Gas ist eine saubere und sichere Energieform, wenn alle notwendigen Vorsichtsmaßnahmen eingehalten werden. Trotzdem kommt es immer wieder zu Brandschadensereignissen bei denen Gasflaschen - obwohl sie nicht zur Brandentstehung beigetragen haben - stark erhitzt werden. Eine derartige Situation ist für die Löschkräfte wegen der Gefahr eines Flaschenzerknalles lebensgefährlich!
Wenn bei Bränden Druckbehälter erhitzt werden, sind sie durch ihren chemisch-physikalischen Zustand kaum berechenbar. Wenn es sich bei den Druckbehältern um Acetylenflaschen handelt, erhöht sich wegen der Eigenschaften von Acetylen und Aceton die Gefahr gegenüber anderen Druckbehältern beträchtlich!
Acetylengas wird neben seiner Anwendung in der Chemie heute in Gewerbe und Industrie vor allem zum Schweißen und Brennschneiden verwendet. Am häufigsten sind in diesem Zusammenhang mobile Schweißaggregate anzutreffen, welche im wesentlichen aus einer Acetylengas- und Sauerstoffflasche bestehen. In Großbetrieben gibt es oft zentrale Versorgungsanlagen mit ganzen Flaschenbündeln.
Acetylenflaschen werden in Größen von 20 - 50 l Volumen hergestellt. Die Kennzeichnung der Flaschen erfolgt über die Flaschenfärbung (früher weiß, seit 2002 braun). Der Inhalt und das Fassungsvermögen sind auf der Flaschenschulter eingeprägt. Ein weiteres Merkmal von Acetylenflaschen sind die Druckamaturen. Diese Art von Bügelverschluß wird ausschließlich bei Acetylenflaschen verwendet. Im Gegensatz zu anderen Druckbehältern geht von einer Acetylenflasche kein hohler Klang aus, da diese Flaschen mit einer porösen Masse (Kieselgur, Bimsstein oder Holzkohle) gefüllt sind. Weiters beinhaltet die Flasche ca. 2/3 Aceton, in dem das Acetylen gelöst ist. Bei einer Flascheninnentemperatur von ca. 65 oC nimmt das Aceton den gesamten Flascheninhalt ein, was bei einer weiterer Temperaturerhöhung zu einem hydraulischen Zerknallen der Flasche führen kann (Berstdruck ca. 280 bar). Der Flascheninnendruck beträgt je nach Größe der Flasche max. 19 bar (bei 15 oC). Beim Hantieren oder bei der Bergung von Acetylenflaschen dürfen diese keinesfalls liegend gerollt werden!
Höchste Gefahr bei einem Einsatz im Zusammenhang mit Azetylenflaschen besteht wenn:
- die Temperatur der Flaschenwand steigt ohne äußere Einwirkung (bei Flammenrückschlag beginnend am Flaschenkopf).
- Beim Brand am Ventil oder Druckminderer keine hell leuchtende gelbe Flamme, sondern Verfärbungen bzw. Ruß oder Qualm innerhalb der Flamme erkennbar sind.
- das ausströmende Gas abnormal riecht bzw. ungleichmäßig entströmt.
Wenn das Zischgeräusch aufhört, bedeutet in den meisten Fällen eine Verstopfung des Ventils, nicht aber eine Entleerung der Flasche!
Beim Zerknall einer Acetylenflasche kann ein Feuerball mit einem Durchmesser von 20 – 50 Meter entstehen, die Flasche oder Teile davon können bis zu 300 Meter weit geschleudert werden!
Von einem Acetylengasflaschenzerknall mit Todesfolge ist bekannt, dass sich kurz vor dem Zerknall die Tonlage des ausströmenden Gases von einem “eher dumpfen Grollen zu einem ohrenbetäubend hohen Pfeifen” geändert hat.
Die Bergung von beflammten Acetylenflaschen aus gefährdeten Bereichen stellt immer ein Risiko dar. Eine Acetylenflasche kann nur geborgen werden, wenn ihr Wärmezustand stabil ist. Dies ist mit dem Einsatz von Wärmebildkamera, Fernthermometer oder auch per Handauflegen festzustellen. Das Verhalten von Kühlwasser auf der Flaschenaußenfläche gibt ebenfalls Auskunft über den Wärmezustand.
