Promotion in Safety Modelling | Experimental Safety

SAfe relief of Multi-Component Flashing Two-Phase-Flow

Untersuchung von verdampfenden Mehrkomponenten-Zweiphasenströmungen durch komplexe industrielle Bauteile und Einrichtungen

In der chemischen und petrochemischen Industrie, sowie in der Öl- und Gasindustrie werden Behälter, Bauteile und Apparaturen bei vielen Produktionsverfahren von Mehrkomponentengemischen zweiphasig durchströmt.

Repräsentative Beispiele sind nicht nur bei der Notentlastung von Drucksystemen während des Abblasens durch Sicherheitsventile und Berstscheiben zu finden, sondern auch bei Behälterleckagen und Rohrleitungsabrissen oder bei der Strömung durch Stellventile und Blenden. Hierbei kann es zu schlagartiger Verdampfung von Flüssigkeit kommen (Flash), sodass kritische Strömung im engsten Querschnitt erreicht wird.

Oft werden hilfsweise verdampfende Mehrkomponenten-Zweiphasenströmungen mit gemittelten Stoffdaten unter Gleichgewichtsbedingungen modelliert. Metastabile Zustände, thermodynamische Ungleichgewichte (Siedeverzug), mechanische Ungleichgewichte (Schlupf) und stoffliche Ungleichgewichte werden zur Vereinfachung vernachlässigt. Infolgedessen sind die aktuellen Methoden oft nicht validiert und/oder führen zu hohen Unsicherheiten bei Vorhersage von Zweiphasenströmungen von Mehrkomponentensystemen durch industrielle Einrichtungen. Für solche Zweiphasenströmungen unter kritischen Strömungsbedingungen gibt es weder eine standarisierte Messstrecke noch zuverlässigen Messergebnisse.

Infolgedessen sind keine genauen Modelle zur Auslegung solcher Einrichtungen unter diesen Strömungsbedingungen vorhanden. Oft werden zusätzlich Sicherheitsfaktoren in der Berechnung addiert, sodass die Einrichtungen weit überdimensioniert sind.

Das CSE Center of Safety Excellence hat mehr als 20 Jahre Erfahrung auf dem Gebiet der verdampfenden Zweiphasenströmung, mit zahlreichen Experimenten und
Modellierungsansätzen. Mehrere Publikationen wurden im letzten Jahrzehnt veröffentlicht. Das HNE-CSE Modell (homogeneous non-equilibrium model based on a continuous set of sizing equations) definiert den aktuellen industriellen Standard zur Auslegung von Sicherheitseinrichtungen in Übereinstimmung mit ISO 4126-10. Für Mehrkomponentensysteme existieren dafür jedoch keine validen experimentellen Daten.

Das Ziel des Projekts SAM-Flash, ein Forschungsvorhaben am CSE Institut in Kooperation mit öffentlichen Einrichtungen und der Industrie, ist die Erforschung des Massenstroms und Druckabfall bei von multikomponenter verdampfender Zweiphasenströmung.
Basierend auf den Messtechniken für einkomponenten Zweiphasenströmungen soll eine Versuchsanlage für Mehrkomponentensysteme entwickelt werden.
Das Kernziel des Projekts ist die Untersuchung des wiederkehrenden thermodynamischen, mechanischen und stofflichen Ungleichgewichts, wie Siedeverzug, Phasenschlupf und Stoffübergang bei verdampfenden Mehrkomponenten-Zweiphasenströmungen durch Düsen unter kritischen Strömungsbedingungen. Diese Strömungsformen treten häufig in industriellen Drosseleinrichtungen auf.

Das tiefe Verständnis der Strömungsphänomene soll die aktuellen Modelle verbessern und harmonisieren, um die Strömung durch diese Art von industriellen Bauteilen präzisere vorherzusagen und genauere Entlastungs- und Ausbreitungsberechnungen zu ermöglichen.

Projekt-Daten SAM-Flash

Promotion im Rahmen der CSE-Schwerpunkte Safety Modelling | Experimental Safety
Beginn Juni 2017 / Projektzeitraum 4 Jahre

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