LIITE 2. SÃILIÃVAUNUJEN SIMULOINTI SISÃLLYSLUETTELO

2/1 

LIITE 2. SÄILIÖVAUNUJEN SIMULOINTI 

SISÄLLYSLUETTELO 

1 JOHDANTO 3 

2 KOKEET JA SIMULOINTIMALLIT 3 

2.1 Kokeet 3 

2.2 Säiliön repeämisvaara 3 

2.3 Simulointimallit 4 

3 KOTIMAISET BENSIINIVAUNUT 7 

3.1 Vaunutyypit 7 

3.2 Bensiinilaadut 8 

3.3 So-säiliövaunu 8 

3.4 Sob-säiliövaunu 10 

3.5 Soek-säiliövaunu 12 

3.6 Varoventtiili purkaa nestettä 12 

3.7 Täyttöluukun tiiviste 14 

3.8 Tulosten tarkastelua 17 

4 VENÄLÄISET RAAKAÖLJYVAUNUT 21 


4.2 Raakaöljylaadut 21 

4.3 Vainikkalan onnettomuus 22 

4.4 Raakaöljyvaunu 23 

5 SAKSALAINEN NESTEKAASUVAUNU 25 

6 VENÄLÄISET PENTAANIVAUNUT 28 


6.2 Varsinainen pentaanivaunu 29 

6.3 Nestekaasuvaunu 30 

6.4 Tulosten vertailu 31 

7 VENÄLÄISET NESTEKAASUVAUNUT 32 


7.2 Kuljetettavat kaasut 32 

7.3 Tulipalotilanteet 33 

7.4 Lammikkopalo, butaanikuorma 35 

7.5 Lammikkopalo, muut kuormat 35 

7.6 Pistoliekki 37

2/2 

8 KOTIMAISET NESTEKAASUVAUNUT 39 


8.2 Kuljetettavat kaasut 39 


8.4 Propaanikuorma 40 

8.5 Butadieenikuorma 42 

9 AMMONIAKKISÄILIÖVAUNUT 43 


9.2 Ammoniakin ominaisuudet 43 

9.3 Kotimainen ammoniakkivaunu 43 

9.4 Venäläiset ammoniakkivaunut 44 

10 TULOSTEN TARKASTELUA 45 

10.1 Ohjelma ENGULF 45 


10.3 Varoventtiilin toiminta 48 

10.4 Säiliön repeämistavat 49 

10.5 Kemikaalien valinta 50 

LÄHDELUETTELO 51 

KUVAT 53

2/3 

1 JOHDANTO 

Liitteessä simuloidaan tulipaloon joutunutta säiliövaunua tarkoitusta varten kehitetyllä 

ENGULF II -ohjelmalla. Simuloinnin kohteena on Suomessa kuljetettavia kaasuja nestesäiliövaunuja, 

jotka ovat kotimaisia, venäläisiä tai saksalaisia. Vaunujen kuormana on nesteytetty 

kaasu tai palava neste. 

Liekkiympäristönä on palava lammikko, jonka liekit ympäröivät säiliön joko kokonaan tai 

osaksi, tai palavan kaasun vuodosta muodostunut pistoliekki, joka koskettaa säiliötä. 

Simuloinnin avulla voidaan arvioida, ovatko säiliöt vaarassa repeytyä tällaisessa tilanteessa ja 

kuinka pitkä kuumennus repeämiseen vaaditaan. Simuloinnin tuloksia voidaan hyödyntää laadittaessa 

ohjeita palokunnille tällaisten onnettomuustilanteiden varalta. 

2 KOKEET JA SIMULOINTIMALLIT 

2.1 KOKEET 

Liekkien kuumentaman säiliön käyttäytymistä on tutkittu kenttäkokeilla. 1970-luvulta lähtien 

tehdyissä kokeissa säiliöiden täytöksenä on ollut propaania. Säiliövaunuilla on tehty kolme 

kenttäkoetta: kaksi koetta USA:ssa 128 m 3 :n säiliövaunuilla, joista toinen oli eristämätön ja 

toinen eristetty (Townsend ym. 1974), sekä yksi koe Saksassa 45 m 3 :n eristämättömällä säiliövaunulla 

(Balke ym. 1999). USA:n kokeissa säiliön alla oli lentopetrolilla ja Saksan 

kokeessa kevyellä polttoöljyllä täytetty allas. Kaikissa kolmessa kokeessa säiliön 

kuumentamista jatkettiin, kunnes säiliö repesi. 

Kustannussyistä muut kokeet on tehty pienemmillä säiliöillä. Englannissa tehdyissä kokeissa 

käytettiin 0,5, 2 ja 10 m 3 :n lieriösäiliöitä. Säiliön alla oli petrolilla täytetty allas. Kokeita tehtiin 

eri täyttöasteilla yhteensä 10. Vajaalla täytöllä tehdyt kokeet olivat kiinnostavia varastosäiliöiden 

kannalta. Kokeet yleensä keskeytettiin, kun säiliön paine oli noussut 75 %:iin lasketusta 

repeämispaineesta. Tällä tavalla samalla säiliöllä voitiin tehdä useita kokeita, joissa säiliön 

täyttöastetta vaihdeltiin (Moodie ym. 1988). Lisäksi tehtiin kokeita paloeristetyillä ja 

vesivalelun suojaamilla 0,5 m 3 :n säiliöillä. 

Saksassa tehtiin kolme koetta 4,85 m 3 :n lieriösäiliöillä. Sisällön alkulämpötilaa vaihdeltiin eri 

vuodenaikoja vastaavasti. Säiliöiden alla oli kevyellä polttoöljyllä täytetty allas. Kokeita 

jatkettiin kunnes säiliö repesi (Schultz-Forberg ym. 1984). Lisäksi tehtiin kokeita paloeristetyillä 

ja vesivalelun suojaamilla säiliöillä. 

Englannissa on tehty kokeita myös propaanipistoliekin kuumentamilla 4,55 m 3 :n lieriösäiliöillä. 

Pistoliekin koko valittiin sellaiseksi, että se ympäröi koko säiliön. Kokeita tehtiin neljä säiliön 

eri täyttöasteilla ja niitä jatkettiin, kunnes säiliö repesi (Duijm 1995). 

2.2 SÄILIÖN REPEÄMISVAARA 

Kokeissa ja onnettomuuksissa havaittu säiliön repeäminen on seurausta sisällön lämpenemisestä, 

joka kohottaa säiliön painetta, sekä säiliön vaipan kuumenemisesta nestepinnan yläpuolella, 

joka alentaa teräksen murtolujuutta. Säiliö voi revetä myös siksi, että laajentunut neste täyttää 

koko säiliön, jolloin nestepaine riittää murtamaan säiliön, vaikka teräs ei olisikaan heikentynyt. 

Säiliön repeäminen voidaan estää rajoittamalla

2/4 

— säiliön täyttöaste niin pieneksi, että neste ei pysty täyttämään säiliötä 

— säiliön paine arvoon, jonka säiliö kestää 

— vaipan lämpötila arvoon, jolla säiliö kestää sisäisen paineensa. 

Käytännössä kuljetussäiliöiden täyttöaste rajoitetaan sellaiseen arvoon, että säiliö ei missään 

olosuhteissa (tulipaloa lukuun ottamatta) voi täyttyä nesteellä. Kuljetusmääräyksissä 

nesteytetyn kaasun lämpöeristämättömän säiliön suurin sallittu täyttöaste määräytyy seuraavista 

ehdoista (VAK 1999): 

— suurin sallittu täyttöaste on 0,95 kertaa nestefaasin tiheys lämpötilassa 50 o C 

— kaasufaasin on säilyttävä lämpötilaan 60 o C asti. 

Tällä perusteella laskettu täyttöaste on kuljetusmääräyksissä annettu eri kaasuille. Lämpötila, 

jossa kuljetussäiliö täyttyy nesteellä, vaihtelee Suomessa kuljetettavilla palavilla kaasuilla 61– 

75 o C (tekstiosa, taulukko 2). 

Paineen nousun rajoittamiseksi kuljetussäiliöissä on yleensä varoventtiili. Varoventtiilin mitoitus 

vaihtelee eri maissa eri aikoina annetuissa määräyksissä. Kun varoventtiili mitoitetaan estämään 

säiliön paineen nousu tulipalossa, on pystyttävä arvioimaan, millainen lämpöteho säiliöön voi 

siirtyä. Varoventtiilin vapaan aukon alan on oltava riittävän iso, jotta venttiili pystyy puhaltamaan 

tämän tehon höyrystämän höyryvirran. Esimerkiksi venäläisten nestekaasuvaunujen 

varoventtiilin mitoituksessa ei ole varauduttu tulipaloon (Shebeko ym. 1996). Saksalaisissa 

nestekaasuvaunuissa ei ole varoventtiiliä. 

Tulipalotilanteen varalta riittävän suureksi mitoitettu varoventtiili pysäyttää säiliön paineen 

nousun ja nesteen lämpötilan kohoamisen. Varoventtiilin toiminta ei kuitenkaan pysäytä säiliön 

vaipan lämpötilan nousua kaasutilan kohdalta. Säiliö repeää, kun sen murtolujuus 

heikoimmassa (kuumimmassa) kohdassa on laskenut vaipan kehäjännityksen suuruiseksi. 

Tämä tapahtuu useimmiten, kun vaipan lämpötila on 550–650 o C. Tällä alueella teräksen 

murtolujuus laskee nopeasti lämpötilan noustessa. Varoventtiilin toiminta ei siten paljoakaan 

pidennä säiliön kestoaikaa tulipalossa, jonka liekit koskettavat säiliötä ja ovat riittävän kuumia 

nostamaan vaipan lämpötilan alueelle 550–650 o C. Vesivalelun lisäksi säiliön vaipan kuumenemista 

voidaan rajoittaa lämpöeristyksellä. 

Kokemukset kuljetusonnettomuuksista osoittavat, että palokunta ei välttämättä edes ehdi 

aloittaa vesivalelua ennen kuin säiliö repeää. Lisäksi liekkien ympäröimän säiliön vesivaleluun 

tarvittava vesivirta on niin suuri, että valelu tulee käytännössä kysymykseen vain tehdasalueilla, 

joissa on kiinteä palovesiverkosto. 

2.3 SIMULOINTIMALLIT 

Koska säiliön käyttäytymiseen ja repeämisvaaran muodostumiseen vaikuttaa monia tekijöitä, 

eri tekijöiden vaikutuksen selvittäminen kokeellisesti on käytännössä mahdotonta. Niinpä 

kokeiden rinnalla on kehitetty simulointimalleja. Englannin koeohjelman rinnalla kehitettiin 

simulointimalli ENGULF II (Ramskill 1988), jonka versio 1.5 on hankittu VTT:lle. 

ENGULF II -ohjelmalla voidaan simuloida makaavaa tai pystyä lieriösäiliötä sekä pallosäiliötä. 

Säiliö voi olla eristämätön tai eristetty. Koko säiliön ympäröivien allas- tai lammikkopalon 

liekkien ohella ohjelmalla ENGULF II voidaan mallintaa seuraavia tilanteita: 

1. liekit ympäröivät säiliön päädyn 

2. liekit ympäröivät säiliön keskiosan

2/5 

3. pistoliekki kohdistuu säiliön vaippaan kaasutilan kohdalla 

4. pistoliekki kohdistuu säiliön vaippaan nestetilan kohdalla 

5. pistoliekki kohdistuu säiliön vaippaan kaasuja nestetilan kohdalla 

6. liekkien lämpösäteily kohdistuu säiliön päätyyn 

7. liekkien lämpösäteily kohdistuu säiliön vaippaan. 

Nesteytetyt kaasut, joita säiliössä voi olla joko yksinään tai seoksina, ovat 

— ammoniakki 

— butaani 

— happi 

— metaani 

— propaani. 

ENGULF-ohjelma kuvaa moottoribensiiniä ns. pseudokomponenttimallilla, joka koostuu 

seitsemästä tyydytetystä hiilivedystä, joiden fysikaaliset ominaisuudet tunnetaan hyvin. Koska 

hiilivetyseokset ovat ideaaliliuoksia, jokaisen komponentin osapaine saadaan Raoultin laista 

(kertomalla komponentin mooliosuus nesteessä komponentin kylläisen höyryn paineella). 

Komponenttien mooliosuudet on valittu siten, että seoksen höyrynpaine kuvaa hyvin bensiinin 

(kesälaadun) höyrynpainetta koko kiinnostavalla lämpötila-alueella. Myös seoksen tiheys vastaa 

bensiinin tiheyttä tällä alueella. 

Pseudokomponenttimalli käyttää seuraavia komponentteja, joita voi myös yhdistellä vapaasti 

toisten hiilivetyseosten mallintamista varten: 

— propaani 

— butaani 

— pentaani 

— metyylipentaani 

— tolueeni 

— trimetyylibentseeni 

— metyylietyylibentseeni. 

Säiliön kaasutilassa voi kemikaalin höyryn lisäksi olla ilmaa. ENGULF kuvaa varoventtiiliä 

aukkona, joka avautuu säiliön paineen saavuttaessa varoventtiilin avautumispaineen, ja 

sulkeutuu, kun säiliö paine laskee tätä painetta alemmaksi. Kun varoventtiili puhaltaa höyryä 

(tai ilman ja höyryn seosta), nestepinnasta höyrystyy uutta höyryä säiliön kaasutilaan. Ohjelma 

ottaa huomioon nesteen koostumuksen muutoksen, kun kevyemmät jakeet höyrystyvät ja 

poistuvat varoventtiilin kautta. Simulointia varten pseudokomponenttiseoksen neste- ja 

höyryfaasin ominaisuudet lasketaan uudelleen joka aika-askeleen jälkeen (Ramskill 1987). 

VTT:lle on hankittu myös professori Venartin johdolla New Brunswickin yliopistossa 

Kanadassa kehitetty PLGS99-ohjelma. Kun ENGULF-ohjelma ei mallinna säiliön kaasutilan 

ja nestetilan lämpötilajakaumia, PLGS-ohjelma pyrkii mallintamaan säiliön sisällä tapahtuvia 

ilmiöitä mahdollisimman todenmukaisesti. Malli jakaa säiliön nestetilan neljään osaan: a) lämmin 

pintakerros, b) reunojen konvektiovirtaus, c) keskiosa, d) pohjaosa. Varoventtiilin kautta voi 

purkautua joko höyryä tai höyry-pisaraseosta. PLGS-ohjelman aikaisemmasta versiosta 

PLGS-I on julkaistu kuvaus (Aydemir ym. 1988). Nykyisestä versiosta PLGS99 ei vielä ole 

laadittu kuvausta. 

VTT:n saamalla ohjelman PLGS99 versiolla pystyy simuloimaan vain liekkien täysin ympäröimää 

makaavaa lieriösäiliötä. Ohjelman muilla versioilla pystyy simuloimaan pystyä 

lieriösäiliötä ja pallosäiliötä. Säiliön sisältönä voi olla propaania, butaania, pentaania tai

2/6 

heksaania. Ohjelmalla ei voi mallintaa seoksia eikä säiliön kaasutilassa voi olla ilmaa. Ohjelma 

kuvaa realistisesti varoventtiilin toimintaa, jota kuvataan kolmella paineella: avautumispaine, 

paine, jossa varoventtiili on täysin auki, ja sulkeutumispaine. 

Raportissa (Lautkaski 2001) on ENGULF- ja PLGS99-malleilla simuloitu kahdeksaa propaanisäiliöillä 

tehtyä lammikkopalokoetta sekä neljää pistoliekkikoetta. USA:n säiliövaunukoetta 

voitiin simuloida vain PLGS99-ohjelmalla. Tuloksia verrattiin kokeista julkaistuihin mittaus- ja 

havaintotietoihin. 

Ohjelmia ei sanan tarkassa merkityksessä voi todentaa koetulosten avulla, koska kaikkia 

koesäiliön käyttäytymiseen vaikuttaneita tekijöitä ei tunneta riittävällä tarkkuudella. Ennen 

muuta tämä koskee säiliötä kuumentaneiden liekkien ominaisuuksia. Eräissä kokeissa tuuli 

kallisti liekkejä ja teki liekkiympäristöstä hyvin epäyhtenäisen. Silloinkin, kun tuuli ei kallistanut 

liekkejä, niiden ominaisuudet muuttuivat sekä ajan että paikan funktiona. 

Liekkiympäristön epäyhtenäisyys ei niinkään haittaa säiliössä olevan nesteen lämpötilan nousun 

laskemista, sillä ennen varoventtiilin avautumista nesteen lämpötila määräytyy säiliön nestetilaan 

siirtyvästä tehosta eli tehotiheyden keskimääräisestä arvosta nestetilaan kosketuksessa olevan 

säiliön seinämän osalla. Tämän suureen arvo saadaan parhaiten kokeilemalla eri suuria tehotiheyden 

arvoja eli hyödyntämällä sitä, että säiliö itse toimii kalorimetrinä. 

Suoritetuissa simuloinneissa valittiin, osaksi kirjallisuudessa julkaistujen simulointitulosten sekä 

professori Venartin suositusten perusteella, seuraavat liekkien tehotiheyden arvot (Lautkaski 

2001): 

– Englannin 10 m 3 :n säiliöllä tehtyjen kokeiden petrolialtaan liekit 66 kW/m 2 

– Saksan 4,85 m 3 :n säiliöillä tehtyjen kokeiden polttoöljyaltaan liekit 88 kW/m 2 

– Saksan säiliövaunukokeen polttoöljyaltaan liekit 90 kW/m 2 

– USA:n säiliövaunukokeen lentopetrolialtaan liekit 86 kW/m 2 

– Englannin pistoliekkikokeen liekki 200 kW/m 2 , 1177 o C. 

Näillä tehotiheyden arvoilla simulointiohjelmat kuvasivat parhaiten säiliön käyttäytymistä, 

mahdolliseen repeämiseen kuluva aika mukaan lukien. Liekkiympäristön epäyhtenäisyydestä 

johtuen liekkien kuumimman osan tehotiheys määräsi vaipan lämpötilan. Jos tehotiheys valittiin 

siten, että ohjelmat kuvasivat hyvin sisällön mitatun lämpötilan nousun, vaipan lämpötilan nousunopeus 

tuli aliarvioitua. Jos taas tehotiheyttä kasvatettiin vastaamaan vaipan lämpötilan mitattua 

nousunopeutta, sisällön lämpötilan nousu tuli yliarvioitua (Lautkaski 2001). 

Koska huolellisesti suunnitelluissa kenttäkokeissa yhtenäisen liekkiympäristön luominen 

koesäiliön ympärille tuotti suuria vaikeuksia, onnettomuustilanteissa on odottavissa, että liekkiympäristö 

on epäyhtenäinen. Tämä aiheuttaa epävarmuutta lähinnä arvioitaessa säiliön repeämisaikaa 

simulointien avulla. Toisaalta repeämisaika joka tapauksessa riippuu monesta 

tekijästä eikä sitä voi kuitenkaan arvioida kovin tarkkaan. 

3 KOTIMAISET BENSIINIVAUNUT 

3.1 VAUNUTYYPIT 

Bensiinin kuljettamiseen käytetään kolmea kotimaista säiliövaunutyyppiä, joiden tiedot on 

koottu taulukkoon 1.

2/7 

Taulukko 1. Bensiinisäiliövaunut 

——————————————————————————————————— 

So Sob Soek 

——————————————————————————————————— 

säiliö 

tilavuus, m 3 61,7 83 60,3 

täyttö, m 3 56 72 56 

halkaisija, m 2,8 2,8 2,8 

pituus, m 10,5 14 10,5 

vaipan paksuus, mm 9 7 7 

eristyksen paksuus, mm – – 60 

varoventtiili 

avautumispaine, bar 1 1,5 1,5 

vapaa aukko, cm 2 32,2 40 40 

kuristuskerroin 0,86 0,92 0,92 

——————————————————————————————————— 

Kummankin varoventtiilityypin virtausta rajoittava vapaa aukko on liekinestimessä. Kotimaisessa 

varoventtiilissä (So) liekinestimenä on 0,3 mm:n langasta tehty verkko, jossa on 144 

silmää neliösenttimetrillä. Saksalaisen varoventtiilin (Sob ja Soek) liekinestin on valmistettu 0,2 

mm paksusta aaltoprofiilista. Liekinestinten kuristuskerroin Cd on arvioitu äkillisen putkisupistuksen 

paikallisvastuksen avulla. Äkillisen putkisupistuksen paikallisvastus ? voidaan arvioida 

kaavasta 

missä 

A1 on putken poikkipinta supistuksen jälkeen, m 2 

A on putken poikkipinta ennen supistusta, m 2 . 

Kaavasta (1) saadaan kotimaiselle venttiilille ? = 0,35 ja saksalaiselle venttiilille ? = 0,175. 

Venttiilin kuristuskerroin Cd saadaan paikallisvastuksesta kaavalla 

Sijoittamalla lasketut paikallisvastuksen arvot kaavaan (2) saadaan taulukossa 1 annetut 

kuristuskertoimen arvot. 

3.2 BENSIINILAADUT 

Ohjelman ENGULF syöttötietojen joukossa on Englannissa tehty bensiinin pseudokomponenttimalli, 

joka on esitetty taulukossa 2. Kuvaan 1 on piirretty Fortum Oil and Gas Oy:n 

valmistaman moottoribensiinin kesä- ja talvilaadun höyrynpaineet (Aimo Rautiala, Fortum Oil 

and Gas Oy, sähköpostiviesti 16.2.2000). Mallilla laskettu bensiinin höyrynpaine on yhtäpitävä 

kotimaisen moottoribensiinin kesälaadun höyrynpaineen kanssa. 

Moottoribensiinin talvilaadulla on korkeampi höyrynpaine (89 kPa, 37,8 o C) kuin kesälaadulla 

(69 kPa, 37,8 o C, kuva 1). Jotta simulointeja voitaisiin tehdä myös talvilaadulla kuormatuilla 

säiliövaunuilla, talvilaadulle tehtiin pseudokomponenttimalli asettamalla propaanin pitoisuus nollaksi 

ja muuttamalla muiden komponenttien pitoisuuksia siten, että mallin antamat bensiinin 

A1 

2 

ζ = (1 - ) 

(1) 

A 

C 

d 

= 

1 

1 + ζ 

(2)

2/8 

höyrynpaineen ja tiheyden lämpötilariippuvuudet vastasivat mahdollisimman hyvin Fortum Oil 

and Gas Oy:n talvilaadun arvoja. Sovitus tehtiin Excel-taulukkolaskentaohjelmalla ja tulokseksi 

saadut pseudokomponenttien pitoisuudet on esitetty taulukossa 2. 

Taulukko 2. Kesä- ja talvibensiinin mallit, painoprosentteja 

——————————————————————————————————— 

kesä 

talvi 

——————————————————————————————————— 

propaani 0,2 – 

butaani 5,0 11,40 

pentaani 17,0 13,80 

metyylipentaani 12,0 8,15 

tolueeni 22,0 23,20 

trimetyylibentseeni 35,0 36,40 

metyylietyylibentseeni 8,8 7,05 

yhteensä 100,0 100,00 

——————————————————————————————————— 

3.3 SO-SÄILIÖVAUNU 

Perustapaukseksi valittiin pyörillään oleva ehjä säiliövaunu, jonka kuormana on moottoribensiinin 

kesälaatua. Sisällön lämpötila on 15 o C. Säiliön alla on bensiinilammikko, jonka liekit 

ympäröivät koko säiliön. Liekkien tehollinen lämpötila on 850 o C ja tehotiheys 90 kW/m 2 . 

Palo sammuu tai heikkenee olennaisesti 30 minuutin kuluttua. 

Vaihtoehtoiset tapaukset ovat: 

1. liekkien tehollinen lämpötila on 800 o C ja tehotiheys 75 kW/m 2 

2. liekit ympäröivät puolet säiliöstä 

3. säiliön kuormana on moottoribensiinin talvilaatua, jonka lämpötila on 0 o C. 

