DE2416358B2

DE2416358B2 - Gasführungsleitung für Explosivgase

Info

Publication number: DE2416358B2
Application number: DE2416358A
Authority: DE
Inventors: Manfred 4300 Essen Blase
Original assignee: Didier Engineering 4300 Essen GmbH
Current assignee: Didier Engineering 4300 Essen GmbH
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1974-04-04
Publication date: 1979-01-18
Also published as: JPS50142601A; CA1034058A; JPS5315924B2; SE7503833L; DE2416358A1; DE2416358C3; AU7976675A; FR2266848B1; BE827515A; FR2266848A1; ZA752160B; SE403258B; GB1508010A; AU500061B2; ES436002A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasführungslciiung für Explosivgase bzw. Gasmischungen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Grundsätzlich besteht bei jeder Führung eines Explosivgases, wenn dieses mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Berührung kommt, bzw. bei jeder Führung einer Gasmischung mit einer explosiven Mischungskomponente die Gefahr, daß dann, wenn die Führungsleitung bei einer Anlage mündet, die über irgendeine Einrichtung verfügt, von der ein Zündfunke ausgehen kann, die Gefahr einer Explosion des in der Leitung geführten Gases. Diese Gefahr besteht insbesondere, wenn es sich bei der über die Gasleitung versorgten Anlage um eine solche handelt, die über ein und dieselbe Leitung wechselweise mit verschiedenen Gasen bzw. Gasmischungen zu versorgen is! Als Beispiel einer derartigen Anlage kann ein starkgasbcheizler Regcnerativ-Koksofen genannt werden, bei dem in regelmäßigen Perioden ein Wechsel zwischen Brenngas und Luft stattfindet. Insbesondere handelt es sich dabei einerseits um Koksofengas und andererseits um Degraphitierungsluft.

Währenddes Versorgungswcchsels von Koksofengas auf Degraphitierungsluft bzw. von letzterer auf das Koksofengas bildet sich in der Gasführungsleitung jeweils eine die beiden Komponenten enthaltende Gasmischung aus, wobei die beiden Komponenten unter bestimmten Bedingungen, nämlich einer Initialzündung, -, zu einer chemischen Reaktion neigen, die die Form von Explosionen oder Detonationen annehmen kann.

Zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Explosionsgefahr werden die Gasströmungsgeschwindigkeiten üblicherweise so gewählt, daß bei voller Leistung der

in versorgten Anlage in den Führungsrohren eine turbulente Strömung herrscht und somit explosive Gasmischungen nur auf einer kurzen Länge der Führungsleitung auftreten. Außer dem genannten Volleistungsbetrieb der Anlage gibt es jedoch in der

π Regel weitere Betriebszuslände, beispielsweise die Anheizphase der Koksofenanlage oder den Betrieb mit gedrosselter Leistung, bei denen die Strömungsgeschwindigkeiten in den Gasführungsleitungen herabgesetzt werden müssen. Diese reduzierten Strömungsge-

2(i schwindigkeiten haben jedoch eine laminare Strömungsausbildung zur Folge, die ihrerseits sich über längere Teile der Gasführungsleitung erstreckende Gasmischungszone zwischen den einzelnen Komponenten zur Folge hat. Derartige längere Übergangszonen

_r> stellen jedoch ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, da in derartigen längeren Zonen die Explosionsgefahr wesentlich größer ist und unter anderem die Möglichkeit besteht, daß eine einmal eingetretene Explosion sich sehr weit ir derGasführungsleilung ausdehnt,so daß die

in durch die Explosion bewirkte Zerstörung entsprechend erhebliche Ausmaße annehmen kann.

Die die Explosion auslösende Initialzündung besteht bei der als spezielles Beispiel genannicn Koksofcnanlage in dem mindestens auf Zündtemperatur befindlichen

Γ. Brennerkopf.

Eine Gasfuhrungsleilung der eingangs bezeichneten Gattung ist aus der DD-PS 45 690 bekannt, bei der der Verdrängungskörper aus einem sechskantförmigen Bolzen besteht und in eine kreiszylindrische Aüsneh-

Hi mung einer Hülse eingepaßt ist, und zwar derart, daß durch cndseitigc Schlitze und neben den Sechskantflächen liegende Kanäle ein Gasdurchgang gebildet ist. Der sechskantförmige Verdrängungskörper dient der Bildung einer Flammensperre, die in ihrer Wirkungslagc

η unter gleichzeitiger Bildung engster freier Querschnitte festgehalten ist. Der beispielsweise Einbau entsprechender Gasführungsleitungen, die in der DD-PS als Rückschlagsichcrungen bezeichnet sind, bei einer Koksofenanlage mit etwa 30 oder mehr Brcnnstellen,

">ii hätte die Notwendigkeit des Einbaus einer gleichen Anzahl von Rückschlagsicherungen zur Folge, was einen sehr erheblichen baulichen und auch Kostenaufwand nach sich ziehen würde. Im übrigen handelt es sich bei dem Verdrängungskörper nicht um einen solchen

v, aus einem elastischen Material.

