.B. durch digital erfasste zerstörungsfreie Prüfkonzepte gesucht werden. Hierzu bedarf es aber einer Lebenslaufakte, die beginnend von der Definition einer Bauweise über die Baumusterprüfung, Zulassung, Herstellung, erstmalige Prüfung, Verwendung und wiederkehrenden oder begleitenden Prüfungen bis zum Verschrotten alle Daten erfassen und verwalten kann.
Eine solche Lebenslaufakte könnte auch als eine Art digitaler Produktpass (DPP) verstanden werden.
Der Vortrag zeigt den Weg des Themas Wasserstoff von Adolf Martens bis zum Kompetenzzentrum H2SafetyBAM, die zugehörigen Kompetenzfelder, deren Ziele und verantwortliche Personen.
Der Hauptteil reflektiert den Aspekt des Markthochlaufes von Wasserstofftechnologien und zeigt einen Maßnahmenkatalog von der Risikosteuerung über die Konsequenzbegrenzung bis zu probabilistische Ansätzen in der Bewertung von Prüfergebnissen und der Wirkung von Mindestanforderungen.
Der Vortrag stellt das Kompetenzzentrum H2Safety der BAM vor und zeigt Aspekte besonderer Kompetenz des Zentrums mit Blick auf das Kompetenzfeld TestCert.
Beginnend mit dem H2-Unfall auf dem Tempelhofer Feld in 1894 wird dargestellt welche Bedeutung Sicherheitsfragen zu Wasserstoff für das Kompetenzzentrum H2Safety haben. Danach wird die Struktur und die Arbeitsschwerpunkte erläutert und die verantwortlichen Personen kurz vorgestellt. Das Kompetenzfeld TestCert wird vertieft erläutert und hier insbesondere auf Sicherheitsaspekte des Markthochlaufes hingewiesen. Darauf aufbauend werden die statistischen Aspekte eines Markthochlaufes wie auch die der Streuung einer Population und deren Alterung dargelegt. Zuletzt kommt der Hinweis auf das Potential der Bewertung von Baumusterprüfkriterien mithilfe der Monte-Carlo-Simulation.
The paper focuses on the preliminary determination of the bar length and the experimental performance of the 1m-puncture test in compliance with the guidelines of the IAEA under the given boundary conditions. Following aspects have to be considered concerning the determination of an appropriate length of the bar to obtain maximum damage to the specimen: the design of the package, its drop orientation and the impact point as well as a pre-damage of the package resulting from a previous 9m drop test. According to the Regulations the minimum length of the bar is defined as 20 cm, which has to be adapted to the outer surface of the package, especially to packages with large impact limiters.
In this context, two main aspects are important: First, the realisation of a maximum puncture load applied to the package while no other component of the package has contact with the impact target. Second, the reduction of the risk of buckling and maximising the stiffness of the bar by a length which is as short as possible. In order to optimize the bar length, finite element calculations are often done by simulating the global behaviour of the package during the puncture test. The evaluation of the conducted puncture test regarding IAEA compliance is done by analysing deceleration measurements. The paper presents a possible approach to determine the length of the bar and the construction of a form-fitted connection to the target showing various examples of puncture tests.
The containment systems of transport and storage casks for spent fuel and highlevelradioactive waste usually include bolted lids with metallic or elastomeric seals. The mechanical and thermal loadings associated with the routine, normal and accident conditions of transport can have a significant effect on the leak tightness of such containment system.
Scaled cask models are often used for providing the required mechanical and thermal tests series.Leak tests have been conducted on those models.
It is also common practice to use scaled component tests to investigate the influence of deformations or displacements of the lids and the seals on the standard leakage rate as well as to study the temperature and time depending alteration of the seals.
In this paper questions of the transferability of scaled test results to the full size design of the containment system will be discussed.
The containment systems of transport casks for spent fuel and high radioactive waste usually include bolted lids with metallic or elastomeric seals.
The mechanical and thermal loadings associated with the routine, normal and accident conditions of transport can have a significant effect on the leak tightness of such containment system.
Scaled cask models are often used for providing the required mechanical and thermal tests series. Leak tests have been conducted on those models.
It is also common practice to use scaled component tests to investigate the influence of deformations or displacements of the lids and the seals on the standard leakage rate as well as to study the temperature and time depending alteration of the seals.
In this paper questions of the transferability of scaled test results to the full size design of the containment system will be discussed.
The mechanical and thermal loadings associated with the routine, normal and accident conditions of transport can have a significant effect on the leak tightness of the containment system of transport casks for spent fuel and high radioactive waste. The containment systems of such transport casks usually include bolted lids with metallic or elastomeric seals.
