Solico. Rij kswaterstaat Steunpunt tunnelveiligheid. Explosie tankauto s. solutions in composites. Fuse 4 : Analyse invloed van schade aan tankauto

(1)

Solico

solutions in composites

Solico B.V.

Everdenberg 97

NE-4902 TT Oosterhout The Netherlands

Tel.: +31-162-462280 - Fax: +31-162-462707 E-mail: solico@solico.nl

Bankrelatie: Rabobank Oosterhout Rek.nr. 13.95.51.743

K.v.K. Breda nr. 20093577

Rij kswaterstaat

Steunpunt tunnelveiligheid

Explosie tankauto ’s

Fuse 4 : Analyse invloed van schade aan tankauto

Verslag : r_597-4 Revisie : 1

Opgesteld door : ir. Ludo Van Schepdael, ir. Peter Globevnik Datum : 14 September 2006

(2)

Memo

Ministerie van Verkeer en Waterstaat Rijkswaterstaat

Aan

E. Worm (1-230) Gerrit Wolsink (11-371) Jelle Hoeksma (I-238) Hans Huijben (1-219) RenyJuta (1-228)

Steunpunt Tunnelveiligheid. Project Explosie Tankauto's

Rapportage Ease 4: Analyse invloed van schade aan tankauto's (4818-2006-0217)

Hierbij zend ik u de definitieve rapportage van fase 4 ‘Analyse inloed schede aan tankauto's' van bovengenoemd project.

Het bleek moeilijk om een representatief schadebeeld voor tankauto's in een tunnel vast te stellen. Omdat in fase 3 naar voren is gekomen dat bezwijken als gevolg van

drukopbouw in de tank met benzine en/of diesel niet optreed, is dit in deze fase niet nader beschouwd. Hetzelfde geldt voor C02 omdat daar falen met name afhankelijk is van de isolatie, d.w.z. dat een C02-tank met beschadigde isolatie veel sneller zal bezwijken als de schade plaats ook nog direct aan verhitting wordt bootgesteld.

Voor IPG tankauto's is C02 een beschadiging in de vorm van een diepe kras beschouwd bij de volgende brandscenario's: 1) bestelwagen (10MW) direct naast de tankwagen zonder veiligheidsventiel en 3) 200 MW op korte afstand achter de tankwagen met veiligheidsventiel. In beide gevallen is de vulgraad van de tank gesteld op 50%. De keuze voor deze scenario's is gebaseerd op de resultaten uit fase 2.

Kort samengevat resulteerde de analyse van de tank in beide gevallen in een BLEVE, voor scenario 1 na ca. 12 minuten en scenario 3 in ca. 46 minuten.

Met vriendelijke groet,

Hans de Vries

Ps. Bij het STV-archief zijn extra exemplaren beschikbaar

Bouwdienst Rijkswaterstaat Telefoon 030 285 76 00 Van

ing. J. de Vries

Datum

27 September 2006

Onderwerp

Doorkiesnummer

030 - 285 7704

Bijlage(n) 1

L.s.,

(3)

Solico

solutions in composites

Solico B.V.

Everdenberg 97

NL-4902 TT Oosterhout The Netherlands

Tel.: +31-162-462280 - Fax: +31-162-462707 E-mail: solico@solico.nl

Bankrelatie: Rabobank Oosterhout Rek.nr. 13.95.51.743

K.v.K. Breda nr. 20093577

Rij kswaterstaat

Steunpunt tunnelveiligheid

Explosie tankauto’s

Fuse 4 : Analyse invloed van schade aan tankauto

Verslag : r_597-4 Revisie : 1

Opgesteld door : ir. Ludo Van Schepdael, ir. Peter Globevnik Datum : 14 September 2006

r 597-4 rev. 1 RWS : explosie tankauto’s : fase 4 : invloed schade 14-9-2006 1/40

(4)

Solico

Samenvatting

In opdracht van het steunpunt tunnelveiligheid van Rijkswaterstaat Bouwdienst, verricht Solico een onderzoek met tot doel inzicht te verschaffen in het gedrag van tankauto’s bij brand in tunnels.

Het onderzoek omvat 5 fases : fase 1: inventarisatie tankauto’s

fase ?. r analyse tankaiitogevnld met I PG

fase 3 : analyse tankauto gevuld met overige stoffen fase 4 : analyse invloed van schade aan tankauto fase 5 : eindrapportage

Dit rapport beschrijft de werkzaamheden van fase 4 :

inventarisatie van typische schadebeelden door consultatie van ROW en producenten van tankauto’s;

in overleg met Rijkswaterstaat, vastleggen van een representatief schadebeeld;

in overleg met Rijkswaterstaat, vastleggen van de te berekenen scenario’s (type tank, vullingsgraad, brandscenario);

berekening van de tijdsduur tot het openbreken van de tank;

berekening van druk en temperatuur in de tank bij het openbreken;

bepalen waar de tank faalt.

