Dr. H. Herterich                                                                       Juli 1996

 

 Der „Boil-over“ bei Tankbränden

 

1.    Ereignisse

         Bei Tankbränden kann es unter bestimmten Voraussetzungen zu überraschen­den, gewaltigen Feuerausbreitungen durch den sog. „boil-over“ (deutsch: Überkochen) kommen. Dieses tückische Phänomen ereignete sich bei zwei spektakulären Großbränden des letzten Jahrzehnts:

 

 1)     Im Dezember 1982 geriet in Caracas (Venezuela) ein etwa zu 1/3 gefüllter Festdach-Tank nach einer Explosion und Abreißen des Tankdaches in Brand.

         Der Inhalt bestand aus ca. 14.000 m³ schwerem Heizöl. (Auf 80°C erwärmt, Füllstand ca. 6 m).

          Während der Brandbekämpfung kam es nach etwa 6 Stunden zu einem verheerenden „boil-over“, bei dem der Tankinhalt mehrere hundert Meter in die Luft geschleudert wurde und die Form eines riesigen Feuerballs annahm. Das brennende Öl tötete über 150 Personen, darunter 40 Feu­erwehrleute. (Zusätzlich wurden Fahrzeuge, Gebäude und andere Tanks im Umkreis von 400 m zerstört).

 

2)      In der AMOCO-Raffinerie in Milford Haven (Großbritannien) geriet im August 1983 ein etwa zur Hälfte gefüllter Schwimmdach-Tank in Brand.

         Der Inhalt bestand aus etwa 50.000 t Rohöl. (Füllstand ca. 10 m). Wäh­rend der Brandbekämpfung kam es nach etwa 20 Stunden zu einem „boil-over“ mit 40 Verletzten.

 

 

2.    Grundlage

 

        Trifft Wasser mit Flüssigkeiten zusammen, die

 

-   nicht mit Wasser mischbar,

 -   leichter als Wasser und

 -   auf über 100°C erhitzt sind,

 

         so verdampft ein entsprechender Anteil des Wassers schlagartig unter etwa 2000-facher Volumenvergrößerung und Mitreißen der Flüssigkeit.

         Findet dieser Vorgang in einem Tank oder Behälter statt, so kann es - je nach Tankgeometrie, Überhitzung der Flüssigkeit, Mengenverhältnis Was­ser/Flüssigkeit - zu 3 unterschiedlichen Wirkungen kommen:

 

 1)    Zu einem „slop-over“ (deutsch: Überschwappen), wobei aufschäumende brennende Flüssigkeit kurzfristig über den Tankrand ausgeworfen wird.

 

 2)    Zu einem „froth-over“ (deutsch: Überschäumen), wobei kontinuierlich brennende Flüssigkeit mit meist geringer Intensität überschäumt.

         Dieses Phänomen erlebt man gelegentlich „im Kleinen“, wenn man bei der Zubereitung von „Pommes Frites“ zu viele Kartoffel-Stäbchen in das heiße Frittier-Fett gegeben hat.

 

3)    Im Extremfall zum eigentlichen „boil-over“ (deutsch: Überkochen), wobei große Mengen (oft der gesamte Tankinhalt) aufschäumende brennende Flüssigkeit plötzlich aus dem Tank ausgeworfen wird; dabei können Feu­erbälle mit bis zum 10-fachen Tankdurchmesser entstehen. Dieser Effekt (ebenfalls „im Kleinen“) tritt ein, wenn die verzweifelte Hausfrau eine brennende Fritteuse mit Wasser löschen will.

 

 

 

Beim „boil-over“ unterscheidet man zwischen dem spontanen und dem verzögerten „boil-over“:

  

 

2.1  Spontaner „boil-over“

 

         Dieser Fall tritt ein, wenn die Gesamtmenge der brennbaren (brennenden) Flüssigkeit auf (weit) mehr als 100°C (Siedetemperatur des Wassers) aufge­heizt ist.

Wird mehr Wasser auf die Oberfläche gegeben, als in der Flammenzone ver­dampfen kann, so sinkt es aufgrund seiner höheren Dichte mehr oder weniger tief unter und verdampft dabei. Dabei dehnt es sich um das 2000fache aus und schleudert die heiße Flüssigkeit aus dem Behälter.

