BAM Forschungsberichtreihe
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254
In der Arbeit wird über Untersuchungen zur Bestimmung des Explosionsdruckes bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen berichtet. Mit welchem Explosionsdruck bzw. mit welcher daraus resultierenden Beanspruchung der Rohr- bzw. Behälterwand bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen gerechnet werden muss, hängt außer von der reaktionsfähigen Gasphase und dem Anfangsdruck auch ganz wesentlich von der Lage des Umschlagspunktes zur Detonation in dem jeweils betrachteten System ab. Bei Detonationen in Rohrleitungen müssen mit Bezug auf den Umschlagspunkt zur Detonation drei verschiedene Belastungsfälle beim Durchlaufen der Reaktionsfront und vier verschiedene Belastungsfälle bei der Reflexion der Reaktionsfront unterschieden werden, die zu unterschiedlich hohen Beanspruchungen an der Rohrwand führen. Bei Detonationen in Behältern müssen mit Bezug auf den Umschlagspunkt zur Detonation analog zu den vier Belastungsfällen bei Reflexion der Reaktionsfront am Rohrende vier verschiedene Belastungsfälle unterschieden werden, die zu unterschiedlich hohen Beanspruchungen an der Behälterwand führen. Zur Bestimmung des Explosionsdruckes bei Detonationen und den verschiedenen Belastungsfällen wurden drei verschiedene Messverfahren eingesetzt: - Bestimmung über die Verformung von Aluminiumblechscheiben und den für eine gleichgroße Verformungsarbeit erforderlichen statischen Vergleichsdruck (p"" nach der Berstscheibenverformungsmethode). - Bestimmung über die Verformung der Rohr- bzw. Behälterwand und den für eine gleichgroße Verformungsarbeit erforderlichen statischen Vergleichsdruck. - Bestimmung mit Hilfe einer Messkette aus Druckgeber, Verstärker und Speicheroszillograph. Die nach der Rohr- bzw. Behälterwandverformungsmethode bestimmten statischen Vergleichsdrücke sind die Explosionsdrücke, die für die Bemessung detonationsgefährdeter Rohrleitungen bzw. Behälter herangezogen werden können. Der Vergleich der Ergebnisse zeigt, dass bei Rohrleitungen DIN 20 und dem Belastungsfall "Durchlaufen einer stabilen Detonation bei stationären Bedingungen" der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck pm' und der nach der Rohrwand- verformungsmethode ermittelte statisch Vergleichsdruck etwa gleichgroß sind. Stationäre Bedingungen bedeutet hier, dass der Zustand des Frischgases beim Eintreffen der Reaktionsfront nicht mehr durch die beim Anlaufvorgang erzeugten und in das Frischgas vorgelaufenen Druckwellen verändert ist, d. h. stationäre Bedingungen in Bezug auf den Zustand der Gasphase. Beim Belastungsfall "Reflexion einer stabilen Detonation bei stationären Bedingungen" ist - zumindest bei Rohrleitungen DN 20 - der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck pm größer als der nach der Rohrwandverformungsmethode ermittelte statische Vergleichsdruck und beim Belastungsfall "Reflexion einer instabilen Detonation bei extrem instationären Bedingungen" ist er etwa dreimal so groß wie der nach der Rohrwandverformungsmethode ermittelte statische Vergleichsdruck. Die weitere Diskussion der Versuchsergebnisse deutet aber an, dass bei Rohrleitungen mit größeren Durchmessern auch beim Belastungsfall "Reflexion einer stabilen Detonation bei stationären Bedingungen" der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck etwa genauso groß sein müsste, wie der nach der Rohrwandverformungs-methode ermittelte statische Vergleichsdruck p'"at. Hier müssten zur Ergänzung auch Versuche mit einer Verformung von Rohren mit größerem Durchmesser ausgeführt werden. Bei Behältern ist der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck pma bei allen Belastungsfällen größer als der nach der Behälterwandverformungsmethode ermittelte statische Vergleichsdruck. Der Einfluss des Durchmessers auf den Explosionsdruck und die Beanspruchung von Rohrleitungen bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen wird näher untersucht. Auf die Beanspruchung von Schlauchleitungen bei detonativ verlaufenden Reaktionen und die daraus resultierenden Kriterien für deren Dimensionierung wird am Beispiel von Schlauchleitungen für Hochdruck-Acetylen eingegangen. Die Diskussion der Versuchs- ergebnisse führt schließlich auch noch auf eine neue Hypothese für die Ursache des Spins bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen in Rohrleitungen.
251
Zur Sicherung von Deponien und Altlasten mit dem Ziel eines langfristig wirksamen Grundwasserschutzes werden seit Mitte der 80er Jahre Kombinationsdichtungen (Verbund aus Kunststoffdichtungsbahn und mineralischen Dichtschichten) eingesetzt. Um deren Langzeitbeständigkeit auch unter extremen Bedingungen bewerten zu können, wurden Permeationsmesszellen, welche die Verhältnisse in der Deponie nachstellen und über einen Zeitraum von 12 Jahren mit einem Mehrkomponentengemisch konzentrierter organischer Verbindungen beaufschlagt worden waren, zerlegt und die Auswirkungen der Schadstoffpermeation auf die Abdichtungsmaterialien untersucht. Schwerpunkte der hier vorgestellten Arbeiten waren Untersuchungen: - zur Auswirkung der Permeation des Gemisches an organischen Verbindungen auf die Eigenschaften der Kunststoffdichtungsbahn, - zur vertikalen Verteilung der organischen Verbindungen in den mineralischen Dichtungen, - zu Veränderungen mineralogischer, mikromorphologischer und bodenmechanischer Eigenschaften der mineralischen Dichtungsmaterialien, - zu mikrobiellen Aktivitäten in den mineralischen Dichtungen. Daneben wurden Stofftransportparameter bestimmt und eine Modellierung des Stofftransportes durchgeführt. Die verschiedenen untersuchten Materialien der Kombinationsdichtungen erwiesen sich unter den extremen Bedingungen als ein stabiles und effizientes Abdichtungssystem.
240
Die sicherheitstechnische Auslegung von Behältern aus duktilem Gusseisen mit erhöhten Reststoffanteilen wird untersucht. Ausgehend von den zu gewährleistenden Anforderungen an Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Abfälle werden Referenzbeanspruchungs- situationen definiert. Für einen ausgewählten Referenzfall (bestehend aus der Kombination der Behälterbauart Gusscontainer Typ VI, einem Absturz aus 5 m Höhe auf ein hartes Endlagergestein simulierendes Betonfundament als repräsentativer Störfall und vorgegebenen Werkstoffeigenschaften) wird eine numerische Spannungsanalyse durchgeführt. Die Berechnungen erfolgen mit der Methode der finiten Elemente an dreidimensionalen Modellen, deren numerische Stabilität und Genauigkeit überprüft wird. Zur Berechnung der Behälterbeanspruchungen in Abhängigkeit vom Reststoffanteil werden dynamische Fließkurven für definiert legierte Testabgüsse angegeben.