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Beanspruchung von Rohrleitungen und Behältern bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen

  • In der Arbeit wird über Untersuchungen zur Bestimmung des Explosionsdruckes bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen berichtet. Mit welchem Explosionsdruck bzw. mit welcher daraus resultierenden Beanspruchung der Rohr- bzw. Behälterwand bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen gerechnet werden muss, hängt außer von der reaktionsfähigen Gasphase und dem Anfangsdruck auch ganz wesentlich von der Lage des Umschlagspunktes zur Detonation in dem jeweils betrachteten System ab. Bei Detonationen in Rohrleitungen müssen mit Bezug auf den Umschlagspunkt zur Detonation drei verschiedene Belastungsfälle beim Durchlaufen der Reaktionsfront und vier verschiedene Belastungsfälle bei der Reflexion der Reaktionsfront unterschieden werden, die zu unterschiedlich hohen Beanspruchungen an der Rohrwand führen. Bei Detonationen in Behältern müssen mit Bezug auf den Umschlagspunkt zur Detonation analog zu den vier Belastungsfällen bei Reflexion der Reaktionsfront am Rohrende vier verschiedeneIn der Arbeit wird über Untersuchungen zur Bestimmung des Explosionsdruckes bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen berichtet. Mit welchem Explosionsdruck bzw. mit welcher daraus resultierenden Beanspruchung der Rohr- bzw. Behälterwand bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen gerechnet werden muss, hängt außer von der reaktionsfähigen Gasphase und dem Anfangsdruck auch ganz wesentlich von der Lage des Umschlagspunktes zur Detonation in dem jeweils betrachteten System ab. Bei Detonationen in Rohrleitungen müssen mit Bezug auf den Umschlagspunkt zur Detonation drei verschiedene Belastungsfälle beim Durchlaufen der Reaktionsfront und vier verschiedene Belastungsfälle bei der Reflexion der Reaktionsfront unterschieden werden, die zu unterschiedlich hohen Beanspruchungen an der Rohrwand führen. Bei Detonationen in Behältern müssen mit Bezug auf den Umschlagspunkt zur Detonation analog zu den vier Belastungsfällen bei Reflexion der Reaktionsfront am Rohrende vier verschiedene Belastungsfälle unterschieden werden, die zu unterschiedlich hohen Beanspruchungen an der Behälterwand führen. Zur Bestimmung des Explosionsdruckes bei Detonationen und den verschiedenen Belastungsfällen wurden drei verschiedene Messverfahren eingesetzt: - Bestimmung über die Verformung von Aluminiumblechscheiben und den für eine gleichgroße Verformungsarbeit erforderlichen statischen Vergleichsdruck (p"" nach der Berstscheibenverformungsmethode). - Bestimmung über die Verformung der Rohr- bzw. Behälterwand und den für eine gleichgroße Verformungsarbeit erforderlichen statischen Vergleichsdruck. - Bestimmung mit Hilfe einer Messkette aus Druckgeber, Verstärker und Speicheroszillograph. Die nach der Rohr- bzw. Behälterwandverformungsmethode bestimmten statischen Vergleichsdrücke sind die Explosionsdrücke, die für die Bemessung detonationsgefährdeter Rohrleitungen bzw. Behälter herangezogen werden können. Der Vergleich der Ergebnisse zeigt, dass bei Rohrleitungen DIN 20 und dem Belastungsfall "Durchlaufen einer stabilen Detonation bei stationären Bedingungen" der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck pm' und der nach der Rohrwand- verformungsmethode ermittelte statisch Vergleichsdruck etwa gleichgroß sind. Stationäre Bedingungen bedeutet hier, dass der Zustand des Frischgases beim Eintreffen der Reaktionsfront nicht mehr durch die beim Anlaufvorgang erzeugten und in das Frischgas vorgelaufenen Druckwellen verändert ist, d. h. stationäre Bedingungen in Bezug auf den Zustand der Gasphase. Beim Belastungsfall "Reflexion einer stabilen Detonation bei stationären Bedingungen" ist - zumindest bei Rohrleitungen DN 20 - der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck pm größer als der nach der Rohrwandverformungsmethode ermittelte statische Vergleichsdruck und beim Belastungsfall "Reflexion einer instabilen Detonation bei extrem instationären Bedingungen" ist er etwa dreimal so groß wie der nach der Rohrwandverformungsmethode ermittelte statische Vergleichsdruck. Die weitere Diskussion der Versuchsergebnisse deutet aber an, dass bei Rohrleitungen mit größeren Durchmessern auch beim Belastungsfall "Reflexion einer stabilen Detonation bei stationären Bedingungen" der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck etwa genauso groß sein müsste, wie der nach der Rohrwandverformungs-methode ermittelte statische Vergleichsdruck p'"at. Hier müssten zur Ergänzung auch Versuche mit einer Verformung von Rohren mit größerem Durchmesser ausgeführt werden. Bei Behältern ist der bei der Druckmessung ermittelte maximale Explosionsdruck pma bei allen Belastungsfällen größer als der nach der Behälterwandverformungsmethode ermittelte statische Vergleichsdruck. Der Einfluss des Durchmessers auf den Explosionsdruck und die Beanspruchung von Rohrleitungen bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen wird näher untersucht. Auf die Beanspruchung von Schlauchleitungen bei detonativ verlaufenden Reaktionen und die daraus resultierenden Kriterien für deren Dimensionierung wird am Beispiel von Schlauchleitungen für Hochdruck-Acetylen eingegangen. Die Diskussion der Versuchs- ergebnisse führt schließlich auch noch auf eine neue Hypothese für die Ursache des Spins bei detonativ verlaufenden Gasreaktionen in Rohrleitungen.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Dieter Lietze, Horst Pinkowsky
Dokumenttyp:Forschungsbericht
Veröffentlichungsform:Eigenverlag BAM
Schriftenreihe (Bandnummer):BAM Forschungsberichtreihe (254)
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2002
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Herausgeber (Institution):Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wirtschaftsverlag NW
Verlagsort:Bremerhaven
Jahrgang/Band:254
Erste Seite:1
Letzte Seite:53
Freie Schlagwörter:Deflagration; Detonation; Detonationanlaufdurchmesser; Detonationsanlaufstrecke; Druckwelle; Kritischer Behälterdurchmesser; Kritsche Rohrlänge; Spin; Stoßwelle; Wirbelröhre
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-1979
ISSN:0938-5533
ISBN:978-3-89701-734-2
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoAllgemeines Deutsches Urheberrecht
Datum der Freischaltung:23.01.2015
Referierte Publikation:Nein
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