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Druckanstieg durch Verdampfung

Bild eines Geysires der gerade Wasser ausstößt

Kryogene Flüssigkeiten dehnen sich beim Verdampfen und Anwärmen auf Raumtemperatur um einen Faktor 500 bis 1500 aus. Durch das Einsperren von kryogenen Flüssigkeiten oder von kaltem Gas oder durch verstärkten Wärmeeinfall können aus diesem Grund beträchtliche Überdrücke entstehen, die, falls das entstehende Gas nicht schnell genug abgeführt wird, zum Bersten des Kryobehälters führen können. Mögliche Ursachen für einen verstärkter Wärmeeinfall sind:

  • rasches Abkühlen von Bauteilen und Kryosystemen,
  • starke Wärmeentwicklung in den Kühlobjekten z.B. bei einem Quench (>>),
  • der Zusammenbruch des Isolationsvakuums,
  • thermoakustische Oszillationen (>>).

Weitere Mechanismen, die zu einem Druckanstieg führen können, sind:

  • Siedeverzug
    In sehr sauberen Behältern setzt das Sieden eines unterkühlten verflüssigten Gases unter Umständen erst bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes ein. Der Siedevorgang kann dadurch heftig bis explosionsartig ablaufen. Siedeverzug kann durch gezieltes Einbringen von Blasenkeimquellen, z.B. porösen Keramikteilen verhindert werden.
  • Stratifikation
    Wird das Kryogen in einem Speicherbehälter für einige Zeit nicht gestört, kann sich eine Temperaturschichtung einstellen, die zu einem schnelleren Druckanstieg als erwartet führt [12].
  • Rollover in LNG (liquefied natural gas) Lagerbehältern
    In großen Lagerbehältern für LNG können sich unabhängige horizontale Konvektionszellen bilden. Die Wärmezufuhr über die Behälterwandungen führt bei den unteren Schichten zu einer Ausdehnung und bei der obersten Schicht zum Verdampfen leichterer Bestandteile. Es stellt sich dadurch in der obersten Schicht eine höhere Dichte als in den unteren Schichten ein, und es kann zu einem plötzlichen Umklappen und Durchmischen der Schichten kommen. Bei dem als Rollover bezeichneten Umklappen kommt es wegen der überhitzten unteren Flüssigkeitsschicht zu heftigem Sieden [13].
  • Freisetzung von auf tiefkalten Oberflächen adsorbiertem Gas.
    Im Isolationsvakuum eines Tieftemperaturbehälters kann an den tiefkalten Oberflächen Gas, das durch Leckagen eingedrungen ist, kondensieren und akkumulieren. Beim gelegentlichen Aufwärmen des Behälters kann die angesammelte Kondensatmenge einen Druck im Vakuumraum aufbauen, der sowohl den Innen- als auch den Außenbehälter beschädigen kann.