Anlage 7

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Gutachten/Nr. TPA/04/GF 1.4/2320/02 Untersuchung von flugbetrieblichen Auswirkungen auf die Sicherheit von Betriebsanlagen und den Arbeitsschutz der Firmen TICONA und InfraServ in Kelsterbach für den Ist-Fall Abstand senkrecht zur Strahlachse in m 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 einmal DN 150 zweimal DN 150 (vereinigter Freistrahl) -50 0 20 40 60 80 100 120 140 Entfernung im m Abb. Anlage 7.4-1: Abmessungen der Flammenkonturen bei einem Freistrahljet beim Freisetzen von Ethylen (Berechnung nach Considine und Grint) Die von dieser Flammenkontur ausgehende Wärmestrahlung lässt sich für die beiden betrachteten Fälle (einmal DN 150 und zweimal DN 150) wie folgt nach TNO [TNO-1997] berechnen. Für den Wärmestrahlungsfluss Q(r) in Abhängigkeit von der Distanz r zur Flammenoberfläche gilt: mit: Q( r) Fs ⋅ ∆hc ⋅ m = 2 4 ⋅ π ⋅ r h � Fs: Abstrahlungsfaktor, d.h. Bruchteil der Wärme, die von der Flammenoberfläche abgestrahlt wird (s.u) � ∆hc: Verbrennungsenthalpie (= 4,71⋅10 7 J/kg für Ethylen [TNO-1979]) � mh: Abbrandgeschwindigkeit in kg/s (s.u.) TÜV Pfalz Anlagen und Betriebstechnik GmbH Datei: Anlage_7_Auswirkungsbetrachtung_Rev-B Geschäftsfeld 1.4 Anlagensicherheit Stand: 09. Februar 2005 Seite 14 von 35
Gutachten/Nr. TPA/04/GF 1.4/2320/02 Untersuchung von flugbetrieblichen Auswirkungen auf die Sicherheit von Betriebsanlagen und den Arbeitsschutz der Firmen TICONA und InfraServ in Kelsterbach für den Ist-Fall Nach TNO [TNO-1997] entspricht die Abbrandgeschwindigkeit der Freisetzungsrate für die brennbare Substanz in kg/s. Für den Fall, dass nur ein Freistrahl betrachtet wird, beträgt die Abbrand- geschwindigkeit somit 80 kg/s, werden beide Freistrahlen zusammengefasst beträgt sie 160 kg/s. Der Bruchteil der Wärme Fs, die von der Flammenoberfläche abgestrahlt wird, kann nach einem Verfahren der TNO [TNO-1997] berechnet werden. Hierzu benötigt man die Geschwindigkeit des austretenden Freistrahls u bzw. den statischen Druck pc in der Ebene der Ausflussöffnung. Der statische Druck pc kann wie folgt berechnet werden: mit: p c = p init ⎛ 2 ⎞ ⋅ ⎜ ⎟ ⎝ γ + 1⎠ γ−1 γ � pinit: Ausgangsdruck in Pa (= 30⋅10 5 Pa) � γ: Adiabatenexponent (= 1,4) Die Mach-Zahl für den austretenden Freistrahl folgt hieraus mit: Ma = ( γ + 1) ⎛ pc ⎞ ⋅ ⎜ ⎟ ⎜ p ⎟ ⎝ u ⎠ γ − 1 γ−1 γ wobei pu den Umgebungsdruck (= 1,013⋅10 5 Pa) darstellt. Die Freistrahlgeschwindigkeit ergibt sich damit aus: mit: u = Ma ⋅ γ ⋅ R ⋅ T M i − 2 � M: molare Masse (= 0,028 kg/mol) � R: universelle Gaskonstante (= 8,314 J/(mol K)) � Ti: Temperatur des Freistrahls Die Berechnungsgleichung für die Temperatur des Freistrahls lautet mit der Temperatur des Gases in der Rohrleitung Ts (= 293,15 K): ⎛ p T i = Ts ⋅ ⎜ ⎝ p u init Hieraus folgt für den Bruchteil der Wärme, die von der Flammenoberfläche abgestrahlt wird: ⎞ ⎟ ⎠ γ−1 γ F = 0, 21⋅ exp( −0, 00323 ⋅ u) + 0, 11 s Für die hier betrachteten Szenarien errechnet sich für FS ein Wert von 0,132, d.h. 13,2 % der beim Brand freigesetzte Wärme wird in Form von Wärmestrahlung an die Umgebung abgegeben. Wie aus der letzten Gleichung deutlich wird, ist der Abstrahlungsfaktor Fs proportional exp(-u), d.h. je höher die Ausströmgeschwindigkeit ist, umso geringer ist der Anteil der an die Umgebung TÜV Pfalz Anlagen und Betriebstechnik GmbH Datei: Anlage_7_Auswirkungsbetrachtung_Rev-B Geschäftsfeld 1.4 Anlagensicherheit Stand: 09. Februar 2005 Seite 15 von 35
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