3.3.1 Perustapaus 

Perustapauksessa säiliön varoventtiili avautuu 3,6 minuutin kuumennuksen jälkeen. Paineen 

nousu säiliön kaasutilassa johtuu höyryn ja ilman seoksen kuumenemisesta, ilman 

puristumisesta kokoon nesteen lämpölaajenemisen vaikutuksesta sekä nesteen höyrynpaineen 

kohoamisesta. Varoventtiili kuitenkin sulkeutuu pian avautumisensa jälkeen puhallettuaan 

pienen ilma- ja höyrymäärän. 

Koska ohjelma ENGULF yksinkertaistaa varoventtiilin toimintaa, sen avulla ei pysty arvioimaan, 

montako kertaa todellinen varoventtiili avautuisi tällaisessa tilanteessa. Simuloinnissa 

varoventtiili avautuu 18 kertaa ja on joka kerta auki yhden aika-askeleen eli 0,5 s. 

Kuvassa 2 on ohjelman ENGULF laskema nesteen lämpötila säiliössä sekä pseudokomponenttimallilla 

laskettu nesteen kiehumislämpötila säiliön paineessa. Kiehumislämpötilan vaihtelut 

varoventtiilin ensimmäisen avautumisen (hetkellä 3,6 min) jälkeen ovat seurausta paineen 

vaihteluista. Kuvan 2 mukaan bensiini ei ehdi saavuttaa kiehumislämpötilaansa simuloinnin 

päättymishetkeen 12,1 min mennessä. Simulointi päättyy, kun neste täyttää 99 % säiliöstä 

(nesteen lämpötila on 72,5 o C). Ohjelman rajoitusten vuoksi sillä ei voi simuloida säiliön 

täyttymistä nesteellä, joka tässä tapauksessa tapahtuisi noin hetkellä 13,3 min. 

Kuvassa 3 on ohjelman laskema höyryn lämpötila, joka saavuttaa suurimman arvonsa 260 o C

2/9 

hetkellä 8,5 min ja alkaa tämän jälkeen hitaasti laskea varoventtiilin puhalluksen vaikutuksesta. 

Kuvassa 4 on säiliön vaipan lämpötila kaasuja nestetilan kohdalla. Vaipan lämpötila saavuttaa 

suurimman arvonsa 730 o C noin hetkellä 10 min ja alkaa tämän jälkeen laskea varoventtiilin 

toiminnasta aiheutuvan höyryn lämpötilan hitaan laskun vaikutuksesta. Vaipan 

lämpötila nestetilan kohdalla saavuttaa suurimman arvonsa 175 o C hetkellä 3,5 min ja alkaa 

tämän jälkeen laskea varoventtiilin toiminnan seurauksena. 

Kuvassa 5 on säiliön ylipaine sekä laskettu murtumispaine. Säiliön paine tasoittuu suunnilleen 

varoventtiilin avautumispaineeseen. Murtumispaine alenee säiliön kaasutilan kohdalla lasketun 

vaipan lämpötilan nousua vastaten ja on noin hetkestä 7 min lähtien 2 bar. Säiliön paine jää 

noin 1 baarin verran murtumispainetta alemmaksi, joten ohjelma ennustaa, että säiliö kestää 

kuumenemisen repeämättä. 

3.3.2 Liekkien lämpötila 800 o C 

Alemmalla liekkien lämpötilalla varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 4,4 min ja säiliö tulee 

99-prosenttisesti täyteen nestettä hetkellä 14,5 min (nesteen lämpötila on 72,5 o C). Säiliö 

täyttyy hetkellä 16,0 min. Nesteen lämpötila ja kiehumislämpötila käyttäytyvät kuvan 2 tavoin, 

nesteen lämpötila vain nousee hieman hitaammin. Myös höyryn lämpötila nousee hieman 

hitaammin ja saavuttaa suurimman arvonsa 245 o C hetkellä 9,5 min. Kaasutilan kohdalla 

lasketun vaipan lämpötilan suurin arvo on 685 o C ja nestetilan kohdalla lasketun 170 o C. Myös 

nämä arvot saavutetaan hieman myöhemmin kuin perustapauksessa. 

Olennaisin ero perustapaukseen verrattuna on säiliön murtumispaineen käyttäytymisessä (kuva 

6). Vaipan alemmasta lämpötilasta johtuen murtumispaine on nyt alimmillaan 4,3 bar ylipainetta 

ja siten yli 3 bar säiliön painetta korkeampi. 

3.3.3 Puolet säiliöstä liekeissä 

Tässä tapauksessa varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 6,8 min ja säiliö tulee 99- 

prosenttisesti täyteen nestettä hetkellä 23,4 min (nesteen lämpötila on 72,5 o C). Säiliö täyttyy 

hetkellä 24,7 min. Neste ei tuolloin vielä kiehu. Höyryn korkein lämpötila on 190 o C hetkellä 

12 min. Kaasutilan kohdalla lasketun vaipan lämpötilan suurin arvo on 730 o C ja nestetilan 

kohdalla lasketun 175 o C eli samat lämpötilat kuin perustapauksessa. Arvot saavutetaan 

kuitenkin hieman myöhemmin kuin perustapauksessa. 

Säiliön paine ja murtumispaine käyttäytyvät samoin kuin kuvassa 5. Molemmat pysyvät 

tasapainoarvoissaan simuloinnin loppuun saakka. 

3.3.4 Bensiinin talvilaatu 

Kun säiliössä on bensiinin talvilaatua ja sisällön lämpötila on 0 o C, säiliö käyttäytyy hyvin 

samalla tavalla kuin perustapauksessa. Varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 3,6 min ja 

säiliö tulee 99-prosenttisesti nesteen täyttämäksi hetkellä 11,6 min. Säiliö täyttyy hetkellä 12,9 

min. Nesteen lämpötila on tällöin 55 o C (kuva 7). Neste ei tässä lämpötilassa vielä kiehu. 

Höyryn korkein lämpötila 240 o C saavutetaan hetkellä 7,5 min. Kaasutilan kohdalla lasketun 

vaipan lämpötilan suurin arvo on 735 o C ja nestetilan kohdalla lasketun 205 o C. Säiliön paine 

ja murtumispaine käyttäytyvät kuten kuvassa 5. Murtumispaine saavuttaa tasapainoarvon 1,9 

bar ylipainetta eli ohjelma ennustaa, että säiliö ei repeä.

2/10 

3.4 SOB-SÄILIÖVAUNU 

Toisin kuin öljyvaunu So, säiliövaunu Sob on suunniteltu bensiinin ja muiden kevyiden öljytuotteiden 

kuljetukseen. Säiliön tilavuutta on voitu kasvattaa 83 m 3 :iin mm. tekemällä säiliöstä 

itsekantava. Lasketaan Sob-vaunulle samat tapaukset kuin So-vaunullekin. 


Perustapauksessa säiliön varoventtiili avautuu hetkellä 5,7 min ja säiliö repeää hetkellä 7,0 min. 

Kuvassa 8 on nesteen lämpötila ja kiehumislämpötila. Repeämishetkellä nesteen lämpötila on 

46 o C eli noin 40 K kiehumislämpötilaa alempi. Kuvassa 9 on höyryn lämpötila, joka tasoittuu 

noin 290 o C:een. Kuvassa 10 on vaipan lämpötila kaasuja nestetilan kohdalta. Kaasutilan 

kohdalla vaipan lämpötila nousee noin 735 o C:een ja nestetilan kohdalla noin 175 o C:een. 

Kuvassa 11 on säiliön paine ja laskettu murtumispaine. Murtumispaine on käytännöllisesti 

katsoen yhtä suuri kuin säiliön paine jo noin hetkestä 5,5 min alkaen. Koska vaipan lämpötila 

kaasutilan kohdalla on tähän hetkeen mennessä lähes saavuttunut tasapainoarvonsa (kuva 10), 

murtumispaine laskee vain hyvin hitaasti. 

Kuvan 11 perusteella voi sanoa, että säiliö on repeämisvaarassa jo hetkellä 5,5 min. Se, että 

Sob-vaunu repeää näin pian ja So-vaunu kestää säiliön nesteellä täyttymiseen asti, johtuu Sobvaunun 

säiliön vaipan ohuemmasta paksuudesta (7 mm) So-vaunun säiliön vaippaan (9 mm) 

verrattuna. Sob-vaunun täyttöaste alussa on 86,6 % ja repeämishetkellä 90,4 %. 

3.4.2 Liekkien lämpötila 800 o C 

Alemmalla liekkien lämpötilalla varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 7,3 min. Nesteen 

kiehuminen alkaa noin hetkellä 19 min. Säiliö ei repeä eikä täyty nesteellä, joten sen simulointia 

voitiin jatkaa palon oletettuun päättymishetkeen 30 min saakka. 

Kuvassa 12 on ohjelman laskema varoventtiilin massavirta. Ennen kiehumisen alkua varoventtiilin 

massavirta on noin 1,7 kg/s. Varoventtiilin toistuva avautuminen ja sulkeutuminen (11 

kertaa 10 minuutin aikana) ei näy kuvassa, koska ohjelma antaa massavirran arvon sillä 

hetkellä, kun varoventtiili oli viimeksi auki. 

Mielenkiintoista kuvassa 12 on varoventtiilin massavirran jatkuva kasvu sen jälkeen, kun neste 

alkaa kiehua säiliössä. Tämä johtuu siitä, että kiehuvasta nesteestä muodostuu tehokkaasti 

höyryä, joka nostaa säiliön painetta. Paineen nousu puolestaan kasvattaa varoventtiilin 

massavirtaa. Vaikka varoventtiili on tämän jälkeen jatkuvasti auki, sen puhallus ei kuitenkaan 

riitä estämään paineen nousua. Ennen kiehumisen alkua varoventtiilin kautta poistuu 10 

minuutissa noin 10 kg ja tämän jälkeen 12,6 minuutissa noin 2500 kg. 

Kuvassa 13 on nesteen lämpötila ja kiehumislämpötila säiliössä. Kuten kuvasta 13 näkyy, 

nesteen lämpötila saavuttaa kiehumislämpötilan hetkellä 19 min. Tämän jälkeen molemmat 

nousevat samaan tahtiin. Kiehumislämpötilan kohoaminen johtuu paineen kohoamisesta sekä 

myös kevyiden jakeiden tislautumisesta. 

Kuvassa 14 on höyryn lämpötila. Höyryn lämpötila saavuttaa tasapainoarvon 275 o C hetkellä 

8 min ja laskee tämän jälkeen hitaasti. Kun nesteen kiehuminen alkaa ja varoventtiili jää auki, 

höyryn lämpötila laskee nopeasti noin 100 K alemmalle tasolle.

2/11 

Kuvassa 15 on vaipan lämpötila. Kaasutilan kohdalla laskettu vaipan lämpötila tasoittuu aluksi 

695 o C:een ja putoaa selvästi kiehumisen alettua, kun höyryn lämpötila laskee. Nestetilan kohdalla 

laskettu lämpötila vaihtelee 150 o C:n molemmin puolin. 

Kuvassa 16 on säiliön paine ja murtumispaine. Kuten jo edellä todettiin, säiliön paine alkaa 

nousta, kun kiehuminen alkaa. Simuloinnin päättymishetkellä 30 min säiliön paine on noussut 

noin 2 baaria varoventtiilin avautumispainetta korkeammaksi. Säiliön paineen ja 

murtumispaineen ero on pienimmillään 1,5 bar. Säiliön täyttöaste on simuloinnin 

päättymishetkellä 97 %. 


Tässä tapauksessa säiliön paine ei nouse riittävän korkeaksi avatakseen varoventtiilin, vaan 

säiliö repeää 14,5 minuutin kuumennuksen jälkeen. Repeämishetkellä nesteen lämpötila on 49 

o C, höyryn lämpötila 215 o C, vaipan lämpötila säiliön kaasutilan kohdalla 735 o C ja nestetilan 

kohdalla 95 o C. Höyryn lämpötila ja vaipan lämpötila kaasutilan kohdalla saavuttavat 

tasapainoarvonsa noin hetkellä 8 min. Nesteen lämpötila ja vaipan lämpötila nestetilan kohdalla 

nousevat repeämishetkeen asti. 

Kuvassa 17 on säiliön paine ja murtumispaine. Näiden paineiden ero on varsin pieni (alle 0,3 

bar) noin hetken 10 min jälkeen, joten säiliön voi sanoa olevan repeämisvaarassa tästä 

hetkestä lähtien. 


Kun säiliössä on bensiinin talvilaatua ja sisällön lämpötila on 0 o C, säiliö käyttäytyy hyvin 

samalla tavalla kuin perustapauksessa. Varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 5,6 min ja 

säiliö repeää hetkellä 6,3 min. Nesteen lämpötila on tällöin 26 o C. Nesteen lämpötila on 55 K 

kiehumispisteen alapuolella. 

Höyryn lämpötila repeämishetkellä on 280 o C. Vaipan lämpötila säiliön kaasutilan kohdalla on 

730 o C ja nestetilan kohdalla 190 o C. Säiliön paine ja repeämispaine käyttäytyvät kuten 

kuvassa 11, paitsi että repeämisvaara alkaa jo hetkellä 5 min ja säiliö repeää hetkellä 6,3 min. 

3.5 SOEK-SÄILIÖVAUNU 

Soek-vaunun säiliö on eristetty 60 mm paksulla mineraalivillakerroksella, joka on vuorattu 

pellillä. Mineraalivillan lämmönjohtavuus on 0,04–0,07 W m -1 K -1 (Vähäkallio 1970). Käytetään 

lämmönjohtavuudelle arvoa 0,07 W m -1 K -1 . 


Perustapauksessa säiliön varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 29 min. Nesteen lämpötila 

simuloinnin päättyessä hetkellä 30 min on 41 o C, joka on runsaat 40 K kiehumislämpötilaa 

alempi. Höyryn lämpötila on 150 o C, vaipan lämpötila kaasutilan kohdalla on 410 o C ja 

nestetilan kohdalla 77 o C. Säiliön murtumispaine on 14,7 bar ylipainetta, joka on noin 13 bar 

säiliön painetta korkeampi. Säiliön täyttöaste simuloinnin alussa on 92,1 % ja lopussa 95,4 %. 

Toisin sanoen, jos eriste pysyy paikoillaan, säiliö ei ole repeämisvaarassa vielä 30 minuutin 

kuumennuksen jälkeen.

2/12 


Säiliön varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 29 min. Nesteen lämpötila simuloinnin päättyessä 

hetkellä 30 min on 27 o C, joka on noin 48 K kiehumislämpötilaa alempi. Höyryn lämpötila 

on 140 o C, vaipan lämpötila kaasutilan kohdalla on 415 o C ja nestetilan kohdalla 65 o C. 

Säiliön murtumispaine on 14,5 bar ylipainetta, joka on noin 13 bar säiliön painetta korkeampi. 

Säiliön täyttöaste simuloinnin alussa on 91,9 % ja lopussa 95,2 %. Toisin sanoen, jos eriste 

pysyy paikoillaan, säiliö ei ole repeämisvaarassa vielä 30 minuutin kuumennuksen jälkeen. 

3.6 VAROVENTTIILI PURKAA NESTETTÄ 

Jos onnettomuudessa kaatunut säiliövaunu joutuu liekkien kuumentamaksi, sen varoventtiili on 

nestepinnan alapuolella. Tästä seuraa, että varoventtiiliin kohdistuu kaasutilan paineen lisäksi 

nesteen hydrostaattinen paine ?gh, missä ? on nesteen tiheys, g putoamiskiihtyvyys 9,81 m/s 2 

ja h nestepinnan ja varoventtiilin yhteen korkeusero. 

Esimerkiksi edellä käsitellyn So-vaunun perustapauksen simuloinnin mukaan hetkellä 3,5 min 

nesteen lämpötila on 27,5 o C ja tiheys 742 kg/m 3 . Säiliön täyttöaste on tällöin 92,7 % ja 

kaasutilan ylipaine 0,95 bar. Jos oletetaan, että säiliö on kyljellään, korkeusero h on 1,05 m ja 

hydrostaattinen paine 7,6 kPa. Varoventtiiliin kohdistuu tällöin ylipaine 1,02 bar, joka on 

hieman suurempi kuin sen avautumispaine 1,0 bar. Päätellään, että tällaisessa tilanteessa 

varoventtiili avautuu noin hetkellä 3,5 min. 

Toisaalta pyörillään olevan vaunun varoventtiili avautuu, kun kaasutilan ylipaine on 1,0 bar. 

Simuloinnin mukaan näin käy hetkellä 3,65 min eli noin 10 s myöhemmin kuin kaatuneen 

vaunun tapauksessa. Hydrostaattinen paine vaikuttaa siis vain vähän varoventtiilin 

avautumishetkeen. Todellisuudessa kaatuneen vaunun varoventtiili avautuisi jonkin verran 

myöhemmin kuin pyörillään olevan, koska liekit eivät kuumenna maanpintaan kosketuksessa 

olevaa säiliön vaipan osaa. 

Arvioidaan seuraavaksi varoventtiilin riittävyyttä kaatuneen bensiinivaunun tapauksessa. Sovaunun 

perustapauksessa säiliössä olevan nesteen tilavuus kasvaa 0,8 %/min eli 0,49 m 3 /min. 

Jotta paine ei säiliössä nousisi, varoventtiilin on puhallettava tämä nestemäärä eli noin 360 

kg/min = 6 kg/s. Varoventtiilin purkama massavirta m' [kg/s] voidaan arvioida 

kokoonpuristumattoman nesteen virtauksen kaavasta 

missä 

Cd on varoventtiilin kuristuskerroin 

A on varoventtiilin aukon ala, m 2 

?P on säiliön ylipaine, Pa. 

′ C d ρ ∆ (3) 

m = A 2 P 

Kun kaavaan (3) sijoitetaan edellä käytetyt arvot Cd = 0,86, A = 32,2 cm 2 , ? = 742 kg/m 3 ja 

?P = 100 kPa, massavirraksi saadaan noin 34 kg/s. Tämä on yli viisi kertaa vaadittu teho eli 

riittää, että varoventtiili on auki vajaan viidesosan ajasta. Bensiinin talvilaadulla saadaan 

suunnilleen sama tulos. 

Varoventtiili purkaa nestettä myös siinä tapauksessa, että säiliö täyttyy nesteen lämpölaajenemisen 

seurauksena. So-vaunun perustapauksessa näin arvioitiin käyvän noin hetkellä 

13,3 min, jolloin nesteen lämpötila on noin 79 o C. Nesteen tiheys tässä lämpötilassa on noin

2/13 

688 kg/m 3 ja kaavasta (3) saadaan massavirraksi noin 32 kg/s. 

Kuitenkin neste on tähän mennessä saavuttanut kiehumislämpötilansa säiliön paineessa, joten 

varoventtiiliin saattaa muodostua kaksifaasivirtaus. Lyhyeen putkeen (pituus 0,1 m) muodostuvan 

kaksifaasivirtauksen massavirran tiheys G [kg m -2 s -1 ] voidaan arvioida kaavasta (Fauske 

& Epstein 1988) 

missä 

hv on nesteen höyrystymislämpö [J/kg] 

?v on höyryn tiheys säiliössä [kg/m 3 ] 

?l on nesteen tiheys säiliössä [kg/m 3 ] 

Tr on säiliön sisällön lämpötila [K] 

cp on nesteen ominaislämpökapasiteetti vakiopaineessa [J kg -1 K -1 ]. 

Lämpötilassa 79 o C bensiiniä kuvaavan pseudokomponenttiseoksen höyrystymislämpö hv on 

354 kJ/kg, nesteen tiheys ?l 687 kg/m 3 , nesteen ominaislämpökapasiteetti cp 2,30 kJ kg -1 K -1 

ja höyryn tiheys ?v 4,65 kg/m 3 . Kun nämä arvot sijoitetaan kaavaan (4), kaksifaasivirtauksen 

massavirran tiheydeksi G saadaan 1855 kg m -2 s -1 . Kun tämä kerrotaan varoventtiilin alalla 

32,2 cm 2 , varoventtiilin massavirraksi saadaan 6,0 kg/s (kaavaa (4) sovellettaessa kuristuskerrointa 

Cd ei oteta huomioon). Näyttää siltä, että varoventtiilin teho riittäisi myös silloin, 

kun siihen muodostuu kaksifaasivirtaus. 

Säiliön täyttyminen nesteellä jäähdyttää vaipan kuumenneen yläosan lähelle nesteen lämpötilaa. 

Koska varoventtiilin puhalluskyky riittää purkamaan laajenevan nesteen, säiliö ei ilmeisesti paineistu. 

Nesteellä täyttynyt säiliö saattaa siten kestää tulipalon vaikutuksen repeämättä. 

3.7 TÄYTTÖLUUKUN TIIVISTE 

v 

G = 1 1 

⎜ 

r c p 

ρ 

v 

h 

- 

ρ 

Suomessa venäläisille vaunuille sattuneissa tulipaloissa (Poitsila 1989 ja Vainikkala 1999) 

todettiin, että liekkien kuumentamien vaunujen täyttöluukun tiiviste irtosi ja muodostuneessa 

raossa paloi liekki. Öljyvaunujen täyttöluukun tiivisteenä käytetään öljyä kestävää nitriili- 

(NBR-)kumia, jonka korkein käyttölämpötila on noin 120 o C. 

Saksassa suoritettiin polttokokeita eristetyillä nestekaasusäiliöillä. Kokeiden aikana säiliöiden 

täyttöventtiilien tiivisteet pettivät. Tiivisteiden käyttäytymistä tutkittiin laboratoriokokeilla 

sijoittamalla pieneen paineastiaan kiinnitetty venttiili uuniin. 

Testattujen tiivistemateriaalien (elastomeerien) valmistajat olivat ilmoittaneet niiden korkeimmaksi 

käyttölämpötilaksi 100–175 o C. Testeissä todettiin, että kaikki materiaalit turmeltuivat 

yli 160 o C:n lämpötilassa. Venttiilit kuitenkin pysyivät tiiviinä aina 220 o C:n lämpötilaan asti, 

koska niiden raot olivat supistuneet metallin lämpölaajenemisen seurauksena. Noin 220 o C:n 

lämpötilassa säiliön paine työnsi tiivisteen ulos (Behrend & Gebauer 1988). 

Bensiinivaunujen täyttöluukun tiiviste on joko kannen tai luukun urassa. Kun kansi suljetaan, 

joko luukun tai kannen olake painuu tiivistettä vasten tiivistäen raon. Tulipalossa tiivisteen lämpötila 

nousee suunnilleen yhtä nopeasti kuin säiliön vaipan lämpötila kaasutilan kohdalla. Toisin 

sanoen on odotettavissa, että tiiviste pettää noin 200 o C:n lämpötilassa. 

l 

⎛ 

⎝T 

1 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

1 

2 

(4)

2/14 

So- ja Sob-vaunujen perustapauksissa vaipan lämpötilan nousunopeus tässä vaiheessa on noin 

150 K/min, joten tiivisteen pettämislämpötila tarvitsee tietää vain karkeasti. Näissä tapauksessa 

tiiviste pettää noin hetkellä 1,5 min, jolloin säiliön ylipaine on noin 0,25 bar. Soekvaunun 

täyttöluukku on eristyksen ulkopuolella, joten on odotettavissa, että sen tiiviste pettää 

samoihin aikoihin. Säiliön ylipaine on tällöin vasta noin 0,03 bar. Kaikissa tapauksissa tiiviste 

siis irtoaa huomattavasti ennen varoventtiilin avautumista. 

Tiivisteen raon leveys on noin 5 mm. Jos koko tiiviste irtoaa, muodostuneen raon ala on Sovaunulla 

noin 94 cm 2 ja Sob- sekä Soek-vaunuilla noin 77 cm 2 . Jos raon kuristuskertoimeksi 

Cd oletetaan 0,6, sen tehollinen ala on So-vaunulla 2,0 ja Sob- sekä Soek-vaunulla 1,25 

kertaa varoventtiilin tehollinen ala. 

