Mit Simulation zu mehr Anlagensicherheit

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MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GMBH & Co KG

VEGA Grieshaber KG

CADFEM Germany GmbH

TÜV SÜD Industrie Service GmbH

Sicher im Betrieb, aber nicht beim Störfall

Die Berechnungen machten deutlich: Wenn die Ventile öffnen, entspannen Wasserstoff und Stickstoff aufgrund des höheren Drucks in den Stickstofftanks unterschiedlich stark in das Abgassystem hinein. Das hat zur Folge, dass der Stickstoff den Wasserstoff zunächst in die Elektrolyseure zurückdrängt.

Erst, wenn ein Druckausgleich stattgefunden hat, tritt auch der Wasserstoff ins Abgassystem und strömt gemeinsam mit dem Stickstoff ab. Die Simulation offenbarte allerdings auch Schwachstellen in den Sicherheitsvorkehrungen. So zeigte sich, dass kritische Wasserstoffkonzentrationen nicht zuverlässig unterbunden werden. Es besteht die Gefahr, dass sich am Austritt – wo sich Wasserstoff mit dem atmosphärischen Sauerstoff vermischt – ein explosives Gasgemisch bildet. Die Anlage konnte zwar für den planmäßigen Betrieb als sicher eingestuft werden, aber nicht für den simulierten Störfall.

Ergänzendes zum Thema

Praxisbeispiel

Schadensanalysen mit fluiddynamischen Modellen

Ist es durch einen Störfall zu einem Unfall gekommen, stellt sich stets die Frage, was genau passiert ist und wie es dazu kommen konnte. So wurde TÜV Süd in einem anderen Fall beauftragt, einen Unfall in einem Heizkraftwerk zu rekonstruieren, um Hinweise für dessen Ursache und den Unfallhergang zu ermitteln. Da ein Arbeiter durch austretenden heißen Wasserdampf verletzt wurde, sollten die Sachverständigen klären, wie und vor allem wie schnell heißer Wasserdampf aus einem im Feuerraum geplatzten Verdampferrohr in den Beschickungsbunker der Anlage gelangen konnte.

Dieser Teil der Anlage ist normalerweise frei von Wasserdampf, da über ihn der Energieträger in den Brennraum gelangt. Auch hier kam die fluiddynamische Simulation zum Einsatz. Die Vorgänge während des Zwischenfalls konnten mithilfe fluiddynamischer Modelle berechnet werden. Ergebnis: Beim Bersten des Rohres strömte Dampf aus dem Verdampferrohr in den Kessel hinein. Das nachströmende Kesselspeisewasser entspannte sich in den Feuerraum hinein, was aufgrund der hohen Speisewassertemperatur zur spontanen Verdampfung führte.

Aufgrund der im Feuerraum herrschenden hohen Temperatur von mehr als 1000 °C erhöhte sich das Dampfvolumen zusätzlich. Dadurch stieg der Druck im Feuerkessel soweit an, dass das Gemisch aus Dampf und Rauchgas sowohl über den Kamin als auch über die Frischluftzufuhr und den Beschickungsbunker herausgepresst wurde.

Sicher im Modell und in der Realität

Die physikalisch-chemischen Gesetzmäßigkeiten und ihre Wechselwirkungen in verfahrenstechnischen Anlagen sind komplex. Betreiber, die Pläne und Konzepte von unabhängigen Dritten prüfen lassen, haben die Gewissheit, dass Risiken geprüft und effektive Gegenmaßnahmen getroffen worden sind. Mit den Modellierungen konnten die TÜV Süd-Sachverständigen dem Elektrolyseur-Hersteller Daten an die Hand geben, auf deren Basis das Anlagenkonzept überarbeitet werden konnte, um einen sicheren Betrieb auch im Störfall zu gewährleisten.

* * Der Autor ist Mitarbeiter bei TÜV Süd Industrie Service GmbH, Dresden. Kontakt: Tel. +49-351-4202-332

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Simulation statt Explosion

Mit Simulation zu mehr Anlagensicherheit

Sicher im Betrieb, aber nicht beim Störfall

Sicher im Modell und in der Realität