Aus VFDB-Zeitschrifl, 1970, S. 31 bis 33, ist eine Rohrlcitungsstrecke bzw. ein Behälter bekannt, in deren bzw. dessen Innerem eine regellose Schüttung von Füllkörpern, sog. Raschigringcn vorgesehen ist. Diese

in Füllkörper bestehen aus Stahl. Die vorgesehene Schüttung bildet dabei eine Flammensperre. Die Tatsache der Schüttung der Raschigringe und damit der losen Anordnung derselben stellt den wohl einzigen echten Berührungspunkt mit der vorliegenden lirfin-

ir> dung dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs hinsichtlich ihrer Gaming bezeichnete Gasführungslcitung derart auszubilden und zu verbessern,

daß die Gefahr einer Entstehung einer Explosion weitestgehend reduziert wird bzw. die Auswirkungen einer einmal eingetretenen Explosion soweit verringert werden, daß die Gasführungsleitung nicht beschädigt wird, so daß ein unmittelbarer Weiterbetrieb der versorgten Anlage gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungs<:einäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs I angegebenen Maßnahmen gelöst.

Ein entsprechend ausgebildeter und angeordneter Verdrängungskörper hat, wie ausführliche Versuche gezeigt haben, einen sehr günstigen Einfluß auf die Explosionsgeschwindigkeit und den Explosionsdruck. Insbesondere haben die Versuche, wie weiter unten noch ausführliche! angegeben werden wird, eine Reduzierung der Explosionsgeschwindigkeit um etwa den Faktor 10 und eine Reduzierung des Explosionsdruckes um etwa den Faktor 100 offenbart. Die Reduzierung sowohl der Explosionsgeschwindigkeit als auch des Explosionsdrucks beruht auf dem Umstand, daß durch die Einsetzung des Verdrängungskörpers in das Rohrinnere eine vergrößerte Oberfläche geschaffen ist; sie beruht desweitcren auf dem Umstand, daß infolge der entsprechenden Einsetzung des Verdrängungskörpers erheblich größere Gasgeschwindigkeiten im Rohrinneren erreicht werden, wodurch seinerseits die Bildung längerer Übergangszonen explosiver Gasgemische verringert wird.

Im Hinblick auf das Material, aus dem der Verdrängungskörper bestehen kann, wird durch die Erfindung zur entsprechenden zweckmäßigen Ausbildung desweiteren vorgeschlagen. Stein- oder Glaswolle für die Herstellung des Verdrängungskörpers zu verwenden. Bei der Herstellung des Verdrängungskörper aus einem derartigen Material besteht keine Gefahr einer Beeinträchtigung des Verdrängungskörpers beim Auftritt von Explosionen.

Hinsichtlich der körperlichen Gestaltung des Verdrängungskörper schlägt die Erfindung ferner vor, daß der Verdrängungskörper eine Zylindergestalt aufweisen soll und daß der Außendiirchmesser dieses zylindrischen Verdrängungskörpers /um Innendurchmesser des Gasrohrs im Verhältnis von etwa 2 : 3 stehen soll. Derartige Verhältnisse gewährleisten wirtschaftlich vertretbare Strömungsverhältnisse bei zugleich sicheren Betriebsmöglichkeiten, d. h. bei zugleich günstiger Reduzierung der Explosionsgeschwindigkeil und des üxplosionsdrucks.

Ferner kann vorgesehen werden, düß de." zylindrische Verdrängungskörper als Hohlzylinder gestaltet ist und daß der Innendurchmesser dieses hohlzylindrischcn Verdrängungskörpers dem etwa halben Wert des Außendürchmessers des hohlzylindrischen Verdrängungskörpers entspricht. Zwar wird durch die hohlzylindrischc Ausbildung des Verdrängungskörpers die Gasströmungsgeschwindigkeit, selbstverständlich bei gleichen Gasfördermengen, wieder erniedrigt, was an sich einen negativen Einfluß auf die Explosionsausbreitungsgcschwindigkeit hat; jedoch wi^rd durch die hohlzylindrische Ausbildung des Verdränungskörpers zugleich die vom Gas bestrichene Gesamtoberfläche vergrößert, so daß sich insgesamt in etwa wieder derselbe Sicherheitsfaktor ergibt. Unter Berücksichtigung etwa desselben Sicherheitsfaktors besteht der Vorteil einer derartigen hohlzylindrischen Ausbildung in der Möglichkeit, leistungsschwächere Gasförderungsgcräle, wie Pumpen, verwenden zu können.