Tiivisteen raon toimintaa varoventtiilinä voi periaatteessa simuloida ENGULF-ohjelmalla. 

Ohjelmassa voi nimittäin määritellä varoventtiilin toiminnan siten, että venttiili jää auki saavutettuaan 

avautumispaineensa. Tässä tapauksessa kuitenkin suhteellisen iso rako avautuu 

pienessä paineessa, kun nesteen lämpötila on huomattavasti kiehumislämpötilan alapuolella. 

Ohjelma ei pysty mallintamaan säiliön paineen käyttäytymistä oikein, vaan ennustaa että 

säiliöön muodostuu alipaine. Todellisuudessahan säiliö pysyisi paineettomana siihen saakka, 

kunnes neste alkaa kiehua. 

Ohjelman rajoitukset voi ohittaa aloittamalla simuloinnin hetkestä, jolloin neste on melkein 

saavuttanut kiehumislämpötilan ulkoisessa paineessa. Lisäksi voidaan olettaa, että säiliön kaasutilassa 

ollut ilma on tähän mennessä poistunut ja kaasutilassa on pelkkää höyryä. Kuvassa 18 

on So-vaunun perustapauksen ilman ja höyryn massat säiliön kaasutilassa. Simuloinnin 

päättymishetkellä 12,1 min neste ei vielä ole alkanut kiehua (kuva 2). Varoventtiilin lyhyiden 

puhallusten vaikutuksesta ilma on tähän mennessä poistunut säiliöstä. 

Simuloinnissa ei tällöin voi ottaa huomioon säiliön vaipan lämpötilan nousua sinä aikana, kun 

nesteen lämpötila nousee kiehumislämpötilaan. Säiliön mahdollinen repeäminen on siten pääteltävä 

epäsuorasti. 

3.7.1 So-säiliövaunu 

Kuvassa 19 on simuloitu So-vaunun säiliön painetta olettamalla, että tiiviste irtoaa 0,25 baarin 

ylipaineessa. Nesteen lämpötilaksi on valittu kiehumislämpötila ulkoisessa paineessa 51 o C. 

Perustapauksessa tämän lämpötila saavutetaan noin hetkellä 8 min (kuva 2). 

Tiiviste irtoaa hetkellä (8 +) 1 min ja neste alkaa välittömästi kiehua. Kiehumisen vaikutuksesta 

säiliö ei pääse täyttymään nesteellä. Paineen nousunopeus on 0,15 bar/min, joka on puolet paineen 

nousunopeudesta ennen varoventtiilin avautumista, kun tiivisteen oletetaan pysyvän 

paikallaan (kuva 5). 

Varoventtiilin avautumispaine saavutetaan noin hetkellä (8 +) 10 min. Varoventtiilin avautuminen 

hidastaisi paineen nousunopeuden ehkä arvoon 0,1 bar/min. Jos varoventtiilin 

avautumista ei oteta huomioon, säiliön paine saavuttaisi repeämispaineen 1,9 bar (kuva 5) noin 

hetkellä (8 +) 15 min. Kun varoventtiilin toiminta otetaan huomioon, säiliö repeäisi noin 2,5 

minuuttia myöhemmin eli hetkellä 25,5 min. 

Talvibensiinillä saadaan hyvin samanlaisia tuloksia valitsemalla nesteen alkulämpötilaksi 42 o C. 

Perustapauksessa tämä lämpötila saavutetaan noin hetkellä 9 min. Tiiviste irtoaa hetkellä (9 +)

2/15 

1 min ja neste alkaa välittömästi kiehua. Raon kautta purkautuvan höyryn vaikutuksesta säiliö 

ei pääse täyttymään nesteellä. Paineen nousunopeus on 0,14 bar/min, joka on puolet paineen 

nousunopeudesta ennen varoventtiilin avautumista, kun tiivisteen oletetaan pysyvän paikallaan. 

Varoventtiilin avautumispaine 1,0 bar ylipainetta saavutetaan noin hetkellä (9 +) 8 min. Varoventtiilin 

avautuminen hidastaisi paineen nousunopeuden ehkä arvoon 0,1 bar/min. Jos varoventtiilin 

avautumista ei oteta huomioon, säiliön paine saavuttaisi repeämispaineen 2,9 bar 

noin hetkellä (9 +) 12,5 min. Kun varoventtiilin toiminta otetaan huomioon, säiliö repeäisi noin 

2,5 minuuttia myöhemmin eli hetkellä 24 min. 

3.7.2 Sob-säiliövaunu 

Perustapauksessa säiliö repesi hetkellä 7 min sen vuoksi, että säiliön murtumispaine oli laskenut 

alle arvon 1,5 bar ylipainetta, joka on myös varoventtiilin avautumispaine. Tällöin nesteen lämpötila 

säiliössä oli 46 o C, joka on 5 K bensiinin kiehumislämpötilaa alempi. 

Kun oletetaan, että täyttöluukun tiiviste irtoaa, kun vaipan lämpötila ylittää 200 o C, säiliössä on 

noin 0,25 bar ylipainetta ja nesteen lämpötila on 16,5 o C. Tällöin säiliön ylipaine pääsee 

purkautumaan tiivisteen raosta ja säiliö pysyy paineettomana, kunnes neste alkaa kiehua noin 

hetkellä 8 min. 

Kuvassa 20 on simuloitu Sob-säiliövaunun painetta kiehumisen aikana olettaen, että 

täyttöluukun tiiviste irtoaa 0,25 baarin ylipaineesta. Nesteen alkulämpötilaksi on valittu jälleen 

51 o C. Säiliön murtumispaine (kuva 11) saavutetaan hetkellä (8 +) 10 min. Koska varoventtiilin 

avautumispaine on suunnilleen sama kuin kuumenneen säiliön murtumispaine, 

varoventtiilin mahdollinen avautuminen ei siirrä repeämishetkeä myöhemmäksi. 

Talvibensiinillä säiliö repesi hetkellä 6,3 min. Tässäkin tapauksessa säiliön murtumispaine oli 

laskenut samaksi kuin varoventtiilin avautumispaine. Repeämishetkellä nesteen lämpötila oli 26 

o C. Kun oletetaan, että täyttöluukun tiiviste irtoaa, kun vaipan lämpötila ylittää 200 o C, 

säiliössä on noin 0,25 bar ylipainetta ja nesteen lämpötila on noin 1 o C. Tämän jälkeen säiliö 

pysyy paineettomana, kunnes neste alkaa kiehua noin hetkellä 9,5 min. 

Kiehuvan talvibensiinin simulointi antaa tulokseksi, että säiliön repeämispaine saavutetaan 

hetkellä (9,5 +) 9,5 min. Tässäkään tapauksessa varoventtiilin mahdollinen avautuminen ei 

siirrä repeämishetkeä myöhemmäksi. 

3.7.3 Soek-säiliövaunu 

Koska säiliön täyttöluukkua ei ole eristetty, voidaan olettaa, että luukun tiivisteen lämpötila 

nousee yhtä nopeasti kuin eristämättömällä So-säiliövaunulla. Kun tiivisteen lämpötila ylitti 

perustapauksessa 200 o C, säiliössä oli vasta 0,03 baaria ylipainetta ja nesteen lämpötila oli 

15,5 o C. Ylipaineen hitaan nousunopeuden ansiosta tiiviste saattaa pysyä kauemmin paikoillaan 

kuin eristämättömällä vaunulla. Toisaalta täyttöluukun ja siten myös tiivisteen lämpötila nousee 

aluksi noin 150 K/min, joten tiiviste irtoaa jo pienestä ylipaineesta. 

Tiivisteen irtoamisen jälkeen säiliö pysyy paineettomana siihen saakka, kunnes neste alkaa 

kiehua. Perustapauksen simulointi osoitti, että nesteen lämpötila oli 41 o C lammikkopalon 

oletettuna sammumis- tai heikkenemishetkenä 30 min. Toisin sanoen neste ei vielä tuolloin 

kiehunut ja jos lammikkopalo jatkuisi samanlaisena, kiehumislämpötila 51 o C saavutettaisiin 

noin hetkellä 40 min.

2/16 

Soek-vaunu ei ollut repeämisvaarassa, vaikka tiivisteen oletettiin pysyvän paikallaan. Tiivisteen 

irtoamisella ei siten ollut vaikutusta johtopäätöksiin. Talvibensiinillä voidaan tehdä samat 

johtopäätökset. 

3.8 TULOSTEN TARKASTELUA 

3.8.1 Oletukset ja säiliön käyttäytyminen 

Perustapaukseksi valittiin bensiinin kesälaadulla kuormattu, pyörillään oleva ehjä säiliövaunu. 

Sisällön lämpötilaksi oletettiin 15 o C, joka vastaa heinäkuun keskilämpötilaa ja on siten 

käytännössä korkein arvo. Vaihtoehtona oletettiin säiliön kuormaksi bensiinin talvilaatu, jonka 

lämpötilaksi valittiin 0 o C. Tämäkin on käytännössä korkein arvo. Jos sisällön lämpötila on 

valittuja lämpötiloja alempi, varoventtiili avautuu, säiliö täyttyy nesteellä ja repeää hieman 

myöhemmin kuin esimerkkitapauksissa. 

Liekkien tehollinen lämpötila 850 o C, joka vastaa tehotiheyttä 90 kW/m 2 , on kenttäkokeiden 

simulointien perusteella polttonestepalon liekkien suurin arvo. Vaihtoehtona tarkasteltiin 

tilannetta, jossa liekkien tehollinen lämpötila oli 800 o C, joka vastaa tehotiheyttä 75 kW/m 2 . 

Alempi lämpötila voi johtua esim. runsaammasta noen muodostuksesta. 

Lammikkopalon liekkien oletettiin ympäröivän koko säiliön. Säiliö jää kokonaan liekkien 

ympäröimäksi silloin, kun sen alla on palava lammikko. Vaihtoehtona tarkasteltiin tilannetta, 

jossa liekit ympäröivät vain puolet säiliöstä. 

Säiliön oletettiin pysyvän tiiviinä siihen saakka, kunnes säiliön paine on riittävän korkea 

avaamaan varoventtiilin. Jos säiliö ei tähän mennessä ole täyttynyt nesteellä, varoventtiili avautuu, 

koska säiliön kaasutilassa oleva ilma on kuumentunut ja koska nesteen höyrynpaine on 

noussut. Tässä vaiheessa neste ei vielä kiehu säiliössä, joten varoventtiilin tarvitsee puhaltaa 

vain pieni määrä ilmaa ja höyryä. Varoventtiili avautuu siten useita kertoja lyhyeksi ajaksi. 

Kun nesteen lämpötila saavuttaa kiehumislämpötilan säiliön paineessa, säiliön kaasutilassa ei 

enää ole ilmaa. Nesteen kiehuminen ja höyryn purkautuminen varoventtiilin kautta alkavat hidastaa 

nesteen lämpötilan nousua. Nesteen lämpötilan nousun hidastuminen ja määrän 

väheneminen myös hidastavat nesteen tilavuuden kasvua. Tämä saattaa estää säiliötä 

täyttymästä nesteellä. 

Jos säiliön täyttöaste on riittävän suuri, se täyttyy nesteellä ennen kuin neste alkaa kiehua 

säiliössä. ENGULF-ohjelman rajoitusten takia (ajo päättyy, kun säiliö tulee 99-prosenttisesti 

nesteen täyttämäksi) säiliön täyttymistä ei voi simuloida. Kuitenkin säiliön täyttymishetki on 

helppo arvioida nesteen lämpölaajenemisen perusteella. Kun säiliö täyttyy nesteellä, varoventtiili 

alkaa purkaa nestettä. Jos varoventtiilin purkauskyky on riittävä, sen toiminta estää 

säiliötä repeämästä nestepaineen vaikutuksesta. 

Varoventtiili purkaa nestettä myös siinä tapauksessa, että vaunu on kaatunut ja varoventtiilin 

yhde on jäänyt tästä syystä nestepinnan alapuolelle. Hydrostaattisen paineen vaikutuksesta 

varoventtiili avautuu hieman aikaisemmin kuin pyörillään olevan vaunun tapauksessa. Toisaalta 

liekit kuumentavat kaatuneen vaunun säiliötä pienemmältä alalta kuin pyörillään olevan vaunun 

säiliötä, joten varoventtiili todellisuudessa avautuukin myöhemmin. 

Venäläisille säiliövaunuille sattuneissa tulipaloissa havaittiin, että säiliön täyttöluukun tiiviste oli

2/17 

irronnut ja muodostuneessa raossa paloi liekki. Sekä kotimaisten että venäläisten 

säiliövaunujen täyttöluukun tiiviste on valmistettu nitriilikumista, jonka voidaan arvioida 

pehmenevän ja irtoavan noin 200 o C:n lämpötilassa. Tiivisteen irrottua muodostuu noin 5 mm 

leveä rako, joka toimii varoventtiilin tavoin. Kotimaisilla bensiinivaunuilla raon tehollinen ala on 

jonkin verran suurempi kuin varoventtiilin. 

ENGULF-ohjelmalla on periaatteessa mahdollista simuloida myös irtoavan tiivisteen 

muodostaman raon toimintaa varoventtiilinä. Käytännössä tämä ei kuitenkaan onnistunut, vaan 

ohjelman mukaan säiliöön muodostuisi alipaine. Todellisuudessa säiliö pysyisi paineettomana 

siihen saakka, kunnes neste alkaa kiehua. 

Ohjelman rajoitus voitiin kiertää aloittamalla simulointi hetkestä, jolloin neste on saavuttanut 

kiehumislämpötilansa ulkoisessa paineessa. Tällä hetkellä säiliössä on vielä käytännöllisesti 

katsoen koko alkuperäinen nestemäärä jäljellä. Tällä tavalla saadaan selville säiliön paineen 

käyttäytyminen ja nesteen tilavuus kiehumisen aikana. 

Jos säiliö ei täyty nesteellä, se repeää, kun paine saavuttaa säiliön murtumispaineen. Murtumispaineen 

lasku on seurausta säiliön vaipan lämpötilan noususta kaasutilan kohdalla. Murtumispaineen 

aikariippuvuus saadaan varsinaisesta simuloinnista, joka aloitetaan sisällön 

alkulämpötilasta. Säiliön repeämishetki saadaan laskemalla yhteen aika, joka kuluu kiehumislämpötilan 

saavuttamiseen, ja aika, joka kuluu murtumispaineen saavuttamiseen nesteen 

kiehuessa. 

Ohjelman ENGULF tärkein käyttötapa on arvioida, repeääkö liekkien kuumentama säiliö. 

Säiliön vaipan lämpötila kaasutilan kohdalla nousee aluksi nopeasti ja saavuttaa myöhemmin 

liekkien tehotiheydestä riippuvan tasapainoarvonsa. Ohjelma laskee joka hetki vaipan 

kuumimman osan lämpötilaa vastaavan säiliön murtumispaineen ja vertaa sitä säiliön paineeseen. 

Kun nämä paineet ovat yhtä suuret, ohjelma ilmoittaa säiliön repeävän. 

Jos säiliö täyttyy nesteellä (ja säiliön kaasutila häviää), neste jäähdyttää vaipan yläosaa ja estää 

sen lämpötilaa nousemasta niin korkeaksi, että säiliö olisi repeämisvaarassa. Tällöin säiliö 

kestää kauan tulipalon vaikutusta edellyttäen, että nestettä pääsee purkautumaan riittävä määrä 

varoventtiilistä ja/tai täyttöluukun tiivisteen raosta. Käytännössä lammikkopalo sammuu ennen 

kuin nestepinta laskee niin alas, että säiliöön muodostuu uudelleen kaasutila, jonka kohdalla 

vaippa voisi kuumeta. 

3.8.2 So-säiliövaunu 

Perustapauksessa kesäbensiinillä täytetty So-säiliövaunu täyttyisi nesteellä noin hetkellä 13 

min. Tätä ennen, noin hetkellä 7 min, säiliön murtumispaine on saavuttanut alimman arvonsa 2 

bar ylipainetta. Koska neste ei kiehu, varoventtiili puhaltaa vain ajoittain ja säiliön ylipaine pysyttelee 

varoventtiilin avautumispaineen 1 bar vaiheilla. 

Ohjelma ennustaa, että säiliö kestää kuumennusta täyttymiseensä saakka. Säiliön täytyttyä 

varoventtiili pystyy purkamaan nesteen tilavuuden kasvun, joten säiliö ei paineistu nesteen 

lämpölaajenemisen vaikutuksesta. Säiliö kestää siten kuumennusta lammikkopalon 

sammumiseen saakka. 

Kun liekkien lämpötilaksi oletetaan 800 o C, sisällön ja vaipan lämpötilat nousevat hieman 

hitaammin kuin perustapauksessa. Olennaisin ero perustapaukseen verrattuna on, että säiliön 

murtumispaine ei laske yhtä alas, vaan jää 3 bar säiliön painetta korkeammaksi. Kun liekkien

2/18 

oletetaan ympäröivän vain puolet säiliöstä, sisällön ja vaipan lämpötilojen nousunopeudet ovat 

noin puolet perustapauksen arvoista. Kun säiliössä on talvibensiiniä lämpötilassa 0 o C, säiliö 

käyttäytyy hyvin samalla tavalla kuin perustapauksessa. 

Jos täyttöluukun tiiviste irtoaa, säiliö pysyy paineettomana hetkeen 8 min saakka, jolloin neste 

alkaa kiehua. Kiehumisen ja raosta purkautuvan höyryn vaikutuksesta säiliö ei pääse täyttymään 

nesteellä. Sen suurin täyttöaste on 98,5 % hetkellä 18 min. Raon ja noin hetkellä 23 min 

avautuvan varoventtiilin yhteisvaikutuksesta säiliön paine nousee suhteellisen hitaasti ja säiliö 

repeää noin hetkellä 25,5 min. Kun säiliö on täytetty talvibensiinillä 0 o C:n lämpötilassa, se 

repeää noin hetkellä 24 min. 

3.8.3 Sob-säiliövaunu 

Sob-vaunun säiliö on pitempi ja sen seinämä on ohuempi (7 mm) kuin So-vaunun säiliöllä (9 

mm). Sob-vaunun varoventtiili avautuu korkeammassa paineessa (1,5 bar ylipainetta) kuin Sovaunun 

varoventtiili (1,0 bar ylipainetta). Lisäksi Sob-vaunun säiliön täyttöaste (87 %) on 

pienempi kuin So-vaunun (91 %). 

Perustapauksessa kesäbensiinillä täytetty Sob-säiliövaunu on repeämisvaarassa jo hetkestä 5,5 

min lähtien. Tämä johtuu ennen muuta säiliön suhteellisen ohuesta seinämästä. Kun vaipan 

lämpötila ylittää 700 o C noin hetkellä 5 min, säiliön murtumispaine laskee lähelle varoventtiilin 

avautumispainetta. Ohjelma ENGULF ennustaa säiliön repeävän hetkellä 7,0 min, jolloin 

nesteen lämpötila on 46 o C eli alempi kuin nesteen kiehumislämpötila ulkoisessa paineessa 51 

o C. Repeämishetkellä neste täyttää noin 90,5 % säiliön tilavuudesta. 

Kun liekkien lämpötilaksi oletetaan 800 o C, säiliö ei repeä. Vaipan lämpötila on korkeimmillaan 

695 o C ja säiliön murtumispaine on vähintään 1,55 bar varoventtiilin avautumispainetta 

korkeampi. Neste alkaa kiehua säiliössä hetkellä 19 min, jolloin neste täyttää noin 96,5 % 

säiliöstä. Varoventtiilin toiminnan ansiosta säiliö ei täyty nesteellä. 

Kun liekkien oletetaan ympäröivän puolet säiliöstä, säiliö on repeämisvaarassa noin hetkestä 

10 min alkaen. Ohjelma ENGULF ennustaa säiliön repeävän hetkellä 14,5 min, jolloin nesteen 

lämpötila on 49 o C eli hieman alempi kuin nesteen kiehumislämpötila ulkoisessa paineessa. 

Säiliön paine ei riitä avaamaan varoventtiiliä. Repeämishetkellä neste täyttää noin 90,8 % säiliön 

tilavuudesta. 

Kun säiliössä on talvibensiiniä lämpötilassa 0 o C, säiliö on repeämisvaarassa hetkestä 5 min 

lähtien ja repeää hetkellä 6,3 min. Varoventtiili avautuu ensi kerran hetkellä 5,6 min. Nesteen 

lämpötila repeämishetkellä on 26 o C eli 16 K alempi kuin kiehumislämpötila ulkoisessa 

paineessa. 

Jos täyttöluukun tiiviste irtoaa, säiliö pysyy paineettomana hetkeen 8 min saakka, jolloin neste 

alkaa kiehua. Kiehumisen ja raosta purkautuvan höyryn vaikutuksesta säiliö ei pääse täyttymään 

nesteellä. Säiliö repeää noin hetkellä 18 min. Kun säiliö on täytetty talvibensiinillä 0 o C:n 

lämpötilassa, se repeää samoin noin hetkellä 18 min. Varoventtiili ei välttämättä avaudu tänä 

aikana eikä sen mahdollinen avautuminen siirrä repeämishetkeä myöhemmäksi.

2/19 

3.8.4 Soek-säiliövaunu 

Soek-vaunun säiliö on eristetty 60 mm paksulla mineraalivillakerroksella. Sen ansiosta säiliön 

sisällön ja vaipan lämpötilat nousevat tulipalossa huomattavasti hitaammin kuin eristämättömän 

säiliön tapauksessa. Jos eriste pysyy paikoillaan, säiliö ei ole repeytymisvaarassa oletetun 30 

min kestävän lammikkopalon aikana. Säiliön varoventtiili avautuu ensi kerran vasta aivan jakson 

lopulla. Koska säiliön täyttöluukkua ei ole eristetty, sen tiivisteen voidaan olettaa irtoavan 

jo parin minuutin kuluttua palon alusta. Tämän jälkeen säiliö pysyy paineettomana. Koska säiliö 

ei ole repeämisvaarassa, tiivisteen irtoamisella ei ole vaikutusta säiliön kestävyyteen. 

3.8.5 Vertailutaulukko 

Taulukossa 3 vertaillaan kotimaisilla bensiinisäiliövaunuilla tehtyjen simulointien tuloksia. 

Taulukossa on annettu varoventtiilin avautumishetki sekä hetki, jolloin säiliö täyttyy nesteellä tai 

repeää. Jos säiliön arvioitiin kestävän repeämättä, taulukkoon on merkitty murtumispaineen ja 

säiliön paineen erotus hetkellä, jolloin säiliö tulee 99-prosenttisesti nesteen täyttämäksi. Jos 

tämä erotus on pieni, säiliö on repeämisvaarassa ennen täyttymistään nesteellä. 

Taulukko 3. Kotimaiset bensiinivaunut 

——————————————————————————————————— 

tilanne varo auki täyttyy repeää 

——————————————————————————————————— 

So-säiliövaunu 

tiiviste ei irtoa 

kesä, 850 o C 3,6 min 13,3 min ei, 1,0 bar 

kesä, 800 o C 4,4 min 16,0 min ei, 1,2 bar 

kesä, puolet 6,8 min 24,7 min ei, 1,5 bar 

talvi, 850 o C 3,6 min 12,9 min ei, 1,2 bar 

tiiviste irtoaa 

kesä, 850 o C 18 min — 25,5 min 

talvi, 850 o C 17 min — 24,0 min 

Sob-säiliövaunu 


kesä, 850 o C 5,7 min — 7,0 min 

kesä, 800 o C 7,3 min — ei, 4 bar 

kesä, puolet — — 14,5 min 

talvi, 850 o C 5,6 min — 6,3 min 


kesä, 850 o C 18 min — 18 min 

talvi, 850 o C 18 min — 18 min 

Soek-säiliövaunu 


kesä, 850 o C 29 min — ei, 13 bar 

talvi, 850 o C 29 min — ei, 13 bar 


kesä, 850 o C — — ei, 14,5 bar 

talvi, 850 o C — — ei, 14,5 bar 

——————————————————————————————————— 

4 VENÄLÄISET RAAKAÖLJYVAUNUT 

4.1 VAUNUTYYPIT

2/20 

Neliakselisia öljy- ja bensiinisäiliövaunuja on neljää kokoa ja kahdeksanakselisia kahta kokoa. 

