CH685134A5 - Flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung. - Google Patents

Description

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CH 685 134 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

In Prozessanlagen, in denen, verfahrensbedingt, Explosionen auftreten können, müssen Massnahmen getroffen werden, dass die Explosion örtlich begrenzt wird und sich nicht über Rohre in andere Anlageteile ausbreitet. Um dies zu verhindern, gibt es neben anderen Systemen schnellschliessende Klappen, Schieber und Ventile.

Wenn eine Explosion anläuft, muss dies detek-tiert werden, dann muss ein Befehl den Schliess-vorgang einleiten und das Schliesselement muss geschlossen sein, bevor die Flammen da sind.

Bei den bekannten Systemen liegt die Zeit, vom Erkennen der Explosion, bis das Schliesselement geschlossen ist, bei 50 ms und mehr, je nach Nennweite der Rohrstrecke und dem Schliesselement. Dies ist eine relativ lange Zeit und setzt voraus, dass das Schliesselement mindestens 5 m vom potentiellen Explosionsherd oder dem Explosionsdetektor eingebaut werden muss. Ausserdem wird, bis das Schliesselement geschlossen ist, von der Druckwelle, die einer Explosions-Flammenfront vorauseilt, eine grosse Gasmenge transportiert, die im zu schützenden Anlageteil auch ohne Flammen zu Schäden führen kann.

Am bekanntesten sind Ventile und Schieber mit einem Druckluftzylinder als Antrieb und einem Druckgasspeicher zur Bereitstellung der Schliess-energie. Der Druckgasspeicher hat eine Gasfüllung mit 50 bis 60 bar Überdruck. Zwischen Druckgasspeicher und Druckluftzylinder ist ein Sprengkapselventil und ein Druckluftschlauch mit Nennweite 25 mm angeordnet.

Ein Druckdetektor oder ein Infrarotsensor erkennt die beginnende Explosion und zündet elektrisch das Sprengkapselventil. Das Sprengkapselventil öffnet sich und das gespeicherte Gas strömt via Druckluftschlauch in den Druckluftzylinder, der das Ventil oder den Schieber schliesst.

Die diesem Ventil anhaftenden Nachteile sind:

- Es vergeht relativ viel Zeit vom Öffnen des Sprengkapselventils bis der Druckluftkolben startet.

- Die Anfangsbeschleunigung des Druckluftkolbens, die für die Schliesszeit entscheidend ist, ist relativ klein.

- Der Druckgasspeicher ist ein Gefahrenpotential bei der Handhabung und beim Transport.

- Nach jeder Auslösung, auch bei Auslösungen für Kontroll- und Prüfzwecke, muss der Druckgasspeicher ausgewechselt werden.

- Der Druckgasspeicher mit dem Sprengkapselventil muss periodisch im Werk oder von einer autorisierten Stelle überprüft und neu geladen werden.

Durch die DE-OS 2 402 496, 2 801 950 und das europäische Patent 172 364 sind ferner verschiedene Varianten eines Explosionsschutz- und Flam-menrückschlagschutz-Ventils bekannt, das durch die vom Explosionsherd ausgehende Druckwelle direkt selbsttätig in seine Schliessstellung gebracht wird. Diese Bauart benötigt somit keine Fremdenergie und ist in Wartung und Unterhalt relativ anspruchslos. Nachteilig ist bei diesen Ventilen, dass der Druckverlauf einer Explosion von sehr vielen Faktoren abhängt und dadurch der Einsatz dieser Ventile für jeden Anwendungsfall begutachtet werden muss, ausserdem ist der Einbau nur in horizontale Rohre möglich, mit einem Mindestabstand zum Detektor oder dem Explosionsherd von 6 m. Für den Fall, dass die Explosions-Druckwelle keine ausreichende kinetische Energie für den Schliess-vorgang besitzt, kann das Ventil zwar mittels einer Zusatzeinrichtung durch Fremdenergie geschlossen werden, doch ist der hierfür aufzubringende Aufwand unverhältnismässig hoch.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung vorzuschlagen, die sich bei unkomplizierter Bauweise durch eine überdurchschnittlich kurze Ansprechzeit und grosse Betriebssicherheit auszeichnet.

