DE102012104763B4

DE102012104763B4 - Druckentlastungsvorrichtung mit einer Berstscheibe und mit einer Flammendurchschlagssicherung

Info

Publication number: DE102012104763B4
Application number: DE102012104763.4A
Authority: DE
Inventors: Norbert Schlüter
Original assignee: Rembe GmbH Safety and Control
Current assignee: Rembe GmbH Safety and Control
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2032-06-02
Also published as: DE102012104763A1

Abstract

Druckentlastungsvorrichtung (2) mit wenigstens einer Berstscheibe (20) und mit wenigstens einer Flammendurchschlagssicherung (21), – wobei die Druckentlastungsvorrichtung (2) ein Gehäuse aufweist, das wenigstens eine Eintrittsöffnung und wenigstens eine Austrittsöffnung für Gase, insbesondere Explosionsgase, aufweist, – wobei die Berstscheibe (20) die Eintrittsöffnung verschließt – wobei die Berstscheibe (20) Sollbruchstellen hat, an denen im Fall einer Druckentlastung die Berstscheibe (20) aufreißt, um so die Eintrittsöffnung zu öffnen, damit ein Eintritt der Gase in das Gehäuse möglich ist, und – wobei die Flammendurchschlagssicherung (21) in die Austrittsöffnung und/oder in einen Teil des Gehäuses aus Richtung einer Strömung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung betrachtet vor der Austrittsöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammendurchschlagsicherung wenigstens eine Wabenlage aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckentlastungsvorrichtung, insbesondere für einen Behälter oder eine Leitung, mit einer Berstscheibe und mit einer Flammendurchschlagssicherung,

– wobei die Druckentlastungsvorrichtung ein Gehäuse aufweist, das eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für Gase, insbesondere Explosionsgase, aufweist,
– wobei die Berstscheibe die Eintrittsöffnung verschließt,
– wobei die Berstscheibe Sollbruchstellen hat, an denen im Fall einer Druckentlastung die Berstscheibe aufreißt, um so die Eintrittsöffnung zu öffnen, damit ein Eintritt der Gase in das Gehäuse möglich ist, und
– wobei die Flammendurchschlagssicherung in der Austrittsöffnung und/oder in einem Teil des Gehäuses aus Richtung einer Strömung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung betrachtet vor der Austrittsöffnung angeordnet ist.

