HICON – Hydrogen Ignition Control Experimental Campaign 3: Mechanical Impacts
Projekt
Schlaghebel mit Quarzgestein-Schlagbolzen auf einer Schlagplatte aus Beton mit eingebettetem Quarzgestein vor einem Schlagversuch in der BAM-Schlagfunkenapparatur mit einem explosionsfähigen Gasgemisch aus Wasserstoff und Luft zur Untersuchung der Zündwirksamkeit des mechanischen Schlags.
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Projektlaufzeit
06.09.2024 – 30.06.2026
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Projektart
Verbundforschungsprojekt
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Projektstatus
Laufend
Kurzbeschreibung
Im Projekt wird durch Experimente eine valide Datenbasis geschaffen, um die Wirksamkeit von potenziellen Zündquellen unter möglichst realistischen Bedingungen statistisch auszuwerten und verschiedene Einflüsse besser zu verstehen. Die Ergebnisse werden genutzt, um bestehende Risikomodelle für Erdgasanlagen zu auf Wasserstoffanlagen zu übertragen.
Ort
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
Gegenstand
Präparierte Prüfmuster für die Bestimmung der Zündwahrscheinlichkeit von Gasgemischen bei Schlagvorgängen: Gestein-Schlagbolzen.
Mechanische Schlagvorgänge gehören zu den relevantesten Zündquellen bei potenziellen Explosionsereignissen in der Praxis, vor allem im Falle von Wasserstoffanlagen. In dem Projekt wird die Zündwirksamkeit dieser Zündquelle experimentell untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf Schlagvorgängen mit Gesteinen und aufgewirbeltem Kies sowie mit verunreinigten Oberflächen, z.B. mit Ölen oder Sanden. Die Ergebnisse erhöhen den Kenntnisstand der mechanisch erzeugten Funken und unterstützen die Übertragung von entsprechenden Risikomodellen für Erdgasanlagen auf Wasserstoffanlagen.
Ziel
Das Ziel des Projektes ist es eine Datenbasis zu schaffen, um die Zündwirksamkeit bei Schlagvorgängen mit bisher weniger untersuchten Werkstoffpaarungen einschätzen zu können, die aber für die Praxis relevant sind. Dadurch können bei der Risikobeurteilung von Wasserstoffanlagen Maßnahmen getroffen werden, um Schlagvorgänge mit bestimmten Materialien zu verhindern und ggf. Risikomodelle für Wasserstoffanlagen angepasst werden.
Methodik
Es werden spezielle Prüfmuster entwickelt, um reproduzierbare und vergleichbare Schlagvorgänge mit Gesteinen und mit verunreinigten Oberflächen zu ermöglichen. Mit diesen Prüfmustern werden die relativen Häufigkeiten der Entzündung experimentell in einer Schlagfunkenapparatur bestimmt und die Zündwirksamkeit von verschiedenen Kombinationen statistisch ausgewertet. Auf dieser Grundlage können zum einen qualitative Aussagen zu ungeeigneten Materialien getroffen werden und zum anderen die Anpassung bestehender quantitativer Risikomodelle unterstützt werden.
Partner + Förderer
Das Projekt HICON wird vom Research Council of Norway gefördert. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM vom Projektkonsortium mit der Projektverantwortlichen Safetec Nordic AS mit dem Teilprojekt „Experimental Campaign 3 – Mechanical Impacts“ beauftragt.
Risikomodelle, die in der Öl- und Gasindustrie aufgrund der langjährigen Erfahrung und empirischen Datenbasis etabliert sind, müssen angepasst werden, damit sie auf Wasserstoffanwendungen übertragen werden können. Im Projekt HICON („Hydrogen Ignition Control“) sollen relevante Zündmechanismen für Wasserstoff experimentell untersucht werden, um die Voraussetzungen und Einflussfaktoren für eine wirksame Entzündung besser zu verstehen, Zündwahrscheinlichkeiten in Risikomodellen sowohl quantitativ als auch qualitativ genauer erfassen zu können und geeignete Schutzmaßnahmen zu implementieren.
Im BAM Teilprojekt „EC 3: Mechanical Impacts“ liegt der Fokus auf dem mechanischen Schlag als Zündquelle. In früheren Arbeiten wurde der mechanische Schlag v.a. im Kontext des betrieblichen Explosionsschutzes untersucht. Dabei wurde z.B. der Einfluss verschiedener Materialpaarungen auf die Zündwirksamkeit beim mechanischen Schlag untersucht, um geeignete, möglichst funkenarme Materialien für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zu identifizieren. Der Schwerpunkt waren daher v.a. homogene metallische Materialpaarungen.
Für die Beurteilung von Zündwahrscheinlichkeiten in Risikomodellen, müssen vor allem auch mechanische Schläge mit Objekten außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen berücksichtigt werden.
Präparierte Prüfmuster für die Bestimmung der Zündwahrscheinlichkeit von Gasgemischen bei Schlagvorgängen: mit Quarzsand beschichtete Schlagplatte.
Ziele und Arbeitspakete:
Im Rahmen des HICON Teilprojektes EC 3 werden mechanische Schlagvorgänge mit Materialpaarungen experimentell untersucht, die bisher weniger gut untersucht sind, aber unter Realbedingungen bei Unfallereignissen durchaus auftreten können. Zum einen werden die Zündwahrscheinlichkeiten bei Schlagvorgänge mit verschiedenen Gesteinen bestimmt, die in der industriellen Praxis z.B. beim Aufwirbeln von Kiesbetten entstehen können. Zum anderen wird der Einfluss von kontaminierten Oberflächen (z.B. mit Öl oder Sanden,), die in der Praxis nicht immer auszuschließen sind, auf Zündwahrscheinlichkeiten beim mechanischen Schlag untersucht.
Für die experimentellen Untersuchungen werden spezielle Prüfmuster (Schlagbolzen, Schlagplatten etc.) hergestellt, die in eine Schlagfunkenapparatur eingebaut werden können. Die Schlagfunkenapparatur ermöglicht die Generierung von reproduzierbaren mechanischen Schlägen mit definierter mechanischer Schlagenergie in einer geschlossenen Kammer, die mit einem beliebigen Gasgemisch gefüllt werden kann. Aufgrund des erhöhten Aufwands beim Einsatz der speziell angefertigten Prüfmuster ist die Begrenzung der Anzahl an Versuchen bei gleichzeitiger Gewährleistung der statistischen Validität der Aussagen eine besondere Herausforderung.
Die Ergebnisse ermöglichen einen qualitativen Vergleich verschiedener Einflussgrößen und sollen durch die Projektpartner für die Weiterentwicklung bestehender Risikomodelle genutzt werden.
Projektpartner
Fachbereich Sicherheit von Energieträgern
Safetec Nordic AS (Projektverantwortlicher), Proactima AS, Vysus Norway AS, Equinor Energy AS, Gassco AS, Gen2 Energy AS, Vår Energi ASA, Aker Horizons Asset Development AS, Yara Clean Ammonia Norge AS, DSB
Förderung
Das Projekt HICON wird vom Research Council of Norway gefördert (Projektnummer 346627). Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM wurde vom Projektkonsortium mit dem Teilprojekt „Experimental Campaign 3 – Mechanical Impacts“ beauftragt.
Die BAM ist eine wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde
im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.