Die Erfindung ist im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 definiert; bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Dank dieser neuartigen Anordnung können nun Schliesszeiten von weniger als 20 ms erreicht werden, wogegen die bisher bekannten Anlagen bestenfalls eine Schliesszeit von 50 bis 60 ms aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Explosionsschutzvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung der Antriebsbzw. Steuerseite einer Ausführungsform der erfindungsgemässen flammensperrenden Explosionsschutzvorrichtung,

Fig. 2 ist eine Gesamtansicht dieser Ausführungsform und

Fig. 3 veranschaulicht eine Einbauvariante.

Ein in Fig. 1 in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnetes Gehäuse, das aus Fabrikationsgründen vorzugsweise aus zwei miteinander verschraubbaren Teilen bestehen kann, weist zwei Kammern 2 und 3 auf, die durch einen strömungsgünstig geformten Überströmkanal 4 miteinander verbunden sind. Der Überströmkanal 4 hat vorzugsweise die Form einer Laval-Düse.

Die Kammer 2, welche hinfort ihrer Funktion entsprechend als Druckgasspeicher bezeichnet wird, ist über eine Leitung 5 an eine Druckgasquelle 5a, beispielsweise einen Kompressor, angeschlossen, welcher den Druckgasspeicher 2 ständig unter einem konstanten Druck von 4 bis 8 bar, vorzugsweise 6 bar, hält.

In der Kammer 3, die entsprechend ihrer Funktion als Zylinder bezeichnet wird, ist ein Differentialkolben 6 beweglich gelagert, dessen Kolbenstange 7 an ihrem nicht gezeigten Endabschnitt ein Schliessorgan 8 (Fig. 2) trägt. Der Differentialkolben 6 weist eine kreisförmige Innenfläche 9 auf, gegen die eine Ringfläche 10 nach innen unter Bildung eines Ringraumes abgesetzt ist. Die Innenfläche 9 liegt im Mündungsbereich des Überströmkanals 4

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auf und ist dort mit einer Ringdichtung 11 versehen. Eine weitere Ringdichtung 12 ist am Umfange des Differentialkolbens 6 angeordnet und dichtet diesen gegen die Innenwandung des Zylinders 3 ab.

Im Inneren des Zylinders 3 herrscht ein Anpressdruck von 1,2 bis 1,5 bar, der von einer Druckgasquelle 13 erzeugt wird, die über eine Steuervorrichtung 14 und eine Leitung 15 mit dem Zylinder 3 verbunden ist.

In den von der Ringfläche 10 des Differentialkolbens begrenzten Ringraum mündet eine Leitung 16, die den genannten Ringraum mit einem Hochdruckgenerator 17 verbindet.

Der Druckgasgenerator ist vorzugsweise ein pyrotechnisches Element mit einer Pulverfüllung, die elektrisch gezündet, in kürzester Zeit ein Gas mit hohem Druck entwickelt, oder eine Druckgaskartusche mit 800 bar Überdruck, die durch eine elektrisch gezündete Sprengkapsel das Druckgas freisetzt. Die Klemmen 18 des Hochdruckgenerators 17 sind in bekannter Weise mit einem nicht gezeigten Sensor, vorzugsweise einem elektrooptischen Gerät, verbunden, der in dem explosionsgefährdeten Raum angeordnet ist.

Die Ringfläche 10 des Differentialkolbens 6 betätigt in der in Fig. 1 dargestellten, dem Normalbetrieb der Anlage entsprechenden Kolbenstellung eine Drucküberwachungsvorrichtung 19, mittels welcher der im Druckgasspeicher 2 herrschende Gasdruck an einem Anzeigegerät 20 ablesbar ist. Die Verbindung des Druckgasspeichers 2 mit dem Anzeigegerät 20 wird durch ein Betätigungsorgan 21, beispielsweise einen Steuerstift, eingeleitet, auf den der Differentialkolben 6 in seiner Endlage auftrifft. Das Anzeigegerät 20 ist vorzugsweise mit einer Alarmvorrichtung verbunden, die auf ein Absinken des in dem Druckgasspeicher herrschenden Drucks anspricht.