Acetylenflaschen, die sich im Zersetzungszustand befanden müssen, nachdem sie auf einen stabilen Temperaturzustand gekühlt wurden, noch mindestens weitere 24 Stunden gekühlt werden!
Sollte eine 24-stündige Kühlung vor Ort nicht möglich sein, kann die Flasche in einem Wasserbad, unter ständiger Kontrolle, zu einem geeigneten Ort transportiert werden. Wenn eine beflammte Acetylenflasche auf eine stabile Temperatur abgekühlt wurde, ist der Transport in einem Wasserbad relativ gefahrlos.
Im Mai 2003 wurde in Versuchen das Verhalten von Acetylengasflaschen bei Beflammung untersucht. Dazu wurden entsprechende Versuchsanordnungen aufgebaut.
1. Versuch: Flaschenbündel
Durch die Präzisionsschützen der COBRA wurde mit 12,7 mm Wolframcarbidgeschossen ein simuliertes Flaschenbündel durchschossen.
Dazu waren 3 Acetylenflaschen mit 1,5 cm Abstand gegen Umfallen gesichert in einer Reihe fixiert worden. Die Projektile durchdrangen alle drei hintereinander befindlichen Flaschen. Beim zweiten Schuss zündete das ausströmende Acetylen durch die Auftreffenergie, obwohl keine Leuchtspurmunition verwendet wurde.
2. Versuch: Hohlladungen
Es wurden 20 g Hohlladungen und 33 g Hohlladungen in einem Offset von 10 cm (Flaschenschulterseitig) bis 40 cm neben der Flasche in Stellung gebracht. Als Zündquelle wurde ein Zündlicht neben die Flasche gelegt, dann wurden alle HL gleichzeitig gezündet. Fast alle HL perforierten die Flasche, lediglich die 20 g HL im Bereich der Schulter durchdrang den Mantel nicht. Zwei 33 g HL mit einem Offset zwischen 20 cm bis 30 cm perforierten die Acetylenflache auch noch auf der Rückseite. Durch eine HL am Flaschenboden flog die Flasche in Richtung Ventil weg.
3. Versuch(e): Flaschenzerknall
In einer Brandtasse wurden Acetylenflaschen wagrecht auf Haufen aus Kies gelegt und dann möglichst gut mit Holz und Benzin befeuert. Ziel war das Verhalten der Flaschen zu verfolgen.
Flasche: Ohne Ventilkappe
Ventil: Nach 2:10 Minuten versagt das Ventil und die Flasche bläst stark aus diesem ab.
Bersten: Nach 7:45 Minuten zerknallt die Flasche schlagartig, ohne dass vorher ansatzweise etwas bemerkbar gewesen wäre. Der Flaschenmantel fliegt 96 m weit und schlägt am oberen Rand der Schottergrube ein.
Flasche: Flasche mit Ventilkappe
Ventil: Kein Ventilversagen beobachtbar
Bersten: Nach 7:10 Minuten versagt die Flasche im Schulterbereich. Das ist interessanterweise der dickste Mantelteil. Da nur ein etwa 30 cm langer Riss entlang einer Ausbeulung entsteht, fliegt die Flasche lediglich etwa 5 m.
Flasche: Flasche ohne Ventilkappe
Ventil: Nach etwa 5:00 Minuten versagt das Ventil und die Flasche bläst stark aus dem Ventil ab.
Bersten: Nach etwa 8:10 Minuten versagt die Flasche schlagartig, sie reißt vollständig der Länge nach auf und fliegt etwa 5 10 Meter weit.
4. Versuch: Beschuss einer aufgeheizten Flasche
Es wurde eine Acetylenflasche wie bei den Berstversuchen in die Brandtasse mit Holz und Benzin eingebracht und vorgeheizt, wobei die Schutzkappe über dem Ventil belassen wurde. Da beobachtet worden war, dass die Flaschen zwischen 7 und 8:30 Minuten zerbarsten, wurde nach etwa 6:30 Minuten die Flasche mit 12,7 mm Wolframcarbidgeschossen beschossen, um festzustellen, ob der zusätzliche Energieeintrag zur Umsetzung führt. Die Flasche setzte nicht um und auch 10 weitere Minuten im Feuer führten zu keinem Zerknall, die Flasche brannte lediglich aus.