Seuraavassa tarkastellaan kuitenkin vain neliakselista 73,1 m 3 :n säiliövaunua. Säiliön suurin 

täyttö on 71,7 m 3 eli 98 % ja suurin kuorma 60 t. Säiliön halkaisija on 3,0 m, pituus 10,77 m 

ja seinämän halkaisija 9 mm. Säiliössä on yksi yli- ja alipainevaroventtiili, joka avautuu 1,5 

baarin yli- ja 0,1–0,2 baarin alipaineesta (Anon. 1993). 

Käsikirjassa (Anon. 1993) on öljyvaunun varoventtiilin poikkileikkauskuva. Kuvaan ei kuitenkaan 

ole merkitty mittakaavaa. Toisessa käsikirjassa (Anon. 1990) on samasta varoventtiilistä 

hieman erilainen poikkileikkauskuva (kuva 21), mutta siinäkään ei ole mittakaavaa. 

Varoventtilin koon selvittämistä varten VR Cargo mittasi Sköldvikissä varoventtiilin ulkomitat. 

Venttiilin yläosan korkeudeksi saatiin 120 mm ja kiinnitysyhteen ulkohalkaisijaksi 100 mm. 

Tällä perusteella kiinnitysyhteen sisähalkaisija on noin 80 mm, venttiilin tuloaukon halkaisija 

noin 40 mm ja karan halkaisija noin 10 mm. Venttiililautasen tiivistyspinnan halkaisija on noin 

100 mm. 

Venttiilin sisäisten virtausaukkojen koot eivät käy ilmi poikkileikkauskuvista. Luultavasti 

tuloaukko rajoittaa virtausta. Venttiilin vapaa aukko on siten noin 11,7 cm 2 . Venttiilin kuristuskerroin 

Cd arvioidaan sen tiedon perusteella, että tuloaukon halkaisija on puolet 

kiinnitysyhteen sisähalkaisijasta. Kaavasta (1) saadaan paikallisvastukselle ? arvo 0,25 ja 

kaavasta (2) kuristuskertoimella Cd arvo 0,89. 

Tulipalossa, joka kuumentaa säiliön yläosaa, irtoaa täyttöluukun tiiviste. Muodostunut rako on 

noin 5 mm leveä ja raon ala noin 90 mm 2 . Jos raon kuristuskertoimeksi Cd oletetaan 0,6, sen 

tehollinen ala on viisinkertainen varoventtiilin teholliseen alaan verrattuna. 

4.2 RAAKAÖLJYLAADUT 

Suomeen tuodaan jatkuvasti erilaisia raakaöljy- ja kondensaattilaatuja. Fortum Oil and Gas 

Oy määrittelee raskaaksi kondensaateiksi sellaiset raakaöljystä valmistetut välituotteet, joista 

tyhjötislauksella ei saada pohjaöljyä. Tällaisesta tuotteesta ei siten voi valmistaa raskasta 

polttoöljyä. Vainikkalan onnettomuusjuna kuljetti kazakstanilaista Tengiz-raakaöljyä, jota ei 

enää tuoda Suomeen. Tengiz luokitellaan kevyeksi raakaöljyksi ja sen tiheys on 790 kg/m 3 (15 

o C). Tengizistä saadaan 2–3 % pohjaöljyä (Erkki Ahola, Fortum Oil and Gas Oy, 

henkilökohtainen tiedonanto 29.8.2001). 

VTT Energian pyynnöstä Fortum Oil and Gas Oy mittasi Tengiziä lähinnä vastaavan RÖEKraakaöljyn 

höyrynpaineen kolmessa lämpötilassa. RÖEK-raakaöljyn tiheys on 783 kg/m 3 (15 

o C). Tuotteen höyrynpaine 37,8 o C:n lämpötilassa oli 67 kPa (Kari Ahonen, Fortum Oil and 

Gas Oy, sähköpostiviesti 9.12.1999), joka on suunnilleen sama kuin bensiinin kesälaadun 

höyrynpaine (69 kPa) tässä lämpötilassa. 

RÖEK-raakaöljyä ei tuotu Suomeen vuonna 2001. VTT Energian pyynnöstä Fortum Oil and 

Gas Oy mittasi yhden kevyen raakaöljyn ja yhden raskaan kondensaatin tiheyden 15 o C:n 

lämpötilassa ja höyrynpaineen 37,8 

o C:n lämpötilassa. Novosergijevskaja-raakaöljyn 

(seuraavassa lyhysti Novo) tiheys oli 816,9 kg/m 3 ja höyrynpaine 67,3 kPa. Vetlosja-kondensaatin 

(seuraavassa Vetlo) tiheys oli 732,7 kg/m 3 ja höyrynpaine 60,0 kPa (Tom Virokannas, 

Fortum Oil and Gas Oy, sähköpostiviesti 1.9.2001). Simuloinneissa näille kolmelle tuotteelle 

käytettiin taulukossa 4 esitettyjä pseudokomponenttimalleja.

2/21 

Taulukko 4. Raakaöljyjen mallit, painoprosentteja 

——————————————————————————————————— 

RÖEK Novo Vetlo 

——————————————————————————————————— 

propaani 0,0 0,90 0,70 

butaani 7,0 6,35 0,00 

pentaani 11,0 0,25 21,75 

metyylipentaani 7,0 1,65 17,85 

tolueeni 27,3 33,80 16,40 

trimetyylibentseeni 41,1 47,30 29,00 

metyylietyylibentseeni 6,6 9,75 14,30 

yhteensä 100,0 100,00 100,00 

——————————————————————————————————— 

4.3 VAINIKKALAN ONNETTOMUUS 

Vainikkalan onnettomuuden säiliövaunut olivat venäläisiä 73,1 m 3 :n öljyvaunuja. Koska tuote 

on kevyttä, säiliö voidaan kuormata suurimman täytön (98 %) mukaisesti. 

Ilman lämpötila Vainikkalan onnettomuuden aikana oli 6 o C. Säiliö oletetaan täytetyksi 98- 

prosenttisesti RÖEK-raakaöljyllä, jonka lämpötila on 5 o C. Tässä lämpötilassa nesteen tiheys 

on 790 kg/m 3 ja vaunun kuorma 56 620 kg. Vainikkalan onnettomuudessa havaittiin liekkien 

ympäröivän koko säiliön. Simulointia varten liekkien teholliseksi lämpötilaksi oletetaan (kuten 

bensiinin perustapauksessa) 850 o C. 

Näillä oletuksilla säiliö tulee 99-prosenttisesti täyteen nestettä noin hetkellä 3 min. Tuolla 

hetkellä nesteen lämpötila on 13 o C, joka on noin 42 K alempi kuin RÖEK-raakaöljyn 

kiehumislämpötila ulkoisessa paineessa. Mallin mukaan säiliö täyttyy nesteellä, kun nesteen 

lämpötila on 22 o C, eli noin hetkellä 5 min. 

Hetkellä 3 min säiliön vaipan lämpötila on kaasutilan kohdalla 450 o C ja nestetilan kohdalla 

230 o C. Koska vaipan yläosan lämpötila on näin korkea, täyttöluukun tiiviste on todennäköisesti 

irronnut jo aikaisemmin. Tiivisteen raon leveys on noin 5 mm. Jos koko tiiviste 

irtoaa, raon ala on noin 90 cm 2 . 

Raosta purkautuu aluksi ilman ja höyryn seosta sekä nestettä sen jälkeen, kun säiliö on 

täyttynyt nesteellä. Koska ENGULF ei pysty kuvaamaan oikein säiliön paineen käyttäytymistä 

sen jälkeen, kun tiiviste irtoaa, oletetaan, että tiiviste pysyy paikoillaan, kunnes neste saavuttaa 

kiehumislämpötilansa ulkoisessa paineessa (55 o C). 

Nesteen lämpötilan nousunopeus saadaan selville pienentämällä säiliön täyttöastetta, jolloin 

simuloinnin päättymishetki (täyttöaste 99 %) siirtyy myöhemmäksi. Kun säiliön täyttöasteeksi 

valitaan 92 %, simulointi päättyy hetkellä 12,7 min. Ohjelma ennustaa, että neste saavuttaa 

kiehumislämpötilansa ulkoisessa paineessa (55 o C) noin hetkellä 12 min. 

Nesteen lämpötila säiliössä nousee noin 5 K/min ja nesteen lämpölaajenemisesta aiheutuva 

purkaustarve (98-prosenttisesti täytetyn säiliön täyttymis-) hetkellä 3 min on 5,2 kg/s. 

Vastaavasti hetkellä 12 min (kun neste saavuttaa kiehumislämpötilansa ulkoisessa paineessa) 

purkaustarve on 6,4 kg/s. 

Jos raon kuristuskertoimeksi Cd oletetaan 0,6, kaavasta (3) voidaan ratkaista säiliön ylipaine

2/22 

?P, joka tarvitaan nesteen lämpölaajenemista vastaavan purkauksen syntyyn. Hetkellä 3 min 

tämä paine on noin 0,6 kPa ja hetkellä 12 min vastaavasti 1,0 kPa. Päätellään, että nesteen 

lämpölaajeneminen ei paineista säiliötä ainakaan ennen kuin neste alkaa kiehua. 

Täyttöluukun raon toimintaa kiehuvan nesteen varoventtiilinä voidaan tutkia olettamalla, että 

neste on saavuttanut kiehumislämpötilansa ulkoisessa paineessa (55 o C). Koska tähän kuluu 

12 minuuttia, palon oletettuun päättymishetkeen on 18 minuuttia. Säiliö on oletettava hieman 

vajaaksi (96 %), jotta se ei pääsisi täyttymään 99-prosenttisesti nesteellä. Voidaan myös olettaa, 

että ilma on poistunut säiliön kaasutilasta ennen simuloinnin alkua. 

Näillä oletuksilla nesteen lämpötila nousee aluksi noin 4 K/min ja simuloinnin loppupuolella 

noin 3,5 K/min. Tiiviste irtoaa hetkellä 1 min. Säiliön paine nousee noin 0,15 bar/min ja on 

simuloinnin päättyessä 2,8 bar ylipainetta. Höyryn virtaus raon kautta kasvaa ylipaineen 

mukana ja on simuloinnin päättyessä 5,8 kg/s. 

Täyttöluukun rako on siis riittävän suuri hidastaakseen säiliön paineistumista silloin, kun säiliö 

on sen verran vajaa, että rako purkaa höyryä. Jos virtaus tempaa mukaansa pisaroita, tämä 

vähentää hieman nesteen määrää säiliössä, mutta ei kasvata paineen nousunopeutta. Koska 

säiliö on nesteen täyttämä, kun neste alkaa kiehua säiliössä ja vielä kauan sen jälkeenkin, 

säiliön vaippa ei pääse kuumenemaan. Säiliö ei siten ole repeämisvaarassa. 

4.4 RAAKAÖLJYVAUNU 

Tarkastellaan kevyellä raakaöljyllä ja raskaalla kondensaatilla kuormattujen 73,1 m 3 :n säiliövaunujen 

käyttäytymistä samoissa tulipalotilanteissa kuin mitä bensiinivaunuilla tarkasteltiin. 

Perustapauksessa (lammikkopalon liekit ympäröivät säiliön, liekkien tehollinen lämpötila 850 

o C) Novo-raakaöljyllä kuormattu säiliö täyttyy nesteellä 4,6 minuutin kuumennuksen jälkeen. 

Jos liekkien teholliseksi lämpötilaksi oletetaan 800 o C, säiliö täyttyy 5,1 minuutin kuluttua. Jos 

liekit koskettavat vain puoleen säiliöstä, säiliö täyttyy 7,3 minuutin kuluttua. Säiliö täyttyy 

nesteen lämpötilassa 30,5 o C, joka on 23 K alempi kuin Novo-raakaöljyn kiehumislämpötila 

ulkoisessa paineessa. 

Perustapauksessa nesteen laajenemista vastaava purkamistarve on 5,3 kg/s. Jos täyttöluukun 

tiiviste irtoaa, säiliöön muodostuu vain 0,6 kPa:n ylipaine. Kun liekkien lämpötilaksi oletetaan 

800 o C, purkaustarve on 4,6 kg/s, ja kun puolet säiliöstä on liekkien ympäröimä, tarve on 2,9 

kg/s. Näissä tapauksissa nesteen lämpölaajeneminen ei paineista säiliötä tiivisteen irtoamisen tai 

varoventtiilin avautumisen jälkeen. 

Perustapauksessa neste saavuttaa kiehumislämpötilansa ulkoisessa paineessa (53,5 o C) noin 

hetkellä 9 min. Täyttöluukun tiiviste on todennäköisesti irronnut paljon aikaisemmin. Palon 

oletettuun päättymishetkeen on 21 minuuttia. Nesteen lämpötila nousee noin 4 K/min. Paine 

säiliössä nousee noin 0,08 bar/min ja on palon oletettuna sammumishetkenä 1,45 bar ylipainetta. 

Höyryä virtaa raon kautta 4,0 kg/s. 

Täyttöluukun tiiviste irtoaa ilmeisesti aina, kun liekit ympäröivät säiliön vaipan täyttöluukun 

kohdalla. Perustapauksessa varoventtiili avautuu kaasutilan ylipaineen vaikutuksesta hieman 

ennen kuin säiliö täyttyy nesteellä. Varoventtiilin purkauskyky avautumispaineessaan on 16 

kg/s nestettä. Tämä riittää hyvin estämään säiliötä paineistumasta ainakin ennen kuin neste 

alkaa kiehua.

2/23 

Jos liekit ympäröivät vain osan säiliöstä niin, että täyttöluukku ei pääse kuumenemaan, tiiviste 

ei todennäköisesti irtoa. Tässä tapauksessa säiliön ylipaine nousee varoventtiilin avautumispaineeseen 

1,5 bar. Varoventtiilin purkauskyky saattaa laskea sen jälkeen, kun nesteen lämpötila 

ylittää kiehumislämpötilan ulkoisessa paineessa (53,5 o C). Jostain lämpötilasta lähtien neste 

alkaa kiehua varoventtiilissä, johon muodostuu kaksifaasivirtaus. 

Lämpötilassa 53 o C ja varoventtiilin avautumispaineessa 1,5 bar kuvaavan pseudokomponenttiseoksen 

höyrystymislämpö hv on 388 kJ/kg, nesteen tiheys ?l 779 kg/m 3 , nesteen ominaislämpökapasiteetti 

cp 1,97 kJ kg -1 K -1 ja höyryn tiheys ?v 5,17 kg/m 3 . Kaavasta (4) 

saadaan kaksifaasivirtauksen massavirran tiheydeksi G 2515 kg m -2 s -1 . Kun tämä kerrotaan 

varoventtiilin alalla 11,7 cm 2 , varoventtiilin massavirraksi saadaan 2,9 kg/s. Tämä on sattumalta 

yhtä suuri kuin nesteen purkaustarve silloin, kun liekit kuumentavat puolta säiliöstä. Näyttää 

siltä, että varoventtiilin teho riittäisi myös silloin, kun siihen muodostuu kaksifaasivirtaus. 

Vetlo-kondensaatilla täytetyn 73,1 m 3 :n säiliövaunun käyttäytymistä simuloitiin samoissa 

tulipalotilanteissa Novo-raakaöljyllä täytettyä vaunua. Simulointien tuloksia vertaillaan 

taulukossa 5. Taulukosta 5 käy ilmi, että Vetlo-kondensaatilla kuormattu säiliö täyttyy nesteellä 

hieman aikaisemmin kuin Novo-raakaöljyllä kuormattu. Purkaustarve ja raon sekä varoventtiilin 

purkauskyky ovat suunnilleen samat kummallakin tuotteella. Siten Vetlo-kondensaatilla 

täytetty säiliövaunu käyttäytyy suunnilleen samalla tavalla kuin Novo-raakaöljyllä 

täytetty. 

Taulukko 5. Raakaöljysäiliövaunu 

——————————————————————————————————— 

Novo 

Vetlo 

——————————————————————————————————— 

täyttyy, 850 o C 4,6 min 4,1 min 

purkaustarve 5,3 kg/s 5,3 kg/s 

ylipaine, tiiviste irti 0,6 kPa 0,66 kPa 

täyttyy, 800 o C 5,1 min 4,9 min 



täyttyy, puolet 7,3 min 7,0 min 



nesteen lämpötila 30,5 o C 29,0 o C 

nestettä varon kautta 16 kg/s 15 kg/s 

kiehumispiste 53 o C 56 o C 

ylipaine 30 min kuluttua 1,45 bar 3,25 bar 

höyryä raon kautta 4,0 kg/s 6,7 kg/s 

neste+höyry varon kautta 2,6 kg/s 3,1 kg/s 

——————————————————————————————————— 

5 SAKSALAINEN NESTEKAASUVAUNU 

Maahamme tuodaan butadieenia saksalaisilla nestekaasuvaunuilla. Vaunut kuljetetaan junalautalla 

Turkuun ja niihin vaihdetaan suomalaisen raideleveyden mukaiset telit. Vaunun säiliön 

tilavuus on 113 m 3 , halkaisija 3,0 m, pituus 16,7 m ja vaipan paksuus 6,7 mm. Säiliön vaipan 

yläosa (noin 120 o :n sektori) on suojattu aurinkokatoksella. Säiliön koepaine on 10 bar eikä sil-

2/24 

lä ole varoventtiiliä. 

Aurinkokatoksen tarkoituksena on rajoittaa vaipan yläosan lämpötilan nousua. Sen ansiosta 

höyryn lämpötila ja säiliön paine jäävät alemmiksi kuin suojaamattomalla säiliöllä. Jos nestelammikko 

palaa säiliön alla, aurinkokatos estää liekkejä koskettamasta vaipan yläosaa. Se 

myös rajoittaa liekkien lämpösäteilyn vaikutusta vaipan yläosaan. Tämän vaikutuksesta höyryn 

lämpötila ja säiliön paine nousevat hitaammin kuin suojaamattomalla säiliöllä. 

Liekeistä säiliön ulkopintaan siirtyvä tehotiheys koostuu säteily- ja konvektiotermistä 

4 4 

σ ( T f - Tu) 

q = + hc 

( T f - Tu) 

1 1 

+ - 1 

ε f εu 

(5) 

missä 

s on Stefanin-Boltzmannin vakio, 5,67⋅10 -8 W m -2 K -1 

Tf on liekin lämpötila, K 

Tu on säiliön ulkopinnan lämpötila, K 

ef on liekin emissiokerroin 

eu on säiliön ulkopinnan emissiokerroin 

hc on konvektiivinen lämmönsiirtokerroin, W m -2 K -1 . 

Ohjelma ENGULF olettaa, että liekit nokeavat säiliön ulkopinnan, minkä jälkeen säiliötä 

voidaan pitää mustana kappaleena, jonka emissiokerroin eu on 1. Lammikkopalon liekkien 

virtaus aiheutuu kuumien kaasujen nosteesta ja virtausnopeus on suhteellisen pieni. Tämän 

ansiosta kaavan (5) konvektiotermi on mahdollista sisällyttää säteilytermiin kasvattamalla 

liekkien emissiokerrointa ef. Ohjelma ENGULF olettaa siten, että lammikkopalon liekeistä säiliöön 

siirtyy tehotiheys q 

4 4 

q = ε f σ ( T f - Tu) 

(6) 

Tässä raportissa on liekkien emissiokertoimelle ef käytetty arvoa 1. Tällöin liekkien todellisen 

lämpötilan Tf sijasta on käytetty niiden tehollista lämpötilaa Teff 4 ≡ efTf 4 . 

Säiliön täyttöaste 1,3-butadieenilla on 550 kg/m 3 . Jos vaunu on täytetty 15 o C:n lämpötilassa, 

nesteen tiheys on 628 kg/m 3 eli nestetila on 87,6 % säiliön tilavuudesta. Tällöin kaasutilaan on 

kosketuksessa noin 100 o :n sektori eli 27,8 % säiliön vaipasta. Tämä vaipan osa jää siis 

kokonaisuudessaan aurinkokatoksen alle. 

Aurinkokatos on valmistettu ohuesta levystä ja lämpötilaero sen ulko- ja sisäpintojen välillä on 

siksi pieni. Aurinkokatokseen liekeistä tuleva tehotiheys on sama kuin siitä säiliön vaippaan 

poistuva tehotiheys 

4 4 

4 4 σ ( Tk- T u) 

q = σ ( T eff - T k) = 

1 1 

+ - 1 

εk 

ε u 

(7) 

missä 

Tk 

ek 

on aurinkokatoksen lämpötila, K 

on aurinkokatoksen sisäpinnan emissiokerroin. 

Edellä on oletettu, että liekit nokeavat aurinkokatoksen ulkopinnan, minkä jälkeen sen emissiokerroin 

on 1. Aurinkokatoksen sisäpinnan ja aurinkokatoksen alle jäävän säiliön vaipan osan

2/25 

emissiokertoimille annetaan ohjelman ENGULF suosittelema arvo 0,5. Tällöin yhtälö (7) tulee 

muotoon 

4 4 

σ 

4 4 

q = σ ( T eff - T k) = ( T k- T u) 

(8) 

3 

Katoksen lämpötila Tk voidaan nyt ratkaista yhtälöstä (8) 

4 

3 

4 

1 

4 

T k= ( T eff + T u) 

4 3 

Kun ratkaisu (9) sijoitetaan yhtälöön (8), säiliöön siirtyvälle teholle saadaan kaava 

σ 

4 4 

q = ( Teff 

- T u) 

4 

Toisin sanoen, aurinkokatos rajoittaa säiliön vaipan yläosaan siirtyvän tehon neljäsosaansa. 

Koska säiliön seinämän lämpötila kaasutilan kohdalla nousee nopeammin kuin nestetilan 

kohdalla, kaasutilaan siirtyy pienempi tehotiheys kuin nestetilaan. Lisäksi kaasutilaan on 

kosketuksissa noin neljäsosa vaipasta. Näistä syistä johtuen aurinkokatos pienentää 

suhteellisen vähän (noin 15 %) lammikkopalon liekeistä säiliöön siirtyvää kokonaistehoa. 

Sen jälkeen, kun höyry ja vaipan yläosa ovat saavuttaneet tasapainolämpötilansa, vaipan 

yläosasta höyryyn siirtyvä teho siirtyy edelleen nesteeseen. Tällöin liekeistä säiliöön siirtyvä 

teho kuluu lähes kokonaan nesteen lämpötilan nostamiseen. Koska aurinkokatos pienentää 

tätä tehoa noin 15 %, nesteen lämpötila ja kylläisen höyryn paine nousevat vastaavasti hitaammin. 

Aurinkokatoksen vaikutusta vaipan yläosan lämpötilan ja säiliön paineen käyttäytymiseen on 

vaikeampi arvioida. Vaipan lämpötila nousee hitaammin kuin ilman aurinkokatosta. Tämän 

seurauksena myös höyryn lämpötila ja paine nousevat hitaammin. Aurinkokatoksen 

vaikutuksen tarkempi arviointia varten pitäisi ohjelmaa ENGULF täydentää aurinkokatoksen 

mallilla, mikä ei ole mahdollista, koska ohjelman tekijä ei luovuta lähdekoodia. 

Alarajan saksalaisen säiliövaunun kestoajalle tulipalossa saa jättämällä aurinkokatoksen 

huomiotta. Butadieeni ei kuulu kaasuihin, joiden ominaisuudet sisältyvät ohjelmaan ENGULF. 

Butadieenin voi kuitenkin korvata pseudokomponenttiseoksella, jonka koostumus on 6,15 % 

propaania ja 93,85 % n-butaania. Lämpötilassa 15 o C butadieenin höyrynpaine on 2,04 bar ja 

seoksen 2,13 bar. Lämpötilan noustessa ero pienenee. 

