DE19957836A1 - Method and device for damping the pressure surge at flame arresters in the event of detonations - Google Patents
Method and device for damping the pressure surge at flame arresters in the event of detonationsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen des Druckstoßes an Flammensperren, insbesondere Bandsicherungen, bei Detonationen eines brennbaren Gas/Luft- und/oder Dampf/Luft-Gemisches in Anlagen-, Behälter- und Rohrleitungssystemen, bei dem die anlaufende Detonationsfront aufgeteilt wird.The invention relates to a method for damping the Pressure surge on flame arresters, in particular belt safety devices, detonations of a flammable gas / air and / or Steam / air mixture in plant, container and Piping systems in which the starting detonation front is divided.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Dämpfen des Druckstoßes an Flammensperren, insbesondere Bandsicherungen, bei Detonationen eines brennbaren Gas/Luft- und/oder Dampf/Luft-Gemisches in Anlagen-, Behälter- und Rohrleitungssystemen, mit in Rohrachsenrichtung liegenden Gehäuseteilen in Durchgangs- und Eckbauform und einer senkrecht zu dieser Achse angeordneten, zwischen den Gehäuseteilen eingespannten trockenen Flammensperre aus mindestens einer Bandsicherung mit oder ohne einen zur Zündquelle hin gerichteten Stoßfang. The invention further relates to a device for steaming the pressure surge on flame arresters, in particular Tape fuses, in the event of detonations of a flammable gas / air and / or steam / air mixture in plant, container and Pipe systems, with lying in the pipe axis direction Housing parts in through and corner design and one arranged perpendicular to this axis, between the Parts of the clamped dry flame arrester at least one tape backup with or without one Ignition source directed bumper.
Detonationssicherungen sind Elemente des konstruktiven Explosionsschutzes, die in Behältern, Anlagen und speziell in verbindenden Rohrleitungen, in denen brennbare Gas/Luft- Gemische und/oder Dampf/Luft-Gemische gelagert oder transportiert, die Ausbreitung (Fortpflanzung) detonativ verlaufender Explosionen verhindern sollen. Unter entsprechenden Prozeßbedingungen sowie Konfiguration der Anlagen, insbesondere der Länge der verbindenden Rohrleitungen, entwickeln sich Detonationen aus der Deflagration heraus mit Ausbreitungsgeschwindigkeiten bis zu 3000 m/s und Druckspitzen bis 100 bar.Detonation devices are elements of the constructive Explosion protection in containers, systems and especially in connecting pipelines in which flammable gas / air Mixtures and / or steam / air mixtures stored or transported, the propagation (propagation) detonatively prevent explosions. Under corresponding process conditions and configuration of the Attachments, especially the length of the connecting Pipelines, detonations develop from the Deflagration out with propagation speeds up to 3000 m / s and pressure peaks up to 100 bar.
Die bekanntlich in Detonationssicherungen eingesetzten Flammensperren, deren Wirkung auf dem Prinzip der flammenlöschenden Spalte beruht, müssen deshalb hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhalten. Um diese Belastungen zu reduzieren, setzt der Stand der Technik auf der der Zündquelle zugewandten Seite Konstruktionselemente ein, die die Stoßwelle der Detonationsfront vor dem Auftreffen auf die Flammensperre abschwächt.The well-known used in detonation devices Flame arresters whose effect is based on the principle of flame-extinguishing column is based, must therefore high withstand mechanical and thermal loads. To reduce these burdens, the state of the Technology on the side facing the ignition source Construction elements that the shock wave of Detonation front before hitting the flame arrester weakened.
So ist aus der DE 28 47 500 eine Detonationsbremse bekannt, die im wesentlichen aus einer halbzylinderförmigen Reflexionswand besteht, welche einen Großteil der Energie der Druckstoßwellen aufnimmt und den Druckstoß reduziert. Ähnliche Lösungen schlägt der Stand der Technik in der DE 1 0 75 501 und DE 11 92 980 vor.A detonation brake is known from DE 28 47 500, which essentially consists of a semi-cylindrical Reflection wall, which is a large part of the energy of the Absorbs pressure shock waves and reduces the pressure surge. The prior art proposes similar solutions in DE 1 0 75 501 and DE 11 92 980.
Aus der EP 0 375 455 A1 ist weiterhin ein topfförmiger Stoßfang bekannt, der in Richtung zur Zündquelle vor den Bandsicherungen angeordnet ist und die Energie einer möglichen Detonation abschwächen soll.EP 0 375 455 A1 is also a pot-shaped one Known bumper that towards the ignition source in front of the Tape fuses are arranged and the energy one mitigate possible detonation.
