Analytische Chemie
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In einer Versuchsreihe im Realmaßstab wurden drei Flüssigwasserstofftanks (LH2) unterfeuert. Hierbei sollte unter anderem geklärt werden, ob es, analog zu druckverflüssigten Gasen, zu einem BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Cloud Explosion) kommen kann. Die Experimente wurden auf dem Testareal Wasserstoffsicherheit des Testgeländes Technische Sicherheit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM-TTS) im Rahmen einer Forschungskooperation zwischen der BAM und Gexcon, als Teil des SH2IFT-Programms durchgeführt. Es handelte sich um doppelwandige, vakuumisolierte Tanks von 1 m³ Volumen. Die zylindrischen Tanks unterschieden sich durch ihre Ausrichtung (horizontal oder vertikal) und das verwendete Isoliermaterial (Perlit oder Mehrschichtisolierung (MLI). Der Füllgrad der Tanks betrug bei jedem der durchgeführten Tests etwa 35-40 %. Die Brandlast wurde homogen durch ein propangasbetriebenes Brennersystem erzeugt. Gemessen wurden die Bedingungen im Behälter (Temperaturen und Druck) sowie äußere Randbedingungen und Auswirkungen beim Versagen (Wärmestrahlung, Druckwellen, Flammenballentwicklung und Fragmentierung). Mit Bolometern wurde die Wärmestrahlung gemessen, die sowohl durch das Propanfeuer als auch durch einen möglichen Feuerball/BLEVE erzeugt wurde. Zur Messung der durch das Bersten von Behältern/BLEVEs erzeugten Druckwellen wurden sog. Pencil-Probes verwendet. Des Weiteren wurden mehrere Kameras zur Überwachung der Experimente eingesetzt: Normalbildkameras, Infrarot (IR)-Kameras und Hochgeschwindigkeitskameras, sowohl bodengestützt als auch mittels einer Drohne. Zwei der untersuchten Tanks, ein horizontaler und der vertikale, die beide mit Perlit isoliert waren, hielten der Brandbelastung stand, ohne dass es zu einem Behälterversagen kam. Der mit MLI isolierte horizontale Behälter barst nach 1 Stunde und 6 Minuten und erzeugte dabei einen Feuerball, Trümmerflug und eine Druckwelle. Neben der Beschreibung der Auswirkungen eines kritischen Versagens eines LH2-Tanks sind weitere Ziele der Arbeit die Identifizierung kritischer Behälterzustände sowie die Erstellung eines umfassendes Datensatzes der Trümmer des geborstenen Tanks. Die größten Abstände für kritische Abstände ergaben sich durch Fragmentwurf. Hier sollen 3D-Scans für die Verwendung in CAD und FEM Anwendungen bereitgestellt werden. Umfassende Daten zu den Fragmentwurfweiten, -massen und -positionen wurden bereits publiziert. Damit soll die Voraussetzung geschaffen werden, um vorhandene Wurfweitenmodelle, die bisher nur für einschalige Behälter konzipiert wurden auf ihre Eignung für mehrschalige Behälter zu überprüfen oder mögliche Anpassungen anhand der realen Daten vornehmen zu können.
Zudem wurde damit begonnen die nicht geborstenen Tanks zu vermessen und zu zerlegen, um u.a. die Perlit-Schüttung auf Beeinträchtigungen durch den Transport und die Unterfeuerung zu untersuchen.
