DE19517163C2 - Einrichtung zum Abblasen eines explosiblen Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abgeben eines ex­ plosiblen Gases mit einem Kamin, an den quer zu seiner Längs­ achse laufend Verteilerrohre mit Austrittsöffnungen ange­ schlossen sind.

Die Kühlung großer Generatoren in Kraftwerken erfolgt in der Regel mit Wasserstoff. Bei Betriebsstörungen muß dieser Was­ serstoff möglichst schnell aus den Generatoren entfernt wer­ den. Diese schnelle Entleerung erfolgt durch ein Abblasen des Wasserstoffes über dem Dach des Maschinenhauses in die Atmo­ sphäre. Da Wasserstoff ein explosibles Gas ist, besteht beim Austreten in die Atmosphäre und bei der Durchmischung mit dem Atmosphärensauerstoff die Gefahr einer Zündung und einer Knallgasexplosion. Die sich vom Zündort oberhalb der Abblase­ einrichtung ausbreitende Druckwelle kann zu einer Beschädi­ gung des Daches des Maschinenhauses führen, in dem sich die Generatoren befinden.

Bekannte Abblaseeinrichtungen bestehen aus einem senkrecht auf dem Dach des Maschinenhauses angeordneten Kamin oder Rohr mit einer Nennweite von etwa 200 mm, das an seinem Ende in eine Düse mit einer freien Ausströmöffnung von etwa 80 mm en­ det. Diese Ausströmöffnung befindet sich in Höhen zwischen etwa 3 und 7m über dem Dach. Die Höhe der Abblaseöffnung hängt von der Größe des zündfähigen Volumens und der Bela­ stungsfähigkeit des Daches ab und muß individuell mit einem erheblichen Softwareaufwand für Berechnung der Druckwellenbe­ lastung und den Nachweis der Festigkeit der Dachkonstruktion bestimmt werden.

Eine Vorrichtung zum Abgeben eines explosiblen Gases ist auch aus der DE 28 12 159 C2 bekannt. Dort gehen von einem Kamin weitgehend waagerecht angeordnete Verteilerrohre aus. Diese sind an ihren Außenenden verschlossen und weisen nur entlang ihrer Oberseite Öffnungen auf. Diese Öffnungen sind so ausge­ richtet, daß sich die austretenden Gasströme an einem Punkt treffen, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zum Abblasen eines explosiblen Gases anzugeben, mit der eine gegebenenfalls bei einer Explosion auf umliegende Gebäu­ deteile, insbesondere das Dach des Maschinen- oder Generator­ hauses, ausgeübte Druckwellenbelastung weitgehend reduziert ist.

Es soll also ein zündfähiges Gasgemisch verhindert werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich die Austrittsöffnungen jeweils am Ende der Verteilerrohre be­ finden.

Dadurch ist sichergestellt, daß sich das austretende explo­ sible Gas in mehrere Gasstrahlen separiert, die nicht aufein­ ander zu, sondern voneinander weg gerichtet sind. Die Gas­ strahlen sind folglich zumindest in ihren zündfähigen Volu­ menbereichen räumlich voneinander getrennt. Sie können somit nicht zusammen zünden, so daß die durch eine Explosion auf­ tretende Druckwelle eine kleine Amplitude aufweist.

Die Anzahl der Gasstrahlen entspricht der Anzahl der Aus­ trittsöffnungen.

Beispielsweise weist der Kamin einen Abblasekopf auf, von dem die Verteilerrohre sternförmig verteilt ausgehen. Die Aus­ trittsöffnungen sind beispielsweise durch Düsen gebildet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 eine Einrichtung zum Abblasen gemäß der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch in einer Sei­ tenansicht veranschaulicht ist.

Fig. 2 zeigt die Abblaseeinrichtung gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht und in

Fig. 3 ist ein Abblasekopf der Einrichtung zum Abblasen in einem Querschnitt veranschaulicht. In

Fig. 4 ist in einem Diagramm die Gasverteilung in der Umge­ bung der Einrichtung zum Abblasen unter Windeinfluß dargestellt. In

Fig. 5 ist in einem Diagramm die auf das Gebäudedach bei Zündung einwirkende Kraft gegen die Zeit für eine Ab­ blaseeinrichtung gemäß dem Stand der Technik sowie eine Abblaseeinrichtung gemäß der Erfindung aufgetra­ gen.

Gemäß Fig. 1 ist auf einem Dach 2 eines Maschinenhauses ein Kamin 4 angeordnet, der an eine Abblaseleitung 6 angeschlos­ sen ist, die zu einem in der Figur nicht dargestellten im Ma­ schinenhaus befindlichen Generator führt. Der Kamin 4 wird durch ein in seiner Längsrichtung vertikal und federnd gela­ gertes Rohr gebildet, dessen dem Dach 2 zugewandtes Ende frei über dem Dach 2 angeordnet ist. An seinem vom Dach 2 abge­ wandten Ende ist der Kamin 4 mit einem Abblasekopf 8 verse­ hen. In den Abblasekopf 8 münden sternförmig, mehrere, vor­ zugsweise 8, Verteilerrohre 9, deren Achsen quer zur Längs­ richtung des Kamins 4 verlaufen. Sie sind an ihren freien En­ den mit Austrittsöffnungen 10 versehen, durch die ein explo­ sibles Gas, beispielsweise Wasserstoff H₂ in die Atmosphäre austreten kann.