Schlussfolgerungen:
Alle Acetylenflaschen barsten innerhalb eines relativ engen Zeitfensters, etwa zischen 7 Minuten und 8:30 Minuten. Die Druckentlastung über das Ventil scheint dabei nur geringfügig eine Rolle zu spielen.
Das Flaschenversagen ist vermutlich auf ein Erweichen des Mantels und ein Abheben von der porösen Masse zurückzuführen, so dass sich dann ein durchgehender Hohlraum bildet. Das Bersten erfolgte durch Überdruck, eine Detonation des Acetylens im Hohlraum erfolgte offensichtlich nicht, da es sich immer um lange gerade Risse handelte und nicht die für Schockwellen typischen Sprünge auftraten.
An der Veränderung der Wanddicken lässt sich ablesen, dass offensichtlich an einer Stelle eine Ausbeulung entstand (der Mantel ist dort dünner und eine Welle im aufgeplatzten Mantel zu erkennen) und der Riss von dort aus in beide Richtungen weiter erfolgte.
Das Aufschießen von Acetylenflaschen im Brandfall wird im Stadtgebiet wegen der Gefährdung der Umgebung nur sehr selten möglich sein. Trotzdem ist die Erkenntnis von Bedeutung, dass durch den Beschuss ein Flaschenzerknall verhindert werden kann!
Acetylen, oder auch noch Ethin genannt, ist in reiner Form ein farbloses, ungiftiges und geruchloses Gas. Bei seiner Anwendung hinterlässt Acetylen meist einen knoblauch-gummiartigen Geruch. Acetylen ist etwas leichter als Luft. Das für industrielle Zwecke hergestellte Acetylen besitzt meist geringe Mengen von Fremdgasen, wie z.B. Phosphorwasserstoff, welche ihm den charakteristischen Geruch verleihen. Es ist daher mit den menschlichen Sinnesorganen wahrnehmbar.
Außerdem kann man Acetylen mittels Prüfröhrchen (Kohlenwasserstoff) oder Ex-Messgerät nachweisen. Acetylen hat die UN-Nummer 1001.
Acetylen besitzt die chemische Formel C2H2 und kann in fast jeder Konzentration mit Luft oder Sauerstoff explodieren. Die Zündgrenzen in Luft liegen zwischen 1,5 und 83 Vol.%, jene in Sauerstoff zwischen 1,7 und 93 Vol.%. Außerdem ist diese chemische Verbindung sehr instabil. Bereits bei Erwärmung über 305oC oder bei der Verdichtung auf mehr als 2 bar kann sich das Gas ohne Anwesenheit von Sauerstoff in seine Grundbestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff zersetzen.
Aus diesem Grund kann reines Acetylen in Druckbehältern nicht verdichtet werden. Durch das Füllen der Flaschen mit einer porösen Masse wird der Querschnitt des Flaschenvolumens so verringert, das eine Zersetzung des Acetylens verhindert wird. Um eine größere Menge von Acetylen in einem Druckbehälter zu speichern, kann der Druck nicht beliebig gesteigert werden, ohne eine Zersetzung zu stimulieren. Aus diesem Grund wird die Adsorbereigenschaft von Aceton genutzt. Aceton kann bei 15 bar das 350-fache seines Volumens an Acetylen speichern. Durch äußere Einflüsse kann eine Zersetzung innerhalb des Druckbehälters beginnen. Wenn eine Flasche beim Transport starken Stößen ausgesetzt wurde, kann unter Umständen die poröse Masse so gestaucht werden, das ein größerer Querschnitt entsteht und somit eine Zersetzung des Acetylen beginnen kann. Temperaturerhöhungen innerhalb und außerhalb der Flasche sind ebenfalls Ursachen einer beginnenden Zersetzung.
Bei hohen Temperaturen und Drücken kann Acetylen explosionsartig zerfallen. Vergleicht man die Zerfallsenergie mit der des Sprengstoffes Trinitrotoluol (TNT), so entspricht energiemäßig 1kg Acetylen etwa 1,9kg TNT. Aceytlen wird daher vielfach auch als gasförmiger Sprengstoff bezeichnet.
In Verbindung mit Sauerstoff verbrennt Acetylen mit einer Temperatur von 2000 – 3000 oC. Sein Siedepunkt liegt bei –84 oC während seine Zündtemperatur bei +305 oC liegt. Acetylen ist ein wasserlöslicher Gas.