Das beschriebene Explosionsschutzventil arbeitet folgendermassen:

Im Falle einer Explosion, beispielsweise einer Staubgasexplosion, wird durch den im Explosionsbereich angeordnete Sensor der Hochdruckgenerator 17 aktiviert, z.B. durch Zündung einer Pulverladung. Das dadurch entwickelte Druckgas erreicht durch die Leitung 16 die Ringfläche 10 des Differentialkolbens 6 und schiebt diesen mit hoher Anfangsbeschleunigung gemäss Fig. 1 nach rechts. Gleichzeitig hiermit hebt sich die Innenfläche 9 vom Mündungsbereich des Überströmkanals 4 ab, so dass nun der aus dem Hochdruckgenerator 17 und dem Druckgasspeicher 2 resultierende Druck auf die Gesamtfläche des Differentialkolbens 6 wirkt, diesen weiter beschleunigt und dadurch das am Ende der Kolbenstange sitzende Schliessorgan in dessen Schliessposition bringt.

Praktisch gleichzeitig mit dem Aktivieren des Hochdruckgenerators 17 wird über eine Steuerleitung 22 ein Signal an die Steuervorrichtung 14 gegeben, die den Kanal 15 gegenüber der Druckgasquelle 13 verschliesst und dafür mit einer ins Freie führenden Abblaseleitung verbindet, so dass der Differentialkolben auf seiner den beiden Kolbenflächen 9 und 10 gegenüberliegenden Ringfläche 23

druckentlastet ist. Gleichzeitig mit dem Abheben des Differentialkolbens 6 wurde ferner die Drucküberwachungsvorrichtung 19 über den nun freigegebenen Steuerstift 21 geschlossen.

Beim Wiedereinrichten der beschriebenen Vorrichtung wird der Zylinder 3 wiederum mit der Druckgasquelle 13 verbunden und der Hochdruckgenerator 17 sowie der Druckgasspeicher 2 wieder aufgeladen. Die Ringfläche 23 des Differentialkolbens 6 ist unter Berücksichtigung des Zylinderinnendruckes von etwa 1,2 bar so auf den auf die Innenfläche 9 wirkenden Druckgasspeicherdruck von ca. 6 bar abgestimmt, dass sich ein den Differentialkolben 6 sicher in seiner Endlage haltender Differenzdruck ergibt.

Gemäss Fig. 2 ist das Explosionsschutzventil in die abzusperrende Leitung 24 eingebaut und durch Rippen 25 an einem rohrförmigen Zwischenstück 26 gehalten. Zwischen einem Ringflansch 27 des Zwischenstücks 26 und einem weiteren, an der Rohrleitung angeformten bzw. befestigten Ringflansch 28 ist eine Ringdichtung 29 angeordnet und durch mehrere die beiden Ringflansche 27 und 28 zusammenhaltende Schrauben 30 eingeklemmt. Das zum Absperren des Durchflussquerschnittes der Leitung 24 dienende Schliessorgan 8 ist glok-kenförmig gestaltet und weist insbesondere eine ringförmige Bremsfläche 31 auf, die sich in Strömungsrichtung (siehe Pfeile) konisch verjüngt und deren Durchmesser so auf den Innendurchmesser der Ringdichtung 29 abgestimmt ist, dass die Bremsfläche bei Bewegung des Schliessorgans in dessen Schliesslage zunächst auf die innere Dichtungskante auftrifft, dabei die Ringdichtung 29 leicht zusammenpresst und somit einerseits die Leitung 24 absperrt, andererseits eine Abbremsung erfährt, bis der Dichtflansch 32 selbst auf die Ringdichtung 29 auftrifft. Die Schliessbewegung des beschriebenen Explosionsschutzventils erfolgt somit gedämpft, ohne Rückschlag und gewährleistet dennoch den schnellstmöglichen Verschluss des Durchflussquerschnitts.