In einer Reihe von Experimenten wurden die möglichen Folgen der Freisetzung von verflüssigtem Wasserstoff (LH2) auf, bzw. unter Wasser untersucht. Die Experimente zielten darauf ab, eine unbeabsichtigte Freisetzung von LH2 (z.B. durch Schlauchabriss) insbesondere bei der Betankung eines Schiffes zu simulieren. Für verflüssigtes Erdgas (LNG) wurden dabei sog. RPT’s (rapid phase transition) nachgewiesen, bei denen die spontane Verdampfung relevante Druckwellen erzeugt. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass RPTs auch im Falle von LH2 möglich sind. Die Versuche wurden auf dem Testareal Wasserstoffsicherheit auf dem Testgelände Technische Sicherheit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM-TTS) in Horstwalde, im Rahmen einer Forschungskooperation zwischen der BAM und Gexcon im Rahmen des SH2IFT-Programms durchgeführt. Die LH2-Freisetzungen erfolgten direkt aus einem LH2-Tanklastwagen über eine lange, flexible, vakuumisolierte Transferleitung. Während die Freisetzung oberhalb und unterhalb der Wasseroberfläche jeweils vertikal orientiert war, wurde bei der Unterwasserfreisetzung zusätzlich eine horizontale Ausströmung, parallel zur Wasseroberfläche realisiert. Zur Bestimmung des Massenstromes, wurde ein Wägesystem unter dem Tankwagen eingesetzt. Spezielle Drucksensoren wurden verwendet, um die durch die Freisetzungsvorgänge erzeugten Stoßwellen sowohl im Wasser als auch in der Luft zu messen. Die Gaskonzentrationen über dem Wasserbecken wurden an verschiedenen Positionen gemessen. Hochgeschwindigkeits-, Infrarot- (IR) und normale Kameras wurden eingesetzt, um die Phänomenologie der Freisetzung aufzuzeichnen und das Verhalten der Gaswolke im Zeitverlauf zu verfolgen. Neben den fest installierten Systemen an Land, kamen auch Unterwasserkameras sowie eine Drohne mit Normal- und IR-Kameras zum Einsatz.
Zwei Wetterstationen wurden zur Messung von Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit während aller durchgeführten Tests eingesetzt. Des Weiteren kamen Bolometer zur Wärmestrahlungsmessung zum Einsatz. Zwar führten die Freisetzung zu einer hochturbulenten LH2/Wasser Mischzone, jedoch zu keinen nennenswerten Überdrücken durch RPT. Im Gegensatz dazu wurde unerwartet, aber reproduzierbar, eine Zündung der Gaswolke in freier Luft in einiger Entfernung von den Instrumenten und dem Ort der Freisetzung beobachtet. Die daraus resultierenden Gaswolkenexplosionen führten zu relevanten Überdrücken und zur Wärmeabstrahlung in die Umgebung.
Technische Regeln im Arbeitsschutz – wie TRBS für die Betriebssicherheitsverordnung und TRGS für die Gefahrstoffverordnung – sind nicht zwingendes Recht, sondern konkretisierende Empfehlungen mit Vermutungswirkung. In Gerichtsurteilen werden sie eher selten herangezogen. Wie diese – und Branchenregelungen von Verbänden – von der Rechtsprechung diskutiert werden, zeigt ein Urteil des Verwaltungsgerichts Münster.
As part of the development of a new standard testing procedure, a round robin study was conducted by six participating laboratories. This study involved the measurement of both the maximum explosion pressure and the maximum rate of pressure rise for hybrid mixtures comprising dust and vapor. Measurements were performed using a modified 20L-sphere. The primary objective of this collaborative effort was to assess the accuracy, reliability, and consistency of analytical and measurement methods across multiple laboratories, thereby increasing confidence in the obtained results. The method and protocol were developed as part of the NEX-HYS project and documented in a technical specification by the German Institute for Standardization Registered Association (DIN). The study revealed that precise pre-ignition pressure rise (PIPR) measurements and the use of a leak-free test apparatus significantly influenced the results of the measured maximum explosion pressure and maximum pressure rise rate.
For hazard assessment purposes, the dispersion of gases in complex urban areas is often a scenario to be considered. However, predicting the dispersion of heavy gases is still a challenge. In Germany, the VDI Guideline 3783, Part 1 and 2 is widely used for gas dispersion modelling. Whilst Part 1 uses a gauss model for calculating the dispersion of light or neutrally buoyant gases, Part 2 uses wind tunnel experiments to evaluate the heavier-than-air gas dispersion in generic built up areas. In practice, with this guideline, it is often not possible to adequately represent the existing obstacle configuration. To overcome this limitation, computational fluid dynamics (CFD) methods could be used. Whilst CFD models can represent obstacles in the dispersion area correctly, actual publications show that there is still further research needed to simulate the atmospheric flow and the heavy gas dispersion. This paper presents a modified k-ε-turbulence model that was developed in OpenFOAM v5.0 (England, London, The OpenFOAM Foundation Ltd Incorporated) to enhance the simulation of the atmospheric wind field and the heavy gas dispersion in built-up areas. Wind tunnel measurements for the dispersion of neutrally buoyant and heavy gases in built-up environments were used to evaluate the model. As a result, requirements for the simulation of the gas dispersion under atmospheric conditions have been identified and the model showed an overall good performance in predicting the experimental values.