Seoksen tiheys on noin 8 % pienempi kuin butadieenin tiheys. Tämä ei ole ongelma, koska 

säiliön täyttöaste simuloinnin alussa voidaan asettaa samaksi kuin butadieenilla. Lisäksi seoksen 

ominaislämpökapasiteetti tilavuusyksikköä kohden on vain noin 3 % pienempi kuin 

butadieenilla. 

Butadieenivaunut kulkevat yksitellen tai pienissä ryhmissä. Tällöin todennäköisempää on, että 

vaunu joutuu palavan nesteen lammikkopalon kuin butadieenin lammikkopalon tai pistoliekin 

kuumentamaksi. Tarkastellaan siis tilannetta, jossa säiliön ympäröivien liekkien tehollinen 

lämpötila on 850 o C. Nesteen lämpötilaksi säiliössä oletetaan 15 o C. 

Tällaisessa palossa butadieenisäiliö repeää 4,6 minuutin kuluttua. Repeämishetkellä nesteen 

lämpötila on 37 o C, höyryn lämpötila 320 o C, vaipan lämpötila 600 o C, säiliön ylipaine 5,6 bar 

ja täyttöaste 91,9 %. Säiliö repeää siis suhteellisen pienestä ylipaineesta, kun sen vaipan 

lämpötila on noussut näin korkeaksi. 

(9) 

(10)

2/26 

Yläraja-arvion säiliön kestoajalle saa olettamalla, että liekit kuumentavat vain aurinkokatoksen 

ulkopuolelle jäävää vaipan osaa. Tämä on mahdollista määrittelemällä liekki pistoliekiksi. 

Ohjelma ENGULF ottaa huomioon pistoliekin suuremman virtausnopeuden ja siitä johtuvan 

tehokkaamman konvektiivisen lämmönsiirron korvaamalla kaavan (5) säteily- ja konvektiotermin 

tehollisella konvektiotermillä 

q = heff 

( Teff 

- T u) 

(11) 

missä tehollinen lämmönsiirtokerroin heff [W m -2 K -1 ] määritellään kaavalla 

q 

heff 

≡ (12) 

T eff - Ta 

missä 

Ta on ilman lämpötila (ja myös vaipan alkulämpötila), K. 

Tällöin käyttäjä antaa ohjelmalle kaksi suuretta: liekin tehotiheyden q ja tehollisen lämpötilan 

Teff (itse asiassa lämpötilan Tf ja emissiokertoimen ef). Koska säiliöön siirtyvä teho kaavassa 

(11) on verrannollinen lämpötilojen erotukseen eikä absoluuttilämpötilojen neljänsien 

potenssien erotukseen, kuten kaavassa (6), säiliön vaipan ja sisällön lämpötilat nousevat 

hitaammin kuin lammikkopalon tapauksessa. 

Tämä voidaan korjata käyttämällä pistoliekille korkeampaa lämpötilaa kuin lammikkopalon 

liekille. Kokeilemalla saatiin lammikkopalon tehollista lämpötilaa 850 o C vastaavaksi pistoliekin 

lämpötilaksi 960 o C, joka vastaa säteilyn tehotiheyttä 131 kW/m 2 . Tällä lämpötilan arvolla 

säiliö repeää hetkellä 4,6 min kuten lammikkopalon tapauksessakin. Repeämishetkellä nesteen 

lämpötila on hieman korkeampi (42 o C), höyryn lämpötila hieman alempi (305 o C), vaipan 

lämpötila myös hieman alempi (585 

o C), mutta ylipaine korkeampi (6,4 bar) kuin 

lammikkopalon tapauksessa. Säiliön täyttöaste on hieman suurempi (92,9 %). 

Yläraja säiliön kestoajalle saadaan olettamalla, että pistoliekki kohdistuu vain säiliön alaosaan 

eli 240 o :n sektoriin. Tällöin liekki ei kuumenna aurinkokatoksen alle jäävää vaipan osaa, jonka 

lämpötila nousee vain nesteestä ja höyrystä siirtyvän lämmön sekä vaipassa tapahtuvan 

lämmönjohtumisen vaikutuksesta. 

Ohjelma olettaa myös, että vaipan yläosa menettää lämpöä ympäristöön säteilemällä ja 

konvektion vaikutuksesta, mitä todellisuudessa ei tapahtuisi. Lisäksi nesteeseen kosketuksessa 

olevan vaipan yläreuna jää 240 o :n sektorin ulkopuolelle, joten nesteen lämpötila nousee tästä 

syystä hieman hitaammin kuin ilman aurinkokatosta. 

Näillä oletuksilla säiliö repeää 10,2 minuutin kuluttua. Nesteen lämpötila on 64 o C, höyryn 

lämpötila 470 o C, vaipan lämpötila kaasutilan kohdalla 24 o C ja nestetilan kohdalla 133 o C, 

ylipaine 19,3 bar sekä täyttöaste 98,3 %. Ylipaine säiliön revetessä on siis kolminkertainen 

verrattuna tapaukseen ilman aurinkokatosta. Kuitenkin tämän paineen saavuttamiseen kuluu 

vain 4,8 minuuttia kauemmin kuin ilman aurinkokatosta. 

Koska säiliöllä ei ole varoventtiiliä, sen asennolla ei ole merkitystä. Ohjelmalla ENGULF 

voidaan simuloida myös kaatunutta säiliövaunua. Kaatuneella vaunulla aurinkokatos peittää 

pääasiassa säiliön nestetilaan, mutta myös osittain kaasutilaan kosketuksissa olevaa vaipan 

osaa. Yläraja säiliön repeämiseen kuuluvalle ajalle saadaan (kuten edellä) olettamalla, että pistoliekki 

ei lämmitä aurinkokatoksen alle jäävää vaipan osaa. 

Tällä oletuksella säiliö repeää 6,7 minuutin kuluttua. Repeämishetkellä nesteen lämpötila on 40

2/27 

o C, höyryn lämpötila 295 o C, vaipan yläosan lämpötila 595 o C, säiliön ylipaine 5,9 bar ja 

täyttöaste 92,5 %. Verrattuna tapaukseen, jossa säiliöllä ei ole aurinkokatosta, säiliön 

repeäminen viivästyy noin 2 min, koska kaikki lämpötilat sekä paine nousevat hitaammin. 

6 VENÄLÄISET PENTAANIVAUNUT 


Pentaania ja isopentaania tuodaan Suomeen venäläisillä pentaanivaunuilla, joiden säiliön 

tilavuus on 73,3 m 3 , täyttö 62,3 m 3 , halkaisija 3,0 m, pituus 10,77 m ja vaipan paksuus 9 mm. 

Säiliön varoventtiili avautuu 3 baarin ylipaineessa (Anon. 1993). Varoventtiilin vapaan aukon 

koosta ei ole tietoa. 

Näihin kuljetuksiin käytetään myös vanhoja nestekaasuvaunuja, joiden säiliön tilavuus on 54 

m 3 , täyttö 45–45,8 m 3 , halkaisija 2,6 m, pituus 10,6 m ja vaipan paksuus 22 mm. Alunperin 

säiliöt on mitoitettu propaanille ja niiden koepaine on peräti 30 bar (Anon. 1993). Kun vaunut 

on muutettu pentaanille, niiden 20 baarin ylipaineessa avautuva varoventtiili (vapaa aukko 0,77 

cm 2 ) on vaihdettu 3 baarin ylipaineessa avautuvaan. Tämän varoventtiilin vapaan aukon koosta 

ei ole tietoa. 

6.2 VARSINAINEN PENTAANIVAUNU 

Kuten edellä, perustapauksena on pyörillään oleva ehjä säiliövaunu, jonka kuormana on n- 

pentaania. Sisällön lämpötila on 15 o C. Säiliön alla on palava lammikko, jonka liekit 

ympäröivät koko säiliön. Liekkien tehollinen lämpötila on 850 o C ja tehotiheys 90 kW/m 2 . 

Palo sammuu tai heikkenee olennaisesti 30 minuutin kuluttua. 

Vaihtoehtoiset tapaukset ovat: 

1. liekkien tehollinen lämpötila on 800 o C ja tehotiheys 75 kW/m 2 

2. liekit ympäröivät puolet säiliöstä 

3. kuormana on isopentaania. 

6.2.1 Perustapaus 

Säiliön täyttöaste alussa on 85 %. Perustapauksessa säiliö murtuu hetkellä 7,6 min. Repeämishetkellä 

nesteen lämpötila on 50 o C, höyryn lämpötila 310 o C, vaipan yläosan lämpötila 705 

o C, säiliön ylipaine 2,1 bar ja täyttöaste 90,1 %. Varoventtiili ei ehdi avautua ennen säiliön 

repeämistä eikä sen mitoituksella siis ole merkitystä säiliön kestolle. 

6.2.2 Liekkien lämpötila 800 o C 

Säiliön vaipan lämpötila saavuttaa maksimiarvonsa 670 o C hetkellä 11 min. Vastaava säiliön 

murtumispaineen alin arvo on 4,5 bar ylipainetta. Varoventtiili avautuu hetkellä 12,5 min. 

Varoventtiilin puhalluksen vaikutuksesta (vapaan aukon alaksi on oletettu 0,77 cm 2 ) säiliön 

ylipaine pysyy varoventtiilin avautumispaineessa 3,0 bar aina kiehumisen alkamishetkeen 17 

min saakka (kuva 22). Jos varoventtiili ei jostain syystä toimisi, säiliö repeäisi hetkellä 15,7 min 

4,9 baarin ylipaineessa (kuva 23). 

Säiliö tulee 99-prosenttisesti nesteen täyttämäksi hetkellä 20,3 min ja simulointi päättyy. 

Nesteen lämpötila on 96 o C, höyryn lämpötila 270 o C, vaipan yläosan lämpötila on 615 o C,

2/28 

ylipaine 4,4 bar. Säiliön murtumispaine on 6,7 bar ylipainetta. 

Täyttöasteen nousunopeuden perusteella päätellään, että säiliö täyttyy nesteellä hetkellä 21,3 

min. Nesteen tilavuus kasvaa 0,011 m 3 /s. Jotta säiliö ei paineistuisi nesteen lämpölaajenemisen 

takia, varoventtiilin on pystyttävä purkamaan nestettä 6,0 kg/s. Kaavasta (3) päätellään, että 

säiliön ylipaineen täytyy olla 57 bar, jotta varoventtiili, jonka tehollinen ala on 0,77 cm 2 , pystyy 

purkamaan tämän massavirran. 

6.2.3 Puolet säiliöstä liekeissä 

Säiliön vaipan lämpötila saavuttaa maksimiarvonsa 710 o C hetkellä 10 min. Vastaava murtumispaine 

on 2,0 bar ylipainetta. Säiliö on repeämisvaarassa noin hetkestä 8,5 min lähtien, 

mutta repeää vasta hetkellä 17,5 min (kuva 24). Tällöin säiliön paine on 2,1 bar ylipainetta, 

mikä ei vielä riitä avaamaan varoventtiiliä. Repeämishetkellä nesteen lämpötila on 58 o C, 

höyryn lämpötila 235 o C ja säiliön täyttöaste 91,4 %. 

6.2.4 Isopentaani 

Isopentaanilla on alempi kiehumispiste ja korkeampi höyrynpaine kuin n-pentaanilla. 

Isopentaania kuvattiin pseudokomponenttiseoksella, jossa on 12 % n-butaania ja 88 % n- 

pentaania. 

Säiliön täyttöaste alussa on 85 %. Säiliö murtuu hetkellä 7,5 min. Repeämishetkellä nesteen 

lämpötila on 50 o C, höyryn lämpötila 310 o C, vaipan yläosan lämpötila 700 o C, säiliön ylipaine 

2,2 bar ja täyttöaste 90,2 %. Nämä arvot ovat käytännöllisesti katsoen samat kuin 

perustapauksessa. Varoventtiili ei ehdi avautua ennen säiliön repeämistä eikä varoventtiilin 

mitoituksella ei siis ole merkitystä säiliön kestolle. 

6.3 NESTEKAASUVAUNU 


Säiliön täyttöaste alussa on 84,8 %. Varoventtiili avautuu hetkellä 11 min. Varoventtiilin puhalluksen 

vaikutuksesta säiliön ylipaine pysyy varoventtiilin avautumispaineessa 3,0 bar kiehumisen 

alkamishetkeen 14 min saakka. Säiliö tulee 99-prosenttisesti nesteen täyttämäksi 

hetkellä 16,8 min ja simulointi päättyy. Nesteen lämpötila on 98 o C, höyryn lämpötila 285 o C, 

vaipan yläosan lämpötila on 655 o C ja ylipaine 4,6 bar. Säiliön murtumispaine on 14,3 bar 

ylipainetta (kuva 25). 



takia, varoventtiilin on pystyttävä purkamaan nestettä 5,7 kg/s. Kaavasta (3) päätellään, 

että säiliön ylipaineen täytyy olla 50 bar, jotta varoventtiili, jonka tehollinen ala on 0,77 cm 2 , 

pystyy purkamaan tämän massavirran. 

Kylmänä säiliö kestää 70 baarin ylipaineen (kuva 25). Vähän ennen säiliön täyttymistä sen 

murtumispaine on laskenut 14,3 baariin. Sitä mukaa kun kuuma vaipan osa joutuu kosketukseen 

nesteen kanssa, se jäähtyy. Säiliö saattaa siten kestää 50 baarin ylipaineen eikä repeä 

nesteellä täyttymisensä jälkeen. Tämä ei kuitenkaan ole varmaa. 

6.3.2 Liekkien lämpötila 800 o C

2/29 

Varoventtiili avautuu hetkellä 13,5 min. Varoventtiilin puhalluksen vaikutuksesta säiliön ylipaine 

pysyy varoventtiilin avautumispaineessa 3,0 bar kiehumisen alkamishetkeen 16,8 min saakka. 

Säiliö tulee 99-prosenttisesti nesteen täyttämäksi hetkellä 20 min ja simulointi päättyy. Nesteen 

lämpötila on 98 o C, höyryn lämpötila 270 o C, vaipan yläosan lämpötila on 615 o C ja ylipaine 

4,6 bar. Säiliön murtumispaine on 19,7 bar ylipainetta. 

Täyttöasteen nousunopeuden perusteella päätellään, että säiliö täyttyy nesteellä hetkellä 21 



että säiliön ylipaineen täytyy olla 36 bar, jotta varoventtiili (tehollinen ala 0,77 cm 2 ) pystyy 

purkamaan tämän massavirran. Päätellään, että nesteen täyttämä säiliö todennäköisesti kestää 

tämän paineen. 


Säiliön vaipan lämpötila saavuttaa maksimiarvonsa 710 o C hetkellä 21 min. Vastaava 

murtumispaine on 10,5 bar ylipainetta. Varoventtiili avautuu hetkellä 22 min. Varoventtiilin 

puhalluksen vaikutuksesta säiliön ylipaine pysyy varoventtiilin avautumispaineessa 3,0 bar 

kiehumisen alkamishetkeen 27 min saakka. 

Palon oletettuna sammumishetkenä 30 min nesteen lämpötila on 92 o C, höyryn lämpötila 230 

o C, vaipan lämpötila 655 o C ja säiliön ylipaine 3,9 bar. Säiliön murtumispaine on noussut 14 

baariin ylipainetta. Säiliön täyttöaste on 97,7 %. Säiliö ei koko aikana ole ollut 

repeämisvaarassa. 

6.3.4 Isopentaani 

Säiliön täyttöaste alussa on 84,8 %. Varoventtiili avautuu hetkellä 10,6 min. Varoventtiilin 

puhalluksen vaikutuksesta säiliön paine pysyy varoventtiilin avautumispaineessa 3,0 bar ylipainetta 

kiehumisen alkamishetkeen 12,3 min saakka. Säiliö tulee 99-prosenttisesti nesteen 

täyttämäksi hetkellä 16 min ja simulointi päättyy. Nesteen lämpötila on 94 o C, höyryn lämpötila 

275 o C, vaipan yläosan lämpötila on 645 o C ja ylipaine 5,3 bar. Säiliön murtumispaine on 15 

bar ylipainetta. 




että säiliön ylipaineen täytyy olla 72 bar, jotta varoventtiili, jonka tehollinen ala on 0,77 cm 2 , 

pystyy purkamaan tämän massavirran. 

Kylmänä säiliö kestää 70 baarin ylipaineen (kuva 25). Vähän ennen säiliön täyttymistä sen 

murtumispaine on laskenut 15 baariin. Sitä mukaa kun kuuma vaipan osa joutuu kosketukseen 

nesteen kanssa, se jäähtyy. Säiliö saattaa siten revetä nesteellä täyttymisensä jälkeen. 

6.4 TULOSTEN VERTAILU 

Taulukossa 6 on yhteenveto venäläisten pentaanivaunujen simuloinneista saaduista tuloksista. 

Yhdessäkään tilanteessa varoventtiili ei avaudu kaasutilan paineen vaikutuksesta, mutta osassa 

tilanteista se avautuu nestepaineen vaikutuksesta pian sen jälkeen, kun säiliö on täyttynyt 

nesteellä. Taulukossa 6 on annettu säiliön arvioitu täyttymishetki.

2/30 

Varsinainen 73,3 m 3 :n pentaanivaunu repeää kolmessa tapauksessa kuumentuneen vaipan 

heikkenemisen seurauksena. Nestekaasuvaunusta muunnettu 54 m 3 :n vaunu kestää lammikkopalon 

kuumennuksen, jos liekit ympäröivät puolet säiliöstä. Palon oletetulla sammumishetkenä 

säiliön paineen ja murtumispaineen ero on vielä noin 10 bar. 

Taulukko 6. Venäläiset pentaanivaunut 

——————————————————————————————————— 


——————————————————————————————————— 

n-pentaani 

54 m 3 , 850 o C neste 17,7 min ehkä 

73,3 m 3 , 850 o C — — 7,6 min 


73,3 m 3 , 800 o C neste 21,3 min ehkä 

54 m 3 , puolet — — ei, 10 bar 

73,3 m 3 , puolet — — 17,5 min 

isopentaani 


73,3 m 3 , 850 o C — — 7,5 min 

——————————————————————————————————— 

7 VENÄLÄISET NESTEKAASUVAUNUT 


Venäläisiä nestekaasuvaunuja on kahta perustyyppiä. Vanhempi 54 m 3 :n vaunu on edelleen 

yleisin. Säiliön halkaisija on 2,6 m, pituus 10,65 m ja seinämän paksuus (tyypistä riippuen) 22– 

26 mm. Säiliön koepaine on 30 bar ja käyttöpaine 20 bar (Anon. 1993). Varoventtiili avautuu 

20 baarin ylipaineessa ja sen vapaa aukko on 0,77 cm 2 (Shebeko ym. 1996). Säiliön 

täyttötilavuus on (tyypistä riippuen) 45–45,8 m 3 . 

Uudemmat vaunut ovat tilavuudeltaan 73,6–75,5 m 3 . Säiliön halkaisija on 3,0 m, pituus 10,8– 

11,25 m ja seinämän paksuus (tyypistä riippuen) 23–24 mm. Säiliön koepaine on 30 bar ja 

käyttöpaine 20 bar. Varoventtiili avautuu 20 baarin ylipaineessa. Varoventtiilin vapaan aukon 

koosta ei ole tietoa. Säiliön täyttötilavuus on (tyypistä riippuen) 64,2–64,3 m 3 (Anon. 1993). 

Suhteellisen korkean käyttöpaineen ansiosta kaikilla vaunutyypeillä voidaan kuljettaa propaania 

ja propeenia. Useimmilla vaunutyypeillä on riittävän suuri hyötykuorma, jotta niillä voitaisiin 

kuljettaa myös pienemmän höyrynpaineen, mutta suuremman tiheyden omaavia C4-hiilivetyjä. 

7.2 KULJETETTAVAT KAASUT 

Vuonna 1998 venäläisillä säiliövaunuilla kuljetettiin taulukossa 7 lueteltuja nesteytettyjä hiilivetyjä 

sekä hiilivetyseoksia. Taulukosta 7 puuttuu kevyt kondensaatti, jonka kuljetukset päättyivät 

vuoden 1999 alussa. Hiilivetyseosten tiheydet ja höyrynpaineet on laskettu 

maahantuojien antamien tyypillisten koostumustietojen perusteella (Erkki Ahola, Fortum Oil 

and Gas Oy, henkilökohtainen tiedonanto 1.12.1999, Veijo Virtanen, FGG Finngas GmbH, 

henkilökohtainen tiedonanto 10.12.1999). Kaikki ominaisuudet on annettu 15 o C:n lämpötilassa.

2/31 

Taulukko 7. Nesteytettyjen hiilivetyseosten ominaisuuksia 

——————————————————————————————————— 

tiheys höyrynpaine ominaislämpö 

kg/m 3 bar MJ m -3 K -1 

——————————————————————————————————— 

propeeni 521 8,9 1,34 

propaani 508 7,3 1,34 

propaani-butaani 541 5,1 1,36 

buteeni-butadieeni 602 2,6 1,38 

isobutaani 563 2,6 1,35 

butaani-buteeni 589 2,1 1,37 

butadieeni 628 2,0 1,40 

n-butaani 584 1,8 1,40 

——————————————————————————————————— 

Koska eräät hiilivetyseokset ovat ominaisuuksiltaan varsin lähellä toisiaan, simuloitiin vain 

propaanilla, propaani-butaaniseoksella, buteeni-butadieeniseoksella sekä n-butaanilla kuormattuja 

vaunuja. Propaani-butaaniseosta kuvattiin pseudokomponenttiseoksella, jossa on 53,5 

% propaania ja 46,5 % n-butaania. Vastaavasti pseudokomponenttiseos, jossa on 16,5 % 

propaania, 50 % n-butaania ja 33,5 % n-pentaania, kuvasi buteeni-butadieeniseosta. 

7.3 TULIPALOTILANTEET 

Koska venäläisten nestekaasuvaunujen säiliöt on valmistettu erittäin paksusta teräslevystä, 

niiden puhkeaminen kuljetusonnettomuudessa on epätodennäköisempää kuin öljyvaunujen. 

Siten todennäköisin tulipalotilanne, johon venäläinen nestekaasuvaunu voi joutua ratapihalla, on 

puhjenneesta öljysäiliöstä vuotaneen palavan nesteen lammikkopalo. 

Perustapaukseksi valitaan siten edelleen vaunun alla palava bensiinilammikko, jonka liekit ympäröivät 

koko nestekaasusäiliön. Liekkien tehollinen lämpötila on 850 o C ja tehotiheys 90 

kW/m 2 . Palo sammuu tai heikkenee olennaisesti 30 minuutin kuluttua. 

Nestekaasualtailla on tehty polttokokeita liekkien säteilyintensiteetin mittausta varten. Liekit 

ovat kuumempia kuin esimerkiksi bensiinilammikon liekit ja niiden säteilyintensiteetti on 

suurempi. Sen sijaan nestekaasualtaan liekkejä ei ole käytetty säiliöiden kuumentamiseen, joten 

mittaustietoa säiliöön siirtyvästä tehotiheydestä ei ole. Seuraavassa käytetään butaanilammikon 

teholliselle lämpötilalla arvoa 950 o C, joka on vain arvaus. Kuitenkin butaanin lammikkopalon 

liekkien tehollinen lämpötila on tuskin tätä korkeampi. 

USA:ssa nestekaasuvaunuille sattuneista suistumisonnettomuuksista on päätelty, että kaatuneen 

ja tulipalon liekkien kuumentaman säiliövaunun varoventtiilin toiminta on onnettomuutta levittävä 

tekijä. Kun varoventtiilin pistoliekki kohdistuu toiseen kaatuneeseen vaunuun, tämä voi 

revetä pistoliekin kuumennuksen seurauksena. 

Englannissa tehtiin sarja kokeita, joissa pistoliekillä kuumennettiin 4,55 m 3 :n propaanisäiliötä. 