Scaled cask models are often used for providing the required mechanical and thermal tests series. Leak tests have been conducted on those models.
It is common practice to use scaled component tests to investigate the influence of deformations or displacements of the lids and the seals on the standard leakage rate as well as to study the temperature and time depending alteration of the seals.
In this paper questions and open points of the transferability of scaled test results to the fullscale design of the containment system will be discussed.
Due to high specific stiffness, fibre reinforced plastics are the dominant material group for the design of mobile pressure vessels. At the Federal Institute of Materials Research and Testing (BAM) aging process of composite pressure vessels is studied to be able to give more accurate lifetime predictions in future. Investigations are based on type III breathing air cylinders consisting of an aluminium tank which is fully wrapped with carbon fibre reinforced plastics. Goal is to detect changes of residual stresses over life time which directly affect fatigue strength. Within this paper an approach is presented to monitor residual stresses via an experimental modal analysis (EMA). First, the influence of changed stress conditions on modal parameters is analysed via a numerical study. Secondly, a test bench for an EMA is set up. To be able to analyse cylinders of different prestress condition, several specimens are prestress modified via high-temperature and high-pressure treatment. During modification processes, specimens are monitored via optical fibres to control prestress modifications. Through experimental measurements of the modified specimens via EMA changes in prestressing can be detected. Finally, validity and accuracy of the EMA is evaluated critically by comparing all numerically and experimentally obtained data.
Die BAM legt als zuständige Behörde die zusätzlichen Prüfanforderungen an die verwendeten Verpackungen/ Großverpackungen nach P 911 und LP 906 fest (Teil A dieser BAM-GGR).
Außerdem kann die BAM gemäß Sondervorschrift 376 davon abweichende alternative Verpackungs- und/oder Beförderungsbedingungen zulassen (Einzelfallfestlegung,Teil B dieser BAM-GGR).
Bei der Auswahl eines Standortes für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle (Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle und ausgediente Brennelemente) in Deutschland werden auf Grundlage des Standortauswahlgesetzes von 2017 die drei potenziellen Wirtsgesteine Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein in Betracht gezogen. Die Auswahl eines konkreten Endlagerstandortes steht dabei in engem Zusammenhang mit den für die jeweiligen Wirtsgesteine geeignet erscheinender Endlagersystemen. Zentraler Bestandteil dieser Endlagersysteme sind die Endlagerbehälter, deren Gestaltung und Auslegung maßgeblich die Randbedingungen für die Transport- und Einlagerungstechnik vorgibt und zudem die Nachweise zur Betriebs- und Langzeitsicherheit entscheidend prägt. Daher ist es für die Behälterentwicklung erforderlich, die an Endlagerbehälter zu stellenden Anforderungen systematisch herzuleiten. Auf dieser Grundlage können anforderungsgerechte Endlagerbehälter zielgerichtet für die jeweils zu untersuchenden Endlagerstandorte in unterschiedlichen Wirtsgesteinen entwickelt werden.
Dieser Beitrag fasst die wesentlichen Ergebnisse des von BAM und BGE TECHNOLOGY GmbH im Zeitraum 2017 bis 2020 bearbeiteten und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsvorhabens KoBrA zusammen, die in einem Abschlussbericht und vier zugehörigen Teilberichten umfassend dokumentiert sind.
Greenhouse gas emissions caused by human activities remain one of the most important subjects of international discussions. The routine gas flaring has been estimated to be responsible for as much as 1% of global carbon dioxide emission per year. Gas flaring analysis is one of the key-interest subjects in remote sensing community. Some of the existing publications use remote sensing techniques with satellite imagery to derive information about flame temperature and further about to estimate the volume of the flared gas. The often missing element is an in-situ measurement analysis of gas flames, combining signals recorded by a camera on-ground and data on flared gas volume, temperature and gas type. In order to address this problem, an experiment was conducted, in which the gas flame was recorded by thermal cameras on-ground, simultaneously to an aerial survey and the gas flow was measured at the same time on-ground. The measurement setup was designed in cooperation between Institute of Optical Sensor Systems of German Aerospace Center (DLR) and German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). Cameras recording in thermal and mid-wave IR wavelengths were used to record the burning gas on-ground and from the aerial survey. All the measurements have been compared and statistically analysed with respect to the recorded temperature. The purpose of the examination was to describe the signal changes in thermal imagery with respect to changes in energy, emitted by the burning process. This approach will allow for later calculation of the amount of energy in form of thermal radiation sent from the flame to the satellite.