Hieruit kon besloten worden :

dat een representatief schadebeeld voor een ongeval in een tunnel moeilijk is te bepalen;

2 gevallen met LPG tankauto’s moeten beschouwd worden, met een kras op de zijkant;

in het geval van een tankauto met veiligheidsventiel en brandscenario 3, is er geen verschil in faalgedrag met de onbeschadigde tank;

in het geval van een tankauto zonder veiligheidsventiel en brandscenario 1, faalt de tank ongeveer 10 min. vroeger dan een onbeschadigde tank; de tank faalt dan in de kras.

(5)

Solico

Inhoudsopgave

1. Inleiding 4 2. Gegevens 6 3. Schadebeelden 8 3.1. Algemeen 8 3.2. LPG 8 3.3. Benzine - Diesel 16 3.4. CQ2 22 3.5. Representatief schadebeeld, te berekenen scenario’s 24

4. LPG, met ventiel, 50% gevuld, brandscenario 3, met kras 26 5. LPG, zonder ventiel, 50% gevuld, brandscenario 1, met kras 34 6. Conclusies 39 7. Bijlagen 40

(6)

Solico

1. Inleiding

In opdracht van het steunpunt tunnelveiligheid van Rijkswaterstaat Bouwdienst, verricht Solico een onderzoek met tot doel inzicht te verschaffen in het gedrag van tankauto’s bij brand in tunnels.

Het onderzoek omvat 5 fases : fase 1: inventarisatie tankauto’s

nagaan wettelijke eisen

inventarisatie van het tankvoertuigenpark in Nederland (LPG, benzine en diesel, overige onder druk vervoerde gassen)

vaststellen van het representatieve tanktype (=meest voorkomend in Nederland) literatuuronderzoek mechanisme drukopbouw en wijze van bezwijken van een tank vastleggen kennisleemte

fase 2 : analyse tankautogevuld met LPG

berekening tijdsduur tot het openbreken van de tank druk en temperatuur in de tank bij het openbreken

analyse bezwijkmechanisme, beschrijving van de aard van het scheurgedrag fase 3 : analyse tankauto gevuld met overige stoffen

berekening tijdsduur tot het openbreken van de tank druk en temperatuur in de tank bij het openbreken

analyse bezwijkmechanisme, beschrijving van de aard van het scheurgedrag fase 4 : analyse invloed van schade aan tankauto

inventarisatie van schadebeelden

vastleggen van een representatief schadebeeld berekening tijdsduur tot het openbreken van de tank druk en temperatuur in de tank bij het openbreken

bepalen welk onderdeel eerst bezwijkt (tankwand, appendages,..) fase 5 : eindrapportage

Dit rapport beschrijft de werkzaamheden van fase 4.

In fase 1 werd een representatief tanktype bepaald voor de verschillende types tankwagens die in dit project moeten worden bestudeerd. Tevens werden de thermische en thermodynamische

eigenschappen en modelleringen besproken die van invloed zijn op het gedrag van een tankwagen in een tunnelbrand.

In dezelfde periode werden door Rijkswaterstaat 3 brandscenario’s berekend, die als input aan Solico werden toegeleverd :

Scenario 1 : Tankwagen op rechter rijstrook, ter linkerzijde een brandende bestelauto met een

(7)

Solico

Scenario 2 : Tankwagen op rechter rijstrook, op ca. 100 m achter de tankwagen bevindt zich een vrachtwagen op dezelfde rijstrook als de tankwagen, met een ongeveer constant brandvermogen van ca. 100 MW.

Scenario 3 : Tankwagen op rechter rijstrook, plas benzine van 10*10 m2 over de volledige breedte van de tunnel, aan de stroomopwaartse zijde van de tank, grootte van het

brandvermogen is ca. 200 MW. De voorkant van de benzineplas bevindt zich op 9 m achter de achterkant van de vrachtwagen.

In fase 2 en 3 werden thermische en mechanische modellen opgesteld voor tankwagens met LPG, benzine, diesel en C02 inhoud. Voor ieder van deze tanktypes, de 3 brandscenario’s en telkens voor 2 vullingsgraden, werd de tijdsduur tot het openbreken van de tank berekend. Dit alles werd gedaan voor een onbeschadigde tankauto van het representatief tanktype dat bepaald werd in fase 1.

Het beoogde resultaat van fase 4 is te bepalen wat de invloed is van schade die aan de tankauto is aangebracht.

In dit rapport worden de volgende in het kader van fase 4 uitgevoerde taken beschreven en toegelicht:

inventarisatie van typische schadebeelden door consultatie van RDW en producenten van tankauto’s;

in overleg met Rijkswaterstaat, vastleggen van een representatief schadebeeld;

in overleg met Rijkswaterstaat, vastleggen van de te berekenen scenario’s (type tank, vullingsgraad, brandscenario);

berekening van de tijdsduur tot het openbreken van de beschadigde tank;

berekening van druk en temperatuur in de tank bij het openbreken;

bepalen waar de tank faalt.

