Sicherheitsabstände für Anlagen mit gasförmigem Wasserstoff
Die Kommission für Anlagensicherheit hat die KAS-63 „Ermittlung des angemessenen Sicherheitsabstands für Anlagen mit gasförmigem Wasserstoff“ verabschiedet.
KAS-18
Wie groß ist der angemessene Sicherheitsabstand für Anlagen, die mit gasförmigem Wasserstoff arbeiten? Diese Frage wurde im Arbeitskreis „Überarbeitung des Leitfadens KAS-18“ (AK-KAS18) diskutiert und das Ergebnis wurde von der Kommission für Anlagensicherheit als KAS-63 „Ermittlung des angemessenen Sicherheitsabstands für Anlagen mit gasförmigem Wasserstoff“ verabschiedet. Enthalten sind ist Reihe von Annahmen, Randbedingungen und Berechnungsmethoden, auf deren Basis eine Empfehlung für pauschale Sicherheitsabstände in Abhängigkeit von der Leckfläche und dem Betriebsüberdruck ausgesprochen wird.
Bei der Überarbeitung des Leitfadens gehen die Teilnehmer des Arbeitskreises davon aus, dass sich bei freigesetztem gasförmigem Wasserstoff aufgrund des Überdrucks ein Freistrahl ausbilden wird. Dieser wird nach einer angenommenen Explosion in Brand gesetzt.
Anlagentypen nach Leckflächen unterscheiden
Die vom AK-KAS-18 festgelegten Berechnungsmethoden gelten grundsätzlich für Anlagen, in denen mit gasförmigem Wasserstoff umgegangen und ein Betriebsüberdruck von 1.000 bar nicht überschritten wird. Diese Anlagen werden in zwei Anlagentypen unterschieden:
- Anlagen, deren Rohrleitungen über einen Innendurchmesser von maximal 15 mm verfügen; für den Ereignisfall wird eine Leckfläche von 180 mm² bei einem Äquivalenzdurchmesser von 15 mm unterstellt.
- Anlagen mit Rohrleitungen, die über einen Innendurchmesser von mehr als 15 mm verfügen; hier gehen die AK-Mitglieder im Ereignisfall von einer Leckfläche von 490 mm2 und einem Äquivalenzdurchmesser von 25 mm aus.
Die Teilnehmer des AK-KAS-18 gehen für den Ereignisfall von bestimmten Annahmen aus. So beträgt die Betriebstemperatur 20° C und die Umgebungstemperatur 20° C. In den Szenarien herrscht Windstille. Die Ausflussziffer des Lecks wird mit 0,62 und die Aufpunkthöhe mit 2 m angenommen. Schließlich liegt den Berechnungen ein Austrittswinkel gegenüber der Horizontalen von 45° zugrunde.
Berechnungsmethoden für zwei Randbedingungen festlegen
Für die Wahl der Berechnungsmethode sind die Randbedingungen dahingehend zu prüfen, ob turbulenzerzeugende Hindernisse in der Gaswolke vorhanden sind und die Explosion durch Hindernisse begrenzt wird. Wenn beides nicht der Fall ist (keine Hindernisse) kann bei der Berechnung von Fall 1 ausgegangen werden: Der Sicherheitsabstand muss sicherstellen, dass Schutzobjekte von einem Explosionsdruck von höchstens 50 mbar betroffen sein können. Wenn beides der Fall ist (es existieren Hindernisse) orientiert man sich bei der Berechnung des Mindestabstands an den Annahmen von Fall 2: Hier darf die Bestrahlungsstärke 1,6 kW/m² nicht überschreiten. Für die Berechnung des Wasserstofffreistrahls sowie für die Länge und den Strahlungsanteil der Freistrahlflamme sind die Berechnungsmethoden angegeben.
Berechnung durchführen
Auf der Basis der bisher durchgeführten Berechnungen können nun die Entfernungen, die eine Unterschreitung der Beurteilungswerte annehmen lassen, ermittelt werden. Die Empfehlung des AK „Überarbeitung des Leitfadens KAS-18“ zeigt die Mindestabstände in Abhängigkeit von den Leckflächen (180 mm² und 490 mm²) und den beiden Randbedingungen (Fälle 1 und 2), dem Betriebsüberdruck, dem Massenstrom, der explosionsfähigen Masse und der Wärmestrahlung auf.
Pauschale Lösung: Empfehlung von angemessenen Sicherheitsabständen
Da sich die zugrunde gelegten Szenarien zuverlässig abschätzen lassen, ist eine pauschalierte Betrachtungsweise möglich. Hier wird der erforderliche Sicherheitsabstand in Abhängigkeit von den Leckflächen und des Betriebsüberdrucks ermittelt und vom Arbeitskreis „Überarbeitung des Leitfadens KAS-18“ (AK-KAS-18) empfohlen.
| Angemessener Sicherheitsabstand für die Leckflächen | ||
| Betriebsüberdruck P | 180 mm² | 490 mm² |
| P < 100 bar | 50 m | 80 m |
| 100 ≤ P < 200 bar | 70 m | 110 m |
| 200 ≤ P < 400 bar | 80 m | 140 m |
| 400 ≤ P < 600 bar | 95 m | 150 m |
| 600 ≤ P < 800 bar | 100 m | 170 m |
| 800 ≤ P ≤ 1.000 bar | ||
Grundsätzlich kann der erforderliche Sicherheitsabstand nach wie vor auch mit einer Einzelfallprüfung ermittelt werden.
„Ermittlung des angemessenen Sicherheitsabstands für Anlagen mit gasförmigem Wasserstoff“, Arbeitskreis „Überarbeitung des Leitfadens KAS-18“ der Kommission für Anlagensicherheit (KAS): www.kas-bmu.de/nachricht/kas-63.html