Sowohl im Hinblick auf die Hcrstellbarkeit der Verdrängungskörper als auch im Hinblick auf ihre Einsetzung in das Kohrinnere kann des weiteren vorgesehen werden, daß der Verdrängungskörper aus mehreren im Rohrinneren lose hintereinander eingesetzten Teilstücken besteht.

Im folgenden wird die Erfindung weiter ins einzelne gehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Gasführungsleitung und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine derartige Leitung, wobei es sich bei dem im Längsschnitt dargestellten Abschnitt um einen solchen mit einer endlichen Länge handelt, wie er bei den noch zu erläuternden Versuchen verwendet worden ist.

Die Gasführungsleitung besteht in üblicher Weise aus einem Rohr !,dessen Wandstärke in den schematischen Darstellungen der Figuren nicht eingezeichnet ist. Im Inneren 2 des Rohres 1 ist ein Verdrängungskörper 3 lose eingesetzt. Der Außendurchmesser dieses Verdrängungskörpers 3 entspricht etwa dem ²/i-Wert des Innendurchmessers des Rohrinneren 2. Der als f fohlzylinder ausgebildete Verdrängungskörper 3 besitzt einen Innendurchmesser etwa in der Größe des halben Außendurchmessers.

Wie insbesondere aus F i g. 2 zu erkennen ist, besteht der Verdrängungskörper 3, aus mehreren Teilstücken 4. die lose hintereinander im Rohrinneren 2 eingesetzt sind. Jedes Teilstück 4 besteht aus zwei Halbschalen 5a 5b wie durch die Trennlinie 6 in F i g. 2 angedeutet ist. Um die beiden Halbschalen 5n, 56 jedes Teilstücks 4 zusammenzuhalten, ist außenseitig an jedem Teilstück 4 ein Drahtgebinde 7 vorgesehen, das aus ein/einen um den Umfang jedes Teilstücks 4 herumgeführten Drähten besteht.

Wie insbesondere aus F i g. 2 zu ersehen ist, erstreckt sich der Verdrängungskörper 3 über die gesamte Länge des Rohrinncrcn 2. Er besteht dabei in bevorzugter Weise entweder aus Stein- oder aus Glaswolle. Infolge der Verwendung dieser Materialien für den Verdrängungskörper 3 besitzt dieser eine sehr große Oberfläche, die von dem geführten Gasstrom bestrichen wird. Darüber hinaus ist der Verdrängungskörper 3 infolge dieser Materialien in bestimmtem Ausmaße elastisch.

Im Anschluß an die Entwicklung wurden Vergleichsversuche mit Rohren einmal ohne und einmal mit Verdrängungskörper durchgeführt. In beiden Fällen wurden Rohre mit einem Innendurchmesser von 125 mm und für die Gasmischung ein Brenngas aus 30% Methan und 70% Wasserstoff verwendet, dem so viel Luft beigemischt wurde, daß in dem dabei entstehenden Mischgas etwa 21 Vol.-% Brenngas enthalten waren. Gezündet wurde diese explosive Gasmischung an einem der beiden durch Blindflansche 8 verschlossenen Rohrenden. Das der Messung zugrunde gelegte Rohr besaß eine Gesamtlänge von 16 m, wobei im Abstand von 5 m vom Zündpunkt eine erste Meßstelle und in weiteren Abständen von je 5 m zweite und dritte Meßstellen vorgesehen wurden. An diesen drei Meßstellen wurden je Detektoren zur Feststellung des Explosionsdrucks und der Explosionsgeschwindigkeit angeordnet. Ein weiterer Detektor zur Feststellung des Explosionsdrucks wurde an einer vierten Meßstelle im Zentrum des der Zündstelle gegenüber liegenden Blindflansches 8 angeordnet. Kurz vor dem im rechten Teil der F i g. 2 erkennbaren Blindflansch 8 war bei dem bei den Versuchen verwendeten Rohr 1 eine Muffe 9 von etwa 2" vorgesehen. Über diese in nirhi

dargestellter Weise verschließbare Muffe 9 konnte das Rohrtnnerc 2 mit der äußeren Umgebung in Verbindung gebracht werden. Diese verschließbare Muffe 9 wurde bei den Versuchen vorgesehen, um feststellen zu können, ob die Verbindung des Rohrinneren 2 mit der Umgebung einen positiven Einfluß auf die Reduzierung der Explosionsgcschwindigkeit und des Explosions-

Ta bei I c I

drucks auszuüben vermag.

