DE3447073C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Flüssiggas-Tanks nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Flüssiggastanks enthalten in einem Teil ihres Volumens Gas in flüssiger Form, während das Restvolumen mit der gasförmigen Phase ausgefüllt ist. Wenn bei derartigen Flüssiggastanks die Temperatur ansteigt, erhöht sich der Druck im Tankbehälter. Um den Tankdruck unterhalb eines zulässigen Grenzwertes zu halten, sind die Tank­ behälter mit einem Sicherheitsventil ausgestattet, das bei zu hohen Tankdrücken Gas in die Atmosphäre ablei­ tet. Wenn in der Nähe des Tankbehälters ein Feuer aus­ bricht, kann die entstehende relativ große Gasmenge zwar über ein entsprechend dimensioniertes Sicherheits­ ventil abgeblasen werden, aber der Werkstoff der Tank­ wandung im oberen Behälterbereich, der nicht mit Flüs­ siggas benetzt ist und somit auch nicht gekühlt wird, heizt sich so weit auf, daß seine Festigkeitswerte stark abfallen. Daher besteht die Gefahr des Berstens des Tankbehälters auch unterhalb des zulässigen Betriebsdruckes mit der Folge einer explosionsartigen Verbrennung des Gases. Der­ artige Explosionen haben in der Vergangenheit bereits zu erheblichen Katastrophen geführt.

Es ist bekannt, Flüssiggastanks mit einer Sicherheits­ einrichtung auszustatten, die im Falle eines ausbre­ chenden Feuers den Tankbehälter mit Wasser berieselt. Eine solche Wasserberieselung hat jedoch den Nachteil, daß Teile des Wassers bereits verdampfen, bevor sie auf die Tankoberfläche gelangen und diese in der beabsich­ tigten Weise kühlen können. Die Berieselung wird daher in bestimmten Feuerfällen nur eine unzureichende Schutzmaßnahme darstellen.

DE-AS 10 88 876 beschreibt ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1, bei welchem bei Auf­ treten eines kritischen Zustandes an einem Flugzeug­ tank flüssiges Inertgas in den Tank eingeleitet wird, wenn der Innendruck des Tanks zu niedrig wird. Dadurch soll erreicht werden, daß der Innendruck selbsttätig und unabhängig vom Druck der Umgebung auf einem be­ stimmten Wert oberhalb des Umgebungsdrucks gehalten wird, wodurch ausgeschlossen wird, daß die Außen­ atmosphäre in den Kraftstoffbehälter eindringen kann. Ferner wird erreicht, daß der an einem Flugzeug an­ gebrachte Kraftstoffbehälter, falls das Flugzeug seine Flughöhe verringert, nicht durch den Druck der Außen­ atmosphäre zusammengedrückt werden kann. Bei dem be­ kannten Verfahren geht es also darum, die Druck­ differenz zwischen dem Innendruck des Tanks und dem Atmosphärendruck in gewissen Grenzen konstant zu halten, um ein Kollabieren des Tanks zu verhindern. Mit derartigen Maßnahmen kann eine Explosion eines Flüssig­ gas-Tanks im externen Brandfall nicht verhindert werden.

FR-OS 24 55 237 beschreibt einen Reaktor zur Ver­ arbeitung von Ethylen. An den Reaktor ist ein Kollektor angeschlossen, der auf seinem Boden ein Wasserbad ent­ hält. Im Brandfall brechen Berstscheiben, so daß Ethylen in den Kollektor eintritt, wo es gleichzeitig aus Düsen mit Wasser besprüht wird. Durch das Besprühen mit Wasser soll erreicht werden, daß entflammbares Ethylen in die Atmosphäre entweicht. Ein geschlossener Tank, der Flüssiggas enthält, ist hierbei nicht vorhanden. Vielmehr wird das austretende Ethylen mit Wasser besprüht.

DE-OS 21 23 084 beschreibt das Löschen von flüssigem Treibstoff, der im Inneren eines Tanks brennt, durch Einleiten von flüssigem Stickstoff, der über dem Feuer versprüht wird. Dadurch soll der Brand ausgeblasen werden, wobei unterstützend eine Kühlung durch den zugeführten Stickstoff erfolgt. Ein derartiges Löschen eines Feuers im herkömmlichen Sinn durch Ausblasen mit nichtbrennbarer Flüssigkeit ist ebenfalls nicht ge­ eignet, einen Flüssiggas-Tank vor dem Explodieren zu schützen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das im Falle eines ausbrechenden Feuers in der Umgebung eines Flüssiggas-Tanks einen wirksamen Schutz gegen das Bersten des Tanks infolge zu starker Erwärmung seiner Wände bietet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Merkmalen.

