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Abb. 1: Ausbläser an einer
Gasdruck-Regelstation (Foto: Lux)

Der Einsatz von Wasserstoff als Energieträger wird in den kommenden Jahren eine Revolution in allen Bereichen des Energieeinsatzes bewirken. Diese Umwälzungen sind durchaus vergleichbar mit der Einführung der elektronischen Datenverarbeitung/Digitalisierung, der Biotechnologie oder des WorldWideWeb.

Sie bedeutet das absehbare Ende der auf der Verwendung endlicher, fossil gebundener Energievorkommen beruhenden Energiewirtschaft zugunsten einer energetischen Kreislaufwirtschaft ohne CO2 - Emissionen.Mit Wasserstoff als Energieträger lässt sich Energie effektiver und verlustfreier transportieren und speichern als Elektroenergie.

Für den Sicheren Umgang mit Wasserstoff müssen Gefahrenzonen berechnet werden. Für Erdgas existiert ein verbindliches Regelwerk zur Berechnung. Dieses ist auf Wasserstoff, aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, nicht übertragbar. Mit dem Vorhaben soll ein Werkzeug zur Verfügung gestellt werden, welches diese Aufgabe leistet.Dies gilt insbesondere für alle stationären Einrichtungen, in denen Betriebszustände des Gases planmäßig beeinflusst werden (Abzweigungen, Einspeisungen, Druckerhöhungen, Druckreduzierungen, Maßnahmen zur Stabilisierung des Enddruckes bei schwankenden Eingangsdrücken usw.).Um erforderliche Arbeiten (z.B.) Instandhaltung in diesen Stationen gefahrlos, das heißt an gasfreien Anlagenteilen vornehmen zu können oder z.B. unplanmäßige Druckspitzen durch das kurzzeitige Abblasen von Gas aus Sicherheitsventilen kontrolliert in die Atmosphäre erfolgen zu lassen, müssen alle Stationen mit sogenannten Ausbläsern ausgestattet sein. Siehe Foto 1.

Beim Ausblasen von Gas entstehen um die Ausbläser explosionsgefährdete Zonen, deren Abmessungen abhängig sind von der Ausströmgeschwindigkeit und dem Gasmassenstrom. Diese Größen wiederum sind abhängig vom Druck am Ausbläser, der bestimmt wird vom Eingangsdruck, der Anlagengeometrie, Regelwerten, Rohrdurchmessern, Rohrlängen und natürlich den thermodynamischen Eigenschaften des ausströmenden Gases.

Für den sicheren Betrieb der Stationen, von denen sich viele im innerstädtischen Bereich befinden, ist die Kenntnis der maximal möglichen Ausdehnung der explosionsgefährdeten Zonen aus Vorsorgegründen elementar, und ist vom Betreiber für jeden Ausbläser einer Station vor Inbetriebnahme rechnerisch, anhand der spezifischen Parameter für die konkrete Anlage zu ermitteln.

Für diese komplexen Berechnungen existiert z.Z. nur eine detaillierte nationale technische Regel. Dieses Regelwerk liefert ausschließlich Ergebnisse für Erdgas und ist, auf Grund der unterschiedlichen Stoffeigenschaften, ausdrücklich nicht geeignet für die Berechnungen mit Wasserstoff.

Ziel des geförderten Vorhabens ist die Entwicklung eines Arbeitswerkzeuges zur Berechnung der Ausdehnung von explosionsgefährdeten Zonen, mit dem es möglich wird, die auf einem hohen technischen und fachlichen Niveau bestehenden Anforderungen an die Gassicherheit hinsichtlich des Explosionsschutzes auf Wasserstoff zu übertragen und zu sichern.

Abb. 2 Skizze zur Darstellung der Rechenergebnisse: Ausdehnung Ex-Zonen (aus DVGW G 442)