Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen
Projekt
Die Zahl von Fahrzeugen mit Gasantrieb steigt. Die BAM entwickelt daher Untersuchungsverfahren für das unfallbedingte Versagen von Treibstoffbehältern bei unterschiedlichen Brand- und Explosionsszenarien.
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Projektlaufzeit
01.05.2015 - 30.06.2019
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Projektart
BAM eigenes Projekt
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Projektstatus
Geschlossen
Kurzbeschreibung
Das Projekt Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen (CoFi-ABV) untersucht in komplexen Brand- und Explosionsszenarien das unfallbedingte kritische Versagen von Behältern für alternative Treibstoffe in Fahrzeugen. Die Resultate sollen auch eine Grundlage für Handlungshilfen bilden, die Feuerwehrleute und Retter bei Unfällen oder Havarien zu Rate ziehen.
Ort
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Zweiggelände Horstwalde
An der Düne 44
15837 Baruth/Mark
Gegenstand
Die 11 kg Propangasflasche wird mit Benzin unterfeuert. Das führt hier im Versuch zum Versagen des Behälters und Flammenausbreitung.
Das Projekt Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen (CoFi-ABV) untersucht und bewertet die Auswirkungen beim unfallbedingten kritischen Versagen von Behältern für alternative Treibstoffe in Fahrzeugen (CNG, LPG, LNG, Wasserstoff). Ein Schwerpunkt liegt dabei auf komplexen Brand- und Explosionsszenarien.
Methodik
Im Rahmen des Projekts Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen (CoFi-ABV) führt die BAM auf Ihrem Testgelände Technische Sicherheit Versuchsreihen durch (auch Großversuche). Feldtaugliche Messtechnik wird in verschiedenen Szenarien erprobt und für bestimmte Einsatzzwecke weiterentwickelt. Die Versuche sind auch Grundlage für eine statistische Datenbasis, die u. a. für probabilistische Versagensprognosen genutzt werden kann.
Partner + Förderer
Das Projekt Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen (CoFi-ABV) ist ein BAM-finanziertes Projekt und wird ohne Drittmittel durchgeführt. Mehrere Fachbereiche sind beteiligt. Die BAM arbeitet in diesem Projekt u.a. eng mit der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV), der HFUK sowie mit der Berliner Feuerwehr zusammen.
Ziel
Ergebnisse des Projekts Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen (CoFi-ABV) sollen in Handlungshilfen für Feuerwehren und Retter einfließen. Daten aus den experimentellen Versuchen sollen eine solide Basis für probabilistische Versagensprognose bilden.
Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen (CoFi-ABV)
Die Akzeptanz von alternativen Kraftstoffen aus flüssigen oder komprimierten Gasen nimmt zu, da diese Kraftstoffe als sauber gelten. Alternative Kraftstoffe sind beispielsweise CNG (Compressed Natural Gas, Erdgas), LPG (Liquefied Petroleum Gas, „Autogas“), LNG (Liquefied Natural Gas) oder Wasserstoff. Im Gegensatz zu Tanks für Benzin oder Diesel müssen Tanks für alternative Treibstoffe als Druckbehälter ausgelegt und mit einer Sicherheitseinrichtung versehen sein, z. B. mit einem Überdruckventil. Dennoch kann der Tank bei Unfällen beschädigt werden, wodurch es zu Leckagen oder zu Beeinträchtigungen der Sicherheitseinrichtung kommen kann und Gas austritt. Explosionsfähige Brennstoff-Luftgemische sind die Folge. Eine Zündung dieser Gemische führt dann zu einer deutlichen Druck-, Temperatur- und Wärmestrahlung sowie zu massiven Trümmerwürfen. Für Rettungskräfte sind die Gefahren solcher Szenarien heute noch schwer abzuschätzen. Bisher lässt sich häufig nicht von außen erkennen, ob ein Fahrzeug mit einem alternativen Treibstoff betrieben wird. Insgesamt gibt es bisher nur wenige valide Daten. Auch existiert bisher kein praxistaugliches Instrument, mit dem Feuerwehren in solchen Fällen das austretende Gas zuverlässig aus sicherer Entfernung messen können.
Die BAM untersucht im Projekt „Complex Fires – Auswirkungen von Behälterversagen“ die Konsequenzen beim unfallbedingten Versagen von Behältern für alternative Kraftstoffe. Die Resultate sollen u.a. eine Grundlage für Handlungshilfen bilden, die Feuerwehrleute und andere Einsatzkräfte bei Unfällen oder Havarien zu Rate ziehen können. Daraus lassen sich u.a. Sicherheitsabstände für Einsatzkräfte und Passanten anpassen.