Die Anmelderin ist Hersteller verschiedener derartiger Drucksentlastungsvorrichtungen, mit denen ein zu sicherndes System, zumeist ein Behälter oder eine Leitung, vor unkontrollierten Explosionen geschützt werden. Als Beispiele seien die als „Q-Rohr” und „Q-Box” bezeichneten Druckentlastungsvorrichtungen genannt. Ein Q-Rohr ist in dem Dokument DE 20 2006 017 508 U1 beschrieben.
Im Normalbetrieb bildet die Berstscheibe der Druckentlastungsvorrichtung einen Teil der Hülle des zu sichernden Behälters bzw. der zu sichernden Leitung. Die Flammendurchschlagssicherung ist dann ohne Funktion. Bei einem Überdruck im zu sichernden System, zum Beispiel aufgrund einer Explosion, reißt die Berstscheibe auf und der Druck kann über die Druckentlastungsvorrichtung abgebaut werden. Ein unkontrolliertes Bersten des zu sichernden Systems wird dadurch verhindert. Flammen, die bei der Druckentlastung aus dem zu sichernden System schlagen, werden durch die Flammendurchschlagssicherung unschädlich gemacht. Die in dem austretenden Strom enthaltene Wärme wird über die Flammendurchschlagssicherung abgebaut, so dass aus der Druckentlastungsvorrichtung keine Flammen austreten.
Die bekannten Druckentlastungsvorrichtungen der Anmelderin haben in der langjährigen Verwendung ihre Zuverlässigkeit und sichere Funktion unter Beweis gestellt. Insofern gibt es keinen Grund von dem Bewährten abzuweichen.
Es besteht aber durchaus das Bedürfnis, die Druckentlastungsvorrichtungen zu bessern, insbesondere die Effektivität der Flammendurchschlagssicherungen zu verbessern. Eine solche Verbesserung ermöglicht es einerseits, die Baugröße der Druckentlastungsvorrichtungen im Vergleich zu den bekannten Druckentlastungsvorrichtungen zu reduzieren oder bei Beibehaltung der Baugröße Druckentlastungsvorrichtungen mit höheren Leistungen zu konstruieren.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, eine Druckentlastungsvorrichtung mit einem effektiveren Flammenfilter zu konstruieren.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flammendurchschlagssicherung wenigstens eine Wabenlage aufweist. Die Verwendung einer einzelnen Wabenlage als Flammendurchschlagssicherung ist grundsätzlich aus dem Dokument DE 10 2008 021 687 A1 bekannt. Eine Verwendung in einer Druckentlastungsvorrichtung ist in dem Dokument aber nicht offenbart.
Die Verwendung eines als wabenartig bezeichneten Werkstoffkörpers als Flammendurchschlagsicherung ist auch aus dem Dokument DE 41 38 920 A1 bekannt. Als wabenartig wird ein in der 2 des Dokumentes näher dargestelltes Gebilde bezeichnet, das aus zahlreichen ungeordnet platzierten Zellen unterschiedlicher Größe und Form gebildet wird. Eine regelmäßige Struktur ist damit nicht gemeint. Insbesondere ist keine regelmäßige Struktur mit Waben als Zellen offenbart. Die Bezeichnung wabenartig in dem Dokument DE 41 38 920 A1 ist daher irreführend.
Erfindungsgemäß kann die Flammendurchschlagssicherung wenigstens zwei Wabenlagen aufweisen, deren Waben senkrecht zur Durchtrittsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die Maßnahme der versetzten Anordung der Wabenlagen hat sich als besonders vorteilhaft für die Ableitung von Wärme aus den in die Flammendurchschlagssicherung eintretenden Gasen erwiesen.
Die Wabenlagen haben vorteilhaft eine Dicke von 5 bis 100 mm. Die Durchtrittsöffnungen der Wabenlagen können eine Kantenlänge von 2 bis 25 mm haben. Die Wände zwischen den Durchtrittsöffnungen können eine Stärke von 0,01 bis 0,50 mm haben. Die Wabenlagen können aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer oder einem Graphitwerkstoff hergestellt sein.
Die Wände zwischen den Durchtrittsöffnungen können perforiert sein.
Eine erfindungsgemäße Flammendurchschlagssicherung kann neben den Wabenlagen wenigstens eine weitere Lage aufweisen, die aus einem Drahtgewebe, Drahtgeflecht, Drahtgestrick oder aus Streckmetall bestehen kann. Mehrere Drahtgewebelagen, Drahtgeflechtlagen, Drahtgestricklagen bzw. Streckmetalllagen können unmittelbar übereinandergelegt sein und so ein Drahtgewebe-, Drahtgeflecht-, Drahtgestrick- oder aus Streckmetallpaket bilden.
Das Drahtgewebe, Drahtgeflecht oder Drahtgestrick eines ersten Paketes kann folgende Eigenschaften haben: Der Durchmesser des Drahtes kann 0,35 bis 0,7 mm, insbesondere 0,5 mm betragen. Das freie Volumen des Drahtgewebes, Drahtgeflechts oder Drahtgestricks kann 90 bis 95%, insbesondere 93,7% betragen und die spezifische Oberfläche kann 475 bis 525 m²/m³, insbesondere 506 m²/m³ betragen.
Das Drahtgewebe, Drahtgeflecht oder Drahtgestrick eines zweiten Paketes kann folgende Eigenschaften haben: Der Durchmesser des Drahtes kann 0,2 bis 0,35 mm, insbesondere 0,28 mm betragen. Das freie Volumen des Drahtgewebes, Drahtgeflechts oder Drahtgestricks kann 95 bis 98%, insbesondere 96,8% betragen und die spezifische Oberfläche kann 425 bis 475 m²/m³, insbesondere 452 m²/m³ betragen. Die Flammendurchschlagssicherung kann in der Richtung der Strömung von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung hintereinanderliegend ein erstes Paket aus Drahtgewebelagen, Drahtgefechtlagen, Drahtgestricklagen oder Streckmetalllagen, mehrere senkrecht zur Durchtrittrichtung versetzt angeordnete Wabenlagen und ein zweites Paket aus Drahtgewebelagen, Drahtgefechtlagen, Drahtgestricklagen oder Streckmetalllagen aufweisen.
Das Gehäuse kann die Form eines Zylinders, insbesondere eines geraden Kreiszylinders oder eines geraden Zylinders mit einem Kreissektor als Grundfläche aufweisen. Die Austrittöffnung kann die gewölbte Mantelfläche des Kreiszylinders oder des geraden Zylinders mit dem Kreissektor als Grundfläche einnehmen oder in dieser Mantelfläche vorgesehen sein. Es kann mehrere Austrittsöffnungen geben, die vorzugsweise in der Mantelfläche vorgesehen sind. Bei dem kreiszylindrischen Gehäuse kann die Eintrittsöffnung in einer Stirnseite und eine Austrittsfläche in der gegenüberliegenden Stirnseite vorgesehen sein. Bei Zylinder mit dem Kreissektor als Grundfläche kann die Eintrittsöffnung in einem nicht gewölbten Teil der Mantelfläche sein.