Diese bekannten Lösungen mindern zwar den Druckstoß auf die Bandsicherung, führen jedoch zur Erhöhung der Turbulenzen in der Flammenfront, so daß insbesondere bei ungünstigen Bedingungen, beispielsweise bei einer instabilen Detonation, unerwünschte Druckspitzen entstehen. Des weiteren besteht die Gefahr, daß sich hinter den Einbauten durch Reflexion an der Gehäusewand neue Detonationsfronten aufbauen, deren Druckspitzen unmittelbar auf die Bandsicherung wirken und einen Flammendurchschlag verursachen.These known solutions reduce the pressure surge on the Tape backup, however, lead to increased turbulence in the flame front, so that especially with unfavorable Conditions, such as an unstable detonation, undesirable pressure peaks arise. Furthermore there is Risk that behind the internals by reflection on the Build new detonation fronts on the housing wall Pressure peaks act directly on the tape backup and cause a flame breakdown.
Diese Nachteile versucht die DE 44 38 797 C1 dadurch zu beheben, daß zwischen Stoßfang und Flammensperre in kürzestem Abstand parallel zu der Flammensperre Strömungsgleichrichter angeordnet sind, die eine freie Strömungsfläche aufweisen, welche dem 0,5 bis 2,0-fachen des Anschluß- Nennweitenquerschnittes der Rohrleitung entspricht.DE 44 38 797 C1 tries to overcome these disadvantages fix that between bumper and flame arrester in the shortest possible time Distance parallel to the flame arrester flow straightener are arranged which have a free flow area, which is 0.5 to 2.0 times the connection Nominal cross-section of the pipeline corresponds.
Eine andere bekannte Lösung des Standes der Technik (DE 195 36 292 C2) sieht vor, die anlaufende Detonationsfront aufzuteilen und in einem Expansionsraum wieder zusammenzuführen. Die Aufteilung der Detonationsfront erfolgt in eine Hauptfront und eine Nebenfront, wobei die Hauptfront mit einer längeren Laufzeit in den Expansionsraum geleitet wird, so daß beim Eintritt der Hauptfront in den Expansionsraum dieser Verbrennungsgase der Nebenfront enthält. Die Wandanordnung zum Aufteilen und Umlenken der Detonationsfront bildet einen ersten Leitungsweg für die Hauptfront und einen zweiten Leitungsweg für die Nebenfront. Another known prior art solution (DE 195 36 292 C2) provides for the start of the detonation front split up and in an expansion room again merge. The detonation front is divided into a main front and a side front, being the main front headed into the expansion space with a longer duration is so that when the main front enters the Expansion space of these combustion gases on the secondary front contains. The wall arrangement for dividing and redirecting the Detonation front forms a first route for the Main front and a second line for the side front.
Die Leitungswege sind dabei so dimensioniert, daß die Hauptfront gegenüber der Nebenfront verzögert in den Expansionsraum eintritt.The lines are dimensioned so that the Main front compared to the secondary front delayed in the Expansion space occurs.
Alle diese bekannten Lösungen führen infolge ihrer im Strömungsweg befindlichen Einbauten oder durch zusätzliche Leitungen bzw. Reflexionswände zum Umlenken und Aufteilen der Detonationsfront zu hohen Druckverlusten und zu Problemen in der Reproduzierbarkeit im Betriebsverhalten der Armaturen. Zusätzlich erfordern die Einbauten größere Baulängen, wodurch die bekannten Armaturen materialintensiv sind und auch verteuert werden.All of these known solutions result from their im Internals or by additional Lines or reflective walls for redirecting and dividing the Detonation front to high pressure drops and problems in the reproducibility in the operating behavior of the fittings. In addition, the internals require longer lengths, which means the known fittings are material-intensive and also become more expensive.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, die Bandsicherung mit oder ohne vorheriger Umlenkung der Detonationsfront und weitgehend reflexionslos gleichmäßig unter gleichzeitiger Verkürzung der Baulänge zu beaufschlagen.In this prior art, the object of the invention based on a method and a device of the introduction to improve the type mentioned, the tape backup with or without redirecting the detonation front and largely reflection-free even at the same time Shorten the overall length.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die Aufteilung der Detonationsfront durch spaltähnliche Kanäle relativ großer Länge in eine Vielzahl von Teilreaktionsfronten erfolgt, denen bei Durchlaufen der Kanäle Wärmeenergie und kinetische Energie entzogen wird und die unmittelbar anschließend nahezu laminar und umlenkungsfrei der Bandsicherung zum Löschen etwaiger Flammen zugeführt werden.This task is accomplished by a method of the type mentioned at the beginning Genre solved in that the division of the Detonation front through gap-like channels of relatively large size Length in a variety of partial reaction fronts, those when passing through the channels thermal energy and kinetic Energy is withdrawn and immediately afterwards almost laminar and free of deflection of the tape securing for Extinguishing any flames can be supplied.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Aufteilung der Detonationsfront die Spaltweiten der Kanäle deutlich über den Normspaltweiten des jeweiligen Gas/Luft- und/oder Dampf/Luft-Gemisches und die Spaltlängen der Kanäle deutlich über denen der Bandsicherung in Abhängigkeit der Art, Temperatur und des Druckes des Gas/Luft- bzw. Dampf/Luft- Gemisches eingestellt.In a further preferred embodiment of the inventive methods for dividing the Detonation front clearly the gap widths of the channels the standard gap widths of the respective gas / air and / or Steam / air mixture and the gap lengths of the channels clearly above those of tape backup depending on the type Temperature and pressure of the gas / air or steam / air Mixture set.
