Sicherheitstechnische Berechnungen

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Sicherheitstechnische Berechnungen

Wir führen Berechnungen zur Auslegung sicherheitstechnischer Anlagenteile durch.

Falls notwendig auch auf der Basis sicherheitstechnischer Kenndaten, die wir nach Bedarf in unserem eigenen Labor ermittelt haben.

Darüber hinaus führen wir Ausbreitungsrechnungen durch, mit deren Hilfe die Folgen eines Stoffaustrittes abgeschätzt werden können. Diese Berechnungen sind Bestandteil der Genehmigungsunterlagen, die Anlagenbetreiber der Genehmigungsbehörde vorlegen müssen.

Zur Behandlung von sicherheitstechnischen Fragestellungen stehen bei consilab Fachleute mit ausgewiesener Expertise und vieljähriger Praxis sowie eine Reihe von hochwertigen Simulationsprogrammen wie Flowmaster® und ChemCAD® zur Verfügung.

Absicherung von Druckgeräten

Bei der richtigen Absicherung von Druckbehältern helfen die consilab-Experten bei der sorgfältigen Analyse der möglichen ­Ursachen für einen Druckanstieg. Der bei einer Störung aus dem Anlagenteil abzuführende Massenstrom hängt dann entscheidend von den identifizierten Szenarien ab. Bei der Berechnung des abführbaren Massenstroms müssen ggf. Zwei­phasenströmungen berücksichtigt werden. In komplexen Fällen, wie der Absicherung von Reaktoren, kann es erforderlich sein, die Auslegung auf Basis dynamischer Simulationsrechnungen durchzuführen. Im Einzelnen werden folgende Aufgabenstellungen bei consilab bearbeitet:

  • Analyse von Druckaufbauszenarien mehr 
  • Auslegung von Druckbegrenzungseinrichtungen (Sicherheitsventile  /  Berstscheiben / Entlüftungen)
    (auch für Zweiphasenströmung)
  • Rechnerische Überprüfung von Zuleitungen und Abblaseleitungen (auch für Zweiphasenströmung)  mehr
  • Auslegung von Rückhaltesystemen  mehr
  • Aufnahme / Erfassung von Druckbegrenzungs- und Rückhalteeinrichtungen im Betrieb

Absicherung von chemischen Reaktoren

In der Regel ist die Soll-Reaktion im Normalbetrieb sehr gut bekannt. Bei einer Störung des normalen Betriebsablaufs kann sich der Zustand in einem Reaktor jedoch schnell so ändern, dass unerwünschte und oft unbekannte Reaktionen ablaufen, die dann ggf. zu einem unvorhergesehenen, schnellen Druckanstieg über den maximal zulässigen Betriebsdruck des Reaktors hinaus führen können.

Jeder mögliche Fehler, der nicht durch ausreichende sicherheitsgerichtete prozessleittechnische oder organisatorische Maßnahmen im Normalbetrieb ausgeschlossen werden kann, sollte in einem adiabaten Laborversuch hinsichtlich der möglichen Temperatur- und Druckanstieggeschwindigkeit untersucht werden. Dabei ist nicht nur ein verblockter Abluftweg, ein eventueller Kühlungsausfall oder ein Fehler in der Heizungsregelung zu untersuchen, sondern ggf. auch eine Fehldosierung, Akkumulation, Vertauschen von Einsatzstoffen, etc. In der Regel werden hierzu Versuche in einem adiabaten Reaktionskalorimeter, z. B. VSP2 durchgeführt. Welche Versuche wie durchgeführt werden sollten, um eine optimale Datenlage für die Absicherung der Anlage zu erhalten, erarbeiten Sie gemeinsam mit unseren erfahrenen Experten.

Aus dem Druckverlauf während der Reaktion und der Abkühlkurve kann abgeleitet werden, ob es sich bei der untersuchten Reaktion um ein gasproduzierendes Reaktionssystem (gassy system), ein Dampfdrucksystem (vapored system, auch siedegekühltes System) oder eine Mischung aus beiden, also ein hybrides System handelt.

Aus den Versuchsergebnissen werden außerdem die maximalen Temperaturen und Drücke sowie die Temperaturgradienten (Temperaturanstieggeschwindigkeit) und Druckgradienten (Druckanstieggeschwindigkeit) abgeleitet, die zur Auslegung eines Sicherheitsventils oder einer Berstscheibe benötigt werden.

Auf Basis von Ansatzmengen im Betrieb, Behälterdaten, den aus den adiabatischen Untersuchungen im Labor können nicht nur die notwendigen Entlastungsquerschnitte berechnet werden, sondern auch eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit einer zweiphasigen Entlastung getroffen werden.

Die eigentliche Auslegung erfolgt üblicherweise mit der DIERS Methode nach Leung bzw. nach ISO 4126-Teil 10. Dabei ist das Aufwallverhalten (homogen, churn-turbulent, bubbly) des Reaktionsgemischs im Behälter abhängig von der Viskosität, dem Füllgrad und der Schaumfähigkeit des Reaktionsgemischs. Die Massenstromdichte im Sicherheitsventil bzw. der Berstscheibe ist stark abhängig von der Strömungsform. Es wird nicht nur zwischen reiner Gasströmung, reiner Flüssigkeitsströmung und Zweiphasen-Strömung unterschieden. Die Berechnung mit Zweiphasen-Strömung kann nach HEM (homogenes Gleichgewichtsmodell) oder HNE-DS (homogenes Ungleichgewichtsmodell nach Diener und Schmidt) erfolgen.

Bewertung von Störfallauswirkungen

Die Auswirkungen von Störfällen müssen im Rahmen von Sicherheitsberichten für Anlagen, die unter die erweiterten Pflichten der Störfallverordnung fallen, beschrieben werden. Auch im Rahmen des Land-Use-Plannings sind Auswirkungsbetrachtungen durchzuführen, die von unseren nach §29a BImSchG bekannt gegebenen Sachverständigen in Ihren Gutachten verwendet werden. consilab bietet an:

  • Quelltermberechnung (Freisetzungsmengenströme aus Lecks, Lachen etc.)
  • Ausbreitungsberechnung für Neutral- und Schwergase (VDI 3783, AUSTAL2000)
  • Freistrahlberechnung (explosionsfähige Wolke, Wärmestrahlung, Explosionsdrücke)
  • Bewertung der Auswirkungen von Bränden und Explosionen

Strömungstechnische Berechnungen

Unsere Experten führen stationäre und dynamische Berechnungen für die Strömung in Rohrleitungen durch. Neben Optimierungsaufgaben stehen dabei die sicherheitstechnischen Fragestellungen im Fokus. Druckstösse beim Schließen von Absperrarmaturen oder schnelle Entspannungsvorgänge erfordern eine sorgfältige Analyse mit Hilfe dynamischer Simulationsprogramme. Im Einzelnen bietet consilab die folgenden Leistungen an:

  • Auslegung von Blenden und Drosselstrecken mehr
  • Druckverlustberechnungen (auch für Zweiphasenströmung)
  • Analyse von Druckstoßgefahren (z. B. beim Schnellschluss von Ventilen)
  • Optimierung von Rohrleitungsnetzen
  • Absicherung von Lagertanks
  • Berechnung von strömungsinduzierten Belastungen von Rohrleitungen (Reaktionskräfte)
  • Auslegung von Gasauslässen und Entspannungseinrichtungen