(8)

Solico

2. Gegevens

Tanktype :

co

²

Benzine - Diesel paragraaf 4.2 van r_597-l paragraaf 4.3 van r_597-l Thermodynamische data r_597-l, r_597-2, r_S97-3

Brandscenario’s : geleverd door Rijkswaterstaat:

“AnalyseInvoergegevens4.doc” van 10/1/6 Beschrijving :

Scenario 1

Tankwagen op rechter rijstrook; op 2,00 m van wand

Ter linkerzijde tegen de tank , halverwege de lengte van de tank, een brandende bestelauto met een ongeveer constant brandvermogen van ca. 10 MW.

Duur van de brand is onbepaald (geen beperking in de tijd voor het al of niet optreden van een BLEVE).

Afmetingen busje (prismatische vorm): 2,50*1,75*5,50M3. Aanwezige ventilatiesnelheid is 4 m/s.

Tankwagen op rechter rijstrook; op 2,00 m van wand

Op ca. 100 m van de tank bevindt zich een vrachtwagen op dezelfde rijstrook als de tankwagen, met een ongeveer constant brandvermogen van ca. 100 MW.

Afmetingen vrachtwagen (prismatische vorm): 2,50*3,75* 15,00M3. Aanwezige ventilatiesnelheid is 4 m/s.

Plas benzine van 10* 10 m2 over de volledige breedte van de tunnel, aan de stroomopwaartse zijde van de tank. De voorkant van de benzineplas bevindt zich op 9 m achter de achterkant van de vrachtwagen.

De grootte van het brandvermogen is ca. 200 MW.

Aanwezige ventilatiesnelheid is 4 m/s Scenario 2

Scenario 3

(9)

Solico

Invoergegevens :

Volgens Excel files geleverd door Rijkswaterstaat, zie bijlage.

Scenario 1 : file “ScenariolDikStaal.xls” van 9/1/6

• duur van de aangeleverde simulatie : 720 sec

• in de berekeningen van dit rapport worden de parameters (luchtsnelheid, temperatuur, strafing, ..) na deze 720 sec. als constant aangenomen Scenario 2 : file “bleve_tc-06-02-10.xls” van 4/2/6

• in de berekeningen van dit rapport worden de parameters (luchtsnelheid, temperatuur, strafing,..) na deze 2400 sec. als constant aangenomen Scenarios : “Scenario3DikStaal.xls” van 9/1/6

• in de berekeningen van dit rapport worden de parameters (luchtsnelheid, temperatuur, strafing,..) na deze 720 sec. als constant aangenomen

(10)

Solico

3. Schadebeelden

3.1. Algemeen

In principe kan men 2 gevallen beschouwen :

een tankauto die onbeschadigd in een ongeval betrokken raakt, en beschadigd wordt door bet ongeval.

een tankauto die reeds op voorhand beschadigd is, en dan in een situatie met brand terechtkomt.

Uit de contacten met RDW en producenten blijkt dat de in deze studie beschouwde tankauto’s in bet algemeen onmiddellijk na een beschadiging te hebben opgelopen hersteld worden.

3.2. LPG

RDW

De meest voorkomende beschadiging zijn krassen in de tankwand, gewoonlijk in het

vloeistofgedeelte, zelden in het gasgedeelte. Dit is meestal veroorzaakt doordat de tankauto op zijn kant is gevallen. Hierdoor komen er zwakke plekken in de tankwand. In sommige gevallen is er ook een deuk.

Een voorbeeld is een tankwagen die over een betonafzetting is gereden; het onderstel is grotendeels vemield, assen en bokken zijn afgescheurd, maar de tank zelf is dicht gebleven en vertoont in vergelijking met het onderstel relatief weinig beschadigingen.

■%

-

-» *»•»

m

_V. ⁴^*

....

(11)

(12)

Solico

r. ^

^v-

m

■

*

i (

sm *

'

?V

- A m

■' A !

M A

i

^-

new' _-v.

- AS

N

_L

/ /

/>

(13)

Solico

r

■

y'A M

Vv

.■■/:¥.v 'V‘:‘

£■ if '4

j / / j

1

_■?

r_597-4 rev. 1 RWS : explosie tankauto’s : fase 4 : invloed schade 14-9-2006 11/40

(14)

Solico

Een ander voorbeeld is een tankauto die gekanteld is (Eindhoven, 2003). Bij dit ongeval was door de klap een klep in de appendagekast geopend, waardoor de inhoud kon lekken en een brand is

ontstaan. Deze klep kon na enige tijd door het “Rescue Team” gesloten worden, maar intussen was een deel van het aluminium van de appendage gesmolten.

