DA von P. Hernandez und R. Werthmüller, 2000

Titel

Graphenorientierte Modellierung eines phosgenerzeugenden Betriebes mit Hilfe eines Petri Netzes

(DA: D-BAUG)

Betreuung

Prof. Dr. W. Kröger, Dr. R. Mock

Abgabe

Februar 2000

Abstract

In dieser Diplomarbeit wird die Eignung von Petri-Netzen für eine Risikoanalyse untersucht. Aufgeworfen wird diese Fragestellung durch die Tatsache, dass bisherige Methoden der Risikoanalyse keine dynamischen Zusammenhänge darzustellen vermögen. In der chemischen Industrie wurde die Zuverlässigkeit von Steuerungs- und Regelungselementen von Anlagen mittels Petri-Netzen bereits erfolgreich erprobt. Darauf aufbauend soll nun die Frage geklärt werden, ob die Auswirkungen eines Störfalles mit Petri-Netzen simuliert und ein Häufigkeits-Ausmass-Diagramm erstellt werden kann.

Die Eignung von Petri-Netzen für die Risikoanalyse wird an einer fiktiven Phosgenanlage untersucht. Als Anlagestandort wird ein Gebiet in der Nähe von Bern ausgewählt. Zur Herstellung von Phosgen braucht es Chlor und Kohlenmonoxid. Bei den vorherrschenden Prozessbedingungen befinden sich alle Stoffe im gasförmigen Zustand.

Für die Modellierung der Petri-Netze wird die Software PACE verwendet. Die Gasausbreitung in der Umwelt wird mit dem Ausbreitungsprogramm DispTool berechnet. Die Elemente des Modells können bestimmt werden, indem der Ablauf eines Störfalles betrachtet und mit den in der Aufgabenstellung definierten Kriterien zusammengeführt wird.

Bei der Modellierung der Phosgenanlage müssen die Anlageelemente eruiert werden, aus denen die Schadstoffe austreten können. Die Bestimmung dieser Anlageteile erfolgt mittels einer Gefahrenanalyse. Da es nicht möglich ist, das Ausbreitungsprogramm mit PACE zu verbinden, werden diskrete Stoffmengen definiert, die aus der Anlage austreten können. Es wird angenommen, dass sich die austretenden Stoffe im Produktionsgebäude homogen verteilen. Der Stoffaustritt in die Umwelt erfolgt spontan. Die Ausbreitung in der Umwelt wird durch die Wetterbedingungen bestimmt. Aus diesem Grund sind die Wetterlagen für jede Jahreszeit eruiert und quantifiziert worden. Durch die Windrichtung wird festgelegt, in welches Gebiet sich die Schadstoffwolke ausbreitet.

Mit DispTool werden die Ausbreitungsflächen bestimmt, bei denen der LC₅₀(1 min)- und der IDLH-Wert überschritten werden. Bei einem Überschreiten des IDLH-Wertes, werden alle sich im Freien aufhaltenden Personen verletzt. Wenn der LC₅₀(1 min)-Wert überschritten wird, tritt das Schadensmass "Tote" ein. Das Ausmass wird durch die Multiplikation der beiden Ausbreitungsflächen mit der Bevölkerungsdichte und einem Faktor berechnet. Der Faktor stellt den Anteil der sich im Freien aufhaltenden Personen dar.

Mit dem Modell PACE sind zwei Simulationsdurchgänge mit gleichen Inputgrössen durchgeführt worden. Die Resultate zeigen eine trendmässige Übereinstimmung. Das Auftreten dieser Übereinstimmung könnte jedoch auch zufälliger Natur sein und somit kann die Interpretation der Resultate nur mit dieser Unsicherheit behaftet durchgeführt werden.

Die Eignung von Petri-Netzen für die Erstellung eines Häufigkeits-Ausmass-Diagrammes ist von den getroffenen Vereinfachungen der Realität im Modell (Modellunsicherheit) und der Qualität der verfügbaren Daten (Inputunsicherheit) abhängig. Die Verfasser sind der Meinung, dass durch die Modellierung einer Anlage, bei welcher Störfälle aufgetreten sind, die gesamte Modellunsicherheit bestimmt und somit die Brauchbarkeit von Petri-Netzen für die Risikoanalyse abgeschätzt werden kann. Die Darstellung des Ereignisablaufes konnte mittels des generierten Petri-Netzes wie geplant dargestellt werden. Zudem besteht mit Petri-Netze eine Vielfalt an Analysemöglichkeiten. So können Häufigkeits-Ausmass-Diagramme für einzelne Gebiete, Anlageelemente und den verschiedenen Stoffarten berechnet werden.