Im Ausführungsbeispiel beträgt die Nennweite des Kamins 4 et­ wa 160mm und die Austrittsöffnungen 10 befinden sich in etwa 1,8m Höhe H über dem Dach 2.

In der Draufsicht gemäß Fig. 2 ist die sternförmige Anordnung der acht am Abblasekopf 8 angeschlossenen acht Verteilerrohre 9 zu erkennen. Der Gesamtdurchmesser D dieser sternförmigen Anordnung beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1m.

Gemäß Fig. 3 sind die Verteilerrohre 9 an ihrem freien Ende mit einer querschnittsverrringernden Düse 14 versehen, um das Volumen der zündfähigen Gasmenge, d. h. den zündfähigen Volu­ menbereich, zu verringern. Je kleiner der Durchmesser d der Austrittsöffnung 10 ist, desto kleiner ist das Volumen dieser zündfähigen Gasmenge. Der Durchmesser d der Austrittsöffnung 10 muß andererseits aber auch groß genug sein, um einen zur schnellen Selbstentleerung des Generators ausreichenden Men­ gendurchsatz zu ermöglichen, wobei die Gasgeschwindigkeit an der Austrittsöffnung einen Grenzwert von etwa 350 m/s nicht überschreiten sollte. Der jeweils erforderliche Durchmesser d ist nach Art des zu entleerenden Generators auszulegen und beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 28 mm.

Der Abblasekopf 8 ist nach oben mit einem Deckel 16 ver­ schlossen, der mit Ausformungen versehen ist, die in den Ab­ blasekopf 8 hineinragen und eine strömungsgünstige Umlenkung und Verteilung des Gasstrahls in die Verteilerrohre 9 bewir­ ken.

In Fig. 4 sind die zündfähigen Volumenbereiche 18a, 18b, 18c des austretenden Gases, im Beispielsfall Wasserstoff, für drei der acht Verteilerrohre 9 bei einer Austrittsgeschwin­ digkeit von etwa 300 m/s und einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s exemplarisch dargestellt. In der Figur ist zu erken­ nen, daß sich auch bei ungünstigen Windverhältnissen die zündfähigen Volumenbereiche 18a-c nicht überlappen. Ein Überlappen der Wasserstoffstrahlen tritt somit erst dann ein, wenn ein zündfähiges Gemisch nicht mehr vorliegt.

Die H₂-Konzentration im Wasserstoffstrahl nimmt etwa linear mit der Entfernung von der Austrittsöffnung ab. Ein zündfähi­ ges Gemisch liegt dann vor, wenn der H₂-Volumenanteil zwi­ schen 75% und 4% liegt. Mit Erreichen der unteren Zünd­ grenze von 4% ist die Grenze der zündfähigen Strahlausdeh­ nung erreicht. Im Beispiel beginnt der zündfähige Volumenbe­ reich praktisch unmittelbar hinter der Austrittsöffnung und endet in Achsrichtung nach etwa 1,35 m. Jenseits dieser ge­ strichelt eingezeichneten Grenze liegt die H₂-Konzentration unterhalb des zündfähigen Bereichs.

Im Falle einer Zündung kommt es nur zur Zündung eines einzi­ gen Wasserstoffstrahls und somit nur einer Teilmenge des ge­ samten austretenden Wasserstoffs, die nicht auf die benach­ barten Wasserstoffstrahlen übergreift. Dadurch wird die im Falle einer Explosion auf das Dach ausgeübte Belastung erheb­ lich reduziert.

Dies geht insbesondere aus Fig. 5 hervor, wo die auf eine rechteckige Platte mit den Abmessungen 0,5m×3,0m wirkende Kraft in Kilonewton kN gegen die Zeit in Millisekunden ms nach Beginn der Zündung graphisch dargestellt ist. Kurve 20 zeigt dabei den Verlauf der Krafteinwirkung bei Zündung von Wasserstoff in einer Höhe von 3,5m über der Platte bei Ver­ wendung einer Einrichtung gemäß dem Stand der Technik. Dies entspricht einer Impulsbelastung von etwa 85 Ns. Gegenüberge­ stellt ist in Kurve 22 die zeitliche Belastung der Platte beim Zünden eines Strahls bei einer Einrichtung gemäß der Er­ findung. Die Gesamtimpulsbelastung beträgt in diesem Fall nur noch 6 Ns.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Abgeben eines explosiblen Gases mit einem Kamin (4), an den quer zu seiner Längsachse verlaufend Verteilerrohre (9) mit Austrittsöffnungen (10) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Austrittsöffnungen (10) jeweils am Ende der Verteilerrohre (9) befinden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (4) einen Abblasekopf (8) aufweist, von dem die Verteilerrohre (9) sternförmig verteilt ausgehen.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (10) durch Düsen (14) gebildet sind.