De tankauto lag op de rechterzijde.

mj

*

Vri

wJ 4*

*

4 &

Ook hier was er geen lek aan de tank zelf, en ‘beperkte’ de beschadiging van de tank zich tot een aantal deuken en krassen op de rechterzijde. De volgende foto is rechts achteraan, de tweede foto is recht vooraan.

*

'U

iim

mm

M k

J

m

(15)

Solico

^1*, TV

jp i'l.wm \%

Vv

,\

De linkerzijde was relatief onbeschadigd, enkel de appendagekast was deels gesmolten.

3f

9136

* * h

w-r

\

(16)

Solico

De overdrukventielen waren niet afgescheurd.

A

a.

Hobur

Ook Hobur verwijst naar een voorbeeld van een gekantelde LPG tankauto, de beschadigingen zijn vergelijkbaar. De tankauto was niet lek.

»

i

|gggj|£«

.:T

**'•

(17)

Solico

*\

' ■

'

- -*

r 597-4 rev. 1 RWS : explosie tankauto’s : fase 4 : invloed schade 14-9.2006 15/40

(18)

Solico

3.3. Benzine - Diesel

ROW

Aluminium scheurt gemakkelijk, waardoor een lek ontstaat. Dit kan gebeuren als de tank met een (tunnel)wand, paal, of ander voertuig in aanraking komt, of als een uitstekend voorwerp in de tank

‘priemt’.

Hieronder een voorbeeld, van een ongeval waarbij de chassisbalken van de trekker de tankwand tussen de koppeling en de trailersteunen penetreerde (Bemmel, aug. 2006); dit was het gevolg van bet kantelen van de tankauto.

Gelukkig is de tank redelijk hoog geplaatst, waardoor hij niet snel beschadigd wordt.

Een beschadiging van de dieseltank van de trekker komt voor, omdat deze op een kwetsbare plaats zit (ver naar buiten en laag), en bij een ongeval snel geraakt wordt (bijvoorbeeld door bumper of wiel).

Tenslotte gebeurt het soms dat de bovenrand van de tank omplooit, waardoor de deksels sneller gaan lekken.

Op de volgende bladzijden ter informatie een aantal foto’s van de gevolgen van een brand van een benzine-diesel tankauto (A28 - 2005).

(19)

Solico

Ur

t m

wyw>V-fo.to⁵erver nl

.-.A

I'

n

Jl

n

r_597-4 rev. 1 RWS : explosie tankauto’s : fase 4 : invloed schade 14-9-2006 17/40

(20)

Solico

k

i-i

>. _v

m

^{SK !}

—v-J,

(21)

Solico

^'JT

r

k A m

t-

IJ

_ cr

ggSk-ijp-**- f "

l

t'

ISM:'

s»-y vf r

. ■

r ^■«

»! f i

'f-- i:

•fe

V

1

%

'V

x

7' -

fk ^‘•w*.

-4

sX’-i

A

(22)

Solico

Diissel

Volgens Dijssel zijn de meest voorkomende beschadigingen : - Omvallen;

- Doorboring door een scherp voorwerp.

Hieronder enkele foto’s.

Deze tankauto is gekanteld, in een sloot; deze sloten zijn gewoonlijk ‘zacht’, zonder harde voorwerpen. De tank was nog dicht, werd hersteld, en is terug in gebruik genomen.

I*

(23)

Solico

Deze volgende foto is ook van een kantelschade; de tank was nog dicht, de 3 gaten zijn gemaakt om te tank te kunnen leeg pompen.

%

at. k

am

Tenslotte een foto van een tankauto die tegen de luifel van een gebouw is gereden;

ook deze tank is dicht gebleven.

>*

' ■■. la&m

Mm

^{V ; t.V}^VL

: *^.\

az- _-C.-

(24)

Solico

3.4. C02

Hiervan zijn er enkel voorbeelden van RWD, Hobur heeft geen foto’s beschikbaar die gepubliceerd kunnen worden.

RDW

Beschadiging van de isolatie kan voorkomen indien de tankauto in een ongeval betrokken is. Dit is meestal niet bovenaan, maar aan de zijkant of onderaan, waar de tankauto met een (tunnel)wand, paal, of ander voertuig in aanraking kan komen.

Het volgende voorbeeld betreft een ongeval waarbij een CCb tankauto aan een rotonde gekanteld is.

r

^lLU

O

/

o r

'A

De PUR isolatie is nog redelijk aanwezig (zie bovenste foto op volgende bladzijde), dus blijft er nog thermisch isolerende functie; vergelijk bijvoorbeeld met een tankauto geVsoleerd met glaswol (onderste foto op volgende bladzijde, ander ongeval, chemie tank), waar de tankwand op meerdere plaatsen op een groter oppervlak zichtbaar is.

De tank was lichtjes naar binnen gedrukt, maar lekte niet. De tank is hersteld en terug in gebruik genomen.

