<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé et appareil pour supprimer les explosions dans des enceintes".
La présente invention est relative ä un procédé et à un appareil pour supprimer les explosions, en particulier dans des enceintes, telles qu'un sécheur-pulvérisateur ou d'autres cuves fermées.
La présente invention prevoit un procédé pour supprimer les explosions, en particulier dans une enceinte, teile qu'un sécheur-pulvérisateur, comprenant J'introduction d'une charge d'eau sous pression chaude dans l'enceinte à une pression superieure a celte de cette enceinte, de manière qu'une partie de l'eau forme des gouttelettes tors de son introduction dans t'enceinte afin de supprimer le front de flamme en développement d'une déflagration, et qu'une partie de l'eau se vaporise sous forme de vapeur d'eau
EMI1.1
lors de l'entrée dans l'enceinte à pression plus basse, afin de réduire la concentration en oxygène provenant de l'atmosphère dans cette enceinte en vue d'empêcher l'explosion.
Suivant un autre aspect, 1 invention prévoit un appareil pour supprimer les explosions, comprenant un dispositif formant réservoir pour eau sous pression, un dispositif chauffant destiné à chauffer l'eau, le dispositif formant réservoir comportant un moyen de sortie vers une enceinte, cette sortie étant fermée par un dispositif à valve qui est ouvert en réponse à des conditions d'explosions se produisant dans l'enceinte afin d'introduire l'eau chaude sous pression depuis le dispositif formant réservoir dans cette enceinte.
L'invention prévoit également un système à diaph- rag me à pression différentielle, comprenant deux diaphragmes espacés formant un espace sous pression entre eux, la pression régnant dans cet espace étant libérée pour permettre un éclatement des diaphragmes en réponse à des conditions pré-établies. La pression differentielle
<Desc/Clms Page number 2>
entretenue dans l'espace peut être libérée lors de l'activation d'une soupape à solénoide en réponse a des conditions d'explosion se présentant dans une enceinte communiquant avec le diaphragme.
L'invention pourra être mieux comprise gräce à Ja description suivante donnée à titre d'exemple seulement et avec référence aux dessins annexés.
La Figure l est une vue latérale schématique d'un appareil pour la suppression d'explosions suivant une forme de réalisation de l'invention.
La Figure 2 est une vue latérale schématique d'un appareil pour la suppression d'explosions suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
La Figure 3 est une vue latérale schématique d'un autre appareil suivant l'invention.
La Figure 4 est une vue en perspective de l'utili- sation d'un appareil pour la suppression d'explosions suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
La Figure 5 est une vue en coupe transversale, a échelle agrandie, d'une partie de l'appareil de Ja Figure 4.
La Figure 6 est une vue en plan partielle d'un dispositif à diaphragmes suivant invention.
La Figure 7 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne VIT-VEI de la Figure 6.
Si on se reporte aux dessins et au départ à la Figure 1, on peut y voir un appareil 1 destiné à la suppression d'explosions dans une enceinte, tel qu'une cuve 2. L'appareil comprend un réservoir qui, dans le cas en question, consiste en une unite de suppression sous pression 5 qui, suivant la forme de réalisation représentée, est d'une forme d'allure générale cylindrique comportant une sortie inférieure 7. Une charge d'eau 8 est introduite dans l'unite de suppression 5 et est chauffée dans celle-ci par un dispositif chauffant qui, dans le présent cas, comprend un élément chauffant électrique 9 qui chauffe l'eau jusqu'à une température qui se situe en dessous du point d'ébullition de l'eau à la pression particuliere à entretenir dans l'unité 5.
La pression dans cette unité de suppression 5 est
<Desc/Clms Page number 3>
entretenue par de l'air ou tout gaz inerte approprie quelconque.
La sortie 7 de l'unité de suppression 5 est obturée par un dispositif ä valve qui, dans le présent cas, comprend un diaphragme à haute vitesse 10 d'une construction traditionnelle, qui se rompt par détonation pour libérer une charge d'eau depuis l'unité de suppression 5 dans l'enceinte 2 en réponse à des conditions d'explosions se produisant à l'intérieur de cette enceinte 2. Un diffuseur 11 est prévu à la sortie 7 pour diriger la charge d'eau dans l'enceinte lors de l'éclatement ou de la rupture du diaphragme.