Es haben sich Spaltweiten der Kanäle von mindestens 10 bis 200%, vorzugsweise 80%, größer als die Spaltweite der Bandsicherung und Spaltlängen der Kanäle von mindestens das 1- bis 20-fache, vorzugsweise 6,3-fache der Spaltlänge der Bandsicherung, als vorteilhaft erwiesen.The channels have gap widths of at least 10 to 200%, preferably 80%, larger than the gap width of the Tape securing and gap lengths of the channels of at least 1 to 20 times, preferably 6.3 times the gap length tape backup, proved to be advantageous.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Teilreaktionsfronten der Detonationsfront in Größe und Richtung gleichmäßig ausgebildet sind.Another preferred embodiment of the invention The method provides that the partial reaction fronts of the Detonation front uniform in size and direction are trained.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Aufteilung der Detonationsfront in Teilreaktionsfronten vor oder nahe der Bandsicherung, so daß die Bandsicherung nahezu laminar über die gesamte Einbaufläche weitgehendst ohne Transversalstöße beaufschlagt wird.In a further advantageous embodiment of the The inventive method is divided Detonation front in partial reaction fronts before or near the Tape backup so that the tape backup is almost laminar over the entire installation area largely without transverse joints is applied.
Die Aufgabe wird weiterhin mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß auf der der Zündquelle zugewandten Seite des Gehäuseteils nahe der Bandsicherung parallel zu dieser ein bandsicherungsartiger Vorfilter angeordnet ist, dessen Spaltweite deutlich über der Normspaltweite des jeweiligen Gas/Luft- und/oder Dampf/Luft-Gemisches und deutlich über der Spaltlänge der Bandsicherung liegt. The task continues with a device of initially mentioned genre solved in that on the Ignition source facing side of the housing part near the Tape backup parallel to this a tape backup Pre-filter is arranged, the gap width clearly above the standard gap width of the respective gas / air and / or Steam / air mixture and clearly over the gap length of the Tape backup is located.
Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Spaltweite des Vorfilters mindestens 10 bis 200%, vorzugsweise 80%, über der Spaltweite der Bandsicherung.According to a further preferred feature of the invention Device, the gap width of the prefilter is at least 10 to 200%, preferably 80%, over the gap width of the Tape backup.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Spaltlänge des Vorfilters die Spaltlänge der Bandsicherung um mindestens das 1- bis 20- fache, vorzugsweise 6,3-fache, übersteigt.Another preferred feature of the invention The device provides that the gap length of the prefilter is Gap length of the band lock by at least the 1- to 20- times, preferably 6.3 times.