Liekki synnytettiin suuttimella, jonka kautta purkautui nestepropaania 1,4–1,8 kg/s. Liekki 

alkoi 3,5–4,5 m:n etäisyydellä suuttimesta ja sen näkyvän osan pituus oli 10–12 m. Kokeissa 

käytetyt säiliöt, joiden halkaisija oli 1,2 m ja pituus 4,05 m, sijoitettiin 4,5 m:n etäisyydelle 

suuttimesta. Tällä etäisyydellä liekin leveys oli 3–4 m ja liekki ympäröi koko säiliön. Säiliöiden 

täyttöaste vaihteli 20–85 % ja ne repesivät 3,6–4,8 minuutin kuluttua (Duijm 1995).

2/32 

Venäläisen 54 m 3 :n nestekaasuvaunun varoventtiilin vapaan aukon tehollinen ala on 0,77 m 2 . 

Kun vaunu on kaatunut, varoventtiili puhaltaa nestettä. Taulukon 7 nesteytetyistä kaasuista 

ainoastaan propeenin ja propaanin höyrynpaine ylittää varoventtiilin avautumispaineen ennen 

kuin säiliö täyttyy nesteellä. Kuitenkin, jos liekit ympäröivät kaatuneen säiliön, höyry sen 

kaasutilassa on tulistunutta ja varoventtiili voi avautua ennen säiliön täyttymistä muillakin 

kaasuilla. 

Esimerkiksi propaanilla kylläisen höyryn paine saavuttaa varoventtiilin avautumispaineen, kun 

nesteen lämpötila on 59 o C. Tällöin nesteen tiheys on 429 kg/m 3 ja säiliö on noin 99-prosenttisesti 

täynnä nestettä. Kaavasta (3) saadaan varoventtiilin massavirraksi m' 3,2 kg/s. Tällä 

massavirralla nesteen pinnan lasku varoventtiilin tasalle kestäisi noin tunnin. Koska varoventtiili 

puhaltaa nestettä, sen toiminta ei jäähdytä säiliön sisältöä, joten säiliö täyttyy nesteellä pian 

varoventtiilin avautumisen jälkeen. 

Pystysuorien pistoliekkien pituus Lf [m] voidaan arvioida korrelaatiosta (API RP 521) 

missä 

Af on vakio, 2,77 m/MW 0,45 

hc on aineen palamislämpö, MJ/kg. 

= (m ) 

Vaakasuorat pistoliekit ovat jonkin verran lyhyempiä ja lisäksi niiden loppupää kaartuu 

kuumien palamiskaasujen nosteen vaikutuksesta ylöspäin. Soveltamalla kaavaa (13) Englannin 

pistoliekkikokeisiin (propaanilla hc = 46,5 MJ/kg) saadaan kertoimelle Af arvo 2,1 m/MW 0,45 . 

Venäläisen nestekaasuvaunun varoventtiilin liekki on tässä tapauksessa noin 20 m pitkä. Liekin 

näkyvä osa alkaa noin 5 m:n etäisyydellä varoventtiilistä ja sen pituus on noin 15 m. 

Pistoliekki on katkaistu kartio, jonka keskuskulma on 14–18 o . Liekin halkaisija on yhtä suuri 

kuin säiliövaunun säiliön halkaisija noin 10 m:n etäisyydellä varoventtiilistä. Jos säiliöt ovat 

yhdensuuntaisia, pistoliekki koskettaa säiliön vaippaa renkaassa, joka leveys on enintään liekin 

halkaisija. Jos säiliöt ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, säiliön päätyyn kohdistuva pistoliekki 

voi koskettaa osaan säiliön vaipasta. Liekki ei kuitenkaan ole riittävän pitkä ympäröimään 

koko säiliötä. 

Nestekaasupistoliekin tehollinen lämpötila 1177 o C ja tehotiheys 200 kW/m 2 on otettu 

ENGULF II -ohjelman raportista (Ramskill 1989), jossa niitä on käytetty ohjelman pistoliekkimallin 

koeajoissa. Näitä arvoja lähtötietoina käyttämällä voitiin varsin hyvin simuloida 

propaanisäiliöiden käyttäytymistä Englannissa pistoliekkikokeissa (Lautkaski 2001). 

Vaihtoehtoisina tapauksina ovat siis nestekaasupalot: 

0,45 

L f A f 

′ hc 

(13) 

1. Butaanilammikon liekit ympäröivät koko säiliön. Liekkien tehollinen lämpötila on 950 o C 

ja tehotiheys 127 kW/m 2 . 

2. Kaatuneen ja liekkien kuumentaman vaunun varoventtiili on avautunut ja sen pistoliekki 

kohdistuu seuraavalla raiteella olevan nestekaasuvaunun säiliön kylkeen. Liekki ympäröi 

koko säiliön 2 m leveänä renkaana. Liekin tehollinen lämpötila on 1177 o C ja tehotiheys 

200 kW/m 2 . 

3. Kaatuneen ja liekkien kuumentaman vaunun varoventtiili on avautunut ja sen pistoliekki 

kohdistuu nestekaasuvaunun säiliön päätyyn. Liekki koskettaa säiliön päätyä ja ympäröi 

puolet (5 m) sen vaipasta. Liekin tehollinen lämpötila on 1177 o C ja tehotiheys 200

2/33 

kW/m 2 . 

7.4 LAMMIKKOPALO, BUTAANIKUORMA 


Alussa 54 m 3 :n säiliön täyttöaste on 84,8 %. Varoventtiili avautuu hetkellä 12,2 min ja säiliö 

tulee 99-prosenttisesti nesteen täyttämäksi hetkellä 13 min. Nesteen lämpötila on 80 o C, 

höyryn lämpötila 260 o C, vaipan yläosan lämpötila on 580 o C ja ylipaine 21,4 bar. Säiliön 

murtumispaine on 25,1 bar ylipainetta. 

Vastaavasti 75,5 m 3 :n säiliön täyttöaste on alussa 85,0 %. Varoventtiili avautuu hetkellä 13,5 

min ja säiliö repeää hetkellä 14,1 min. Tuolloin nesteen lämpötila on 78 o C, höyryn lämpötila 

270 o C, vaipan yläosan lämpötila on 585 o C ja ylipaine 21,6 bar. 

7.4.2 Butaanilammikko 

Säiliö (54 m 3 ) repeää hetkellä 8,6 min. Nesteen lämpötila on 75 o C, höyryn lämpötila 290 o C, 

vaipan yläosan lämpötila on 620 o C ja ylipaine 18,8 bar. Varoventtiili ei vielä ole avautunut. 

Vastaavasti 75,5 m 3 :n säiliö repeää hetkellä 9,3 min. Nesteen lämpötila on 73 o C, höyryn 

lämpötila 295 o C, vaipan yläosan lämpötila on 625 o C ja ylipaine 16,1 bar. Varoventtiili ei 

vielä ole avautunut. 

7.5 LAMMIKKOPALO, MUUT KUORMAT 

Muilla nesteytetyillä hiilivedyillä täytetyt nestekaasusäiliöt käyttäytyvät lammikkopalossa 

suunnilleen samalla tavalla kuin butaanilla täytetyt. Taulukossa 8 on yhteenveto eri kuormilla 

suorituista simuloinneista. Taulukossa on annettu varoventtiilin avautumishetki. Tapauksissa, 

joissa säiliö repeää ennen täyttymistään 99-prosenttisesti, on annettu ohjelman ENGULF 

laskema repeämishetki. Muissa tapauksissa simulointi päättyi, kun säiliö tuli 99-prosenttisesti 

nesteen täyttämäksi. Kuten edellä, säiliön täyttymishetki on arvioitu simulointituloksista. 

Kaavalla (3) voidaan arvioida, millä säiliön paineella varoventtiilin puhaltama massavirta vastaa 

nesteen lämpölaajenemista. Simulointien perusteella nesteen lämpötila nousee säiliön täyttymishetkellä 

noin 5,5 K/min. Jotta säiliön paine ei nousisi, varoventtiilin pitäisi pystyä purkamaan 

nestettä noin 9 kg/s. Vastaava nesteen paine on eri täytöksillä 135–155 bar, joka on noin 

kaksinkertainen kylmän säiliön repeämispaineeseen verrattuna. Varoventtiilin puhallus ei siis 

pysty estämään paineen nousua.

2/34 

Taulukko 8. Venäläiset nestekaasuvaunut lammikkopalossa 

——————————————————————————————————— 


——————————————————————————————————— 

n-butaani 

54 m 3 , bensiini 12,2 min 13,5 min nestepaine 

75,5 m 3 , bensiini 13,5 min — 14,1 min 

54 m 3 , butaani — — 8,6 min 

75,5 m 3 , butaani — — 9,3 min 

buteeni-butadieeni 


75,5 m 3 , bensiini 11,9 min 14,2 min nestepaine 

54 m 3 , butaani 8,0 min — 8,4 min 

75,5 m 3 , butaani 8,5 min — 8,6 min 

propaani-butaani 





propaani 





——————————————————————————————————— 

Säiliön täyttyminen nesteellä merkitsee toisaalta, että liekkien kuumentama vaipan yläosa 

jäähtyy lähelle nesteen lämpötila. Tällöin sen pienentynyt murtolujuus jälleen kasvaa. Jos säiliö 

ei antaisi periksi, kokoonpuristuvan nesteen paine ylittäisi nopeasti säiliön murtumispaineen ja 

säiliö repeäisi. Kaasusäiliöt valmistetaan kuitenkin sitkeästä paineastiateräksestä, jonka 

murtolujuus saavutetaan vasta noin 30 %:n venymällä. Säiliö alkaa siis pullistua, mikä 

viivästyttää sen repeämistä. Nesteellä täyttyneen säiliön repeämishetkeä on tästä syystä vaikea 

arvioida. 

Taulukosta 8 voidaan todeta, että varoventtiili avautuu sitä aikaisemmin mitä korkeampi 

höyrynpaine sisällöllä on. Uudemmalla, 75,5 m 3 :n säiliövaunutyypillä varoventtiili avautuu 0,2– 

0,7 minuuttia myöhemmin kuin vanhemmalla, 54 m 3 :n säiliövaunutyypillä. Tämä johtuu 

uudemman tyypin isommasta säiliöhalkaisijasta, minkä vuoksi neste lämpenee siinä hieman 

hitaammin kuin vanhemman tyyppisessä säiliössä. 

Varoventtiili avautuu suhteellisen myöhään: vain noin kaksi minuuttia ennen kuin säiliö repeää 

tai täyttyy nesteellä. Tämä johtuu säiliön suhteellisen korkeasta käyttöpaineesta: 20 bar 

ylipainetta. Varoventtiilin myöhäisestä avautumishetkestä ja sen vapaan aukon pienestä koosta 

seuraa, että varoventtiilin toiminta ei käytännössä vaikuta säiliön repeämis- tai täyttymishetkeen. 

Säiliön koolla ei juurikaan ole vaikutusta sen repeämishetkeen: suurempi säiliö repeää vain 

muutamia tai muutamia kymmeniä sekunteja myöhemmin kuin pienempi säiliö. Nesteen 

lämpötila ja paine tosin nousevat suuremmassa säiliössä hitaammin kuin pienemmässä, mutta 

suuremman säiliön murtumispaine on jonkin verran alempi kuin pienemmän. Liekkien tehollisen 

lämpötilan nostaminen 850 o C:sta (bensiinilammikko) 950 o C:een (butaanilammikko) lyhentää

2/35 

säiliön repeämiseen kuluvaa aikaa 1,5–5 minuuttia. 

7.6 PISTOLIEKKI 

Periaatteessa kaatuneen säiliövaunun varoventtiili puhaltaa nestettä tunnin ajan. Tämän jälkeen 

varoventtiili alkaa puhaltaa höyryä. Varoventtiilin avautumista varten nesteen lämpötilan 

kaatuneessa säiliössä täytyy kuitenkin olla suhteellisen korkea. 

Jos kuumeneminen jatkuu, neste täyttää säiliön ja säiliö repeää nestepaineen vaikutuksesta 

myöhemmin. Repeämiseen kuluvaa aikaa on vaikea arvioida, mutta ilmeisesti se on selvästi 

tuntia lyhyempi. Kun säiliö repeää, viereisen säiliön kuumennus varoventtiilin pistoliekillä 

tietenkin päättyy. 

Voidaan kuitenkin kuvitella tilanne, jossa kaatunutta säiliövaunua kuumentava lammikko palaa 

loppuun sen jälkeen, kun säiliön varoventtiili on avautunut. Tällöin nesteen kuumeneminen 

kaatuneessa säiliössä lakkaa eikä säiliö täytykään nesteellä. Tämän jälkeen varoventtiili 

puhaltaa varsin kauan nestettä, koska varoventtiilin puhallus ei jäähdytä säiliön sisältöä. 

Pistoliekkitilanteiden tulokset ovat taulukossa 9. Kuumennuksen kestoksi on mielivaltaisesti 

asetettu 20 minuuttia. Jos säiliö on ehjä kuumennuksen päättyessä, taulukkoon on merkitty repeämispaineen 

ja säiliön paineen erotus. Suuri paine-ero osoittaa, että säiliön repeämiseen on 

vielä pitkä aika. 

Taulukosta 9 voidaan todeta, että säiliö kestää paremmin sivulta päin kuin päätyyn kohdistuvaa 

varoventtiilin pistoliekin kuumennusta. Tämä johtuu siitä, että tehdyillä oletuksilla säiliön 

kylkeen kohdistuva pistoliekki koskettaa vain viidesosaan säiliön vaipasta, kun taas päätyyn 

kohdistuva pistoliekki koskettaa puoleen vaipasta. 

Jälkimmäisessä tapauksessa sisällön lämpötila ja säiliön paine nousevat selvästi nopeammin 

kuin edellisessä, mistä seuraa, että säiliö repeää 7–13 minuutin kuumennuksen jälkeen. 

Edellisessä tapauksessa propaanisäiliö repeää noin 13 minuutin kuumennuksen jälkeen, kun 

taas muilla nesteytetyillä hiilivedyillä täytetyt säiliöt eivät repeä noin 20 minuuttia kestävän 

kuumennuksen aikana. Missään taulukon 8 tilanteista säiliöt eivät täyty nesteellä ennen 

repeämistään tai kuumennuksen päättymishetkeä 20 min. 

Pistoliekin suunta ja sen kohteena olevan säiliövaunun sijainti on tarkoituksella valittu siten, että 

liekki koskettaisi mahdollisimman suureen osaan säiliön vaipasta. Jos jompaa kumpaa tai molempia 

muutetaan, säiliön repeämiseen kuluu pitempi aika tai säiliö ei repeä lainkaan.

2/36 

Taulukko 9. Varoventtiilin pistoliekin kuumennus 

——————————————————————————————————— 

tilanne repeää ?P 

——————————————————————————————————— 

n-butaani 

54 m 3 , kylki — 7,7 bar 

75,5 m 3 , kylki — 7,8 bar 

54 m 3 , pääty 12,4 min 

75,5 m 3 , pääty 13,5 min 

buteeni-butadieeni 

54 m 3 , kylki — 9,5 bar 

75,5 m 3 , kylki — 9,2 bar 

54 m 3 , pääty 13,2 min 

75,5 m 3 , pääty 12,2 min 

propaani-butaani 

54 m 3 , kylki 20 min 

75,5 m 3 , kylki — 2,1 bar 

54 m 3 , pääty 8,4 min 

75,5 m 3 , pääty 8,5 min 

propaani 

54 m 3 , kylki 12,8 min 

75,5 m 3 , kylki 13,3 min 

54 m 3 , pääty 7,4 min 

75,5 m 3 , pääty 7,6 min 

——————————————————————————————————— 

Esimerkkinä tarkastellaan säiliöön sivulta päin kohdistuvaa pistoliekkiä, joka koskettaa vaipan 

yläosaa kaasutilan kohdalta. Pistoliekin kohteena on 54 m 3 :n propaanilla kuormattu säiliövaunu. 

Säiliön täyttötilavuus on 45,2 m 3 , joka vastaa täyttöastetta 83,75 %. Tällöin noin 112 o :n 

sektori vaipasta on kosketuksessa kaasutilaan. Liekin leveydeksi oletetaan edelleen 2 m ja sen 

oletetaan koskettavan 100 o :n sektoriin vaipan yläosassa. Tämän simuloinnin tuloksia on 

taulukossa 10 verrattu edellä käsiteltyyn tapaukseen, jossa liekki ympäröi saman säiliön 2 m:n 

leveydeltä. Suureiden arvot on annettu hetkellä 12,8 min, jolloin liekin ympäröimä säiliö 

repeää. 

Taulukko 10. Varoventtiilin pistoliekin kuumennus 

——————————————————————————————————— 

liekki koskettaa 360 o 100 o 

——————————————————————————————————— 

nesteen lämpötila 42 o C 16 o C 

höyryn lämpötila 158 o C 150 o C 

vaipan yläosan lämpötila 611 o C 607 o C 

vaipan alaosan lämpötila 76 o C 15 o C 

säiliön ylipaine 19,6 bar 9,6 bar 

murtumisylipaine 19,6 bar 20,1 bar 

täyttöaste 91,65 % 84,15 % 

———————————————————————————————————

2/37 

Taulukosta 10 käy ilmi, että säiliön yläosaan kohdistuvalla liekillä vaipan yläosan lämpötila on 4 

K alempi ja säiliön murtumispaine vastaavasti 0,5 bar korkeampi kuin säiliön ympäröivällä 

liekillä. Lämmön siirtyminen säiliön vaipan kuumasta osasta nesteeseen on tehotonta ja nesteen 

lämpötila on noussut vain asteen, kun säiliön ympäröivällä liekillä nesteen lämpötila on noussut 

27 K. Säiliön ympäröivällä liekillä säiliön paine on tästä syystä 10 bar korkeampi kuin 

kaasutilaan koskettavalla liekillä. Päätellään siis, että tässä tapauksessa pistoliekin tulee 

koskettaa säiliön vaippaan myös nestetilan kohdalla, jotta säiliö olisi repeämisvaarassa. 

8 KOTIMAISET NESTEKAASUVAUNUT 


Kotimaisia nestekaasuvaunuja on kahta tyyppiä. Alun perin nestekaasun kuljetuksia varten 

rakennetun säiliövaunun säiliön tilavuus on 83 m 3 . Säiliön halkaisija on 2,8 m ja pituus 14,3 m. 

Kotimaisten ammoniakkikuljetusten vähentymisen johdosta osa ammoniakkisäiliövaunuista 

muunnettiin nestekaasusäiliövaunuiksi. Näiden vaunujen säiliön tilavuus on 77 m 3 , halkaisija 2,7 

m ja pituus 14,3 m. Kummallakin vaunutyypillä säiliön vaipan paksuus on 16 mm. 

Kotimaisilla nestekaasuvaunuilla on kaksi varoventtiiliä. Varoventtiilin vapaa aukko on 12,5 

cm 2 ja kuristuskerroin lähellä ykköstä. Alkuperäisillä 83 m 3 :n nestekaasusäiliövaunuilla varoventtiilin 

avautumispaine on 16,5 bar ja ammoniakkivaunuista muunnetuilla 77 m 3 :n vaunuilla 21 

bar ylipainetta. 

8.2 KULJETETTAVAT KAASUT 

Kotimaisilla nestekaasusäiliövaunuilla kuljetettiin vuonna 1998 ainoastaan propaania ja butadieenia. 

Vaunut täytetään VAK-määräysten mukaan siten, että täyttöaste propaanilla on 420 

kg/m 3 ja butadieenillä 550 kg/m 3 . 


Myös kotimaisilla nestekaasuvaunuilla perustapauksena on vaunun alla palava bensiinilammikko, 

jonka liekit ympäröivät koko säiliön. Liekkien tehollinen lämpötila on 850 o C ja tehotiheys 

90 kW/m 2 . Palo sammuu tai heikkenee olennaisesti 30 minuutin kuluttua. Vaihtoehtoisena 

tapauksena tarkastellaan tilannetta, jossa bensiinilammikon liekit ympäröivät puolet säiliöstä. 

Kotimaisilla nestekaasuvaunuilla tarkastellaan samoja nestekaasupaloja kuin venäläisillä: 

1. Butaanilammikon liekit ympäröivät koko säiliön. Liekkien tehollinen lämpötila on 950 o C 

ja tehotiheys 127 kW/m 2 . 

2. Kaatuneen ja liekkien kuumentaman vaunun varoventtiili on avautunut ja sen pistoliekki 

kohdistuu seuraavalla raiteella olevan nestekaasuvaunun säiliön kylkeen. Liekki ympäröi 

koko säiliön 2 m leveänä renkaana. Liekin tehollinen lämpötila on 1177 o C ja tehotiheys 

200 kW/m 2 . 

3. Kaatuneen ja liekkien kuumentaman vaunun varoventtiili on avautunut ja sen pistoliekki 

kohdistuu nestekaasuvaunun säiliön päätyyn. Liekki koskettaa säiliön päätyä ja ympäröi 

5 m:n matkalta sen vaipan. Liekin tehollinen lämpötila on 1177 o C ja tehotiheys 200 

kW/m 2 . 

8.4 PROPAANIKUORMA

2/38 


Alussa 77 m 3 :n säiliön täyttöaste on 82,8 %. Varoventtiilit avautuvat hetkellä 5,2 min ja säiliö 

tulee 99-prosenttisesti nesteen täyttämäksi hetkellä 8,5 min. Nesteen lämpötila on 63 o C, 

höyryn lämpötila 130 o C, vaipan yläosan lämpötila on 530 o C ja ylipaine 20,2 bar. Säiliön 

murtumispaine on 23,9 bar ylipainetta. 

Säiliö tulee kokonaan täyteen nestettä hetkellä 8,8 min. Se ei kuitenkaan repeä nestepaineen 

vaikutuksesta, sillä jo yksi varoventtiili riittää purkamaan nesteen laajenemista vastaavan massavirran, 

joka on noin 16 kg/s. 

Vastaavasti 83 m 3 :n säiliön varoventtiilit avautuvat hetkellä 4,4 min ja säiliö repeää hetkellä 

12,3 min. Tuolloin nesteen lämpötila on 72 o C, höyryn lämpötila 130 o C, vaipan yläosan 

lämpötila on 520 o C ja ylipaine 24,2 bar. 

Tässä tilanteessa varoventtiilien toiminta pidentää säiliön repeämiseen kuluvaa aikaa. Neste 

säiliössä ei ala kiehua välittömästi varoventtiilien avautumisen jälkeen, koska säiliön paine on 

korkeampi kuin propaanin höyrynpaine sisällön lämpötilassa. Tämä johtuu siitä, että säiliön 

kaasutilassa oleva propaanihöyry on tulistunutta. Varoventtiilit puhaltavat vain ajoittain ja pitävät 

säiliön paineen vakiona (kuva 26). 

Koska neste säiliössä ei kiehu, varoventtiilien puhallus ei jäähdytä nestettä. Tässä tapauksessa 

nesteen lämpötila nousee 6 K/min. Nesteen lämpötila saavuttaa kiehumispisteen säiliön paineessa 

hetkellä 7,5 min. Tämän jälkeen varoventtiilit puhaltavat jatkuvasti ja nesteen lämpötila 

nousee enää noin 3,6 K/min. Vaikka varoventtiilit puhaltavat yhdessä yli 10 kg/s propaanihöyryä, 

tämä ei riitä pysäyttämään paineen nousua. Säiliön paine saavuttaa murtumispaineen 

hetkellä 12,3 min (kuva 26). 


Säiliön (77 m 3 ) varoventtiilit avautuvat hetkellä 9,7 min ja säiliö repeää hetkellä 11,3 min. 

Tuolloin nesteen lämpötila on 54 o C, höyryn lämpötila 230 o C, vaipan yläosan lämpötila 555 

o C ja ylipaine 21 bar. Repeämishetkeen mennessä neste ei vielä ole alkanut kiehua. 

