Simulation statt Explosion

Mit Simulation zu mehr Anlagensicherheit

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Störfallsimulation bringt es an den Tag

Während dieser Testphase – so das unterstellte Störfallszenario – kommt es zu einem Brand. Als Konsequenz daraus bricht auch die Stromversorgung in der Anlage zusammen. In dieser Situation muss der Wasserstoff unverzüglich aus den Elektrolyseuren ausgeleitet werden, um eine Explosion zu verhindern. Das Sicherheitskonzept sieht vor, dass sich zu diesem Zweck elektromagnetische Ventile automatisch öffnen, sodass der Wasserstoff über das Abgassystem ausgeblasen wird.

Auch die Stickstoff-Tanks für die Inertisierung der Leitungen sind mit elektromagnetischen Ventilen ausgestattet, die im Störfall öffnen, sodass Wasserstoff und Stickstoff gemeinsam ausströmen. Ob beim Ausströmen in die Atmosphäre jedoch problematische und damit explosions- gefährliche Wasserstoff-Sauerstoff-Konzentrationen entstehen, untersuchten die Sachverständigen von TÜV Süd.

Mit Simulation Probleme im Abgassystem aufdecken

Auf Basis der Anlagenpläne konnten die Experten das Abgassystem mathematisch abbilden; samt Maschen und Verzweigungen mit unterschiedlichen Rohrparametern wie Leitungslänge, Leitungsquerschnitt und Oberflächenbeschaffenheit (Rauigkeit) auf der Rohrinnenseite.

Um festzustellen, wie sich die eingesetzten Gase in diesem System verhalten und welche Gemische sich dabei einstellen, müssen die physikalischen und chemischen Eigenschaften der eingesetzten Gase betrachtet werden. Hinzu kommen die Zustandgrößen Druck, Temperatur und Volumen bzw. Stoffmenge.

Diese beschreiben den energetischen Ruhezustand der Gase. Daraus können die Abströmvorgänge modelliert werden: mithilfe der Zustandgleichungen für ideale und reale Gase sowie den Erhaltungssätzen für Masse und Energie.

Die betrachteten Prozesse laufen dabei teilweise innerhalb weniger Millisekunden ab. Um die Wechselwirkungen der physikalischen Zustandsparameter und der instationären kompressiblen Strömung zeitlich aufgelöst zu erfassen, muss daher in der Regel auf numerische Simulationen zurückgegriffen werden.

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