(25)

Solico

-

-*r

i

MZJL

i

₄

'

>

£

-

1 nraeb

, f

•*.

“*»»«•

x

(26)

3.5. Representatief schadebeeld, te berekenen scenario’s

Uit de voorgaande besprekingen met RDW en de producenten, komen volgende schadebeelden naar voor:

1. CO? met beschadigde isolatie, brandscenario 1 of 3.

2. Benzine of diesel, met brandende dieseltank van trekker, nieuw te berekenen brandscenario.

3. Benzine ot diesel, met brandende trekker, nieuw te berekenen brandscenario.

4. Benzine of diesel, met lek/scheur in de zijkant, nieuw te berekenen brandscenario.

5. Benzine of diesel, omgevallen, nieuw te berekening brandscenario.

6. LPG met kras aan zijkant, brandscenario 1 of 3.

7. LPG met deuk aan zijkant, brandscenario 1 of 3.

Opmerking : bet brandscenario 2 wordt niet vermeld, vanuit de overweging dat de in deze studie beschouwde tankauto’s in bet algemeen onmiddellijk na een beschadiging te hebben opgelopen, hersteld worden (vermeld door RDW en producenten), en de overweging dat een stilstaande vrachtwagen die zich 100 m voor de brand bevindt niet in bet ongeval betrokken zou zijn en dus onbeschadigd zou zijn; dit hoeft echter niet noodzakelijk bet geval te zijn.

Een representatief schadebeeld is in de praktijk moeilijk vast te stellen : er is relatief weinig

historiek over ongevallen, en zeker over ongevallen in tunnels. Daarenboven wordt er van uitgegaan dat de tankauto’s onmiddellijk na een ongeval hersteld worden, en dus onbeschadigd de tunnel inrijden.

In overleg met Rijkswaterstaat werd beslist de volgende schadebeelden niet te beschouwen:

de schades van benzine of diesel tankauto’s, aangezien in fase 3 is geconstateerd dat bier geen drukopbouw optreedt, en dus geen explosies zullen ontstaan; dit zal ook bij beschadigde tanks niet optreden, waardoor een nadere analyse aan beschadigde atmosferische tanks niet zinvol lijkt.

de C02 met beschadigde isolatie: een beschadigde isolatie is immers te vergelijken met een isolatie die sneller doorbrandt, aangezien verwacht wordt dat de isolatie nog redelijk wat isolerende functie over houdt (zie bovenste foto op vorige bladzijde). In fase 3 is vastgesteld dat de tank hierdoor na kortere tijd zal falen. Een analyse aan beschadigde C02 tanks lijkt daarom ook niet zinvol.

de LPG met een deuk niet te beschouwen, omdat verwacht wordt dat deze geen grote invloed heeft op de sterkte van de tank; mogelijk wordt de deuk er bij drukopbouw weer ‘uitgedeukt’.

(27)

Solico

Voor de 2 berekeningen die in fase 4 werden voorzien, worden daarom 2 LPG tankauto’s met krassen beschouwd. Om een relatie te houden met de analyses van onbeschadigde tanks dienen scenario’s te worden gekozen welke ook in fase 2 zijn beschouwd. De volgende scenario’s komen dan in aanmerking:

een LPG tankauto, met ventiel, 50% gevuld, brandscenario 3, met een kras (kerf) van 2 mm diep, linkerzijde, horizontaal, op bet breedst punt van de tank;

een LPG tankauto, zonder ventiel, 50% gevuld, brandscenario 1, met een kras (kerf) van 2 mm diep, linkerzijde, horizontaal, op het breedst punt van de tank.

De diepte van de kras werd met RDW besproken; een diepte van 2 mm is aannemelijk, mogelijk veroorzaakt door een hard uitsteeksel van de tunnelwand (bijvoorbeeld een stalen verankering) waarlangs de tankauto is geschuurd, ofwel door de lading van een andere vrachtwagen (stalen profielen, een machine, ..).

(28)

Solico

4. LPG, met ventiel, 50% gevuld, brandscenario 3, met kras

• LPG tankauto : zie paragraaf 4.1 van r_597-l (dus met veiligheidsventiel);

• Kras (kerf) van 2 mm diep, linkerzijde, horizontaal, op het breedste punt van de tank;

71

v A

^fOBUR*

• De tank 50 % gevuld;

• Brandscenario 3 : hoog vermogen aan instraling en hoge temperatuur van de lucht;

• Warmte invoer is maximaal op bovenkant en bedraagt gemiddeld ongeveer 84 kW/m2 aan de achterkant van de tank. De luchttemperatuur bedraagt daar ongeveer 765 °C;

• Warmte invoer (inkomende straling en temperatuur van de lucht) neemt op alle posities toe van 0 naar de maximale waarde in 50 seconden;

• Totale tijdsduur van de simulatie is 2400 seconden;

• De warmteinstroom (door inkomende straling in convectie) is het grootst op de bovenkant en neemt af naar beneden, en is links en rechts weinig verschillend. Dit maakt dat er in de gasfase geen convectieve stroming ontstaat (het warmste gas is al bovenaan). De

convectieve overdracht is daardoor laag.

