122. Dynamische Belastung von Rohr‐ und Behälterwandungen bei Detonation von Acetylen

Abstract

Ungewollte Zersetzungen von Acetylen in Rohrleitungen undDruckbehaltern konnen sich in Abhangigkeit von Druck und Geometrie in Form einer Deflagration (Flammengeschwindigkeit vF1 <( VSchall) oder einer Detonation (vF1 > vSchal1) ausbreiten. Im letztgenannten Fall treten extrem kurzzeitige und sehr hohe DruckstoBe auf. Die Spitzendriicke in einer zeitlich stabilen Detonationsfront liegen typischerweise beim 30 bis 50fachen des Ausgangsdrucks, die Halbwertszeiten der Detonationspeaks bei 30 bis 800 ps.Die bei Durchlauf der Detonationsfront auftretenden Belastungen mussen durch die Rohr-oder Behalterwand abgefangen werden. Fur eine sichere Auslegung mussen die DrucWZeit-Verlaufe im Rohr und die durch den DruckstoR erzeugten Spannungen moglichst gut bekannt sein. An Versuchsrohrstrecken mit verschiedenen Innendurchmessern (6, 10, 30 mm) wurden die DrucWZeit-Verlaufe von Detonationen bei verschiedenen Anfangsdriicken (10, 15, 20 bar) rnit piezoelektrischen Druckaufnehmern sowie die durch die Detonation ausgelosten radialen Schwingungen der Rohrwand mit zwei um 90 versetzten Laser-Vibrometern vermessen. Weiterhin wurde die Veranderung der Werkstoffkennwerte bei sehr schnellen Dehngeschwindigkeiten (typisch bei Detonation: c = 100 l/s) untersucht, und das Schwingungsverhalten der Rohrwand bei stoRartiger Beanspruchung wurde analytisch und mittels FE-Methoden berechnet.Aus den MeBergebnissen und den Berechnungen lassich folgende Ergebnisse ableiten: Bis zu Rohrdurchmessern von ca. 500 mm tritt keine Dampfung des DruckstoBes aufgrund der Massentragheit der Wandung auf, da die Periodendauern der radialen Eigenschwingungen kleiner als die Halbwertsbreiten der Detonationspeaks sind. Der maximale Detonationsdruck wird somit von der Wandung ,,gesehen". Eine Dampfung, die mittels der analytischen Berechnungen quantitativ exakt erfaRt werden kann, erfolgt erst bei grol3eren Radien. Die berechneten Frequenzen und Amplituden stimmen relativ gut mit den laserinterferometrisch gemessenen Werten uberein. Je nach GroRe des Ausgangsdrucks werden von der laufenden Detonationsfront unterschiedliche, auch nicht rotationssymmetrische Schwingungsformen angeregt. Dies wird darauf zuriickgefuhrt, daR die Detonationsfront nicht als Ebene senk-recht zur Rohrachse zu verstehen ist, sondern die in der Literatur beschriebene komplexere Struktur aufweist (Spin Detonation). Die Streckgrenze und Zugfestigkeit der Werkstoffe steigen werkstoffabhangig bei detonationsrelevanten Dehngeschwindigkeiten bis auf das Doppelte der quasi-statisch ermittelten Werte an, was bei der detonationsfesten Auslegung beriicksichtigt werden kann.- 123Absicherung von Semi-Batch-Reaktoren gegen unzulassige Drucke