Daten zur probabilistischen Sicherheitsanalyse für Kernkraftwerke ...

die im SHB herrschende Temperatur in K. Dieser Faktor hat beispielsweise bei der SHB-
Temperatur 423 K den Wert 0,75.
Obige Werte gelten für eine vollständige Verbrennung, d.h. nach der Verbrennung ist einer der
beiden Reaktionspartner völlig aufgebraucht. Gemische knapp über der Brennbarkeitsgrenze
erreichen jedoch in der Realität keinen vollständigen Ausbrand. In /LOE 00/ wird angegeben, dass
bei einem Wasserstoffvolumenanteil von 0,04 der Ausbrand Null ist. Der Ausbrand nähert sich
asymptotisch dem Wert 1 bei Wasserstoffvolumenanteilen um 0,11. Diese Angaben gelten für
aufwärtsgerichtete Flammen. Um auch abwärtsgerichtete Flammen und Unsicherheiten
abzudecken, soll der Volumenanteil zum Erreichen eines kompletten Ausbrandes zwischen 0,08
und 0,12 variiert werden (Gleichverteilung). Zwischen 0,04 und dem Volumenanteil für einen
kompletten Ausbrand nimmt der Ausbrand linear von 0,0 auf 1,0 zu. Der Druckerhöhungsfaktor
wird dann entsprechend der obigen Tabelle aus dem verbrannten Wasserstoffvolumenanteil
abgeleitet.
Die bisherigen Angaben beruhen auf der Annahme, dass die Wasserstoffverteilung innerhalb des
betrachteten Volumens gleichmäßig ist. Werden größere Raumbereiche innerhalb des SHB
betrachtet, ist darin nicht mit einer gleichmäßigen Verteilung zu rechnen. Zu den oben berechneten
Drücken ist folglich ein Korrekturfaktor infolge ungleichmäßiger Verteilung hinzuzurechnen. In
/LOE 00/ wird das Verhältnis von minimaler zu maximaler Wasserstoffkonzentration im jeweiligen
Raumbereich als Korrekturfaktor benutzt. Um unrealistisch niedrige Korrekturfaktoren bei extremen
Konzentrationsunterschieden zu vermeiden, wird der Korrekturfaktor nach unten auf 0,3 begrenzt.
Die bis hierhin festgelegte Vorgehensweise zur Druckberechnung gilt für deflagrative Gemische.
Die Behandlung detonativer Gemische wird nachfolgend beschrieben.
Detonationen verlaufen so schnell, dass die dabei entstehenden Spitzendrücke wieder abgefallen
sind, bevor der SHB seine maximalen Dehnungen erreicht hat. In diesen Fällen ist der berechnete
Spitzendruck zur Charakterisierung der Strukturbelastung nicht verwendbar. Zur Bestimmung der
Belastung des SHB infolge einer Detonation wird deshalb ein effektiver SHB-Druck definiert und
berechnet. Der effektive Druck ist derjenige quasistatische Druck, der dieselbe maximale
Strukturbelastung bewirkt wie der Druck-Zeit-Verlauf der Detonation.
In /BRE 95/ werden mittels eines analytischen Rechenverfahrens folgende allgemeinen Aussagen
zum effektiven SHB-Druck von Wasserstoffverbrennungen hergeleitet:
−
−
Langsame Verbrennungen (Deflagrationen) belasten den SHB (sowie Strukturen allgemein)
mit dem effektiven Druck, der dem oben hergeleiteten korrigierten adiabaten isochoren
Verbrennungsdruck des jeweiligen Gasgemisches entspricht.
Schnelle Verbrennungen belasten einen typischen SHB, dessen Eigenfrequenz bei 5-12 Hz
liegt, mit einem effektiven Druck, der dem doppelten adiabaten isochoren Verbrennungsdruck
des jeweiligen Gasgemisches entspricht. Die Art der schnellen Verbrennung (Detonation,
hochturbulente Deflagration, oder Übergang von Deflagration zu Detonation) sowie weitere
Parameter des Druckverlaufes (z.B. Maximaldruck oder Impuls) sind für die Belastung des
SHB unwesentlich.
Wenn die bis hier beschriebenen Drücke infolge von Wasserstoffverbrennungen die
Grenzbelastbarkeit des SHB bei Innendruckbelastung übersteigen, versagt der SHB.
Zusätzlich ist zu erwägen, ob am SHB lokale Leckagen entstehen können, weil Gegenstände unter
Einwirkung von Verbrennungsdrücken den SHB indirekt beschädigen. Beispielsweise ist es
denkbar, dass Kabeltrassen abgerissen werden und dass die betroffenen schlagenden Kabel an
ihrer Durchführung durch den SHB ein Leck verursachen. Im Rahmen einer PSA können derartige
Fragen in der Regel nicht im Einzelnen geklärt werden. Um derartige Vorgänge nicht zu ignorieren,
zugleich aber ihrem unwahrscheinlichen Charakter Rechnung zu tragen, wird hier mit einer
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