De volgende analyses worden uitgevoerd :

berekening van druk en temperatuur in de tank;

analyse van de mechanische invloed van de kerf op tangentiele sterkte van de tankwand, (niet cyclisch);

bepalen waar en wanneer de tank faalt.

(29)

Solico

Temperatuur van de lading

• Het verloop van de temperatuur van de lading wordt in de volgende figuur gegeven.

Temperatuur lading

120

100

80

[°C 60

40

20

-Tgas Tvloeistof Tinterfase

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tijd [s]

Drukverloop

• De druk loopt in 520 seconden op tot de maximale waarde van 18 bar. Het veiligheidsventiel gaat open na 460 seconden.

Drukopbouw

2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 [MPa] 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tijd [s]

Ppropaan Pbutaan Ptotaal

(30)

Solico

Vloeistofniveau

Vloeistofniveau

1.0

0.8

[m] 0.6

0.4

0.2

0.0

200 400 600 800 1000

Tijd [s]

1200 1400 1600 1800

Massa lading

Massa lading

10000 9000 8000 7000 6000 [kg] 5000 4000 3000 2000 1000 0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tijd [s]

propaan vloeistof butaan vloeistof propaan gas

— butaan gas

(31)

Solico

Verlies ventiel

[kg/s]

14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0

r\ K T\ K K K K l l

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tijd [s]

Temperatuur wand

De volgende figuur geeft de temperatuur van de tankwand, in functie van de tijd, op 3 plaatsen boven op de tank:

voor = vooraan, bij bet begin van bet cilindrisch gedeelte;

midden = in bet midden van de tank;

achter = achteraan, bij bet einde van bet cilindrisch gedeelte.

Temperatuur wand op bovenkant

achter midden voor

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tijd [s]

ouu 700 600 500

°C] 400 300 200 100

(32)

I ^Solico

TEMPERATURE

VIEW : 28.91802 RANGE: 411.0221

EMRC-NISA/DISPLAY JUN/14/06 16:29:39

ROTX -65.9 ROTY 0.0 ROTZ -141.8

TEMPERATURE

VIEW : 49.65314 RANGE: 644.7217

I

²Z

^ ^Y

ROTX -65.9 ROTY 0.0 ROTZ -141.8

TEMPERATURE

VIEW : 56.88331 RANGE: 669.3736

301.9

ROTX -65.9 ROTY 0.0

(33)

Solico

De volgende figuur geeft de wandtemperatuur weer in het midden van de lengte van de tank, in functie van de tijd. Dit is op de positie van de kras.

Wandtemperatuur op halve hoogte in het midden

700 600 500 400 300 200 100

800 1000 1200 1400 1600 200 400 500

Tijd [S]

Mechanische invloed van de kerf

• Er wordt uitgegaan van het feit dat het materiaal zich plastisch gedraagt; dit mag

aangenomen worden vermits het materiaal P460 een grote rek bij break heeft, ook reeds bij kamertemperatuur (breukrek >17%, zie r_597-l). In dit brandscenario wordt de zijkant daarenboven warm, waardoor de plasticiteit verder toeneemt.

• Door de hoge plasticiteit is er geen effect van de spanningsconcentratie aan de groef op de breuksterkte. Als sterktecriterium kan daarom, voor een eenmalige, niet-cyclische

belasting, de spanning op de gereduceerde dikte gebruikt worden. Voor een groef met een diepte van 2 mm is de spanning 25% hoger dan die in de niet beschadigde tank.

• De volgende figuur geeft het schadegetal in functie van de tijd bovenin de tank (waar er geen kras is). Bovenin de tank zou er falen optreden na 730 seconden (voorin de tank).

3 2.5 2 1.5 1

0.5

0 0

Schadegetal bovenin

900

500 600 700 800

100 200 300 400

Ti d [s]

- achter midden voor

1000

(34)

Solico

• De volgende figuur geeft het schadegetal in functie van de tijd in het midden van de tank op halve hoogte ter hoogte van de kras van 2 mm diep. Binnen de tijdsduur van de simulatie (1600 s) wordt de waarde 1 niet overschreden, en treedt er op deze plaats geen falen op.

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tijd [s]

Schadegetal in het midden op halve hoogte

• Het falen treedt dus op voorin de tank aan de bovenzijde na 730 s, gelijk aan de situatie van de onbeschadigde tank.

• De druk in de tank is dan 17 bar.

• Opmerking : indien de groef een diepte zou hebben van meer dan 5 mm, zou deze kritisch zijn, en zou het falen in de kras optreden.