Praxisnahe Brand- und Explosionsszenarien
Bei Explosionstests sind große Sicherheitsabstände notwendig. Die BAM verfügt auf dem Testgelände Technische Sicherheit über entsprechende Möglichkeiten.
Die Brand- und Explosionsszenarien werden praxisnah, wirtschaftlich und reproduzierbar gestaltet. Dazu führten die BAM-Ingenieure und Techniker Vorversuche mit drei unterschiedlichen Unterfeuerungsmethoden durch: Holzfeuer, Gasfeuer sowie Poolfeuer mit Benzin. Sie ermittelten den effektiven Wärmeeintrag in die jeweiligen Prüfkörper, d. h. in die Gasflaschen oder Tanks. Das Poolfeuer erwies sich als am besten geeignet für die folgenden Großversuche mit Speicherbehältern für CNG, LPG und Wasserstoff. Die Auswirkungen des Tankversagens wurden untersucht und auch, wie sich Tanks mit unterschiedlichen Füllmengen an Treibstoff im Feuer verhalten. Nach dem Versagen der Behälter - den Explosionen - wurden Fragmentzahl und -masse, Wurfweiten und die Streumuster bestimmt.
Ein Ziel dieses Projekts ist es, Messtechnik für bestimmte Einsatzzwecke zu validieren und weiter zu entwickeln. Dafür setzen die Ingenieure mobile und robuste Messtechnik ein, die sich gut für den Feldeinsatz eignet. Eine mobile Flugplattform (UAV) wird für den Einsatz bei bestimmten Unfallszenarien erprobt. Dabei geht es z. B. darum, Methan aus der sicheren Distanz zu detektieren. Im Rahmen des Projektes wurde die Flugsteuerung programmiert. Datenschnittstellen, die Sensorintegration des Methanlasers sowie die CT--CT Computer Tomographie-basierte Datenauswertung wurden realisiert und werden kontinuierlich weiterentwickelt.
Ein zweites wichtiges Gefahrenszenario stellt der kontinuierliche Gasaustritt aus einem beschädigten Behälter dar. Hier kann sich das Gas mit der Umgebungsluft zu einer Gaswolke mischen. Bei einer Zündung kann dies zur Bildung eines Flammenballs führen. In Versuchsreihen werden die so genannten „unverdämmten“ Gaswolkenexplosionen systematisch untersucht.
Erste Ergebnisse
Die Sicherheitsabstände bei möglichem Behälterversagen wurden auf der Basis neuer Erkenntnisse im Hinblick auf Wurfweiten, Wärmestrahlung und Druck maßgeblich vergrößert. Hierzu wird ein erstes Merkblatt mit der DGUV--DGUV Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung erarbeitet, worin detailliert beschrieben ist, welche Gefahren beim Brand von Propangasflaschen entstehen können. Für die bisher untersuchten Treibstoffbehälter mit LPG, CNG und Wasserstoff sollen weitere Merkblätter folgen. Aus den Messdaten der Versuche entstand eine statistische Datenbasis, welche die Grundlage u.a. für die Erstellung einer probabilistischen Versagensprognose darstellen wird. Ergebnisse zu Versuchen mit LPG- und CNG-Tanks sind derzeit in der Auswertung. Die mobile Flugplattform wird weiterentwickelt und die Sensorik miniaturisiert.
Was passiert, wenn ein Auto mit Erdgastank explodiert?
Großversuch auf dem BAM TTS
Was passiert, wenn ein Erdgas-Auto bei einem Unfall in Brand gerät? Worauf müssen sich Rettungskräfte, die am Unfallort eintreffen, vorbereiten? Experten der BAM wollen diese Fragen beantworten und haben dazu auf dem Testgelände Technische Sicherheit (BAM TTS) solch ein Szenario simuliert.
Im Rahmen des Forschungsprojekts Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen (CoFi-ABV) wurden Ende November 2018 in einer Versuchsreihe insgesamt drei Autos mit Erdgastank in Brand gesetzt. Nachgestellt wurde das folgende spezielle Unfallszenario: Das gasbetriebene Fahrzeug kollidiert mit einem herkömmlichen, benzinbetriebenen Fahrzeug, ein Brand entsteht und gleichzeitig wird die Sicherheitseinrichtung des Gastanks außer Funktion gesetzt. Das kann beispielsweise durch eine unfallbedingte Deformation des Gastanks geschehen.