Durch das Hineindrücken von Wasser in den Tankbehälter wird - neben der Kühlwirkung - erreicht, daß die Tank­ wandung stets mit Flüssigkeit benetzt und damit aus­ reichend gekühlt wird. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Wasserquelle durch ein geschlossenes Leitungssystem mit dem Tankbehälter verbunden ist, so daß kein Wasser verdampfen kann, wie dies bei äußerer Berieselung der Fall ist. Die Kühlkapazität des Wassers wird somit voll ausgenutzt und auf den Behälter über­ tragen. Die Wasserquelle ist über ein im Auslösefall öffnendes Einlaßventil an den unteren Bereich des Tank­ behälters angeschlossen. Das Wasser gelangt hierbei in den unteren Bereich des Tankbehälters. Da ein Feuer, das in der Umgebung des Tankbehälters aufgetreten ist, vornehmlich auf den unteren Bereich dieses Tankbehäl­ ters einwirkt, setzt die Kühlung an derjenigen Stelle ein, an der die größte Erhitzung aufgetreten ist.

Das Ziel der Wasserflutung es es, den gesamten brenn­ baren Behälterinhalt über das Sicherheitsventil relativ gefahrlos für die Umgebung abbrennen zu lassen, um so ein Bersten des Behälters mit katastrophalen Auwirkun­ gen zu verhindern.

Durch die Flutung des Tankbehälters mit Wasser kann der Schutz des Behälters gegen Umgebungsfeuer in 2 Stufen gewährleistet werden.

1. Stufe: (Die Wasserflutung verhindert ein Abblasen von Flüssiggas durch das Sicherheitsventil)

Wegen der höheren Dichte des Wassers wird zunächst der untere Bereich des Behälters beaufschlagt. Aufgrund der relativ großen Artwärme des Wassers wird dieses für eine gewisse Zeit die durch eine Unterfeuerung zuge­ führte Wärmemenge absorbieren und eine Verdampfung des Flüssiggases mit einer schnellen Drucksteigerung im Behälterinnenraum verhindert. Über ein Auslaßventil kann das erwärmte Wasser abgeführt werden, während kaltes Wasser über das Einlaßventil nachgespeist wird.

Ohne diese Wasserflutung würde das Sicherheitsventil ansprechen, und das ausströmende Gas sich durch das Umgebungsfeuer entzünden. Die Strahlungswärme dieser Brandfackel würde die Behälterwandung um das Sicher­ heitsventil in unzulässiger Weise erwärmen, mit der Folge, daß die Festigkeitswerte des Tankwerkstoffes hier schnell zurückgehen würden und der Behälter an dieser Stelle aufreißen würde. Es würde also zu einer Flüssiggasexplosion kommen, selbst wenn Teile der Be­ hälteroberfläche in größerer Entfernung von dem Sicherheitsventil durch das Umgebungsfeuer noch nicht in unzulässiger Weise aufgeheizt wurden, beispielsweise weil sie durch eine Berieselungsanlage gekühlt werden.

2. Stufe: (Die Wasserflutung verhindert eine Aufheizung des Tankmantels im oberen Behälterbereich)

Wenn es, beispielsweise wegen der Intensität des Um­ gebungsfeuers, in der Stufe 1 nicht gelingt, das Ab­ blasen des Sicherheitsventils zu verhindern, wird das Auslaßventil geschlossen und der Behälter gänzlich mit Flüssigkeit aufgefüllt. Dadurch erreicht man, daß die Gasphase aus dem oberen Behälterbereich durch das Sicherheitsventil herausgedrückt wird, und die flüssig­ keitsbenetzte Tankwandung ausreichend gekühlt wird.

Selbst wenn es nicht gelingen würde, das Austreten von flüssigem Flüssiggas aus dem Sicherheitsventil zu ver­ hindern, würde dies die ohnehin herrschende Krisen­ situation bei einem Umgebungsfeuer nicht verschlimmern. Je nach Ausbildung der Abblaseleitung hinter dem Sicherheitsventil wird flüssiges Flüssiggas auf die Be­ hälteroberfläche laufen, hier verdampfen und abbrennen. Dabei wird ein Teil der erforderlichen Verdampfungs­ wärme dem Werkstoff des Behälters entzogen, d. h. es tritt eine Kühlwirkung ein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein im unteren Tankbereich vorgesehenes Auslaß­ ventil nach dem Einleiten des Wassers verzögert ge­ öffnet. Das erwärmte Wasser verbleibt nicht im Tank­ behälter, sondern strömt von dem Einlaß zu dem entfernt liegenden Auslaß, so daß stets kaltes Wasser nachläuft. Da Flüssiggas ein geringeres spezifisches Gewicht hat als Wasser, schwimmt es auf dem zugeführten Wasser. Das Wasser kann also im unteren Tankbereich vom Einlaß­ ventil zum Auslaßventil fließen, ohne daß Flüssiggas aus dem Tank ausströmt. Das Wasser zirkuliert durch den unteren Tankbereich hindurch.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Tankbehälter im Brandfall mit kühlender Flüssigkeit vollgehalten wird. In Grenzfällen wird über das Sicherheitsventil Flüssigkeit mitgerissen, die dann auf der Behälterober­ fläche verdampft und abbrennt. Durch die Verdampfung wird der Behälter zusätzlich gekühlt.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 wird erreicht, daß im Brandfall der gesamte Flüssiggasinhalt des Tankbehälters relativ gefahrlos über das Sicherheits­ ventil abgelassen wird, um zu verbrennen, ohne daß es zur Katastrophe, nämlich zum Bersten des Behälters mit einer explosionsartigen Verbrennung (Feuerball) des gesamten Behälterinhaltes kommt.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines zylindrischen Tank­ behälters mit der Einrichtung zur Wasserflu­ tung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Tankbehälter der Fig. 1 und

Fig. 3 einen kugelförmigen Tankbehälter.