Je „kompakter“ das Wasser aufgegeben wird, desto extremer erfolgt das Her­ausschleudern; d.h. bei Schaum oder Sprühstrahl werden sich „slop-over“- oder „froth-over“-, bei Vollstrahl dagegen „boil-over“-Effekte zeigen.

 

Es wird angenommen, daß sich - ähnlich wie beim Wassertropfen auf der glü­hen­den Herdplatte - um die kompakte Wassermenge eine isolierende Dampf­schicht bildet (Leidenfrostsches Phänomen), die das kontinuierliche (relativ gefahrlose) Verdampfen verhindert. Erst in tieferen Schichten der Flüssigkeit kommt es dann zum schlagartigen Verdampfen (Siedeverzug) und im Extrem­fall zur Entzündung der herausgeschleuderten Flüssigkeits-Wolke (Feuerball).

Im Haushalt tritt dieser spontane „boil-over“ z.B. dann ein, wenn in eine bren­nende Fritteuse Wasser geschüttet wird und wird dann (wegen der verheeren­den Wirkung) als „Fett-Explosion“ bezeichnet.

 

 

 

Im Feuerwehreinsatz ist die Möglichkeit eines spontanen „boil-over“ z.B. bei heißen Wärmeträger-Ölen (teilweise bis zu 300° heiß !) oder beim Inhalt notabgefahrener Destillations­kolonnen in Betracht zu ziehen.

 

Bei Tankbränden dagegen dauert es einige Zeit (Stunden), bis sich der ganze Tankinhalt (d.h. nicht nur der obere, in der Brandzone liegende Teil) auf die notwendige Temperatur von über 100°C erwärmt hat.

 

Folgerung: Ist die gesamte Flüssigkeit auf über 100°C aufgeheizt, so muß bei Aufbringen von Wasser bzw. Schaum mit spontanem „boil-over“ (unter Feuer­ball-Erscheinung) gerechnet werden.

 

 

2.2  Verzögerter „boil-over“

 

        Dieser Fall tritt ein, wenn nach einer gewissen Zeit (u.U. Stunden) die Wärme­zone (Hitzewelle) die auf dem Tankboden befindliche Wasserschicht erreicht.

         In der Regel gerät der Tankinhalt an der Oberfläche durch Flammbeaufschla­gung (Schweißarbeiten, Verpuffung usw.) in Brand. Durch die Rückstrahlung der Flammen auf die Flüssigkeitsoberfläche wird diese erhitzt.

         Unter der heißen Oberflächenschicht befindet sich der relativ kalte Tankinhalt (Bild 1).

         Je nach Flüssigkeit dehnt sich diese heiße Schicht nach unten aus und wan­dert nun als „Hitzewelle“*) - dem Abbrand vorauseilend - nach unten.
(Bild 2)

 

        Geschwindigkeit des Abbrandes:   ca. 10 -   50 cm/Stunde

 

        Geschwindigkeit der Hitzewelle:     ca. 20 - 150 cm/Stunde

 

        Die Temperatur dieser Hitzewelle liegt zwischen dem Brennpunkt und dem Siedepunkt der Flüssigkeit (z.B. bei schwerem Heizöl ca. 260°C).

 

        Durch Aufspritzen von Wasser auf die Tankwand (sofortiges Verdampfen) oder Abplatzen des Farbanstriches kann die jeweilige Grenze zwischen der heißen und der kalten Flüssigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich die Hitzewelle dem Tankboden nähert, ermittelt werden. Mit Hilfe einer Wärmebild-Kamera lässt sich diese Grenze ebenfalls leicht und aus großer Entfernung ermitteln.

 

        Zur Brandbekämpfung eingesetztes Wasser und Schaum erzeugen am Tankboden eine Wasserschicht. (Bei Rohöl ist von Natur aus eine Wasser­schicht am Tankboden vorhanden). Erreicht die o.g. Hitzewelle diese Wasser­schicht am Boden des Tankes (Bild 3), so verdampft das Wasser mehr oder weniger schlagartig und es kommt zum gefürchteten „boil-over“.

       *)   Wärmezonen (Hitzewellen) treten laut Literatur besonders bei Stoffgemischen mit weitem Siedebereich auf.

