CH685134A5

CH685134A5 - Flame-arresting explosion protection device

Info

Publication number: CH685134A5
Application number: CH155492A
Authority: CH
Inventors: Karl Hammer
Original assignee: Niro Aeromatic Ag
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1995-03-31

Abstract

A differential piston (6) mounted to allow movement in a cylinder (3) has a peripheral annular surface (10) and an inner surface (9) which is arranged concentrically with respect to the latter and can be acted upon by a pressure generator (17) or a pressurised-gas reservoir (2). The pressure generator (17), which is triggered by a sensor, imparts to the differential piston (6) a high initial acceleration, this being further increased once the inner surface (9) has lifted off from the mouth of a transfer passage (4) in the form of a Laval nozzle by the pressure from the high-pressure generator (17) and the pressurised-gas reservoir (2) acting on the entire surface of the differential piston. The closing movement of the closing member is damped by a tapered braking surface which strikes an annular seal. <IMAGE>

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine flammensperrende Explosionsschutzvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. The invention relates to a flame-retardant explosion protection device according to the preamble of independent claim 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. In process plants in which, due to the process, explosions can occur, measures must be taken to ensure that the explosion is localized and does not spread via pipes to other parts of the plant. To prevent this, there are quick-closing flaps, slides and valves in addition to other systems.

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. If an explosion starts, this must be detected, then a command must initiate the closing process and the closing element must be closed before the flames are there.

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. In the known systems, the time from the detection of the explosion until the closing element is closed is 50 ms and more, depending on the nominal diameter of the pipe section and the closing element. This is a relatively long time and presupposes that the closing element must be installed at least 5 m from the potential explosion source or the explosion detector. In addition, until the closing element is closed, the pressure wave, which precedes an explosion flame front, transports a large amount of gas, which can lead to damage in the system part to be protected even without flames.

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. The best known are valves and slides with a compressed air cylinder as a drive and a compressed gas storage to provide the closing energy. The compressed gas storage has a gas filling with 50 to 60 bar overpressure. A detonator valve and a compressed air hose with a nominal width of 25 mm are arranged between the compressed gas storage and the compressed air cylinder.

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. A pressure detector or an infrared sensor detects the beginning of the explosion and electrically ignites the detonator valve. The detonator valve opens and the stored gas flows through the compressed air hose into the compressed air cylinder, which closes the valve or slide.

Die diesem Ventil anhaftenden Nachteile sind: The disadvantages associated with this valve are:

- Es vergeht relativ viel Zeit vom Öffnen des Sprengkapselventils bis der Druckluftkolben startet. - It takes a relatively long time from opening the detonator valve until the compressed air piston starts.

- Die Anfangsbeschleunigung des Druckluftkolbens, die für die Schliesszeit entscheidend ist, ist relativ klein. - The initial acceleration of the air piston, which is crucial for the closing time, is relatively small.

- Der Druckgasspeicher ist ein Gefahrenpotential bei der Handhabung und beim Transport. - The compressed gas storage is a potential hazard in handling and transport.

- Nach jeder Auslösung, auch bei Auslösungen für Kontroll- und Prüfzwecke, muss der Druckgasspeicher ausgewechselt werden. - After each trip, including trips for control and testing purposes, the compressed gas storage must be replaced.

- Der Druckgasspeicher mit dem Sprengkapselventil muss periodisch im Werk oder von einer autorisierten Stelle überprüft und neu geladen werden. - The compressed gas storage with the detonator valve must be checked and reloaded periodically in the factory or by an authorized body.

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. From DE-OS 2 402 496, 2 801 950 and European patent 172 364, various variants of an explosion protection and flame check valve are also known, which is automatically brought directly into its closed position by the pressure wave emanating from the explosion source. This type of construction therefore does not require any external energy and is relatively undemanding in maintenance and maintenance. The disadvantage of these valves is that the pressure curve of an explosion depends on a large number of factors, which means that the use of these valves must be assessed for every application.Furthermore, installation is only possible in horizontal pipes with a minimum distance of 6 m from the detector or the explosion source . In the event that the explosion pressure wave does not have sufficient kinetic energy for the closing process, the valve can be closed by an additional device using external energy, but the effort required for this is disproportionately high.

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. It is therefore the object of the present invention to propose a flame-retardant explosion protection device which, in the case of an uncomplicated construction, is distinguished by an above-average short response time and great operational reliability.

Die Erfindung ist im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 definiert; bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. The invention is defined in the characterizing part of independent claim 1; preferred exemplary embodiments result from the dependent patent claims.