Der zylindrische Tankbehälter, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, dient zur Lagerung von Flüssiggas, wobei in seinem unteren Bereich die Füssigphase und im oberen Bereich die Gasphase enthalten ist. Am oberen Ende des Tankbehälters 10 befindet sich ein Sicher­ heitsventil 11, das in Abhängigkeit vom Tankdruck öff­ net, um Gas in die Umgebung abzulassen, damit im Tank­ behälter 10 kein unzulässig hoher Druck entsteht.

Die Sicherheitseinrichtung zur Wasserflutung weist ein Einlaßventil 12 auf, das eine Wasserquelle 18 bei­ spielsweise in Form eines Wassertanks mit dem Tank­ behälter 10 verbindet. Die vom Einlaßventil 12 kommende Leitung mündet an dem einen Ende des Tankbehälters 10 von unten her in diesen Tankbehälter ein. An dem ande­ ren Ende des Tankbehälters 10 kann an der Bodenwand ein Auslaßventil 13 vorgesehen werden.

Die Ventile 12 und 13 enthalten entweder Schmelzsiche­ rungen, so daß sie bei Überschreiten einer bestimmten Umgebungstemperatur selbsttätig öffnen, oder sie sind von einem Brandsensor 14 gesteuert. Auch eine manuelle Öffnung der Ventile ist möglich. Wenn in der Umgebung des Tankbehälters 10 Feuer auftritt, öffnet das Ventil 12. Dadurch fließt Wasser von der Wasserquelle 18 in den Tankbehälter 10 hinein. Das Flüssiggas 16 schwimmt wegen seines geringeren spezifischen Gewichts auf dem Wasser 15 (Fig. 2). Das Wasser 15 kann in Längsrichtung durch den Tankbehälter hindurch vom Einlaßventil 12 zum Auslaßventil 13 strömen, wenn dieses geöffnet wird. Es kühlt dabei den unteren Bereich des Tankbehälters, vermeidet einen hohen Wärmefluß in das Flüssiggas und vermindert so die Verdampfungsmenge.

Vorzugsweise ist das Auslaßventil 13 so ausgebildet, daß es gegenüber dem Einlaßventil 12 verzögert öffnet. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Zeit­ funktion des Brandsensors 14 geschehen oder dadurch, daß die Schmelzsicherung des Auslaßventils 13 bei einer höheren Temperatur öffnet als diejenige des Einlaßven­ tils 12. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Auslaßventil 13 erst öffnet, wen im unteren Bereich des Tankbehälters 10 genügend Wasser 15 vorhanden ist.

Fig. 3 zeigt die Anordnung des Einlaßventils 12 und des Auslaßventils 13 bei einem kugelförmigen Tankbehälter 10. Das Einlaßventil 12 ist am untersten Punkt des Tankbehälters 10 angeordnet, während das Auslaßventil 13 etwas höher angeordnet ist. Wenn eine gleichmäßige Durchströmung des unteren Bereichs des Tankbehälters erreicht werden soll, kann man mehrere Auslaßventile 13 über den Umfang des Tankbehälters verteilt anordnen.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen öffnen die Ventile 12 und 13 in Abhängigkeit von der Umgebungs­ temperatur des Tankbehälters. Alternativ besteht die Möglichkeit, diese Ventile - in der Art von Sicher­ heitsventilen - in Abhängigkeit von dem Druck im Innern des Tankbehälters 10 zu öffnen, wenn dieser Druck einen entsprechend hohen Wert erreicht hat, der beispiels­ weise über dem Öffnungsdruck des Sicherheitsventils 11 liegt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Schutz eines Flüssiggas-Tanks durch Einleiten eines flüssigen Schutzmediums in den Tank bei Auftreten eines kritischen Tankzu­ standes, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brand in der Umgebung des Tanks dieser zur Kühlung mit Wasser im wesentlichen aufgefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein im unteren Tankbereich vor­ gesehenes Auslaßventil nach dem Einleiten des Wassers verzögert geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nur so viel Wasser in den Tank eingeleitet wird, daß der gesamte Flüs­ sigkeitsstand erst nach dem Ansprechen eines im oberen Tankbereich vorgesehenen Sicherheitsven­ tils dessen Höhe erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Ansprechen des Sicher­ heitsventils der gesamte Flüssigkeitsstand durch Einleiten weiteren Wassers bis zur vollen Tank­ höhe angehoben wird.