Bandsicherung und Vorfilter sind in zweckmäßig durch ein sternförmiges Abstandselement beabstandet, wobei in den Raum zwischen Bandsicherung und Vorfilter ein Temperaturfühler hineinragend angeordnet ist.Band protection and pre-filter are useful in one spaced apart star-shaped spacer, being in the space a temperature sensor between the band fuse and the pre-filter is arranged protruding.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Vorfilter direkt auf der Bandsicherung aufgesetzt angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Baulänge der Armatur extrem zu verkürzen.In a further preferred embodiment of the invention The device is the pre-filter directly on the belt fuse arranged on top. This enables the overall length to shorten the valve extremely.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Vorfilter dem Stoßfang vor- und/oder nachgeordnet oder in oder am Stoßfang angeordnet.In a further embodiment of the invention, the prefilter is upstream and / or downstream of the bumper or in or on Bumper arranged.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die auf den Vorfilter auftreffende Detonationsfront durch die langen engen Kanäle des Vorfilters in eine Vielzahl von Teilreaktionsfronten unter erheblicher Dämpfung des mechanischen Druckstoßes vereinzelt werden. Über die Grenzschichten der Kanalwände erfolgt ein Entzug der Wärmeenergie, der zu einer Schwächung der Flammenfront führt. Beim Durchströmen dieser Kanäle des Vorfilters werden die Turbulenzen der Teilreaktionsfronten erheblich vermindert. The solution according to the invention is characterized in that the detonation front hitting the prefilter through the long narrow channels of the pre-filter into a variety of Partial reaction fronts with considerable damping of the mechanical pressure surge can be isolated. About the Boundary layers of the channel walls are removed Thermal energy that leads to a weakening of the flame front. When flowing through these channels of the pre-filter, the Turbulence of the partial reaction fronts significantly reduced.
Transversalstöße werden weitgehend unterdrückt, so daß der Detonationsfront die wichtigste Triebkraft entzogen ist. All diese Merkmale führen dazu, daß beim Austreten der Teilreaktionsfronten aus dem Vorfilter eine nahezu laminare Ausbreitung vorliegt.Transverse impacts are largely suppressed, so that the Detonation front the main driving force is withdrawn. All of these features mean that when the Partial reaction fronts from the prefilter are almost laminar Spread is present.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die aus der Detonation herrührenden Druckstöße ohne Stoßfang oder Reflexionswände bei geringem Druckverlust unter Reduzierung der Baulänge der Armaturen abzubauen.With the present invention it becomes possible to derive from the Detonation-related pressure surges without a bumper or Reflection walls with little pressure loss with reduction the overall length of the fittings.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.Further advantages and details emerge from the following description with reference to the attached drawings.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is intended to be based on an exemplary embodiment are explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung von Flammensperre und Vorfilter ohne Stoßfang als Durchgangsbauform bei einseitiger Beaufschlagung, Fig. 1 shows a basic arrangement of flame arrester and prefilter without shock absorber as through design with one-sided impingement
Fig. 2 eine Variante gemäß Fig. 1, jedoch mit beidseitiger Beaufschlagung, Fig. 2 shows a variant of FIG. 1, but with double-sided impingement
Fig. 3 eine weitere Variante gemäß Fig. 1 in Eckbauform bei einseitiger Beaufschlagung, Fig. 3 shows a further variant according to FIG. 1 in angled design with one-sided impingement
Fig. 4a-4c Anordnungen von Bandsicherungen und Vorfilter mit Stoßfang als Durchgangsbauform bei einseitiger Beaufschlagung und Fig. 4a-4c arrangements of tape fuses and pre-filter with bumper as a passage design with one-sided exposure and
Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung, in der der Vorfilter direkt auf die Bandsicherung aufgesetzt ist. Fig. 5 shows a further embodiment of the invention, in which the pre-filter is placed directly on the belt fuse.
In einer Rohrleitung 1, die zu einem nicht dargestellten Behälter mit explosionsfähigem Gas/Luft-Gemisch führt, ist in axialer Richtung die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 mittels Flansch 3 befestigt. Die Vorrichtung 2 besteht aus einem Gehäuseteil 4 und einem Gehäuseteil 5. Die aus einer vierfachen Bandsicherung 6, Abstandselementen 8 und 10 bestehende Flammensperre 7 ist nach Fig. 1 senkrecht zur Rohrachse bzw. Gehäuseachse zwischen den beiden Gehäuseteilen 4 und 5 eingespannt. Die Bandsicherungen 6 stützt sich an dem innenseitig am Gehäuseteil 4 anliegenden sternförmigen Abstandselement 8 ab.In a pipeline 1 , which leads to a container (not shown) with an explosive gas / air mixture, the device 2 according to the invention is fastened in the axial direction by means of a flange 3 . The device 2 consists of a housing part 4 and a housing part 5 . The flame arrester 7 , consisting of a fourfold band fuse 6 , spacer elements 8 and 10 , is clamped between the two housing parts 4 and 5 perpendicular to the pipe axis or housing axis according to FIG. 1. The tape fuses 6 are supported on the star-shaped spacer element 8 lying on the inside of the housing part 4 .
