ISBN 9783843926379

978-3-8439-2637-9, Reihe Sicherheitstechnik

Michael Sippel
Numerische Modellierung und Berechnung explosionsdruckstoßfester Geräte

202 Seiten, Dissertation Bergische Universität Wuppertal (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Entwicklung verfahrenstechnischer Anlagen führt oftmals zu geometrisch komplexen Konstruktionen, die aufgrund der heutigen Markterfordernisse in immer kürzeren Entwicklungszyklen zur Marktreife gebracht werden müssen. Soweit diese Anlagen zusätzlich zur Vermeidung von Personenschäden Explosionen im Inneren standhalten müssen, ist zur verfahrenstechnischen Auslegung ein weiterer Schritt zu leisten: Die Dimensionierung und Ausführung des Gerätes oder der Anlage in explosionsfester Bauweise. Dieser Entwicklungsschritt ist ein wichtiger Baustein der Schaden-Prävention. Da eine Explosion für die überwiegende Anzahl dieser Anlagen keinen „Normalbetriebslastfall“, sondern einen „außergewöhnlichen“ und damit seltenen Lastfall darstellt, wird zur Begrenzung des Materialeinsatzes akzeptiert, dass die Gebrauchstauglichkeit nach einer Explosion u. U. nicht mehr gegeben ist. Das Gehäuse, das die Explosionsbelastung aufnimmt, darf sich während der Explosion dauerhaft verformen ohne aufzureißen. Eine Dimensionierung dieser sogenannten „explosionsdruckstoßfesten“ Geräte und Anlagen berücksichtigt im Vergleich zu Normalbetriebslastfällen geringere Sicherheitsfaktoren gegen typische Werkstoffkenngrößen wie die Mindeststreckgrenze. Zudem ist der aus der Explosion resultierende Lastfall, grundsätzlich dynamisches bzw. instationär und somit oftmals durch Anwendung empirischer Formeln nicht zu ermitteln.

In dieser Dissertation wird die Entwicklung und Validierung eines Modells beschrieben, dass als Alternative zu den oben genannten Methoden eine möglichst realistische Abbildung des Explosionsablaufs am Beispiel von Kohlenstaubexplosionen einschließlich der daraus resultierenden Strukturbelastungen und Strukturreaktionen auf Basis numerischer Berechnungsmodelle bietet. Der Explosionsablauf wird mit der realen Anlagengeometrie unter Berücksichtigung der realen Eigenschaften der Gehäusewerkstoffe in einem Simulationsmodell abgebildet. Das Modell ist nicht nur im Rahmen von Entwicklungszyklen neuer Geräte und Anlagen nutzbar, sondern ermöglicht im Rahmen von Ursachenermittlungen nach Explosionsereignissen auf Basis der beobachteten dauerhaften Verformungen beschädigter Anlagenteile ebenfalls die überschlägige Rückrechnung von Explosionsdrücken, die auf die Anlagen eingewirkt haben.