Das Gehäuse kann zum Einen einen ersten Gehäuseteil mit der Eintrittsöffnung oder den Eintrittsöffnungen und der darin angebrachten Berstscheibe bzw. den darin angebrachten Berstscheiben und zum Anderen einen zweiten Gehäuseteil mit der oder den Wabenlagen und/oder den Paketen aus den Drahtgeflechtlagen oder den Streckmetalllagen aufweisen, die lösbar aneinander befestigt sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Druckentlastungsvorrichtung mit einem Gehäuse in Form eines geraden Zylinders mit einem Kreissektor als Grundfläche in schematischer Darstellung,
2 einen Ansicht der Druckentlastungsvorrichtung im Schnitt entlang der Linie A-A in 1 in schematischer Darstellung,
3 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Druckentlastungsvorrichtung mit einem Gehäuse in Form eines geraden Kreiszylinders in schematischer Darstellung,
4 einen Ansicht der Druckentlastungsvorrichtung im Schnitt entlang der Linie A-A in 3 in schematischer Darstellung und
5 eine perspektive Ansicht von hintereinanderliegenden, senkrecht zur Durchtrittsrichtung versetzt angeordneten Wabenlagen.
Die in den 1 bis 4 dargestellten Druckentlastungsvorrichtungen 2 dienen der Absicherung eines Behälters 1, von dem nur ein Teil einer Wand dargestellt ist.
Den in den 1 und 2 bzw. den 3 und 4 dargestellten Druckentlastungsvorrichtungen ist gemeinsam, dass sie ein Gehäuse 23, eine Flammendurchschlagssicherung 21 und eine Berstscheibe 20 aufweisen. Grundsätzlich sind die Druckentlastungsvorrichtungen 2 wie bekannte Druckentlastungsvorrichtungen aufgebaut, wie sie von der Anmelderin hergestellt werden. Die wesentlichen Unterschiede zum Stand der Technik liegen in der Ausführung der Flammendurchschlagssicherungen 21.
Die Gehäuse 23 der beiden in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele haben eine unterschiedliche Form.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 hatte die Form eines geraden Zylinders, mit einem Kreissektor als Grundfläche. Das Gehäuse weist in einem geraden Abschnitt der Mantelfläche eine Eintrittsöffnung auf, die im Normalfall durch die Berstscheibe 20 verschlossen ist. Im Entlastungsfall reißt die Berstscheibe 20 auf und schlägt um ein sich dann bildendes Scharnier in das Gehäuse 23 hinein, wobei es die Positionen 20a einnimmt, um schließlich in einer Endposition 20b an zu gelangen. Die Eintrittsöffnung des Gehäuses 23 ist dann vollständig frei gegeben und die Druckwelle kann weitgehend ungehindert in das Gehäuse 23 eintreten.
Das Gehäuse 23 hat eine Austrittsöffnung, die in den gewölbten Teil der Mantelfläche des das Gehäuse 23 bildenden Zylinders vorgesehen ist. In der Austrittsöffnung und in einem Bereich der aus der Richtung vor der Austrittsöffnung liegt, ist die Flammendurchschlagssicherung 21 vorgesehen. Die Flammendurchschlagssicherung wird durch mehrere Lagen 210 gebildet. Von diesen Lagen 210 sind erste Lagen aus einem Drahtgestrick hergestellt, die übereinander gelegt ein erstes Paket bilden. Daran anschließend sind mehrere Lagen aus Wabenstrukturen vorgesehen, wobei die Waben der verschiedenen Lagen senkrecht zur Durchtrittsrichtung versetzt hintereinander liegend angeordnet sind. Zwei derartig angeordnete Wabenlagen sind in der 5 dargestellt. Hinter diesen Wabenlagen sind weitere Lagen aus Drahtgestrick vorgesehen, die zu einem zweiten Paket zusammengefasst sind. Der freie Querschnitt des ersten Pakets ist dabei größer als der freie Querschnitt des zweiten Pakets.
Im Entlastungsfall wird die in das Gehäuse 23 eintretende Druckwelle durch die Flammendurchschlagssicherung 21 gedrückt. Dabei wird in der Druckwelle mitgeführte Wärme auf das Material, welches die verschiedenen Lagen 210 der Flammendurchschlagssicherung 21 bildet, übertragen. Der Druckwelle wird somit Wärme entzogen, wodurch Flammen erlöschen. Durch die Austrittsöffnung treten keine Flammen mehr heraus.
Es hat sich erwiesen, dass die Wabenlagen und die versetzte Anordnung der Wabenlagen das „Filtern” der Flammen begünstigt. Bei gleicher Dicke der Lagen können Pakete von Drahtgestricken nur eine geringere Menge an Wärme aufnehmen. Durch die Wabenlage kommt es in der Flammendurchschlagssicherung zu einer gleichmäßigeren Strömung und zu einer besseren thermischen Ausnutzung der von der Strömung überstrichenen Flammendurchschlagssicherungs-Abströmfläche. Dieser positive Effekt wird auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel deutlich, dessen Gehäuse 23 die Form eines Kreiszylinders aufweist. Das Gehäuse 23 hat eine erste Stirnseite, die eine Eintrittsöffnung hat und durch die Berstscheibe 20 verschlossen ist. Die Berstscheibe reißt bei einem Überdruck in dem zu sichernden System, d. h. dem Behälter 1 auf und schlägt in das Gehäuse, wobei die Zwischenpositionen 20a und schließlich eine Endposition 20b eingenommen wird.
Die der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite des Gehäuses 23 und die Mantelfläche weisen Austrittsöffnungen auf, vor denen innerhalb des Gehäuses Flammendurchschlagssicherungen 21 angeordnet sind. Die bei aufgerissener Berstscheibe 20 in das Gehäuse 23 einlaufende Druckwelle wird durch diese Flammendurchschlagssicherungen 21 gedrückt und verliert dabei Energie, so dass aus dem Gehäuse keine Flammen austreten.
Die Flammendurchschlagssicherungen 21 weisen mehrere Lagen 210 von energieaufnehmenden Strukturen auf, wobei in der Austrittsrichtung von innen nach außen zunächst ein Paket feiner Drahtgestricklagen, dann mehrer Wabenlagen, deren Waben versetzt zueinander angeordnet sind, und ein zweites Paket mit im Vergleich zum ersten Paket identischen oder feineren Drahtgestricklagen angeordnet sind.

Claims

Druckentlastungsvorrichtung (2) mit wenigstens einer Berstscheibe (20) und mit wenigstens einer Flammendurchschlagssicherung (21), – wobei die Druckentlastungsvorrichtung (2) ein Gehäuse aufweist, das wenigstens eine Eintrittsöffnung und wenigstens eine Austrittsöffnung für Gase, insbesondere Explosionsgase, aufweist, – wobei die Berstscheibe (20) die Eintrittsöffnung verschließt – wobei die Berstscheibe (20) Sollbruchstellen hat, an denen im Fall einer Druckentlastung die Berstscheibe (20) aufreißt, um so die Eintrittsöffnung zu öffnen, damit ein Eintritt der Gase in das Gehäuse möglich ist, und – wobei die Flammendurchschlagssicherung (21) in die Austrittsöffnung und/oder in einen Teil des Gehäuses aus Richtung einer Strömung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung betrachtet vor der Austrittsöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammendurchschlagsicherung wenigstens eine Wabenlage aufweist.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammendurchschlagssicherung wenigstens zwei Wabenlagen aufweist, deren Waben senkrecht zur Durchtrittsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammendurchschlagssicherung neben den Wabenlagen wenigstens eine weitere Lage aufweist, die aus einem Drahtgeflecht, Drahtgestrick oder aus Streckmetall bestehen.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drahtgeflechtlagen, Drahtgestricklagen oder Streckmetalllagen der Flammendurchschlagssicherung unmittelbar übereinandergelegt sind und Pakete bilden.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgeflechtlagen, Drahtgestricklagen oder Streckmetalllagen eines ersten Paketes der Flammendurchschlagssicherung einen freien jedoch reduzierten Querschnitt haben.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgeflechtlagen, Drahtgestricklagen oder Streckmetalllagen eines zweiten Paketes der Flammendurchschlagssicherung den selben freien Querschnitt oder aber einen stärker reduzierten Querschnitt haben.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammendurchschlagssicherung in der Richtung der Strömung von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung hintereinanderliegend ein erstes Paket, mehrere senkrecht zur Durchtrittsrichtung angeordnete Wabenlagen und ein zweites Paket aufweist.
Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse die Form eines Zylinders aufweist.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung die gewölbte Mantelfläche des Kreiszylinders oder des geraden Zylinders mit dem Kreissektor als Grundfläche einnimmt oder in dieser Mantelfläche vorgesehen ist.
Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen ersten Gehäuseteil mit der Eintrittsöffnung und einen zweiten Gehäuseteil mit der oder den Wabenlagen und/oder den Paketen aus den Drahtgeflechtlagen, Drahtgestricklagen oder den Streckmetalllagen aufweist, die lösbar aneinander befestigt sind.