Dans le cas illustré, I'unité de suppression 5 est connectée par une pièce en forme de T 12 dans une canalisation de vapeur à usage industriel 13, la circulation de cette vapeur vers l'unité de suppression 5 étant normalement empêchée par un clapet de retenue ou diaphragme 15 interposé entre la pièce en T 12 et cette unité de suppression 5. Lorsqu'une charge d'eau est libérée dans l'enceinte, le diaphragme 15 éclatera sous l'effet de la pression provenant de la vapeur à usage industriel, qui traversera l'unité de suppression 5 et pénétrera dans l'enceinte 2 pour aider à réduire la concentration en oxygène provenant de l'enceinte et aider à empêcher des conditions d'explosion récurrentes.
Lors de l'utilisation, une charge d'eau est introduite dans l'unité de suppression 5 par un orifice de remplissage 16 et l'eau est mise sous pression jusqu'à la pression désirée, par exemple de 3, 45 MPa. L'eau est alors chauffée en utilisant l'é1ément chauffant 9 jusqu'a la température désirée qui est inférieure au point d'ébullition de l'eau à la pression régnant dans l'unilg de suppression. Dans le cas de la pression de 3, 45 MPa,)'eau peut etre chauffée jusqu'à une temperature de l'ordre de 232 C.
Si des conditions d'explosions se produisent dans l'enceinte 2, un détecteur de conditions d'explosion, par exemple un détecteur à diaphragme, envoit un signal par un système de contrôle pour faire détoner le diaphragme de sortie 10 en vue de la libération de la charge d'eau chaude sous pression depuis l'unité
EMI3.1
de suppression 5 dans l'enceinte 2. Comme l'eau se trouve à une pression sensiblement plus élevée que celle régnant dans l'enceinte,
<Desc/Clms Page number 4>
lorsque J'eau pénètre dans celle-ci, une partie de cette eau se transformera en gouttelettes d'eau pour supprimer le front de flamme d'une déflagration, tandis qu'une partie de l'eau se vaporisera sous forme de vapeur de détente pour réduire la concentration en oxygène
EMI4.1
provenant de l'atmosphère dans I'enceinte et, de la sorte, pour t supprimer l'explosion.
La pression peut être assurée par un gaz comprimé, tel que de l'air ou de l'azote, ou par l'effet de chauffage de Ja charge d'eau ou par une combinaison des deux.
Lorsque de l'eau sous pression est chauffée, la température est élevée de sorte que la chaleur de liquide de l'eau est également augmentée. La chaleur de liquide de J'eau sous haute pression et à haute température est libérée à des températures inférieures sous la forme de chaleur latente et provoque la vaporisation d'un certain pourcentage du liquide sous la forme de vapeur d'eau de détente. Une quantité allant jusqu'à 30 % du liquide peut être
EMI4.2
vaporisée à la pression atmosphérique. Lors de la décharge, I'élément eau se comporte de façon traditionnelle en formant des gouttelettes d'eau destinées à supprimer Ja déflagration. En outre, la vapeur de détente réduit la concentration en oxygène dans l'enceinte jusqu'en dessous d'un niveau qui entretiendrait une combustion et elle empêche une nouvelle inflammation.
La charge initiale d'eau chaude sous pression peut être suivie par une décharge continue de vapeur d'eau provenant de la canalisation de vapeur à usage industriel lors de I'éclatement du diaphragme 10 ou par activation d'un système fixe de pulvérisation d'eau pour aider à entretenir des conditions de suppression d'explosion à l'intérieur de l'enceinte.
Si on se reporte maintenant à la Figure 2, on y a illustre un appareil de suppression d'explosion 19 suivant une autre forme de réalisation de l'invention, qui est semblable ä celle qui est décrite ci-dessus avec référence à la Figure 1, de sorte que les éléments similaires ont reçu les mêmes numéros de référence. Dans le présent cas, unité de suppression 5 est reliée ä une canaiisation de vapeur d'eau surchauffée de réserve 20 par l'intermédiaire d'un clapet d'arret 21.
Dans cet agencement, la plus haute pression
<Desc/Clms Page number 5>
atteinte permet une température plus élevée de liquide allant jusqu'à 288 C, de sorte qu'une proportion plus élevée de la vapeur de détente est formée lors de la décharge de la masse d'eau chaude sous pression dans l'enceinte. En outre, la pression plus élevée assure une période de reaction plus rapide de sorte que la charge est déchargée rapi- dement depuis l'unité de suppression dans l'enceinte, dans le présent cas en 30 à 200 millisecondes environ.
