BayFORSYS

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND SYSTEMTECHNIK

C2 Entwicklung von Modellen zur Simulation transienter Betriebszustände und Störfallereignisse in verfahrenstechnischen Anlagenkomponenten

Arbeitsfeld:

Die Produktionsverfahren der chemischen Industrie sind gekennzeichnet durch die sehr hohe Anzahl von Wirkungen und Wechselwirkungen zwischen den Prozesskomponenten und -produkten, wodurch ein sehr hohes Maß an Komplexität entsteht. Zudem werden zahlreiche Verfahren und Reaktionen bei hohen Drücken und Temperaturen durchgeführt, an denen auch toxische oder brennbare Stoffgemische beteiligt sind. Das hieraus resultierende Gefährdungspotential für die Anlage, den Prozeß und die Umgebung erfordert Sicherheitsmaßnahmen, die sich von der Planungs- und Fertigungsphase bis zum Betrieb der Anlage erstrecken.

Systematisierte Vorgehensweisen zur sicherheitstechnischen Analyse verfahrenstechnischer Anlagen, wie zum Beispiel PAAG- oder FMEA-Studien beziehen sich auf den stationären Betriebszustand und liefern zudem keine quantitativen Aussagen über Druck, Temperatur oder Behälterinhalt. Der Einsatz von Simulationsprogrammen mit gebräuchlichen Modellen ermöglicht die Berechnung dynamischer Vorgänge im Bereich des stationären Betriebes, jedoch sinkt die Vorhersagegenauigkeit mit steigender Dynamik des Prozesszustandes.

Der derzeitige Wissenstand über die möglichen Verfahrensextrembedingungen erfordert bei den eingesetzten Apparaten hohe Sicherheitsfaktoren und aufwendige Schutzeinrichtungen. Für eine funktionsoptimale Auslegung und Dimensionierung aller Sicherheitseinrichtungen sind Kenntnisse über das dynamische Prozessverhalten unverzichtbar. Die aus Kostengründen nur sehr eingeschränkt nutzbare Möglichkeit der experimentellen Ermittlung der jeweiligen Verfahrensdynamik erhöht den Bedarf an verifizierten Simulationsmodellen für die dynamische Verfahrensrechnung.

Die Vorhersagegenauigkeit von Störungsauswirkungen in stark dynamischen Betriebszuständen chemischer Anlagen ist beim Einsatz eines Simulationsprogrammes zur Auslegungsüberprüfung sicherheitstechnischer Maßnahmen, wie zum Beispiel Überdruckventilen oder Fackelgasleitungen, von grundlegender Bedeutung. Im Gegensatz zur industriellen Praxis der Anlagenplanung, bei der die Untersuchung von Mehrfachfehlern durch die Zahl der Fehlermöglichkeiten stark eingeschränkt ist, erlaubt die dynamische Verfahrenssimulation zudem die Analyse nahezu beliebiger Kombinationen von Fehlern.