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Simulation statt Explosion

Mit Simulation zu mehr Anlagensicherheit

| Autor/ Redakteur: Dr. Jörg Sager* / Anke Geipel-Kern

Mit Fluiddynamischen Simulationen sicherheitskritische Prozesse analysieren: Selbstentzündliche Gase stellen im Betrieb ein hohes Sicherheitsrisiko dar. Das Beispiel einer Elektrolyseanlage zeigt, wie fluiddynamische Simulationen helfen, kritische Prozesse zu analysieren und Sicherheitsvorkehrungen zu verbessern.

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Die Bilder eines Werksstörfalls will jeder Anlagenbetreiber vermeiden.
Die Bilder eines Werksstörfalls will jeder Anlagenbetreiber vermeiden.
( Bild: © vvoe/Fotolia.com )

Als Energieträger, Edukt oder Produkt: Selbstentzündliche Gase spielen in zahlreichen verfahrenstechnischen Prozessen eine zentrale Rolle. Ein Beispiel ist die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse. Dieses Verfahren gewinnt nicht zuletzt durch die Energiewende an Bedeutung. Wird mehr Strom aus erneuerbaren, fluktuierenden Quellen wie Sonne und Wind produziert als benötigt, kann die überschüssige Elektroenergie in Wasserstoff transformiert und dieser dem Erdgasnetz zugeführt werden.

Allerdings ist Wasserstoff hoch reaktiv und bildet in Verbindung mit Sauerstoff ein explosives Gasgemisch. Eine schwere Explosion (Knallgasreaktion) kann die Folge sein. Um das zu vermeiden, sind Sicherheitsvorkehrungen notwendig. So werden die Leitungen in Elektrolyseanlagen beispielsweise mit Stickstoff inertisiert, um kritische Wasserstoffkonzentrationen im regulären Betrieb zu verhindern.

Sicher auch bei Betriebsstörungen?

Doch wie steht es um die Anlagensicherheit, wenn unvorhergesehene Ereignisse oder Betriebsstörungen eintreten?

Schematische Funktionsweise eines PEM-Elektrolyseurs
Schematische Funktionsweise eines PEM-Elektrolyseurs
( Bild: PEM-Elektrolyseur / Informatiker/Wikipedia (CC BY-SA 3.0) / BY-SA 3.0 )

Auch dann muss sicher sein, dass keine Explosionsgefahr besteht. TÜV Süd Industrie Service wurde damit be­auftragt, das Sicherheitskonzept eines Herstellers von PEM-Elek­trolyseuren (PEM = proton ex­change membrane) zu prüfen.

Zur Qualitätssicherung unterhält das Unternehmen auch eine Testeinrichtung. Bevor die Geräte an Kunden ausgeliefert werden, werden sie hier mehrere Tage lang geprüft. Dabei wird der produzierte Wasserstoff anders als im späteren Betrieb nicht gespeichert, sondern über ein Abgassystem in die Atmosphäre ausgeleitet.

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