Major accidents in the process industry often lead to the release of light or dense gases, which can mean a thread to employees, local residents or to the environment. Possible scenarios are therefore analyzed and evaluated in advance for approval issues. There is a trend, where simple empirical models are being replaced with more complex numerical models. Gaussian dispersion models or models based on dimensional analysis approaches are for example, increasingly replaced by CFD simulations. The main reason for this is the potentially higher accuracy. However, usually scenarios using sharp parameter values are calculated, since comprehensive consideration of parameter distributions via Monte Carlo or Latin Hypercube Sampling fails due to the numerical effort. This includes the risk that the influence of uncertainties on the simulation results is not taken into account. Response surface methods offer an alternative, with which the CFD problem can be mapped onto an algebraic surrogate model. If this is sufficiently precise, parameter sampling can also be carried out with the surrogate as well, as shown in some publications. Previous investigations only demonstrated the basic principle using trivial dispersion models. In this paper two realistic CFD simulations from the plant safety area are considered: VOC emissions from a storage tank and near-ground dense gas emissions. The entire procedure of response surface determination and parameter studies was automated and parallelized for high-performance-computing, and is carried out on the underlying CFD grids. For the CFD simulations as well as for all visualizations, the commercial software ANSYS CFX and the open source software OpenFOAM were used. The aim of this paper is to demonstrate the method using industry-relevant applications as well as to show how this can be used in practical engineering applications. The quality of surrogate modeling, the numerical effort and advantages that can result from the procedure are discussed as well as advantages which may result from taking parameter uncertainties into account in safety studies.
The publicly available document encapsulates the first version of the Catalogue of Services of the future EC4Safenano Centre (CoS 2019).
The CoS 2019 is structured in 12 Service Categories and 27 Service Topics, for each of the 12 categories considered. This architecture configures a 12 x 27 matrix that allows ordering the potential EC4Safenano offer in 324 types of services/groups of services.
Each type of service/group of services is described, in a simple and friendly way, by means of a specific service sheet: the EC4Safenano - Service Data Sheet (EC4-SDS). These EC4-SDSs allow structuring and summarizing the information of each service, providing the customer with a concise view of characteristics of the service and also the contact details with the service provider.
The CoS 2019 deploys a map of services consisting of a set of 100 EC4-SDSs, covering 7 of the 12 Service Categories and 17 of the 27 Service Topics.
The harmonization of services is visualized as a future necessary step in EC4Safenano, in order to strengthen the offer and provide added value to customers with a growing offer of harmonized services in future versions of the CoS.
The information contained in this document is structured in 3 main sections, as follows:
• Catalogue structure. This section describes in short the main characteristics of the CoS 2019.
• Catalogue content. This section represents the core part of the document and encapsulates the set of 100 SDSs displaying the offer proposed by the CoS 2019.
• Online Catalogue. This section describes the resources implemented by EC4Safenano to facilitate the on-line consultation of the CoS 2019 by customers and other interested parties.
The mixture of ammonium nitrate (AN) prills and fuel oil (FO), usually referred to as ANFO, is extensively used in the mining industry as a bulk explosive. One of the major performance predictors of ANFO mixtures is the fuel oil retention, which is itself governed by the complex pore structure of the AN prills. In this study, we present how X-ray computed tomography (XCT), and the associated advanced data processing workflow, can be used to fully characterise the structure and morphology of AN prills. We show that structural parameters such as volume fraction of the different phases and morphological parameters such as specific surface area and shape factor can be reliably extracted from the XCT data, and that there is a good agreement with the measured oil retention values. Importantly, oil retention measurements (qualifying the efficiency of ANFO as explosives) correlate well with the specific surface area determined by XCT. XCT can therefore be employed non-destructively; it can accurately evaluate and characterise porosity in ammonium nitrate prills, and even predict their efficiency.
Ammonium nitrate (AN) prills are commonly used as an ingredient in industrial explosives and in fertilisers. Conventional techniques (such as BET or mercury intrusion porosimetry) can measure the open porosity and specific surface area of AN prill, but the closed porosity is not obtainable. This work was focused on evaluating X-ray computed tomography (XCT) as a non-destructive technique for the assessment of porosity in AN prills. An advanced data processing workflow was developed so that the segmentation and quantification of the CT data could be performed on the entire 3D volume, yet allowing the measurements (e.g.; volume, area, shape factor…) to be extracted for each individual phase (prill, open porosity, closed porosity) of each individual prill, in order to obtain statistically relevant data. Clear morphological and structural differences were seen and quantified between fertiliser and explosive products. Overall, CT can provide a very wide range of parameters that are not accessible to other techniques, destructive or non-destructive, and thus offers new insights and complementary information.