BAM is the German Federal Institute for Materials Research and Testing and the competent authority for mechanical and thermal safety assessment of transport packages for spent fuel and high level waste. In context with safety assessment of RAM packages BAM performed numerous drop tests in the last decades. The tests were mostly accompanied by extensive and various measurement techniques especially by instrumented measurements with strain gages and accelerometers.
The procedure of drop testing and the resulting measurement analysis are the main methods to evaluate the safety against mechanical test conditions. Measurement techniques are dedicated to answer questions in regard to the structural integrity of a RAM package, the mechanical behaviour of the prototype as well as of its content under impact conditions.
Test results like deceleration-time functions constitute a main basis for the validation of assumptions in the safety analysis and for the evaluation of numerical calculations. In this context the adequate selection of accelerometers and measurement systems for the performance of drop tests is important. Therefore it is not only necessary to find suitable positions for the accelerometers at the test specimens, but also to consider technical boundary conditions as e.g. temperature. Accelerometers are widely used for the measuring of motion i.e. velocity or the displacement of the rigid cask body, vibration and shock events.
Acceleration measurements as well as their analysis are often very complex and extensive also because they are in turn embedded in complex drop test experiments having to consider difficult boundary conditions as for example very low specimen temperatures, large drop heights and sophisticated drop orientations of the specimen. In every case special instruments and adequate technical equipment is required to accelerations under these and transient shock conditions which are characterized in our case by impact times in the range of a few milliseconds up to perhaps 100 Milliseconds naturally depending on container design and drop test conditions as drop height and target.
The paper gives an overview of drop tests under kinematic aspects performed with RAM packages. Furthermore, experimental advancements of accelerometer instrumentation within drop testing, e.g. the characteristics and possibilities of accelerometers, behavior of accelerometers and various influence factors are shown.
At BAM, which is a federal institute for materials research and testing in Germany, it is one of our tasks to evaluate the safety of casks designed for transport and/or storage of radioactive material. This includes assessment of elastomeric seals applied in the casks. Besides examining the low-temperature behaviour and irradiation effects of elastomeric seals, it is our goal to estimate the service lifetime of the seals with regard to the requirements for long-term safety (40 years and more) of the containers. Therefore, we started an accelerated ageing programme with selected rubbers often used for seals (HNBR, EPDM and FKM) which are aged at four different temperatures (75 °C, 100 °C, 125 °C and 150 °C) up to five years. In order to assess sealability, O-rings were aged in compression by 25 % (corresponding to the compression during service) between plates as well as in flanges that allow leakage rate measurements. For comparison, uncompressed O-rings were aged as well. Further methods characterising seal performance are compression stress relaxation (CSR) reflecting the loss of sealing force of a compressed seal over time, and compression set (CS) which represents the recovery behaviour of a seal after release from compression. Additionally, material properties such as hardness, elastic modulus, glass transition temperature and viscoelastic loss factor as well as relaxation and recovery behaviour are examined in order to understand the underlying ageing mechanisms in each material. For obtaining results closely related to practical conditions, O-rings with a full-scale cord diameter of 10 mm were aged. However, this set-up can lead to heterogeneous aging caused by diffusion-limited oxidation (DLO) effects, resulting in distorted bulk properties such as compression stress relaxation and compression set. However, if DLO-affected data is excluded, extrapolations of CS data are possible using time-temperature shifts and Arrhenius graphs.
For selecting an appropriate end-of-lifetime criterion, leakage rate measurements were performed, since leakage rate is the only characteristic directly correlated to the performance of the sealing system. A significant increase in leakage rate was considered as the end of the lifetime. However, the O-rings remained leak tight under static conditions and even exhibited an improved, i.e. decreased leakage rate while other properties already indicated strong deterioration. These tests were extended by seal tests with fast partial decompression.
Overall an update will be given on the current investigations and results and the planned activities.
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.
Hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR) elastomer was thermo-oxidatively aged at different temperatures up to 150°C. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), compression stress relaxation (CSR) and IRHD microhardness were used to characterise the chemo-mechanical changes of HNBR O-rings during thermo-oxidative ageing. FTIR shows the development of carbonyl, methyl and ester groups but the nitrile content was not affected by ageing. The effect of sample geometry during CSR was investigated. CSR data were converted through integrated kinetic laws. The conversion has proven its sensibility to detect heterogeneous ageing. This was confirmed by the IRHD measurements across the section of O-rings. Oxidation profiles were determined by applying the model of Wise et al. to the IRHD experimental results.