Wie Fig. 3 zeigt, lässt sich die gleiche Vorrichtung auch im Krümmungsbereich einer um 90° gekrümmten Leitung, die hier ebenfalls mit 24 bezeichnet ist, anordnen, wobei die Befestigung mittels eines an der Leitungswand angeordneten Rohrabschnitts 33 erfolgen kann.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung zum Einbau in explosionsgefährdete Industrieanlagen zwecks selbsttätigem Verhindern des Durchschlagens der Druckwelle und Flamme in benachbarte Anlageteile, wobei ein in dem explosionsgefährdeten Anlageteil angeordneter bzw. mit demselben verbundener Sensor einen Druckgenerator (17) zur Auslösung bringt und dadurch ein den zu schützenden Anlageteil vom explosionsgefährdeten Anlageteil trennendes Schliessorgan (8) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessorgan (8) über eine Kolbenstange (7) mit einem innerhalb eines Zylinders (3) beweglich gelagerten Differentialkolben (6) mit zwei gegeneinander abgestuften,

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   konzentrischen Arbeitsflächen, das heisst einer Zentralfläche (9) und einer dieselbe umgebenden peripherischen Ringfläche (10) verbunden ist, wobei die peripherische Ringfläche (10) mit dem durch den Sensor auslösbaren Druckgenerator (17) beaufschlagbar ist und die von der genannten Ringfläche (10) umschlossene Innenfläche (9) im Normalbetrieb im Mündungsbereich eines zu einem Druckgasspeicher (2) führenden Überströmkanais (4) dichtend anliegt, derart, dass der durch den Sensor betätigte Druckgenerator (17) den Differentialkolben (6) zunächst von seinem Sitz im Umgebungsbereich der Mündung des Überströmkanals (4) abhebt, worauf dann das im Druckgasspeicher (2) befindliche Druckgas auf die Gesamtfläche des Differentialkolbens (6) wirkt und dieser das Schliessorgan (8) betätigt.

   2. Flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasspeicher (2) direkt an den genannten Zylinder (3) angebaut und mit der Arbeitsfläche des Differentialkolbens (6) über den nach Art der Lavaldüse geformten strömungsdynamischen Überströmkanal (4) verbunden ist.

   3. Flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Zylinder (3) an eine Druckgasquelle (13) angeschlossen ist, welche im Normalbetrieb auf die den genannten Arbeitsflächen (9, 10) des Differentialkolbens gegenüberliegende Ringfläche (23) einen zur Anlage an den Mündungsbereich des Überströmkanals (4) ausreichenden Anpressdruck ausübt und dass zwischen dem Zylinder (3) und der Druckgasquelle (13) eine Steuervorrichtung (14) eingeschaltet ist, welche im Explosionsfalle einen Abströmkanal (15) praktisch gleichzeitig mit dem Abheben des Differentialkoi-bens (6) vom Mündungsbereich des Überströmkanals (4) öffnet.

   4. Flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgenerator (17) einen Initialdruck von 500 bis 1500 bar und der Druckgasspeicher (2) einen Speicherdruck von 4 bis 8 bar aufweist.

   5. Flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Differentialkolben (6) starr verbundene Schliessorgan (8) einen ringförmigen, peripherischen Dichtflansch (32) aufweist, an welchen sich - in der Schliessrichtung gesehen - eine ringförmige, sich in der Schliessrichtung konische verjüngende Bremsfläche (31) an-schliesst, derart, dass das Schliessorgan bei seiner Schliessbewegung zunächst mit der genannten Bremsfläche (31) auf eine am Sitz des Schliessor-gans (8) angeordnete Ringdichtung (29) auftrifft und dadurch soweit abgebremst wird, dass sich dann der genannte Dichtflansch (32) praktisch rückprallfrei an die Ringdichtung (29) anlegt.

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