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. Thanks to this new arrangement, closing times of less than 20 ms can now be achieved, whereas the previously known systems at best have a closing time of 50 to 60 ms.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Explosionsschutzvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. An embodiment of the explosion protection device according to the invention is described below with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung der Antriebsbzw. Steuerseite einer Ausführungsform der erfindungsgemässen flammensperrenden Explosionsschutzvorrichtung, Fig. 1 is a sectional view of the drive or. Control side of an embodiment of the flame-retardant explosion protection device according to the invention,

Fig. 2 ist eine Gesamtansicht dieser Ausführungsform und 2 is an overall view of this embodiment and

Fig. 3 veranschaulicht eine Einbauvariante. Fig. 3 illustrates an installation variant.

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. A housing designated in its entirety with 1 in FIG. 1, which for manufacturing reasons can preferably consist of two parts which can be screwed together, has two chambers 2 and 3 which are connected to one another by an overflow channel 4 which is shaped to be flow-friendly. The overflow channel 4 is preferably in the form of a Laval nozzle.

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. The chamber 2, which according to its function is referred to as a compressed gas storage device, is connected via a line 5 to a compressed gas source 5a, for example a compressor, which keeps the compressed gas storage device 2 constantly at a constant pressure of 4 to 8 bar, preferably 6 bar .

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 In the chamber 3, which is designated according to its function as a cylinder, a differential piston 6 is movably mounted, the piston rod 7 of which carries a closing element 8 (FIG. 2) at its end section, not shown. The differential piston 6 has a circular inner surface 9, against which an annular surface 10 is offset inwards to form an annular space. The inner surface 9 lies in the mouth region of the overflow channel 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. on and is provided with an annular seal 11. Another ring seal 12 is arranged on the circumference of the differential piston 6 and seals it against the inner wall of the cylinder 3.

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. Inside the cylinder 3 there is a contact pressure of 1.2 to 1.5 bar, which is generated by a compressed gas source 13, which is connected to the cylinder 3 via a control device 14 and a line 15.

In den von der Ringfläche 10 des Differentialkolbens begrenzten Ringraum mündet eine Leitung 16, die den genannten Ringraum mit einem Hochdruckgenerator 17 verbindet. A line 16, which connects said annular space to a high-pressure generator 17, opens into the annular space delimited by the annular surface 10 of the differential piston.

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. The pressurized gas generator is preferably a pyrotechnic element with a powder filling that ignites electrically, develops a gas at high pressure in the shortest possible time, or a pressurized gas cartridge with 800 bar overpressure, which releases the pressurized gas through an electrically ignited detonator. The terminals 18 of the high pressure generator 17 are connected in a known manner to a sensor, not shown, preferably an electro-optical device, which is arranged in the potentially explosive atmosphere.

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. In the piston position shown in FIG. 1, which corresponds to the normal operation of the system, the annular surface 10 of the differential piston 6 actuates a pressure monitoring device 19, by means of which the gas pressure prevailing in the compressed gas accumulator 2 can be read on a display device 20. The connection of the compressed gas reservoir 2 to the display device 20 is initiated by an actuating member 21, for example a control pin, on which the differential piston 6 strikes in its end position. The display device 20 is preferably connected to an alarm device which responds to a drop in the pressure prevailing in the compressed gas store.

Das beschriebene Explosionsschutzventil arbeitet folgendermassen: The explosion protection valve described works as follows:

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. In the event of an explosion, for example a dust gas explosion, the high pressure generator 17 is activated by the sensor arranged in the explosion area, e.g. by igniting a powder charge. The compressed gas thus developed reaches the annular surface 10 of the differential piston 6 through the line 16 and pushes it to the right with high initial acceleration according to FIG. 1. Simultaneously with this, the inner surface 9 lifts off from the mouth area of the overflow channel 4, so that the pressure resulting from the high pressure generator 17 and the compressed gas accumulator 2 acts on the entire surface of the differential piston 6, further accelerating it and thereby the closing member located at the end of the piston rod in it Closing position brings.

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 Practically simultaneously with the activation of the high-pressure generator 17, a signal is sent to the control device 14 via a control line 22, which closes the duct 15 from the compressed gas source 13 and connects it to a blow-off line leading to the outside, so that the differential piston on its two piston surfaces 9 and 10 opposite ring surface 23

druckentlastet ist. Gleichzeitig mit dem Abheben des Differentialkolbens 6 wurde ferner die Drucküberwachungsvorrichtung 19 über den nun freigegebenen Steuerstift 21 geschlossen. is relieved of pressure. Simultaneously with the lifting of the differential piston 6, the pressure monitoring device 19 was also closed via the control pin 21 now released.

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. When the device described is set up again, the cylinder 3 is in turn connected to the compressed gas source 13 and the high pressure generator 17 and the compressed gas storage device 2 are recharged. The annular surface 23 of the differential piston 6, taking into account the internal cylinder pressure of approximately 1.2 bar, is matched to the compressed gas storage pressure of approximately 6 bar acting on the inner surface 9 in such a way that a differential pressure which securely holds the differential piston 6 in its end position results.

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. 2, the explosion protection valve is installed in the line 24 to be shut off and is held by ribs 25 on a tubular intermediate piece 26. An annular seal 29 is arranged between an annular flange 27 of the intermediate piece 26 and a further annular flange 28 which is formed or attached to the pipeline and is clamped in by a plurality of screws 30 holding the two annular flanges 27 and 28 together. The closing member 8 used to shut off the flow cross-section of the line 24 is bell-shaped and in particular has an annular braking surface 31 which tapers conically in the direction of flow (see arrows) and whose diameter is matched to the inside diameter of the ring seal 29 such that the Braking surface when the closing member moves in its closed position first strikes the inner sealing edge, thereby slightly compressing the ring seal 29 and thus on the one hand shutting off the line 24, and on the other hand undergoing braking until the sealing flange 32 itself hits the ring seal 29. The closing movement of the explosion protection valve described is thus damped, without kickback and still ensures the fastest possible closing of the flow cross-section.

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. As shown in FIG. 3, the same device can also be arranged in the region of curvature of a line curved by 90 °, which is also denoted here by 24, the attachment being possible by means of a pipe section 33 arranged on the line wall.

Claims

1.Flame-blocking explosion protection device for installation in potentially explosive industrial plants for the purpose of automatically preventing the pressure wave and flame from penetrating into neighboring plant parts, a sensor arranged in the potentially explosive plant part or connected to the same triggering a pressure generator (17) and thereby causing the plant part to be protected Closing element (8) actuating the explosion-prone system part, characterized in that the closing element (8) via a piston rod (7) with a differential piston (6) movably mounted within a cylinder (3) with two stepped,

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concentric working surfaces, that is to say a central surface (9) and a peripheral ring surface (10) surrounding the same, the peripheral ring surface (10) being able to be acted upon by the pressure generator (17) which can be triggered by the sensor, and which is supported by said ring surface (10) enclosed inner surface (9) in normal operation in the mouth area of an overflow channel (4) leading to a compressed gas reservoir (2) sealingly, such that the pressure generator (17) actuated by the sensor initially moves the differential piston (6) from its seat in the area surrounding the mouth of the Overflow channel (4) lifts, whereupon the compressed gas in the compressed gas storage (2) acts on the entire surface of the differential piston (6) and this actuates the closing element (8).

2. Flame-blocking explosion protection device according to claim 1, characterized in that the compressed gas reservoir (2) is attached directly to said cylinder (3) and is connected to the working surface of the differential piston (6) via the flow-dynamic overflow channel (4) shaped in the manner of the Laval nozzle.

3. Flame arresting explosion protection device according to claim 1 or 2, characterized in that said cylinder (3) is connected to a pressurized gas source (13) which, during normal operation, has an annular surface (23) opposite said working surfaces (9, 10) of the differential piston for contact with the mouth area of the overflow channel (4) exerts sufficient contact pressure and that between the cylinder (3) and the pressurized gas source (13) a control device (14) is switched on, which in the event of an explosion has an outflow channel (15) practically simultaneously with the lifting of the differential koi -ben (6) from the mouth area of the overflow channel (4) opens.

4. Flame-arresting explosion protection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure generator (17) has an initial pressure of 500 to 1500 bar and the compressed gas reservoir (2) has a storage pressure of 4 to 8 bar.

5. Flame-blocking explosion protection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the locking member (8) rigidly connected to the differential piston (6) has an annular, peripheral sealing flange (32), on which - seen in the closing direction - an annular , conical tapering braking surface (31) adjoins in the closing direction, in such a way that during its closing movement the closing member first strikes with the mentioned braking surface (31) an annular seal (29) arranged at the seat of the closing gate (8) and thereby it is braked to the extent that the sealing flange (32) then bears against the ring seal (29) practically without rebound.

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