Si on se réfère à la Figure 3, on y a illustré un autre appareil de suppression 25 suivant l'invention, pour lequel les parties similaires à celles décrites précédemment avec référence
EMI5.1
à la Figure I ont été identifiées par les mêmes numéros de référence. On notera que, dans ce cas, l'unité de suppression 5 est montée verticalement et est reliée à la paroi de Ja cuve par une section de changement de direction 26, comportant une zone flexible 27
EMI5.2
destinée à reprendre le poids et Ja réaction venant de Ja cuve sous pression 2. Un bouchon d'éclatement sous pression de décharge 28 est prévu à la sortie de la cuve 2.
Le montage de l'unité en direction verticale aide à empêcher un mélange de la charge gazeuse et de la perte de pression gazeuse, qui pourrait nuire à la décharge du contenu total de la cuve. Ce montage aide également à réduire les forces de réaction s'exerçant sur Je côté de J'enceinte protégée.
On comprendra que la durée de décharge pour l'unité de suppression est proportionnelle à la pression, a faire de l'ajutage de décharge et à la distance a parcourir. On peut utiliser diverses conceptions d'ajutage pour atteindre le meilleur effet, et les unités de suppression peuvent être montées en un certain nombre d'endroits différents tout autour d'une enceinte pour assurer l'effet
EMI5.3
le meilleur. De plus, le type d'unité illustré par la Figure 2 peut fonctionner indépendamment de Ja réserve de vapeur d'eau.
H existe divers avantages dans le cas de l'appareil et du procédé de suppression suivant l'invention. Outre l'utilisation des caractéristiques déjà connues de suppression assurées par l'eau, on utilise également les caractéristiques de la vapeur d'eau de détente. La vapeur d'eau de détente a un poids spécifique par livre, qui est
<Desc/Clms Page number 6>
d'au moins huit fois supérieur à celui d'un gaz liquide ou d'un autre agent de suppression. Comme le liquide est sous pression a une tempé- rature élevée, la durée de réaction est très courte, ce qui permet la suppression rapide de l'explosion.
Du fait que le système utilise une matière de suppression librement disponible, qui est aisément chargée dans l'unité de suppression, il sera nettement moins eher que les systèmes de suppression existants.
De plus, comme la pression du système de suppression peut être réglée, ce système peut etre facilement déconnecté pour inspection ou nettoyage de l'enceinte à laquelle il est attaché. De plus, la pression régnant dans la cuve peut être aisément modifiée par voie thermostatique par contrôle de la température. En outre, I'utilisation de l'agent de suppression est sure, non contaminant, non corrosive et non toxique.
Dans Je procédé et l'appareil suivant tlinvention, lors de Ja décharge de la masse d'eau chaude sous pression sous forme de gouttelettes sous pression, la vapeur d'eau de détente remplira immédiatement le volume de l'unité de suppression et entretiendra une pression essentiellement constante. De la sorte, les unités de suppression peuvent être déchargées a une pression élevée sensiblement constante pour assurer un temps de réponse nettement plus rapide. De plus, comme une pression élevée est entretenue, le volume de l'unité de suppression peut être maintenu à une valeur optimale de sorte qu'un certain nombre de plus petites unités peuvent etre utilisées ou qu'on peut employer un nombre plus petit d'unités plus grandes.
Dans les agencements traditionnels, les unités de suppression sont soumises à une compression par un gaz propulseur. Lorsque l'unite de suppression est déchargée, te gaz propulseur perd une partie de sa pression, ce qui augmente ainsi le temps nécessaire pour décharger la charge d'agent de suppression. A titre de compensation, il faut habituellement prévoir une pression très élevée. Le procédé et l'appareil suivant l'invention ne présentent cependant pas ce probleme en raison de J'amélioration de la pression de décharge de compensation impliquant une vapeur d'eau de détente et une
<Desc/Clms Page number 7>
expansion de vapeur.
Pour des cuves ou des enceintes à protéger, normalement on montera un certain nombre d'unités de suppression suivant l'invention sur la cuve en des endroits préalablement choisis afin d'assurer les caractéristiques maximales d'étalement et de suppression d'explosion.
Cette technique est susceptible d'une adaptation pour assurer une protection pour toute une variété d'enceintes et pour toute une variété de nuages de poussière ou de gaz ou de vapeur présentant une possibilité d'explosion dans les industries alimentaires, chimiques et similaires.
Si on se repporte aux Figures 4 et 5, on y a illustré un appareil de suppression d'explosion suivant une autre forme de
EMI7.1
réalisation de l'invention, cet appareil étant illustré dans son uttli- sation sur un premier sécheur 50, un second sécheur 51 et un conduit de connexion 52. L'appareil comprend un réservoir qui, dans le présent cas, est constitué par une canalisation principale annulaire 55 pour de t'eau sous pression, cette canalisation comportant une série de sorties espacées 56 allant à l'enceinte sur laquelle la canalisation 55 est placée. Chaque sortie 56 est connectée à l'enceinte par un soufflet flexible en acier inoxydable 57.