In dem hier gewählten Beispiel weisen die Bandsicherungen 6 eine Spaltweite von 0,5 mm und eine Spaltlänge von 10 mm auf. In dem zur Zündquelle hin liegenden Gehäuseteil 5 liegt senkrecht zur Rohrachse ein Vorfilter 9 ein, der sich an dem sternförmigen Auflageelement 10 der Flammensperre 7 abstützt. Der Vorfilter 9 besteht aus einem bandsicherungsartigen Ellement mit einer Spaltweite von 0,9 mm und einer Spaltlänge von 63 mm. Der Vorfilter 9 befindet sich im kürzesten Abstand von der eigentlichen Flammensperre 7 entfernt.In the example chosen here, the band securing devices 6 have a gap width of 0.5 mm and a gap length of 10 mm. In the housing part 5 lying towards the ignition source, there is a pre-filter 9 perpendicular to the tube axis, which is supported on the star-shaped support element 10 of the flame arrester 7 . The prefilter 9 consists of a band-securing element with a gap width of 0.9 mm and a gap length of 63 mm. The prefilter 9 is at the shortest distance from the actual flame arrester 7 .
Bei Detonation eines beispielsweise Äthylen/Luft-Gemisches bewegt sich die Detonationsfront auf den Vorfilter 9 zu und dringt in die im Vorfilter 9 durch die Spaltweite der einzelnen Lagen der Bandsicherung gebildeten voneinander getrennten Kanäle ein. Es erfolgt eine Aufteilung der Detonationsfront in nebeneinander liegende parallele Teilrekationsfronten, die sich durch die Kanäle der Bandsicherung bewegen. Den einzelnen Fronten wird beim Durchlaufen der Kanäle Wärmeenergie entzogen und die Turbulenzen werden erheblich vermindert.Upon detonation of, for example, an ethylene / air mixture, the detonation front moves toward the prefilter 9 and penetrates into the channels separated from one another in the prefilter 9 by the gap width of the individual layers of the band fuse. The detonation front is subdivided into parallel partial partial front fronts which move through the channels of the tape fuse. Thermal energy is extracted from the individual fronts as the channels pass through and the turbulence is considerably reduced.
In dem hier gewählten Beispiel wurde die Spaltweite des Vorfilters 9 auf über 80% der Spaltweite der Bandsicherung 6 der Flammensperre 7 eingestellt. Er liegt somit signifikant über der Normspaltweite des Äthylen/Luft-Gemisches. Die gewählte Spaltlänge beträgt das 6,3-fache der Spaltlänge der eigentlichen Bandsicherung 6.In the example selected here, the gap width of the prefilter 9 was set to over 80% of the gap width of the band fuse 6 of the flame arrester 7 . It is therefore significantly above the standard gap width of the ethylene / air mixture. The selected gap length is 6.3 times the gap length of the actual tape securing device 6 .
In den Fig. 2 und 3 sind entsprechende Ausführungsvarianten der Erfindung dargestellt.In FIGS. 2 and 3 corresponding embodiments of the invention are shown.
Fig. 4 zeigt die Kombination von Stoßfang 11 und Vorfilter 9, wobei der Vorfilter je nach Erfordernis vor, hinter, am oder im Stoßfang 11 vorgesehen sein kann, ohne die Erfindung zu verlassen. Fig. 4 shows the combination of shock absorber 11 and prefilter 9, wherein the pre-filter may be provided as required before, behind on or in the shock absorber 11, without departing from the invention.
Eine weitere Variante einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt die Fig. 5 dar. In dieser Variante ist der Vorfilter 9 direkter Bestandteil der Bandsicherung 6. Die durch den Vorfilter 9 vereinzelten Teilreaktionsfronten der Detonationsfront treffen direkt auf die Bandsicherung 6 auf. A further variant of an embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 5. In this variant, the pre-filter 9 is a direct component of the band fuse 6 . The partial reaction fronts of the detonation front separated by the prefilter 9 strike the band fuse 6 directly.
11
Rohrleitung
Pipeline
22nd
Vorrichtung
contraption
33rd
Flansch an Flange on
11
44th
Gehäuseteil
Housing part
55
Gehäuseteil
Housing part
66
Bandsicherung
Tape backup
77
Flammensperre
Flame arrester
88th
Abstandselement
Spacer
99
Vorfilter
Prefilter
1010th
Abstandselement
Spacer
1111
Stoßfang
Bumper
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