"Wir wollen herausfinden, mit welchen Folgen Rettungskräfte rechnen müssen, wenn sie an einem Unfallort eintreffen und dort Autos mit alternativen Antrieben, zum Beispiel Erdgas-Autos, involviert sind", erklärt Projektleiter Dr. Martin Kluge. "Unser Ziel ist es vor allem, aus den Erkenntnissen Empfehlungen abzuleiten, wie Rettungskräften sich besser schützen können." Das ist notwendig, weil sich bisher häufig nicht von außen erkennen lässt, ob ein Fahrzeug mit einem alternativen Treibstoff betrieben wird.
Die Brand- und Rauchentwicklung bis zur Explosion der Tanks wurde umfangreich dokumentiert, um herauszufinden, wie sich der Feuerball gestaltet, wie weit bei der Explosion Teile fliegen etc. Gemessen haben die Fachleute dazu beispielsweise die zeitlichen Veränderungen von Temperatur, Druck und Wärmestrahlung. Zusätzlich werten sie umfangreiches Foto- und Videomaterial aus und vermessen die Position der Fragmente mit einem GPS-basierten System.
Die untersuchten Szenarien stellen besondere Unfallbedingungen dar: "Jeder verbaute Gasbehälter ist standardmäßig mit einer Sicherheitseinrichtung ausgestattet, die in der Regel das katastrophale Versagen, also das Bersten des Behälters verhindern soll", so Martin Kluge. "Reale Unfälle zeigen aber, dass auch dieser "Worst-Case-Fall" auftreten kann." Einsatzkräften müssen daher die möglichen Auswirkungen und Gefahren kennen, damit sie sich bei der Arbeit schützen können.
Gasexplosionen: Mehr Sicherheit für Retter
2014 brennt ein Unfallautobei Bad Segeberg. Als die Feuerwehr zu löschen beginnt, explodiert der Gastank des Fahrzeugs. Die Explosion verletzt zehn Feuerwehrleute schwer. Hätten die Helfer von der Gefahr gewusst und die möglichen Auswirkungen gekannt, hätten sie notwendige Sicherheitsabstände besser einhalten können.
Messungen mit Infrarotkameras und Drohne
Um solche Gefahren zu minimieren, untersuchen Experten der BAM Worst-Case-Szenarien von Unfällen, bei denen die Gastanks von Fahrzeugen beschädigt werden und der Treibstoff freigesetzt wird. In Verbindung mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft und einer Zündquelle kann es so zu einer Explosion kommen. Fragestellungen, welche in diesem Zusammenhang geklärt werden sollen, sind u. a. mit welcher, für Menschen gefährlichen, Temperatur- und Druckwirkung im Falle einer Zündung zu rechnen ist. Um die Wärmestrahlung für derart hochdynamische Prozesse zu bestimmen, hat die BAM ein System aus mehreren Infrarotkameras entwickelt. Damit Einsatzkräfte austretendes Gas auch möglichst aus sicherer Entfernung detektieren können, wird aktuell ein Messsystem zur Bestimmung der Gaskonzentration in ein UAV (Unmanned Aerial Vehicle), auch Drohne genannt, implementiert und unter realitätsnahen Bedingungen getestet.
Verschiedenste Behälter für alternative Treibstoffe werden untersucht
In einem weiteren Schadensszenario werden die Auswirkungen betrachtet, wenn Behälter mit alternativem Treibstoff nicht versagen, jedoch unfallbedingt unterfeuert werden. In bisherigen Voruntersuchungen wurden dazu 15 handelsübliche Propangasflaschen unterfeuert und die Folgen (Druck, Temperatur, Wärmestrahlung und Trümmerwurf) dokumentiert. Es folgten systematische, zerstörende Großversuchsreihen in denen verschiedene Behälter (Stahltanks, Composite-Tanks) für alternative Antriebe, wie Liquefied Petroleum Gas (LPG), Compressed Natural Gas (CNG) und Wasserstoff unterfeuert wurden.
Ziel der BAM ist es, die Sicherheit beim Einsatz alternativer Treibstoffe allgemein zu erhöhen. So sollen aus den Versuchen von Dr.-Ing. Martin Kluge und seinem interdisziplinären Expertenteam gesammelten Erfahrungen, Sicherheitsempfehlungen für Unfallhelfer und Einsatzkräfte entwickelt werden.
Weitere Informationen zum Projekt "Complex Fires - Auswirkungen von Behälterversagen" finden Sie hier.
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Dr.-Ing. Martin Kluge
Die BAM ist eine wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde
im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.