L'eau se trouvant dans la canalisation 55 est chauffée par un système de chauffage par conduction superficielle électrique 58 qui est commandé par voie thermostatique pour entretenir une température désirée de l'eau sous pression dans la canalisation 55. Une isolation thermique 59 est prévue pour l'ensemble des sorties de décharge 56 et de la canalisation annulaire.
Un avantage de l'agencement à canalisation annulaire est qu'il peut facilement supporter de lui-même la poussée de décharge de l'eau sous pression lors de la décharge. Un chauffage par conduction électrique permet un contrôle plus facile et plus efficace de la température et il entretient une température uniforme qui assure une décharge équilibrée. En outre, les unités principales annulaires peuvent facilement être fabriquées pour répondre à toute application désirée quelconque.
<Desc/Clms Page number 8>
Si on se reporte aux Figures 6 et 7, on y a illustré une unité à diaphragmes 60 suivant l'invention, que l'on peut employer dans l'appareil de suppression d'explosion décrit précédemment. L'unité ä diaphragmes 60 comprend une paire de diaphragmes d'ecia- tement 61,62 qui sont espacés de façon à créer entre eux un espace sous pression 63 qui est mis sous pression au départ d'un réservoir d'air ou de gaz 70 par un orifice 64. Le plus extérieur des diaphragmes 61 est exposé à la pression régnant dans la canalisation sur laquelle t'unite est montée, et le diaphragme intérieur 62 est exposé à la pression atmosphérique régnant dans une enceinte.
La pression d'équilibre entretenue dans l'espace 63 permet à un diaphragme réglé à 2, 41 MPa de contenir une pression plus élevée de l'unité de décharge, par exemple de 3, 10 MPa. Dans le cas de conditions d'explosion se produisant dans une enceinte, la pression différentielle existant dans l'espace 63 est libérée, par exernple à l'intervention d'un solénoïde, ce qui permet a la pression plus élevée provenant du réservoir de suppression d'explosion de faire éclater les deux diaphragmes 61,62 et d'assurer une décharge dans l'enceinte. Une alimentation d'air provenant d'un réservoir d'alimentation et allant à l'espace 63 est coupée durant Ja décharge pour empêcher une décharge d'air dans l'enceinte.
Les unites à diaphragmes peuvent être obturées et la pression différentielle peut etre libérée par un détonateur commandé par voie électrique ou dispositif! similaire. Le volume de l'espace 63 est de préférence maintenu à une valeur minimale pour faciliter une réponse rapide.
Que l'on utilise de l'air ou un gaz pour assurer une mise sous pression préalable, la pression de charge initiale peut etre calculée pour assurer l'augmentation de température qui, dans un volume ferme, donnera lieu à une augmentation correspondante de pression. Ceci s'applique aux unités de suppression et aux diaphragmes à pression différentielle. La mise sous pression préalable des unités de suppression est facultative pour des applications particulières, la vapeur de détente engendrée dans les unités pouvant également être utilisée. La canalisation principale annulaire sous pression peut
<Desc/Clms Page number 9>
également être employée sans réservoir, en ne remplissant que partiellement la canalisation par de J'eau et en laissant un espace pour l'eau en expansion et un espace de tête pour la vapeur de détente.
Le temps de réponse pour la décharge de l'unité est déjà extremement rapide car elle se décharge à une pression presque constante en créant une vitesse initiale V 1. La vitesse initiale VI est encore renforcée par une accélération secondaire créée par la transformation de l'énergie thermique de liquide en énergie thermique latente. Cette transformation s'effectue à la sortie de l'unité, en donnant un effet VI + V2 qui augmente fortement la vitesse et réduit le temps de réponse. La transformation du liquide en chaleur latente fragmente également l'eau en un nuage d'humidité atmosphérique et de vapeur d'eau. La décharge sous pression essentellement constante, combinée avec l'accélération secondaire, permettra la conception des unités à une pression beaucoup plus basse tout en maintenant encore un temps de réponse extrêmement rapide.
Les unites peuvent être conçues pour supprimer ou éteindre une déflagration renfermée de pratiquement tous les gaz, les vapeurs, les poussières, et elles peuvent avoir une application spécifique en pétrochimie, en chimie, dans le domaine pharmaceutique, dans le domaine alimentaire et dans les industries agrochimiques. Les unités pourraient également être utilisées dans certaines applications en tant que systèmes d'extinction d'incendie.