Ammonium nitrate (AN) prills are commonly used as an ingredient in industrial explosives and in fertilisers. Conventional techniques (such as BET or mercury intrusion porosimetry) can measure the open porosity and specific surface area of AN prill, but the closed porosity is not obtainable. This work was focused on evaluating X-ray computed tomography (XCT) as a non-destructive technique for the assessment of porosity in AN prills. An advanced data processing workflow was developed so that the segmentation and quantification of the CT data could be performed on the entire 3D volume, yet allowing the measurements (e.g.; volume, area, shape factor…) to be extracted for each individual phase (prill, open porosity, closed porosity) of each individual prill, in order to obtain statistically relevant data. Clear morphological and structural differences were seen and quantified between fertiliser and explosive products. Overall, CT can provide a very wide range of parameters that are not accessible to other techniques, destructive or non-destructive, and thus offers new insights and complementary information.
Background: We deal with interlaboratory experiments (collaborative studies) in which k participating laboratories, selected randomly from a population of laboratories, use samples from one and the same material or matrix. They perform binary microbiological measurements for which the measurement results are either “0” (target microorganisms not detected) or “1” (target microorganisms detected). The performance of such a measurement method is described by its probability of detection (POD) function, i.e., the POD as a function of the contamination of the sample (CFU per gram or CFU per milliliter), or by the level of detection (LODp), i.e., the contamination level of the sample that is detected (measurement result “1”) with a specified probability p. Objective: We derive an approximate statistical analysis that is simple enough to be implemented in a spreadsheet application.
Methods: Under the assumption of a Poisson distribution of the number of CFU in the samples, we estimate the mean POD function of the laboratories and the SD of the laboratory effect based on a complementary log-log model, a special case of the Generalized Linear Model in the special situation in which the contamination level is known by means other than the POD. The estimates are obtained by maximization of the Laplace approximation of the likelihood function. By simulation, a bias correction factor for the estimate of the SD is obtained. With the estimated POD function, LODs can be estimated. The model can also be used to evaluate the relative LOD of an alternative method with repect to a reference method.
Results: The EXCEL program PODLOD-interlab_ver1.xls for this method of statistical analysis can be downloaded from http://www.wiwiss.fu-berlin.de/fachbereich/vwl/iso/ehemalige/wilrich.
Highlights: A simple approximate statistical method for the estimation of the POD and LOD is derived. The method also allows the estimation of the RLOD of an alternative Microbiological Methods Received December 11, 2018. Accepted by AH April 5, 2019. Estimation of the POD Function and the LOD of a Binary Microbiological Measurement Method from an Interlaboratory Experiment Basil Jarvis, Ross Biosciences Ltd, Upton Bishop, Ross-on-Wye HR9 7UR, United Kingdom; Cordula Wilrich, Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung, Unter den Eichen 87, D-12205 Berlin, Germany; Peter-Theodor Wilrich, Freie Universität Berlin, Institut für Statistik und Ökonometrie, Garystrasse 21, D-14195 Berlin, Germany.
DOI: https://doi.org/10.5740/jaoacint.18-0412
method with respect to reference method. The method is implemented in an EXCEL program that can be downloaded from http://www.wiwiss.fu-berlin.de/fachbereich/vwl/iso/ehemalige/wilrich.
Die BAM ist nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg wissenschaftlich tätig. Von der sicheren und effizienten Wasserstofferzeugung (POWER-to-GAS), über die (Zwischen-)Speicherung von Wasserstoff in Druckgasspeichern bis hin zum Transport bspw. mittels Trailerfahrzeug zum Endverbraucher.
Komplettiert werden die Aktivitäten der BAM durch die sicherheitstechnische Beurteilung von wasserstoffhaltigen Gasgemischen, die Verträglichkeitsbewertung von Werkstoffen bis hin zur Detektion von Wasserstoffkonzentrationen über geeignete Sensorik, auch mittels ferngesteuerter Messdrohnen (sog. UAV-Drohnen).
Zudem untersucht die BAM proaktiv Schadensrisiken und Unfallszenarien für die Sicherheitsbetrachtung, um mögliche Schwachstellen aufzeigen und potenzielle Gefährdungen erkennen zu können.