Vastaavasti 83 m 3 :n säiliön varoventtiilit avautuvat hetkellä 8,0 min ja neste säiliössä alkaa 

kiehua hetkellä 14 min. Säiliö kestää repeämättä palon oletettuun sammumishetkeen 30 min 

saakka. Palon sammuessa nesteen lämpötila on 62 o C, höyryn lämpötila 125 o C, vaipan yläosan 

lämpötila on 515 o C ja ylipaine 19,8 bar. Säiliön murtumispaine on 24,2 bar ylipainetta. 

Ero 77 m 3 :n ja 83 m 3 :n säiliövaunujen käyttäytymisen välillä johtuu siitä, että 83 m 3 :n vaunun 

varoventtiilien avautumispaine (16,5 bar) on alempi kuin 77 m 3 :n vaunun (21 bar). Kun 83 

m 3 :n vaunun varoventtiilit avautuvat hetkellä 8,0 min, säiliön paineen nousu lakkaa (kuva 27). 

Säiliön vaipan lämpötila saavuttaa suurimman arvonsa 550 o C hetkellä 13 min. Tätä vastaa 

murtumispaineen arvo 20,5 bar ylipainetta, joka on 4,3 bar säiliön ylipainetta (16,2 bar) 

korkeampi. 

Tämän jälkeen höyryn lämpötila laskee noin 130 K varoventtiilin toiminnan ja nesteen 

kiehumisen seurauksena. Höyryn lämpötilan laskun vaikutuksesta vaipan yläosan lämpötila 

alkaa laskea ja säiliön murtumispaine vastaavasti nousta. Murtumispaineen ja säiliön paineen 

ero on koko ajan suurempi kuin em. 4,3 bar.

2/39 

Vastaavasti 77 m 3 :n säiliövaunulla varoventtiilien avautuminen pysäyttää säiliön paineen nousun 

noin 21 baariin ylipainetta (kuva 28). Tämä ei kuitenkaan riitä estämään säiliön murtumista, 

koska vaipan yläosan kuumeneminen jatkuu, vaikkakin hitaasti. Tähän vaikuttaa osaltaan se, 

että nesteen kiehuminen säiliössä ja sitä seuraava höyryn lämpötilan lasku eivät vielä ole alkaneet. 

Vaipan yläosan kuumetessa säiliön murtumispaine laskee saavuttaen säiliön paineen. 

Tällöin säiliö repeää (kuva 28). 


Säiliön (77 m 3 ) varoventtiilit avautuvat hetkellä 3,7 min ja säiliö repeää hetkellä 5,5 min. 

Tuolloin nesteen lämpötila on 57 o C, höyryn lämpötila 300 o C, vaipan yläosan lämpötila on 

555 o C ja ylipaine 20,7 bar. Repeämishetkeen mennessä neste ei vielä ole alkanut kiehua. 

Vastaavasti 83 m 3 :n säiliön varoventtiilit avautuvat hetkellä 3,2 min, neste säiliössä alkaa kiehua 

hetkellä 5 min ja säiliö repeää hetkellä 6,2 min. Nesteen lämpötila on 60 o C, höyryn lämpötila 

130 o C, vaipan yläosan lämpötila on 535 o C ja ylipaine 18,9 bar. 

8.4.4 Pistoliekki kylkeen 

Säiliö (77 m 3 ) repeää hetkellä 11,9 min. Tuolloin nesteen lämpötila on 34 o C, höyryn lämpötila 

145 o C, vaipan yläosan lämpötila on 610 o C ja ylipaine 13,8 bar. Säiliön varoventtiilit eivät 

vielä ole avautuneet. 

Vastaavasti 83 m 3 :n säiliö repeää hetkellä 11,7 min. Nesteen lämpötila on 33 o C, höyryn 

lämpötila 145 o C, vaipan yläosan lämpötila on 610 o C ja ylipaine 13,3 bar. Säiliön varoventtiilit 

eivät vielä ole avautuneet. 

8.4.5 Pistoliekki päätyyn 

Säiliö (77 m 3 ) repeää hetkellä 5,8 min. Tuolloin nesteen lämpötila on 38 o C, höyryn lämpötila 

195 o C, vaipan yläosan lämpötila on 580 o C ja ylipaine 17,4 bar. Säiliön varoventtiilit eivät 

vielä ole avautuneet. 

Vastaavasti 83 m 3 :n säiliö repeää hetkellä 5,7 min. Nesteen lämpötila on 37 o C, höyryn 

lämpötila 195 o C, vaipan yläosan lämpötila on 580 o C ja ylipaine 16,5 bar. Varoventtiilit avautuvat 

15 s ennen säiliön repeämistä. 

8.5 BUTADIEENIKUORMA 

Butadieenikuormalla laskettiin samat tulipalotilanteet kuin propaanikuormalla. Kuten edellä, 

butadieenia kuvattiin pseudokomponenttimallilla, jossa oli 6,15 % propaania ja 93,85 % n- 

butaania. Taulukossa 11 vertaillaan propaani- ja butadieenikuormalla suoritettujen simulointien 

tuloksia. Jos säiliö kestää tulipalon, jonka kestoksi on oletettu lammikon tapauksessa 30 min ja 

pistoliekin tapauksessa 20 min, taulukkoon on merkitty murtumispaineen ja säiliön paineen 

erotus. Kaikissa tapauksissa tämä erotus on yli 4 bar, mikä merkitsee, että säiliö ei ole repeämisvaarassa.

2/40 

Taulukko 11. Kotimaiset nestekaasuvaunut 

——————————————————————————————————— 

tilanne varot auki täyttyy repeää 

——————————————————————————————————— 

propaani 

77 m 3 , bensiini 5,2 min 8,8 min ei 

83 m 3 , bensiini 4,4 min — 12,3 min 

77 m 3 , bens, puolet 9,7 min — 11,3 min 

83 m 3 , bens, puolet 8,0 min — ei, 4,3 bar 



77 m 3 , kylki — — 11,9 min 

83 m 3 , kylki — — 11,7 min 

77 m 3 , pääty — — 5,8 min 

83 m 3 , pääty 5,3 min — 5,7 min 

butadieeni 

77 m 3 , bensiini — — 9,4 min 

83 m 3 , bensiini 9,4 min — 10,2 min 

77 m 3 , ben, puolet — — 17,6 min 

83 m 3 , ben, puolet — — 18,0 min 

77 m 3 , butaani — — 6,3 min 

83 m 3 , butaani — — 6,2 min 

77 m 3 , kylki — — ei, 5,3 bar 

83 m 3 , kylki — — ei, 5,1 bar 

77 m 3 , pääty — — 10,5 min 

83 m 3 , pääty — — 10,7 min 

——————————————————————————————————— 

Taulukosta 11 voidaan muun muassa todeta, että niissä tapauksissa, joissa säiliön paine ei 

nouse varoventtiilin avautumispaineeseen, säiliön repeämiseen kuluva aika ei juurikaan riipu 

vaunutyypistä. Tämä johtuu siitä, että ainoa olennainen ero vaunutyyppien välillä on 

varoventtiilin avautumispaine. Butadieenikuormalla varoventtiili avautuu vain yhdessä tapauksessa. 

Säiliö täyttyy propaanikuormalla vain yhdessä tapauksessa ja butadieenikuormalla säiliö 

ei täyty yhdessäkään tapauksessa. Alemmasta höyrynpaineesta johtuen butadieenisäiliön 

repeämiseen kuluu yleensä pitempi aika kuin propaanisäiliön repeämiseen.

2/41 

9 AMMONIAKKISÄILIÖVAUNUT 


Kotimainen ammoniakkisäiliövaunu on käyttöventtiilejä lukuunottamatta sama kuin 77 m 3 :n 

nestekaasuvaunu. Suomeen tuodaan ammoniakkia venäläisillä ammoniakkivaunuilla, joita on 

kahta kokoa: 54 m 3 ja 75,5 m 3 . Nämä vaunut ovat puolestaan samanlaisia kuin venäläiset 

nestekaasuvaunut. Venäläisillä ammoniakkivaunuilla on oletettu olevan samanlainen varoventtiili 

kuin venäläisillä nestekaasuvaunuilla. 

Kotimaisen ammoniakkivaunun suurin täyttöpaino on 530 kg/m 3 . Venäläisten ammoniakkivaunujen 

suurin täyttöpaino on 569 kg/m 3 . Tämä kuitenkin vastaa täyttöä -24 o C:n 

lämpötilassa, jolloin säiliön täyttöaste on 85 %. Säiliöiden täyttöä seurataan peilausventtiilien 

avulla. Ylempi peilausventtiili vastaa 85 %:n täyttöastetta. Alemmalla peilausventtiilillä on 75,5 

m 3 :n vaunussa 100 mm pitempi nousuputki kuin ylemmällä (Anon. 1993). Tästä voidaan 

päätellä, että alempi peilausventtiili vastaa 81,4 %:n täyttöastetta. 

Kun alempi peilausventtiili alkaa purkaa nestettä, säiliön täyttö varaudutaan lopettamaan. 

Säiliön täyttö lopetetaan, kun ylempi peilausventtiili alkaa purkaa nestettä. Käytännössä neste 

saattaa aaltoilla säiliössä täytön aikana, jolloin täyttö lopetetaan hieman ennen kuin 85 %:n 

täyttöaste saavutetaan. Täyttöaste tarkistetaan ajamalla vaunu vaa'alle. Aikaisemmin yleistä 

säiliöiden ylitäyttöä (Lautkaski ym. 1978) ei viime vuosina enää ole esiintynyt (Tapani Piitari, 

Kemira Agro Oy, suullinen tieto 8.10.2001). 

9.2 AMMONIAKIN OMINAISUUDET 

Ammoniakilla on suunnilleen sama höyrynpaine kuin propaanilla. Nesteammoniakin ominaislämpö 

2,91 MJ m -3 K -1 (15 o C) on kuitenkin yli kaksinkertainen nesteytettyjen hiilivetyjen 

ominaislämpöihin (taulukko 7) verrattuna. 

Nestemäinen ammoniakki ei pala ammoniakin suuren höyrystymis- ja pienen palamislämmön 

takia. Kuitenkin ammoniakkisäiliövaunu voi varsinkin ratapihoilla joutua palavan nesteen 

lammikon tai nestekaasun pistoliekin kuumentamaksi. Tällöin säiliön repeytyessä sen koko 

sisältö vapautuu ja aiheuttaa vaaraa tuulen alapuolella oleville ihmisille. 

9.3 KOTIMAINEN AMMONIAKKIVAUNU 

Kotimaisella ammoniakkisäiliövaunulla tarkasteltiin samoja tulipalotilanteita kuin kotimaisilla 

nestekaasuvaunuilla. 


Alussa säiliön täyttöaste on 85,8 %. Varoventtiilit avautuvat hetkellä 8,2 min ja säiliö repeää 

hetkellä 9,3 min. Nesteen lämpötila on 39 o C, höyryn lämpötila 325 o C, vaipan yläosan lämpötila 

on 555 o C ja ylipaine 20,5 bar. Säiliön täyttöaste on 91,4 %.

2/42 


Säiliö repeää hetkellä 17,7 min. Nesteen lämpötila on 40 o C, höyryn lämpötila 250 o C, vaipan 

yläosan lämpötila 555 o C ja ylipaine 20,5 bar. Varoventtiilit eivät ole avautuneet repeämishetkeen 

mennessä. 



yläosan lämpötila on 560 o C ja ylipaine 20,3 bar. Varoventtiilit eivät ole avautuneet repeämishetkeen 

mennessä. 

9.3.4 Pistoliekki kylkeen 

Säiliö ei repeää kuumennuksen oletetun keston 20 min aikana. Kuumennuksen päättymishetkellä 

nesteen lämpötila on 30 o C, höyryn lämpötila 155 o C, vaipan yläosan lämpötila on 

600 o C ja ylipaine 13,0 bar. Murtumispaine on 15,5 bar. Säiliön varoventtiilit eivät avaudu 

kuumennuksen aikana. 

9.3.5 Pistoliekki päätyyn 


yläosan lämpötila on 600 o C ja ylipaine 14,5 bar. Säiliön varoventtiilit eivät vielä ole avautuneet. 

9.4 VENÄLÄISET AMMONIAKKIVAUNUT 

Venäläisillä ammoniakkivaunuilla tarkasteltiin samoja tulipalotilanteita kuin kotimaisilla. 

Taulukossa 12 on yhteenveto eri vaunuilla tehtyjen simulointien tuloksista. 

Taulukosta 12 voidaan mm. todeta, että venäläiset ammoniakkivaunut kestävät kuumennusta 

kauemmin kuin kotimaiset. Tämä johtuu venäläisten vaunujen säiliön suuremmasta seinämän 

paksuudesta (24 mm, kun kotimaisilla vaunuilla seinämä on 16 mm paksu).

2/43 

Taulukko 12. Ammoniakkivaunut 

——————————————————————————————————— 

tilanne varo auki repeää ?P 

——————————————————————————————————— 

bensiinilammikko, koko säiliö 

77 m 3 8,2 min 9,3 min 

54 m 3 9,0 min 18,1 min 

75,5 m 3 9,8 min 17,5 min 

bensiinilammikko, puolet säiliöstä 

77 m 3 — 17,7 min 

54 m 3 18,4 min ei 8,9 bar 

75,5 m 3 21,4 min ei 7,6 bar 

butaanilammikko, koko säiliö 

77 m 3 — 5,4 min 

54 m 3 6,3 min 10,1 min 

75,5 m 3 6,8 min 9,4 min 

pistoliekki kylkeen 

77 m 3 — ei 2,5 bar 

54 m 3 — ei 6,8 bar 

75,5 m 3 — ei 5,6 bar 

pistoliekki päätyyn 

77 m 3 — 7,2 min 

54 m 3 10,1 min 11,5 min 

75,5 m 3 — 10,8 min 

——————————————————————————————————— 

10 TULOSTEN TARKASTELUA 

10.1 OHJELMA ENGULF 

Tulipalon liekkien kuumentamaksi joutuneen säiliövaunun käyttäytymistä on simuloitu englantilaisella 

ENGULF II -ohjelmalla. Ohjelma tarjoaa varsin monipuoliset mahdollisuudet tutkia eri 

parametrien vaikutusta säiliön käyttäytymiseen. Säiliön parametreja ovat halkaisija, tilavuus 

(jonka sijasta annetaan säiliön pituus) ja vaipan paksuus. Ohjelmalla ei voi ottaa huomioon 

päädyn muotoa. 

Ohjelma laskee vaipan yläosan lämpötilan perusteella säiliön murtumispaineen. Säiliöteräkseksi 

ohjelman käyttäjä voi valita toisen kahdesta, englantilaisen standardin mukaisesta materiaalista. 

Kuitenkin lämpötila-alueella 550–650 o C, jossa säiliö yleensä murtuu, näiden materiaalien 

murtolujuus on suunnilleen sama. Tutkimuksessa ei ole selvitetty, kuinka maassamme käytettävien 

kotimaisten, venäläisten ja saksalaisten säiliövaunujen säiliöteräs poikkeaa 

murtolujuudeltaan ohjelman materiaaleista. 

ENGULF kuvaa säiliön varoventtiiliä aukkona, joka avautuu paineen noustessa avautumispainetta 

korkeammaksi ja sulkeutuu paineen laskiessa avautumispainetta alemmaksi. 

Ohjelma ei ota huomioon sitä, että todellisen varoventtiilin lautanen kohoaa ja vapaa aukko 

kasvaa paineen noustessa ja että varoventtiili sulkeutuu hieman avautumispainettaan alemmassa 

paineessa. 

Suoritetuissa simuloinneissa varoventtiili avautui yleensä (joko säiliön kaasutilassa olevan ilman

2/44 

kuumenemisen tai höyryn tulistumisen vaikutuksesta) tilanteessa, jossa neste ei kiehunut, koska 

säiliön paine oli korkeampi kuin nesteen lämpötilaa vastaava kylläisen höyryn paine. Tällöin 

purkaustarve oli pieni ja varoventtiili puhalsi vain ajoittain. Em. yksinkertaistuksesta johtuen 

ohjelma ei pysty kuvaamaan varoventtiilin todellista sykkivää toimintaa. Kuitenkin varoventtiilin 

keskimääräinen puhalluskyky tällaisessa tilanteessa tulee arvioitua oikein. 

Tällaisessa tilanteessa varoventtiilin toiminta ei hidasta saati sitten pysäytä nesteen lämpötilan 

kohoamista. Kun nesteen lämpötila saavuttaa kiehumislämpötilan säiliön paineessa, höyryn 

purkaustarve kasvaa selvästi. Suoritetuissa simuloinneissa varoventtiili jäi kiehumisen alettua 

auki. Nesteen lämpötilan nousu ei lakannut, mutta hidastui nesteen höyrystämiseen sitoutuvan 

tehon vaikutuksesta. Tämä ei tietenkään ole yleispätevä tulos, vaan liittyy valittuihin 

tulipalotilanteisiin. 


Suoritetuissa säiliöiden kuumennuskokeissa on yleensä pyritty jäljittelemään pahinta tulipalotilannetta, 

toisin sanoen sellaista, jossa liekit koskettavat säiliön koko pintaan. Tällöin säiliön 

vaippaan ja sen sisältöön siirtyvä kokonaisteho saa suurimman arvonsa. 

Kokeissa pyrittiin koesäiliön ympärille synnyttämään homogeeninen liekkiympäristö, jossa 

liekkien tehotiheys säiliön pinnan läheisyydessä on kaikkialla sama. Koska tuulen tiedettiin kallistavan 

liekkejä, kokeet pyrittiin tekemään tyynellä säällä tai heikolla tuulella. Lisäksi eräissä 

kokeissa säiliö ympäröitiin seinällä tai vallilla tuulen vaikutuksen vähentämiseksi. 

Homogeenisen liekkiympäristön synnyttäminen osoittautui kuitenkin oletettua vaikeammaksi. 

Jo suhteellisen heikko tuuli kallisti liekkejä aiheuttaen suuria eroja liekkien tehotiheyteen eri 

puolilla säiliötä. Niissäkin tapauksissa, joissa tuuli ei kallistanut liekkejä, liekkien ominaisuudet 

vaihtelivat sekä ajan että paikan funktiona. 

Tässä raportissa bensiinilammikkopalon liekkien teholliseksi lämpötilaksi on perustapauksessa 

valittu 850 o C, joka vastaa tehotiheyttä 90 kW/m 2 (säteily- ja konvektiivinen lämmönsiirto 

yhdessä). Tämä on valittu ohjelmalla ENGULF tehtyjen kenttäkokeiden (joissa polttoaineena 

oli petroli, lentopetroli ja kevyt polttoöljy) simulointien perusteella ja on niistä suurin. Toisin sanoen 

bensiinilammikon liekkien tehollinen lämpötila on tuskin tätä suurempi. 

Herkkyystarkasteluna simulointeja tehtiin myös liekkien tehollisella lämpötilalla 800 o C (75 

kW/m 2 ). Tällöin säiliön vaipan yläosan lämpötila jää alemmaksi ja nesteen lämpötila säiliössä 

sekä säiliön paine nousevat hitaammin kuin perustapauksessa. 

Toinen herkkyystarkastelun oletus oli, että bensiinilammikon liekit ympäröivät vain puolet 

säiliöstä. Tämä tilanne on aina mahdollinen kuljetusonnettomuudessa. Tällöin säiliön vaipan yläosa 

saavuttaa lähes saman tasapainolämpötilan kuin perustapauksessa, mutta nesteen ja 

höyryn lämpötilat säiliössä sekä säiliön paine nousevat hitaammin. 

Kaasuvaunuilla tarkasteltiin myös tapausta, jossa butaania oli vuotanut maahan lammikoksi. 

Butaanilammikon liekit ovat jonkin verran kuumempia kuin varsinaisten palavien nesteiden 

lammikkojen. Simuloinneissa oletettiin, että butaanilammikon liekkien tehollinen lämpötila on 

950 o C (tehotiheys 127 kW/m 2 ). Tämä on vain arvaus, koska kenttäkokeita, joissa säiliötä 

olisi kuumennettu butaanilammikon liekeillä, ei ole tehty. 

Lammikkopalojen kestoksi on oletettu 30 minuuttia. Bensiinilammikko palaa 5–7 mm/min ja

2/45 

30 minuutin aikana sen pinta alenee siis 0,15–0,21 m. Todellisessa tilanteessa näin syvää 

lammikkoa ei helposti muodostu. Kuitenkin säiliövaunujen vuodot voivat jatkuvasti syöttää 

bensiiniä lammikkoon ja näin pidentää palon kestoa. Syvän lammikon tapauksessa bensiinin 

kevyet jakeet tislautuvat pois lammikosta, jolloin liekkien nokisuus lisääntyy ja niiden 

tehotiheys laskee. 

Pistoliekkikuumennus on mahdollinen toisaalta varoventtiilipuhalluksen ja toisaalta nestekaasuvaunun 

venttiilivuodon yhteydessä. Tässä raportissa tarkasteltiin esimerkkinä kaatuneen 

venäläisen 54 m 3 :n nestekaasuvaunun varoventtiilin liekkiä. Liekin näkyvän osan arvioitiin 

olevan 15 m pitkän. Liekki alkaa noin 5 m:n etäisyydellä varoventtiilistä. 

Koska liekki on muodoltaan katkaistu kartio, jonka keskuskulma on 14–18 o , se pystyy ympäröimään 

noin 10 m:n etäisyydellä sijaitsevan säiliövaunun vaipan, jos liekki kohdistuu säiliöön 

kylkeen. Tällainen pistoliekki ei kuitenkaan pysty ympäröimään yli 10 m pitkän säiliön koko 

vaippaa. Simuloinneissa tehty oletus, jonka mukaan liekki ympäröi säiliön vaipan 2 m leveänä 

renkaana, on suurin mahdollinen kosketusala tässä tilanteessa. 

Pahempi tilanne on se, että pistoliekki on säiliön akselin suuntainen ja kohdistuu säiliön 

päätyyn. Tällöin, jos säiliön pääty sijaitsee 10 m:n etäisyydellä varoventtiilistä, pistoliekki voi 

koskettaa säiliön vaippaa enintään 5 m:n etäisyydellä. 

Pistoliekin tehotiheydelle käytettiin arvoa 200 kW/m 2 , joka on ohjelman ENGULF pistoliekkimallin 

testauksessa käytetty arvo. Lisäksi tämä arvo kuvasi varsin hyvin koesäiliöiden 

käyttäytymistä simuloitaessa Englannin pistoliekkikokeita ENGULF-ohjelmalla. Pistoliekkihän 

on aina epäyhtenäinen liekkiympäristö ja liekin sisään jäänyt säiliö muuttaa huomattavasti sen 

tehotiheyden jakaumaa. Ohjelmaan ENGULF ei kuitenkaan voi sisällyttää mitään tällaista 

jakaumaa. 

Pistoliekin kestoksi valittiin mielivaltaisesti 20 minuuttia. Kaatuneen vaunun varoventtiili voi 

puhaltaa kauemminkin erityisesti, jos sitä kuumentava palo heikkenee tai sammuu. Kaatunut 

säiliö voi revetä jo aikaisemmin nestepaineen vaikutuksesta. Toisaalta 20 minuutin kuumennus 

riittää kohdesäiliön repeämiseen, jos se ylipäänsä repeää tässä tilanteessa. 

Liekkiympäristöjen valinta siten, että tehotiheys sai suurimman kokeissa esiintyneen arvonsa ja 

että liekit koskettivat mahdollisimman suureen osaan säiliön vaipasta, tähtäsi siihen että näin 

saatiin alaraja-arvio ajalle, jonka säiliö kestää tulipalossa. Todellisuudessa liekkien tehotiheys 

voi olla alempi ja liekit kohdistuvat vain osaan säiliön pinnasta. Kumpikin tekijä pidentää säiliön 

kestoaikaa tulipalossa jopa liekkien sammumiseen asti. 