Schadegetal in het midden op halve hoogte voor groefdiepte van 5 mm

3

r

2.5

2

1.5

1

0.5

0 —

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tijd [s]

(35)

Solico

Wijze van bezwijken

Op het ogenblik van falen van de tank is de druk in de tank 17 bar, en de temperatuur van de lading ongeveer 55 °C (fluctuerend). Of de uitkomst een ‘hot Bleve’ is (‘explosieve verdamping’) dan wel een ‘intermediate Bleve’ (‘hevig koken’) is functie van de maximale oververhittingstemperatuur.

Indien de (conservatieve) aanname wordt gedaan dat deze 53 °C bedraagt, zou er een ‘Hot Bleve’

optreden (geval A).

Exposition a un inccndic

latiguc mceaiiitjuu

C orrosion ( mist met ion dcilvtiieusc Impact

mceaniquc

Runturc mituile

r.. ■ i

iVrtc de confinement

-- ,ii

\i\.l\i: "iroid oui

lint la ^ute nun pie ssion

OUI

nun

•'U!

\ apon sation explosive

.bullition v iolente

no I'lession

resistance du k. reservoir _ Piession

lesistauce du . leservoir^

e re sa von

re siste i: _oui

propagation de la fissure.: nine du propagation de la

fissure. lumedu

i es e:\ou I LJiLI \ tMI

BUM:

ehLIUd »

BLEVE inlerniediane

Rejet diphasique

(36)

Solico

5. LPG, zonder ventiel, 50% gevuld, brandscenario 1, met kras

• LPG tankauto : zie paragraaf 4.1 van r_597-l, maar zonder veiligheidsventiel;

• Kras (kerf) van 2 mm diep, linkerzijde, horizontaal, op het breedst punt van de tank;

2

F

¹¹

B^OBUR?

• De tank 50 % gevuld;

• Brandscenario 1 : klein vermogen aan de linkerzijkant;

• Warmte invoer is maximaal aan de zijkant van de tank in het midden

• Maximaal inkomende straling is 41.3 kW/m2 in het midden op de zijkant. De temperatuur van de lucht is ook daar het grootst en gelijk aan 396 °C.

• Warmte invoer (inkomende straling en temperatuur van de lucht) neemt op alle posities rond de tank in 35 seconden toe van 0 naar de maximale waarde. Daama blijft de waarde constant.

• Totale tijdsduur van de simulatie is 3400 seconden.

• De tank wordt slechts aan de linkerkant verwarmd : de bovenkant, onderkant en achterkant worden nauwelijks verwarmd.

De volgende analyses worden uitgevoerd :

berekening van druk en temperatuur in de tank;

analyse van de mechanische invloed van de kerf op tangentiele sterkte van de tankwand, (niet cyclisch);

bepalen waar en wanneer de tank faalt.

(37)

Solico

Temperatuur van de lading

Het verloop van de temperatuur van de lading wordt in de volgende figuur gegeven.

Temperatuur lading

200 180 160 140 120 PC] 100 80 60 40 20

3500

2000 2500 3000

500 1000 1500

Tijd [s]

4000

Tgas TVoeistof Tinterfase

Drukverloop

Het verloop van de druk van de lading wordt in de volgende figuur gegeven.

Drukverloop

5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 [MPa] 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

3000 3500

1500 2000 2500

500 1000

Tijd [s]

4000

Ppropaan Pbutaan P

(38)

Solico

Temperatuur wand

De volgende figuur geeft de wandtemperatuur weer in het midden van de lengte van de tank, in functie van de tijd voor verschillende posities in de hoogte. In het midden van de hoogte ( op de positie van de groef) loopt de temperatuur na ongeveer 1000 s op tot 400 °C

Wandtemperatuur in midden van de lengte voor verschillende posities in de hoogte (0 = onderkant tank)

450 400 350 300 [°C]250 200 150 100 50

3000 500 1000 1500 2000 2500

Tijd [s]

3500

■ 0.03

■ 1.02 1.37

■ 1.57 -1.97 2.28

4000

TEMPERATURE

VIEW : 23.65289 RANGE; 372.8834

A

372.9 338.0

ROTX -49.9 ROTY 0.0 ROTZ -150.9

(39)

Solico

TEMPERATURE

VIEW : 44.28851 RANGE: 398.9628

328.0

r \ 4

Sterkte van de wand

• Op basis van de korte duur sterkte zal de tank falen na ongeveer 2800 seconden in het midden van de tank op halve hoogte aan de kant van de brandende bestelwagen.

• De spanning in de kras is dan opgelopen tot 550 MPa, de tank zal falen ter hoogte van de beschadiging.

• Het falen treedt dus ongeveer 10 minuten eerder op dan in de onbeschadigde tank.