In this paper, we present an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS) combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile octocopter. The TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements but no information regarding the distance traveled by the laser diode's beam or the distribution of the gas along the optical path. We complemented the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from these integral concentration measurements. To allow for a rudimentary ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present first results showing the 2D plume reconstruction capabilities of the system under realistic conditions.
Um ein tieferes Verständnis über die Schallemission bei der Entstehung und Ausbreitung von Rissen in Stahlrohrleitungen zu erlangen, wurde ein Stahlrohr der Güte S355J2H im Vierpunkt-Biegeversuch quasistatisch bis hin zum Wanddurchbruch (Leckage) belastet und mittels Schallemissionsmessung und Gleichstrompotentialmessung überwacht. Das Rohrsegment wurde durch einen 90°- Außenumfangskerb in der Mitte der Rohrlänge definiert vorgeschädigt, um davon ausgehend ein stabiles Risswachstum zu induzieren und die Analyse von Schallemission aus Rissereignissen, die am Kerb eintraten, sicherzustellen. Für die Schallemissionsmessung wurden vier Breitbandsensoren max. 105 mm vom Kerb entfernt montiert. Die Signalaufzeichnung erfolgte kontinuierlich und schwellwertunabhängig. Für die Gleichstrompotentialmessung wurde ein Gleichstrom von 300 A eingeleitet und der Potentialabfall über dem Kerb mit fünf Sonden entlang des Kerbs gemessen. Beide Messverfahren identifizieren die Rissinitiierung sowie Veränderungen im Risswachstum. Die detektierten Schallemissionsereignisse werden, unter Berücksichtigung spektraler Eigenschaften, mit fortschreitender Belastung und Rissentwicklung analysiert. Diese Studien wurden im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojekts AGIFAMOR, Aging infrastructure - Faseroptisches Monitoring von Rohrleitungen, an der BAM durchgeführt.
Um ein tieferes Verständnis über die Schallemission bei der Entstehung und Ausbreitung von Rissen in Stahlrohrleitungen zu erlangen, wurde ein Stahlrohr der Güte S355J2H im Vierpunkt-Biegeversuch quasistatisch bis hin zum Wanddurchbruch (Leckage) belastet und mittels Schallemissionsmessung und Gleichstrompotentialmessung überwacht. Das Rohrsegment wurde durch einen 90°- Außenumfangskerb in der Mitte der Rohrlänge definiert vorgeschädigt, um davon ausgehend ein stabiles Risswachstum zu induzieren und die Analyse von Schallemission aus Rissereignissen, die am Kerb eintraten, sicherzustellen. Für die Schallemissionsmessung wurden vier Breitbandsensoren max. 105 mm vom Kerb entfernt montiert. Die Signalaufzeichnung erfolgte kontinuierlich und schwellwertunabhängig. Für die Gleichstrompotentialmessung wurde ein Gleichstrom von 300 A eingeleitet und der Potentialabfall über dem Kerb mit fünf Sonden entlang des Kerbs gemessen. Beide Messverfahren identifizieren die Rissinitiierung sowie Veränderungen im Risswachstum. Die detektierten Schallemissionsereignisse werden, unter Berücksichtigung spektraler Eigenschaften, mit fortschreitender Belastung und Rissentwicklung analysiert. Diese Studien wurden im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojekts AGIFAMOR, Aging infrastructure - Faseroptisches Monitoring von Rohrleitungen, an der BAM durchgeführt.
In this paper, we present an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS) combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile octocopter. The TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements but no information regarding the distance traveled by the laser diode's beam or the distribution of the gas along the optical path. We complemented the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from these integral concentration measurements. To allow for a rudimentary ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present first results showing the 2D plume reconstruction capabilities of the system under realistic conditions.
In this paper, we present an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS) combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile octocopter. The TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements but no information regarding the distance traveled by the laser diode's beam or the distribution of the gas along the optical path. We complemented the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from these integral concentration measurements. To allow for a rudimentary ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present first results showing the 2D plume reconstruction capabilities of the system under realistic conditions.
Leaking methane (CH4) from infrastructures, such as pipelines and landfills, is critical for the environment but can also pose a safety risk. To enable a fast detection and localization of These kind of leaks, we developed a novel robotic platform for aerial remote gas sensing - the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS).