CH629388A5

CH629388A5 - Vorrichtung zur sicherung gegen rueckzuendung in explosiblen gasstroemen.

Info

Publication number: CH629388A5
Application number: CH509278A
Authority: CH
Inventors: Rolf Germerdonk; Adam Jonas; Claus Gockel; Werner Huening; Goetz-Gerald Boerger
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1982-04-30
Also published as: FR2390178A1; NL7805098A; FR2390178B1; GB1590163A; IT1094659B; IT7823383A0; DE2721871A1; BE866992A; JPS53141940A; DE2721871C2; JPS6138368B2; US4217316A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sicherung einer ein zündfähiges Gas enthaltenden Rohrleitung gegen Rückzündung. Sie beruht auf dem bekannten Prinzip der Tauchsicherung, bei der der explosible Gasstrom durch eine Flüssigkeitsschicht geleitet wird. Die dazu erforderliche Apparatur besteht aus einem teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter und mindestens einem in die Flüssigkeit eintauchenden horizontalen, am Ende abgeschlossenen Einleitrohr mit Bohrungen für den Austritt des Gases in die Flüssigkeit.

s Derartige Apparaturen sind seit vielen Jahren bekannt und auch auf dem Markt erhältlich. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass diese Tauchsicherungen nicht in allen Fällen sicher arbeiten. Zwischen dem Einleitrohr und der Flüssigkeitsoberfläche können sich schlauchförmige Gasver-lo bindungen bilden, durch die eine Rückzündung möglich ist. Dieses Problem tritt insbesondere bei grossen Durchsätzen auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Sicherheit der Tauchsicherung zu verbessern und vor allem bei hohen i5 Gasdurchsätzen ein einwandfreies und betriebssicheres Arbeiten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Bohrungen einen Durchmesser von 3 bis 10 mm aufweisen und der Abstand der Bohrungen mindestens doppelt 20 so gross wie ihr Durchmesser ist, dass sich die Einleitrohre nur über einen Teil der gesamten Länge der Flüssigkeitsschicht erstrecken und der Gasauslassstutzen über dem rohrfreien Teil der Flüssigkeitsschicht angeordnet ist, und dass am Ort der Flüssigkeitsoberfläche ein Beruhigungsgitter an-25 gebracht ist um die Wellen in der Flüssigkeit zu dämpfen.

Die spezielle Dimensionierung der Bohrungen in den Einleitrohren gewährleistet, dass das Gas die Flüssigkeitsschicht nur in Form von feinverteilten kleinen Einzelblasen durchströmen kann. Dadurch wird die Ausbildung von zu-30 sammenhängenden Kanälen in der Flüssigkeitsschicht vermieden. Die Aufteilung im Behälter mit einem rohrfreien Teil und der in diesem Teil befindliche Gasauslassstutzen sorgen dafür, dass ein aus dem Stutzen in den Behälter eintretender Explosionsstoss die Einleitrohre nicht freilegen 35 kann. Das Beruhigungsgitter an der Flüssigkeitsoberfläche bewirkt eine starke Dämpfung von Wellen in der Flüssigkeit, die zu Instabilitäten in der Gasströmung führen. Durch die Kombination dieser Massnahmen konnte die Betriebssicherheit der Tauchsicherung wesentlich verbessert werden. 40 Vorzugsweise haben die Bohrungen einen Durchmesser von 3-10 mm und sind zweckmässig in der unteren Hälfte der Mantelfläche, unter ca. 45° gegen die Normale orientiert, angeordnet. Im Hinblick auf das Zusammenwachsen der Gasblasen ist es günstig, wenn die Bohrungen gegeneinander 45 versetzt sind. Aus dem gleichen Grunde sollte der Abstand der Bohrungen grösser als 2 d, vorzugsweise 2,5 bis 3 d, betragen (d = Durchmesser der Bohrung).

Ist der Gasdurchsatz so gross, dass sich bei einer Tauchsicherung mit nur einem Einleitrohr darin eine zu grosse so Strömungsgeschwindigkeit ergibt (>20 m/sec.), so wird wegen der dann auch zu grossen Austrittsgeschwindigkeit aus den Bohrungen (>40 m/sec.) die sperrende Flüssigkeitsschicht zu stark von den Gasstrahlen mitgerissen, und die Forderung nach der Bildung von getrennten Gaseinzelblasen 55 ist nicht mehr sicher erfüllt. Vorteilhaft werden dann mehrere parallele Einleitrohre mit Bohrungsreihen gleicher Eintauchtiefe nebeneinander im Behälter angeordnet. Der freie Zwischenraum von einem Rohr zum anderen soll dabei mindestens 50 mm betragen, um eine gegenseitige Beeinflussung 60 der aus den Bohrungen austretenden Gasstrahlen zu verhindern. Die Anordnung mehrerer paralleler Einleitrohre ermöglicht auch das rückzündsichere Einleiten verschiedener Gasströme, womit zugleich erreicht wird, dass kein abgetauchter Gasstrom an die Quelle eines anderen gelangen 65 kann. Dies ist besonders wichtig wenn die in einem Äbgas-strom vorhandenen Stoffe mit den Produkten, die an der Quelle eines anderen Abgasstromes vorhanden sind, in unerwünschter Weise reagieren würden.

Ausführungsformen der Erfindung mit konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der gesamten Tauchsicherung,

Fig. 2 eine vergrösserte Seitenansicht des Einleitrohres und

Fig. 3 einen Teilausschnitt des Einleitrohres in der Darstellung gemäss Fig. 1.

Hauptbestandteil der Tauchsicherung ist der zylindrische, horizontalliegende, druckfeste Behälter 1, der teilweise mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt ist. Ein oder mehrere horizontale Gaseinleitrohre 2 sind nahe beim Behälterboden mittels Anschlussflanschen 3 und 4 gehalten. Ihre Länge ist so bemessen, dass sie sich etwa über 2/3 der gesamten Behälterlänge erstrecken. Am rechten Behälterende verbleibt also ein Raum 5, der von Einleitrohren frei ist. In diesem rohrfreien Teil befindet sich der Gasaustrittsstutzen 6. Die Anschlussflansche 4 am Ende der Gaseinleitrohre 2 sind mit einer vertikalen Platte 7 verbunden, die bis auf schmale Toleranzspalte den Flüssigkeitsraum 5 unter dem Gasaustrittsstutzen 6 von dem übrigen Flüssigkeitsraum abteilt. Die Gasströmung über den Einleitrohren 2 wird jedoch durch die vertikale Abschirmplatte 7 nicht beeinträchtigt. Ein Explosionsschlag aus dem Stutzen 7 kann bei dieser Konstruktion nur die Flüssigkeit aus dem Raum 5 wegblasen, nicht jedoch die Rohre 2 freilegen und in die Gaszuleitung 8 durchzünden. Die Gaszuleitung 8 ist knieförmig ausgebildet und mündet von oben her in die Gaseinleitungsrohre 2. Die höchste Stelle der Zuleitung 8 liegt über dem Flüssigkeitsniveau 9, so dass ein Zurückdrücken von Wasser in die Gaszuleitungen bei kurzzeitigem Überdruck im Behälter 1 verhindert wird. Zugleich wird durch diese siphonartige Anordnung verhindert, dass beim getrennten Einleiten mehrerer Gasströme in eine Tauchsicherung diese leergesaugt werden kann, wenn in einer der Gaszufuhrleitungen versehentlich Unterdruck entsteht.

Die Einleitrohre 2 sind auf ihrer Unterseite mit einer oder mehreren Reihen Bohrungen 10 mit einem Durchmesser d = 3-10 mm versehen, durch welche das Gas in die Flüssigkeitsschicht 11 austritt. Der freie Rohrquerschnitt AR soll soviel grösser sein als die Gesamtöffnungsfläche aller Bohrungen AB, dass der Druckverlust der Gasströmung überwiegend auf die Bohrungen 10 entfällt. Bewährt hat sich eine Dimensionierung gemäss AR = 2AB, wobei AB der Querschnitt einer Bohrung 10 mal Anzahl der Bohrungen eines Rohres bedeutet. Die Bohrungen 10 sind nicht längs einer Geraden angeordnet, sondern gemäss Fig. 3 gegeneinander versetzt. Die Bohrungen sind ferner unter einem Winkel von ca. 45° gegen die Normale orientiert. Ihr Abstand längs der Rohrachse sollte grösser sein als der 2fache Bohrungsdurchmesser d, vorzugsweise ^2,5 bis 3 d. Die Feinheit der Bohrungen und ihre spezielle Anordnung bewirkt ein Aufteilen der Gase in kleine Einzelblasen, die getrennt voneinander in der Flüssigkeitsschicht 11 aufsteigen.

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Der Durchmesser D der Einleitrohre 2 ist ferner zusätzlich durch den zu überwindenden hydrostatischen Druck der Flüssigkeitsschicht 11 über den Bohrungen 10 begrenzt (Höhe h siehe Fig. 2) und liegt bei dieser Ausführung zwischen 100 und 250 mm. Ausserdem muss über den Einleitrohren 2 stets eine Mindestüberdeckung hj, z. B. hx = 30 mm, erhalten bleiben, um das zuströmende Gas gegen unzulässige Erwärmung zu schützen, wenn sich bei einem Flammenrückschlag eine Dauerflamme über dem Flüssigkeitsniveau 9 ausbilden sollte.

Der maximale Gasdurchsatz bestimmt die Zahl der verwendeten Einleitrohre 2. Bei kleinen Durchsätzen wird man mit einem Einleitungsrohr auskommen. Ist der Durchsatz jedoch so gross, dass die Austrittsgeschwindigkeit an den Bohrungen 10 40 m/sec. und die Geschwindigkeit im Einleitrohr 20 m/sec. überschreiten würde, so wird die Sperrflüssigkeit zu stark von den Gasblasen mitgerissen und die Ausbildung von einzelnen getrennten Gasblasen empfindlich gestört. In diesem Falle wären dann mehrere Einleitrohre 2 nebeneinander angeordnet, die über einen Verteiler (nicht gezeichnet) an die Zuleitung 8 angeschlossen werden. Der Abstand der Rohre 2 soll dabei mindestens 50 mm betragen, um eine gegenseitige Beeinflussung der aus den Bohrungen austretenden Gasblasen zu verhindern.