Maximale spanning en kort-duur sterkte

700

600

500

[MPa] 400

300

200

100

2500 3000

500 1000 1500 2000

Tijd [s]

- Sterkte Spanning

3500 4000

(40)

I ^Solico

Wijze van bezwijken

Op het ogenblik van falen van de tank is de druk in de tank 37 bar, en de temperatuur van de lading 80 °C. Aangezien de maximale oververhittingstemperatuur 53 °C bedraagt, zal een ‘Hot Sieve’

optreden.

C on struct ton dci'cctuetise ( OITOSIOU

hxposition a un inccndic Impact

mecanmuc

[UliillC nKVdlill|ll

Rupture inttialc

I. • ■: I Pcrtc dc

coniincnicnt

lissure

on I iroid

. KM.

rapui hut

ssi on

oui

non

ou

I’bullitiou violcutc

\ aponsatioii explosive

non Pi essu >ii

resistance tlu reservoir . Piession

lesistaiice itu . leseivoii

Lc rcscrvoii nisistc

■..i. . .i:

propagation de la fissure, mine du

iese!\oii

propagation de la fissure, mine du

Rejet diphasique

BLEVt chaud »

BLEVE

* interniediaiic-*

(41)

Solico

6. Conclusies

• Een representatief schadebeeld voor een ongeval in een tunnel is moeilijk vast te stellen.

• Schades aan benzine-diesel tankauto’s worden niet beschouwd omdat ze atmosferisch zijn.

• Schades aan C0² tankauto’s worden niet beschouwd omdat voornamelijk de isolatie bepalend is voor de tijd tot falen.

• Voor LPG tankauto’s wordt als beschadiging een horizontale kras op halve hoogte op bet breedste punt beschouwd, met 2 scenario’s :

o met ventiel, 50% gevuld, brandscenario 3;

o zonder ventiel, 50% gevuld, brandscenario 1.

• Voor het geval met ventiel, 50% gevuld, brandscenario 3, geldt:

o de tijd tot falen is 730 s, gelijk aan de onbeschadigde tank;

o de tank faalt aan de bovenkant voorin;

o op het ogenblik van falen is de druk in de tank 17 bar;

o op het ogenblik van falen is de temperatuur van de lading ongeveer 55 °C (fluctuerend).

o de wijze van bezwijken is onzeker : “Hot Bleve” of “Intemediste Bleve”.

o opdat de tank sneller zou falen dan een onbeschadigde tank, moet de kras op de zijkant minstens 5 mm diep zijn

• Voor het geval zonder ventiel, 50% gevuld, brandscenario 1, geldt:

o de tijd tot falen is 2800 s, 10 min. eerder dan de onbeschadigde tank;

o de tank faalt aan de kras;

o op het ogenblik van falen is de druk in de tank 37 bar;

o op het ogenblik van falen is de temperatuur van de lading ongeveer 80 °C.

o de wijze van bezwijken is “Hot Bleve”.

• De invloed van krassen is dus eerder beperkt.

(42)

Solico

7. Bijlagen

Brandscenario’s :

“AnalyseInvoergegevens4.doc” van 10/1/6 (zie rapportage fase 2) Scenario 1 : “ScenariolDikStaal.xls” van 9/1/6 (enkel op CD) Scenario 2 : “bleve_tc-06-02-l 0.xls” van 4/2/6 (enkel op CD) Scenario 3 : “Scenario3DikStaal.xls” van 9/1/6 (enkel op CD)

Broncode (enkel op CD)

Solico. Rij kswaterstaat Steunpunt tunnelveiligheid. Explosie tankauto s. solutions in composites. Fuse 4 : Analyse invloed van schade aan tankauto

Solico

solutions in composites

Rij kswaterstaat

Steunpunt tunnelveiligheid

Explosie tankauto ’s

Fuse 4 : Analyse invloed van schade aan tankauto

Memo

Solico

solutions in composites

Rij kswaterstaat

Steunpunt tunnelveiligheid

Explosie tankauto’s

Fuse 4 : Analyse invloed van schade aan tankauto

Solico

Samenvatting

Solico

Inhoudsopgave

Solico

1. Inleiding

Solico

Solico

2. Gegevens

co

Solico

Solico

3. Schadebeelden

3.1. Algemeen

3.2. LPG

m

Solico

r. ^

sm *

?V

i

N

Solico

r

1

Solico

wJ *4

'U

mm

Solico

^1*, TV

jp i'l.wm \%

9136

w-r

\

Solico

A

Solico

Solico

3.3. Benzine - Diesel

Solico

Ur

t m

n

n

Solico

m

Solico

t'

Solico

Solico

am

Mm

Solico

3.4. C02

r

/

o r

'A

Solico

i

£

3.5. Representatief schadebeeld, te berekenen scenario’s

Solico

Solico

4. LPG, met ventiel, 50% gevuld, brandscenario 3, met kras

wJ 4*

I ^Solico

I ^Solico