 

         Auch nach dem Löschen des Feuers muss - insbesondere bei sehr hochsie­den­den Flüssigkeiten - damit gerechnet werden, daß sich die Wärmezone (Hitzewelle) noch einige Zeit in Richtung Tankboden ausdehnt und u.U. einen verzögerten „boil-over“ verursacht.

 

 

3.    Zusammenfassung

 

1)          Bei Tankbränden von hochsiedenden, nicht mit Wasser mischbaren Flüssigkeiten (mittelschweres Heizöl, schweres Heizöl, Crack-Öl, Rohöl usw.) muss - je nach Füllstand - nach Ablauf mehrerer Stunden mit einem „boil-over“ gerechnet werden. (U.U. auch nach dem Löschen des Bran­des!)

 

2)           Die Ausbreitung der Hitzewellenfront lässt sich außen am Tank dadurch erken­nen, dass ein gegen den Tankmantel gerichteter Wasserstrahl oberhalb der Frontlinie verdampft, unterhalb aber abströmt; eine exakte Bestim­mung ist auch mit der Wärmbild-Kamera möglich.

 

3)           Spätestens bei der Annäherung der Hitzewellenfront auf 1 - 2 m an den Tankboden ist der Zeitpunkt des weiträumigen Rückzuges gekommen.

 

 

4.    Literatur

 

P.-H. Bohl, Brände in der Mineralölindustrie; Kohlhammer Verlag Stuttgart

 

Großfeuer in „feuersicherem“ Tank; Gefährliche Ladung 12/1983, S. 520

 

M. Henry u. T. Klem, Boilover im Kraftwerk Tacoa; 112 Magazin der Feuer­wehr 10/1983, S. 486

 

Fire Protection Handbook, 15 th Edition, NFPA; Quincy Massachusetts 1981

 

W. Elsner, Mineralöl-Tankfeuer; Gefährliche Ladung 2/1983, S. 73

 

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Das gelungene, vollendete, erfüllte Leben ist eines, in dem wir in Einklang mit unsrer Natur das Beste aus unseren Möglichkeiten gemacht haben – selbstverständlich ohne den Mitmenschen zu schaden, ohne andere unglücklich zu machen.

 

Der Philosoph Bernulf Kanitscheider, Spektrum der Wissenschaft, Juli 2008

 

Des Menschen Tage sind wie Gras,
er blüht wie die Blume des Feldes.

Fährt der Wind darüber, ist sie dahin;
der Ort, wo sie stand, weiß von ihr nichts mehr.

 

Psalm 103

Es wäre doch möglich, dass einmal unsere Chemiker auf ein Mittel gerieten, unsere Luft plötzlich zu zersetzen, durch eine Art Ferment. So könnte die Welt untergehen.


Georg Christoph Lichtenberg

Letzte Worte des Indianerhäuptlings Crowfoot

Nur noch eine kurze Weile, dann bin ich von euch gegangen. Wohin, das kann ich euch nicht sagen. Wir kommen aus dem Nirgendwo, und wir gehen ins Nirgendwo. Was ist das Leben? Es ist der Lichtblitz eines Leuchtkäfers in der Nacht. Es ist der Atem eines Büffels im Winter. Es ist der kleine Schatten, der über das Gras huscht und sich im Sonnenuntergang verliert.

 

Crowfoot (um 1830 – 1890) Häuptling der Blackfoot-Indianer, 25. April 1890

 

Gespräch von Anno 33:

A: Wissen Sie schon das Neueste?

B: Nein, was ist passiert?

A: Die Welt ist erlöst!

B. Was Sie sagen!

A: Ja, der liebe Gott hat Menschengestalt angenommen und sich in Jerusalem hinrichten lassen: dadurch ist nun die Welt erlöst und der Teufel geprellt.

B: Ei, das ist ja ganz scharmant.

 

Arthur Schopenhauer

 

 

Damit wir beginnen können, dem Tod seinen größten Vorteil uns gegenüber zu entreißen, sollten wir eine vollkommen andere Einstellung einnehmen als die übliche; lasst uns den Tod seiner Fremdheit berauben; lasst uns Umgang mit ihm pflegen, damit wir uns an ihn gewöhnen, lasst uns an nichts häufiger denken als an den Tod.

 

Michel de Montaigne