Toinen alaraja-arvion saamiseksi tehty oletus on säiliön sisällön alkulämpötila 15 o C, joka 

vastaa vuorokauden lämpötilaa kesällä. Eristämättömässä säiliössä olevan nesteen lämpötilahan 

asettuu varsin tarkkaan vuorokauden keskilämpötilaan. Tästä oletuksesta on poikettu 

vain bensiinin talvilaadulla tehdyissä simuloinneissa, joissa alkulämpötilana on 0 o C, sekä 

Vainikkalan palon simuloinnissa, jossa alkulämpötilana on todellinen lämpötila 5 o C. Mitä 

alempi säiliön alkulämpötila on, sitä pitempi aika säiliön täyttymiseen tai repeämiseen 

tulipalossa kuluu. 

10.3 VAROVENTTIILIN TOIMINTA 

Erityisesti kuljetusonnettomuudessa liekkien kuumentamaksi joutuvan säiliön varoventtiili voi 

toimia myös muulla kuin sille suunnitellulla tavalla. Varoventtiilin normaali toiminta on puhaltaa

2/46 

säiliön kaasutilassa olevaa höyryä (ja nesteiden tapauksessa aluksi myös ilmaa). Tällöin 

varoventtiilin puhallus pysäyttää säiliön paineen nousun tai ainakin hidastaa sitä. 

Kun nesteen lämpötila saavuttaa säiliön painetta vastaavan kiehumislämpötilansa, neste alkaa 

kiehua säiliössä, mikä hidastaa nesteen lämpötilan nousua säiliössä tai ainakin hidastaa sitä. 

Jotta näin kävisi, nesteen kylläisen höyryn paineen tulee olla korkeampi kuin varoventtiilin 

avautumispaine. Suoritetuissa simuloinneissa säiliön kaasutilan paine ennen varoventtiilin avautumista 

oli korkeampi kuin nesteen kylläisen höyryn paine. Tämä johtui joko kaasutilassa 

olevan höyryn tulistumisesta tai säiliön kaasutilassa olevasta ilmasta. 

Niin kauan kuin neste säiliössä ei vielä kiehu, purkaustarve on vähäinen ja pienikin varoventtiili 

pystyy pitämään säiliön paineen suunnilleen varoventtiilin avautumispaineessa. Tällöin varoventtiili 

avautuu ajoittain ja sulkeutuu pian avautumisensa jälkeen. 

Kun neste alkaa kiehua säiliössä, purkaustarve kasvaa huomattavasti ja varoventtiili jää 

yleensä auki. Nesteen kiehuminen sitoo lämpöä ja hidastaa nesteen lämpötilan nousua. Suoritetuissa 

simuloinneissa varoventtiili ei kuitenkaan pystynyt pysäyttämään säiliön lämpötilan 

kohoamista. 

Poikkeavia varoventtiilin toimintatapoja ovat 

— kuohuvan nesteen pinnasta irtoavien pisaroiden tempautuminen höyryvirtauksen 

mukaan, jolloin varoventtiili purkaa höyryn ja nesteen seosta: kaksifaasivirtaus 

— nesteen purkautuminen varoventtiilin kautta säiliön täyttymisen tai kaatumisen 

seurauksena: nestevirtaus 

— kiehuvan nesteen purkautuminen varoventtiilin kautta säiliön täyttymisen tai kaatumisen 

seurauksena: kaksifaasivirtaus. 

Nesteen kuohuminen säiliössä jäähdyttää vaipan yläosaa. Pisaroiden tempautuminen mukaan 

höyryn virtaukseen vähentää säiliössä olevan nesteen määrää ja siten viivästyttää mahdollista 

säiliön täyttymistä nesteellä. Näitä ilmiöitä ei voi simuloida ENGULF-ohjelmalla. Sen sijaan 

PLGS99-ohjelmaan sisältyy kokeellinen korrelaatio, jolla nesteen kuohuminen ja pisaroiden 

tempautuminen mukaan höyryvirtaukseen voidaan laskea. PLGS99-ohjelmaa ei kuitenkaan ole 

tässä tutkimuksessa käytetty, koska sen kemikaalivalikoima on suppea ja koska sillä ei voi 

simuloida liekkien osittain kuumentamaa säiliötä. 

Nesteen purkautumista varoventtiilin kautta ei voi simuloida ENGULF- eikä PLGS99- 

ohjelmilla. Tässä tutkimuksessa käytettiin hyväksi ENGULF-ohjelman simulointien tuloksia 

laskemalla niistä nesteen tilavuuden laajenemisnopeus ja tätä vastaava varoventtiilin 

purkaustarve. Tämän jälkeen arvioitiin, mikä nesteen paineen täytyy olla, jotta tietyn kokoinen 

varoventtiili pystyy purkamaan vaaditun massavirran. 

Tarkastelluissa tapauksissa säiliön sisältö on kiehumislämpötilaansa korkeammassa lämpötilassa, 

kun säiliö täyttyy nesteellä. Tämä merkitsee, että neste saattaa alkaa kiehua 

varoventtiilissä tapahtuvan paineen laskun seurauksena. Tällöin syntyvän kaksifaasivirtauksen 

massavirta on pienempi kuin nestevirtauksen. 

Säiliöön yhteydessä olevilla suorilla putkilla tehdyissä kaksifaasivirtauskokeissa on todettu, että 

virtauksen massavirta riippuu vain vähän putken pituudesta, jos pituus on vähintään 0,1 m. 

Tällöin puhutaan täysin kehittyneestä kaksifaasivirtauksesta. 

Tätä lyhyemmillä putkilla massavirta kasvaa putken lyhetessä ja saavuttaa nestevirtauksen

2/47 

massavirran, kun putken pituus menee nollaan (jolloin neste virtaa ulos säiliön aukosta). Tämän 

selitetään johtuvan siitä, että kuplien muodostumiseen paineen laskiessa kuluu hieman aikaa, 

jossa ajassa neste ehtii virrata em. 0,1 metrin matkan (Fauske & Epstein 1988). 

Varoventtiilien pituudet ovat luokkaa 0,1 m ja siten on mahdollista, että niihin muodostuu täysin 

kehittynyt kaksifaasivirtaus. Toisaalta varoventtiili on virtausteknisesti monimutkaisempi laite 

kuin suora putki, joten suoralla putkella saatujen tulosten soveltaminen siihen on epävarmaa. 

Kuitenkin nestevirtaus antaa massavirralle ylärajan ja kaksifaasivirtaus alarajan. Jos näin saatu 

alaraja on vähintään yhtä suuri kuin nesteen laajenemista vastaava purkaustarve, säiliö ei repeä. 

Jos taas yläraja on pienempi kuin purkaustarve, säiliö repeää. 

10.4 SÄILIÖN REPEÄMISTAVAT 

Liekkien kuumentama säiliö voi revetä periaatteessa kahdella tavalla: 

1. Säiliö ei täyty nesteellä. Säiliön kaasutilaan kosketuksessa oleva vaipan yläosa 

kuumenee sellaiseen lämpötilaan, jossa teräksen murtolujuus alenee yhtä suureksi kuin 

säiliön vaipan yksiaksiaaliseksi laskettu jännitys. 

2. Säiliö täyttyy nesteellä. Säiliön varoventtiilin puhallusteho on pienempi kuin säiliössä 

oleva nesteen laajenemista vastaava puhallustarve. Nestepaineen vaikutuksesta säiliön 

paine nousee ja vaipan jännitys saavuttaa teräksen murtolujuuden. 

Ensimmäisessä tapauksessa vaipan yläosan lämpötila ja säiliön paine nousevat aluksi. 

Välittömästi ennen säiliön repeämishetkeä molemmat saattavat nousta tai sitten vain toinen 

niistä nousee. Vaipan yläosan lämpötila saavuttaa jonkin ajan kuluttua tasapainoarvon. Jos 

säiliön paine nousee vielä tämän jälkeen, säiliö repeää. Varoventtiilin toiminta pysäyttää 

(ainakin joksikin aikaa) säiliön paineen nousun. Jos vaipan yläosan lämpötila nousee vielä 

tämän jälkeen, säiliö repeää. Koska säiliön murtolujuus laskee jyrkästi lämpötilan noustessa, 

säiliö repeää heti, kun ensimmäisen tapauksen kriteeri toteutuu. 

Repeämiseen kuluvaa aikaa on toisessa tapauksessa vaikea arvioida. Kun säiliö täyttyy 

nesteellä, neste jäähdyttää säiliön kuumenneen yläosan, jonka murtolujuus kasvaa lämpötilan 

laskua vastaten. Tämän jälkeen neste alkaa puristua kokoon ja sen paine nousee jyrkästi 

lämpötilan noustessa. 

Toisaalta, kun teräksen jännitys ylittää myötölujuuden, säiliön vaippa alkaa venyä. Säiliön 

murtolujuus vastaa peräti 30 %:n venymää. Periaatteessa äärettömän lieriön tilavuus kasvaisi 

69 % ennen repeytymistä. Säiliö ei kuitenkaan ole ääretön lieriö, joten se alkaa pullistua ja 

todennäköisesti repeää jostain geometrisesta epäjatkuvuuskohdastaan. Tähän kuluvaa aikaa 

on kuitenkin vaikea arvioida. 

10.5 KEMIKAALIEN VALINTA 

Simuloinnin kohteeksi valittiin sellaisia kemikaaleja, jotka vuotaessaan todennäköisesti 

syttyisivät tai joiden säiliö tulipaloon joutuessaan voisi revetä vaaraa aiheuttaen. Tällaisia onnettomuuksia 

oli ulkomailla sattunut erittäin helposti syttyville nesteille sekä paineenalaisina nesteytetyille 

palaville kaasuille. 

Erittäin helposti syttyvistä nesteistä tarkasteltiin pentaania, isopentaania, moottoribensiinin 

kesä- ja talvilaatua sekä kevyttä raakaöljyä ja raskasta kondensaattia. Paineenalaisena nestey-

2/48 

tetyistä kaasuista tarkasteltiin kaikkia Suomessa vuonna 1998 kuljetettuja palavia kaasuja sekä 

ammoniakkia. 

Liitteen 1 kirjallisuustutkimus osoitti, että palavien nesteytettyjen kaasujen kuljetussäiliöiden 

repeäminen onnettomuudessa on aiheuttanut vaaraa erityisesti säiliön sisällöstä muodostuvan 

tulipallon takia. Tulipallon kosketus tai lämpösäteily on aiheuttanut eri asteisia tai jopa 

kuolemaan johtaneita palovammoja lähistöllä olleille. Lämpösäteily ja palavat roiskeet ovat 

lisäksi sytyttäneet tulipaloja. Myös katkenneen säiliön kappaleet ovat aiheuttaneet 

kuolemantapauksia ja vaurioittaneet rakennuksia. 

Yleensä tulipallon muodostumisvaara liitetään nestekaasusäiliöihin. Kirjallisuustutkimus toi 

kuitenkin esille kuusi vuosina 1974–94 sattunutta onnettomuutta, joissa bensiinisäiliövaunuja oli 

revennyt. Osassa onnettomuuskuvauksista on kerrottu tulipallosta, joka muodostui säiliön 

revetessä. Ruotsissa vuonna 1986 sattuneessa onnettomuudessa repesi kaksi säiliövaunua. 

Ensimmäisen vaunun lämpösäteily sytytti metsäpalon ja toisen aiheutti palovammoja. 

Onnettomuuksia, joissa bensiini syttyi palamaan, oli yhteensä 17. 

Liitteessä 1 on kuvaukset myös kymmenestä ulkomailla sattuneesta onnettomuudesta, joissa 

vuotanut raakaöljy syttyi palamaan. Yhdessäkään kuvauksessa ei kuitenkaan mainita, että 

raakaöljysäiliö olisi revennyt. Suppeat kuvaukset ovat peräisin lehtiuutisista ja tiedot 

mahdollisista säiliöiden repeämisistä saattavat puuttua tästä syystä. 

Erityisesti kevyillä raakaöljyillä, joita Suomeen tuodaan paljon säiliövaunuilla, on bensiiniin 

verrattava höyrynpaine ja tulipallon muodostuminen on tästä syystä yhtä mahdollista kuin bensiinilläkin. 

Syynä säiliön repeämis- ja tulipallokuvausten puuttumiseen saattaa olla 

kuljetuskaluston erilaisuus. Kuten Vainikkalan onnettomuudessa havaittiin, öljyvaunujen täyttöluukun 

nitriilikumitiiviste voi irrota jo suhteellisen varhain. Tiivisteen rako toimii tämän jälkeen 

varoventtiilinä, joka pitää säiliön paineettomana ainakin siihen saakka, kunnes neste alkaa 

kiehua säiliössä. Tiivisteen irtoamisen vaikutusta on arvioitu tässä tutkimuksessa.

2/49 

LÄHDELUETTELO 

Anon. 1990. Tsisterny. Ustroistvo, ekspluatatsija, remont. Spravotšnoje posobije. [Säiliövaunut. 

Rakenne, käyttö, korjaus. Hakuteos.] Moskva: Transport. S. 17. (Julkaisematon 

suomennos, VR Osakeyhtiö) 

Anon. 1993. Erikoissäiliövaunut vaarallisten aineiden kuljetuksiin. Hakuteos. Moskova: 

Izdatelstvo standartov. 134 s. (Julkaisematon suomennos, VR Osakeyhtiö) 

Aydemir, N. U. 1988. Thermal response analysis of LPG tanks exposed to fire. Journal of 

Hazardous Materials, vol. 20, s. 239–262. ISSN 0304-3894. 

Balke, C. ym. 1999. Study of the failure limits of a railway tank car filled with liquefied 

petroleum gas subjected to an open poolfire test. Final report. Berlin, Federal Institute for 

Materials Research and Testing. 28 s. + liite 38 s. 

Behrend, E. & Gebauer, K.-E. 1988. Verhalten von Armaturen für Flüssiggas-Lagerbehälter 

unter Brandeinwirkung. Technische Überwachung, vol. 29, no. 4, s. 120–122. 

Duijm, N. 1995. Hazard consequences of jet fire interaction with vessels containing 

pressurized liquids - JIVE. Final report. Apeldoorn: TNO Institute of Environmental and 

Energy Technology. 107 s. (TNO R95-002). 

Fauske, H. K. & Epstein, M. 1988. Source term considerations in connection with chemical 

accidents and vapour cloud modelling. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 

vol. 1, April, s. 75–83. 

Lautkaski, R. ym. 1978. Ammoniakin ja rikkidioksidin kuljetukset. Helsinki: Valtion teknillinen 

tutkimuskeskus. 107 s. + liitteitä 155 s. (Ydinvoimatekniikan laboratorio, Tiedonanto 37). 

ISBN 951-38-0657-X. 

Lautkaski, R. 2001. Liekkien kuumentaman säiliön simulointiohjelmat. Espoo: VTT Energia. 

87 s. (Raportteja 44/2001) 

Moodie, K. ym. 1988. Fire engulfment tests of a 5 tonne LPG tank. Journal of Hazardous 

Materials, vol. 20, s. 55–71. ISSN 0304-3894. 

Ramskill, P. K. 1987. The development of "ENGULF" to model a multi-component liquid in a 

fire engulfed tank. Culcheth: Safety and Reliability Directorate. 18 s. + liite 1 s. (SRD/HSE/R 

414). 

Ramskill, P. K. 1988. A description of the "ENGULF" computer codes – codes to model the 

thermal response of an LPG tank either fully or partially engulfed by fire. Journal of Hazardous 

Materials, vol. 20, s. 177–196. ISSN 0304-3894. 

Ramskill, P. K. 1989. ENGULF II – a computer code to model the thermal response of a 

tank partially or totally engulfed in fire. Culcheth: Safety and Reliability Directorate. 47 s. + liite 

28 s. (SRD/HSE/R 480).

2/50 

Schultz-Forberg B, ym. 1984. Failure mechanisms of propane tanks under thermal stresses 

including fire engulfment. Teoksessa: Transport and Storage of LPG and LNG. Brügge, 7–10 

May 1984. Antwerpen: Koninklijke Vlaamse Ingenieurvereniging. S. 295–305. 

Shebeko, Yu. N., Shevchuk, A. P. & Smolin, I. M. 1996. BLEVE protection using vent 

devices. Journal of Hazardous Materials, vol. 50, s. 227–238. ISSN 0304-3894. 

Townsend, W. ym. 1974. Comparison of thermally coated and uninsulated tank cars filled 

with LPG subjected to a fire environment. Washington, DC.: Federal Railroad Administration. 

57 s. (FRA-OR&D 75-32.) (Mikrokortti). National Technical Information Service, NTIS, 

Springfield, Va. PB-241 702. 

VAK 1999. Vaarallisten aineiden kuljetus tiellä. Helsinki: Edita. Liite B, osa III, lisäykset, osa 

II, luokka 2, kaasut. S. 687–706. 

Vähäkallio, P. 1970. Talonrakennustekniikka. Teoksessa: Tekniikan käsikirja. Osa 5. 

Jyväskylä: Gummerus. S. 414–417.

2/51 

350 

300 

250 

200 

talvi 

sov, talvi 

kesä 

150 

100 

50 

0 

0 20 40 60 80 100 

lämpötila (C) 

Kuva 1. Moottoribensiinin kesä- ja talvilaatujen höyrynpaine. Talvilaatua kuvaavan 

pseudokomponenttimallin höyrynpaine on merkitty katkoviivalla. 

80 

60 

40 

20 

kieh. piste 

neste 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 2. Nesteen lämpötila ja kiehumislämpötila kesäbensiinillä kuormatussa So-säiliövaunussa. 

Perustapaus: liekit (850 o C) ympäröivät säiliön.

2/52 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 3. Höyryn lämpötila kesäbensiinillä kuormatussa So-säiliövaunussa. Perustapaus: 

liekit (850 o C) ympäröivät säiliön. 

800 

700 

600 

500 

400 

300 

kaasutila 

nestetila 

200 

100 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 4. Vaipan lämpötila kaasuja nestetilan kohdalla kesäbensiinillä kuormatussa Sosäiliövaunussa. 


2/53 

30 

25 

murtuu 

paine 

20 

15 

10 

5 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 5. Säiliön ylipaine ja murtumispaine kesäbensiinillä kuormatussa So-säiliövaunussa. 

Perustapaus: liekit (850 o C) ympäröivät säiliön. 

30 

25 

murtuu 

paine 

20 

15 

10 

5 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 6. Säiliön ylipaine ja murtumispaine kesäbensiinillä kuormatussa So-säiliövaunussa. 

Liekit (800 o C) ympäröivät säiliön.

2/54 

80 

60 

40 

20 

kieh. piste 

neste 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 7. Nesteen lämpötila ja kiehumislämpötila talvibensiinillä kuormatussa So-säiliövaunussa. 


100 

80 

60 

40 

20 

kieh. piste 

neste 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 8. Nesteen lämpötila ja kiehumislämpötila kesäbensiinillä kuormatussa Sob-säiliövaunussa. 


2/55 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 9. Höyryn lämpötila kesäbensiinillä kuormatussa Sob-säiliövaunussa. Perustapaus: 


800 

700 

600 

500 

400 

300 

kaasutila 

nestetila 

200 

100 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 10. Vaipan lämpötila kaasuja nestetilan kohdalla kesäbensiinillä kuormatussa 

Sob-säiliövaunussa. Perustapaus: liekit (850 o C) ympäröivät säiliön.

2/56 

25 

20 

murtuu 

paine 

15 

10 

5 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 11. Säiliön ylipaine ja murtumispaine kesäbensiinillä kuormatussa Sob-säiliövaunussa. 


5 

4 

3 

2 

1 

0 

0 5 10 15 20 25 30 

min 

Kuva 12. Varoventtiilin massavirta kesäbensiinillä kuormatulla Sob-säiliövaunulla. 


2/57 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

kieh. piste 

neste 

0 

0 5 10 15 20 25 30 

min 

Kuva 13. Nesteen lämpötila ja kiehumislämpötila kesäbensiinillä kuormatussa Sob-säiliövaunussa. 

Liekit (800 o C) ympäröivät säiliön. 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

0 5 10 15 20 25 30 

min 

Kuva 14. Höyryn lämpötila kesäbensiinillä kuormatussa Sob-säiliövaunussa. Liekit (800 

o C) ympäröivät säiliön.

2/58 

700 

600 

500 

400 

300 

kaasutila 

nestetila 

200 

100 

0 

0 5 10 15 20 25 30 

min 

Kuva 15. Vaipan lämpötila kaasuja nestetilan kohdalla kesäbensiinillä kuormatussa 

Sob-säiliövaunussa. Liekit (800 o C) ympäröivät säiliön. 

20 

murtuu 

15 

paine 

10 

5 

0 

0 5 10 15 20 25 30 

min 


Liekit (800 o C) ympäröivät säiliön.

2/59 

20 

murtuu 

15 

paine 

10 

5 

0 

0 5 10 15 

min 


Liekit (850 o C) ympäröivät puolet säiliöstä. 

5 

4 

ilma 

höyry 

3 

2 

1 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 18. Ilman ja höyryn massa kiehumislämpötila kesäbensiinillä kuormatussa So-säiliövaunussa. 


2/60 

2 

1,5 

1 

0,5 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 19. Kesäbensiinillä kuormatun So-säiliövaunun ylipaine, kun täyttöluukun tiiviste 

irtoaa. Perustapaus: liekit (850 o C) ympäröivät säiliön. 

1,5 

1 

0,5 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 20. Kesäbensiinillä kuormatun Sob-säiliövaunun ylipaine, kun täyttöluukun 

tiiviste irtoaa. Perustapaus: liekit (850 o C) ympäröivät säiliön.

2/61 

Kuva 21. Venäläisen öljyvaunun yli- ja alipainevaroventtiilin poikkileikkauspiirros. 1 - 

kupu, 2 - tiiviste, 3 - ohjausholkki, 4 - ylipaineventtiilin jousi, 5 - kiinnitysyhde, 6 - tappi, 

7 - puristuslevy, 8 - alipaineventtiilin lautanen, 9 - ylipaineventtiilin lautanen, 10 - 

alipaineventtiilin jousi (Anon. 1990).

2/62 

25 

20 

murtuu 

paine 

15 

10 

5 

0 

0 5 10 15 20 

min 

Kuva 22. Säiliön ylipaine ja murtumispaine 73,3 m 3 :n pentaanisäiliövaunussa. Liekit 

(800 o C) ympäröivät säiliön. 

25 

20 

murtuu 

paine 

15 

10 

5 

0 

0 5 10 15 20 

min 

Kuva 23. Säiliön ylipaine ja murtumispaine 73,3 m 3 :n pentaanisäiliövaunussa. Liekit 

(800 o C) ympäröivät säiliön. Varoventtiili ei toimi.

2/63 

25 

20 

murtuu 

paine 

15 

10 

5 

0 

0 5 10 15 20 

min 

Kuva 24. Säiliön ylipaine ja murtumispaine 73,3 m 3 :n pentaanisäiliövaunussa. Liekit 

(850 o C) ympäröivät puolet säiliöstä. 

70 

60 

50 

murtuu 

paine 

40 

30 

20 

10 

0 

0 5 10 15 20 

min 

Kuva 25. Säiliön ylipaine ja murtumispaine 54 m 3 :n pentaanisäiliövaunussa. Perustapaus: 

liekit (850 o C) ympäröivät säiliön.

2/64 

50 

40 

murtuu 

paine 

30 

20 

10 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 26. Säiliön ylipaine ja murtumispaine 83 m 3 :n propaanisäiliövaunussa. Perustapaus: 


50 

40 

murtuu 

paine 

30 

20 

10 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 27. Säiliön ylipaine ja murtumispaine 83 m 3 :n propaanisäiliövaunussa. Liekit (850 

o C) ympäröivät puolet säiliöstä.

2/65 

50 

40 

murtuu 

paine 

30 

20 

10 

0 

0 5 10 15 

min 

Kuva 28. Säiliön ylipaine ja murtumispaine 77 m 3 :n propaanisäiliövaunussa. Liekit (850 

o C) ympäröivät puolet säiliöstä.

LIITE 2. SÃILIÃVAUNUJEN SIMULOINTI SISÃLLYSLUETTELO

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

LIITE 2. SÃILIÃVAUNUJEN SIMULOINTI SISÃLLYSLUETTELO