Bei den Versuchen mit einem Rohr ohne den Verdrängungskörper 3 ergaben sich die aus der Tabelle 1 ersichtlichen Ergebnisse. Die Ergebnisse der Versuche bei einem Rohr mit dem Verdrängungskörper 3 sind aus der Tabelle 2 zu entnehmen.

Muffe	/ündinitiiil	lixplosionsyeschwindigkeil (m/sl	5 - 10 tu	10-15 m	5-IOm	IO - 15 m	l'A\|il(isionsdruck (bar)	Hl in	10m	15 ni	Hun sch
		0-5 m	830	1670	5 m	11,4		41	65
Geschlossen	Zündkerze	118	715	2000	7	15	2X	50
Geschlossen	Zündgehäusc 2500 cm^! 2 ehem. Zünder	161	715	2000	Il	16	31	50
O lic η	Zündgehäusc	161			9,5
Tabelle 2			lixplosionsyescliwindiykeil (m/s)		IAplosionstlruck (bar)
Muffe	/ündiiiitiül	0-5 in	5 m	15m	I lausch

Geschlossen	Zündkerze	227	243	323
Geschlossen	2 ehem. Zünder	218	238	250
Geschlossen	Zündgehäusc 200 cm' Zündkerze	161	250	250
Offen	2 ehem. Zünder	218	250	250
Offen	Zündgchäuse 200 cm³ Zündkerze	147	250	250
Ollen	Zündgehäusc 2500 cm¹	185	218	238

0,4
0,4
0,4

0,45
0,4

0,45

0,55
0,55
0,55

0,5
0,5

0,5

0,55

0,5

0,45 0,4

0,7

0,75

OJ

0,75

0,45 0,35

0,45

Wie aus den Werten der beiden Tabellen zu ersehen ist, hat die Einsetzung eines Verdrängungskörpers, der bei den Versuchen als Hohlkörper mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einem Innendurchmesser von 60 mm gestaltet und aus Steinwolle hergestellt war, eine Reduzierung der Explosionsgeschwindigkeit um einen Faktor von nahezu 10 und eine Reduzierung des Explosionsdrucks um einen Faktor von nahezu 100 mit sich gebracht. Aufgrund vorbekannter Versuche war an sich damit zu rechnen, daß die Einsetzung eines Verdrängungskörpers zu höheren Explosionsdrückcr und zu einer größeren Explosionsgeschwindigkei führen würde, da die vorbekannten Versuche unc zugehörige Messungen einen Anstieg der Druckan Stiegsgeschwindigkeit mit Abnahme des Gehäusevolu mens gezeigt hatten; die vorliegende Erfindung führ also im Wege der Verwendung eines Verdrängungskör pers zu einem aufgrund der vorbekannten Versuche ir keiner Weise zu erwartenden gegenteiligen Ergebnis.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasführungsleitung für Explosivgase bzw. Gasmischungen mit einer derartigen Komponente, insbesondere für im Wechselbetrieb mit einerseits brennbaren und andererseits sauerstoffhaltigen Gasen versorgte Anlagen mit einer eine Gaszündung ermöglichenden Einrichtung, wobei in die Gasführungsleitung ein Verdrängungskörper eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) aus elastischem Material besteht und lose im Rohrinneren (2) eingesetzt ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) aus Stein- oder Glaswolle besteht.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verdrängungskörper (3) über die gesamte Länge des Rohrinneren (2) erstreckt.

4. Leitung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) eine Zylindergestalt aufweist.

5. Leitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des zylindrischen Verdrängungskörpers (3) zum Innendurchmesser des Gasrohres (1) im Verhältnis von etwa 2 : 3 steht.

6. Leitung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) eine Hohlzylindergestalt aufweist.

7. Leitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Verdrängungskörpers (3) dem etwa halben Wert des Außendurchmessers des hohlzylindrischen Verdrängungskörpers (3) entspricht.

8. Leitung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörpers (3) aus mehreren im Rohrinneren (2) lose hintereinander eingesetzten Teilstücken (4) besteht.