Am Umfang der Einleitrohre 2 sind schräg nach oben gerichtete Ablenkbleche 12 angeordnet, die an ihrer Oberkante gezackt sind (siehe Fig. 2 u. 3). Sie verhindern, dass die aufsteigenden Einzelgasblasen zu grösseren Blasen zusammenwachsen. Hierdurch würde die Rückzündsicherheit herabgesetzt.

In Höhe des Flüssigkeitsniveaus 9 ist in dem Behälter ein Beruhigungsgitter 13 angeordnet, das z.B. aus einem Stahlgitter mit einer Maschenweite von 40-60 mm besteht. Dieses Gitter verhindert das Hin- und Herschiessen von Flüssigkeitsschwallen, insbesondere bei hohen Gasdurchsätzen. Voraussetzung für eine hohe Rückzündsicherheit ist eine gleichmässige Blasenströmung in der Flüssigkeitsschicht 11. Die erwähnte wellenförmige Flüssigkeitsbewegung führt er-fahrungsgemäss zu Instabilitäten der Blasenströmung, die die Ausbildung von durchgehenden Kanälen zwischen der Flüssigkeitsoberfläche 9 und den Einleitrohren 2 begünstig. Das Beruhigungsgitter 13 verhindert auch das örtliche Wegblasen der Flüssigkeitsschicht 11 über den Einleitrohren 2 im Falle einer Rückzündung, bei welcher die aus dem Auslassstutzen zurückweichende Gasfront als Stosswelle auf die Flüssigkeitsoberfläche 9 trifft.

Senkrecht über der vertikalen Abschirmplatte 7, die den Strömungsraum von dem rohrfreien Teil 5 im Behälter 1 trennt, ist ein leicht auswechselbarer Tropfenabscheider 14 eingebaut, dessen Funktionsfähigkeit nach Auftreten von Verpuffungen zu kontrollieren ist.

Gegen länger anhaltenden Überdruck kann eine Berstscheibe 15 an der Oberseite des Behälters 1 installiert werden, durch deren Zerstörung ein Alarmsignal und eine automatische Umschaltung auf Störbetrieb bewirkt wird.

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1 Blatt Zeichnungen

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629388 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Sicherung einer ein zündfähiges Gas enthaltenden Rohrleitung gegen Rückzündung, bestehend aus einem teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter und mindestens einem in die Flüssigkeit eintauchenden horizontalen, am Ende abgeschlossenen Einleitrohr mit Bohrungen zum Einleiten des Gases in die Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (10) einen Durchmesser (d) von 3 bis 10 mm aufweisen und der Abstand der Bohrungen (10) mindestens doppelt so gross wie ihr Durchmesser (d) ist, dass sich die Einleitrohre (2) nur über einen Teil der gesamten Länge der Flüssigkeitsschicht (11) erstrecken und der Gasauslassstutzen (6) über dem rohrfreien Teil (5) der Flüssigkeitsschicht (11) angeordnet ist, und dass am Ort der Flüssigkeitsoberfläche (9) ein Beruhigungsgitter (13) angebracht ist um die Wellen in der Flüssigkeit zu dämpfen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (10) in der unteren Hälfte der Mantelfläche der Einleitrohre (2) angeordnet und unter ca. 45° gegen die Normale orientiert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (10) nicht auf einer Geraden liegen, sondern gegeneinander versetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Bohrungen (10) voneinander grösser als das 2fache, vorzugsweise das 2,5- bis 3fache des Bohrungsdurchmessers (d) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der parallelliegenden Einleitrohre (2) mindestens 50 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Bohrungen (10) Ablenkbleche (12) an den Einleitrohren (2) angeordnet sind, die ein Zusammenwachsen der Gasblasen an der Rohroberseite verhindern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von Einleitrohren (2) freie Teil (5) der Flüssigkeitsschicht (11) durch eine vertikale Abschirmplatte (7) abgeteilt ist, die Anschlussflansche (4) für die Einleitrohre (2) trägt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitrohre (2) mittels stirnseitiger Anschlussflansche (3,4) gehalten sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein auswechselbarer Tropfenabscheider (14) im Behälter (1) an der Grenze zwischen dem rohrfreien Teil (5) und dem vom Gas durchströmten Teil der Flüssigkeitsschicht (11) eingebaut ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (8) zum Behälter (1) von oben her in die Einleitrohre (2) mündet und eine siphonartige Sperre für die Flüssigkeit bildet.

11. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit in den Einleitrohren (2) höchstens 20 m/sec. und die Geschwindigkeit in den Bohrungen (10) höchstens 40 m/sec. beträgt.