DE2001954C3 - Vorrichtung zum Verschluß von Rohrleitungen bei Explosionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschluß von Rohrleitungen für explosible Gase bei Explosionen, bei der in einem rohrförmigen Gehäuse ein zentrisch sitzender, auf der Seite des heranströmenden Gases durch einen Boden verschlossener und axial beweglicher Zylinder vorgesehen ist wobei der Abstand zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Außenseite des Zylinders im Verhältnis zum Innendurchmesser des Gehäuses klein ist

An Schnellschlußventile, die in Rohrleitungen für explosible Gase verwendet werden, sind hohe Anforderungen zu stellen. Besonders erschwerende Bedingungen bestehen dann, wenn das explosible Gas, beispielsweise Acetylen, auch noch unter hohem Druck steht und die Hochdruckleitungen an Flaschen, Batterien und Bündelanlagen angeschlossen sind. Dann ist zu befürchten, daß die Explosionen in die angeschlossenen Flaschen eintreten und dort durch ein Fortschreiten der Zersetzungsvorgänge des Gases die Raschen zerplatzen. Besonders gefährlich ist es, wenn nach dem Eintreten der Explosion in die Flaschen aus diesen noch Gas entnommen wird.

Aus der DT-PS 8 70 483 ist eine Vorrichtung zum selbständigen Schließen von Rohrleitungen für Druckmittel beim Eintreten einer undichten Stelle bekannt. Diese Vorrichtung besteht aus einem in die Rohrleitung geschalteten Zylinder und einem in diesem gleitenden Kolben. Der Kolben wird durch eine Feder auf der Eintrittsseite des Druckmittels in den Zylinder gehalten. Bei Auftreten eines Druckmittelverlustes wird der

Kolben jedoch vom Druckmittel in Richtung der

Austrittsseite verschoben. Das Übertreten des Druckmittels aus der einen in die andere Zylinderkammer beiderseits des Kolbens findet durch einen Ringspalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder statt

Eine derartige Vorrichtung ist für den gleichzeitigen

Einsatz als Druckwellenminderer und als Flammensperre in Hochdruckleitungen für explosible Gase nicht geeignet Im Explosionsfall würden heiße Zersetzungsgase die Vorrichtung, bevor diese dicht abschließt in nur leicht abgeschwächtem Zustand durchlaufen und beispielsweise ein anschließendes Regelorgan erreichen.

Andere bekannte Verschlußvorrichtungen sind verhältnismäßig kompliziert und ihre Konstruktion ist mit erheblichem Aufwand verbunden, wenn sie allen Bedingungen genügen sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Verschluß von Rohrleitungen für explosible Gase bei Explosionen zu entwickeln, mit der ein Weiterlaufen der Explosion in der Rohrleitung möglichst weitgehend unterbunden sowie die weitere Gasentnahme möglichst schnell und mit möglichst einfachen Mitteln verhindert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das offene Ende des Zylinders in eine ringförmige

b5 Nut hineinragt, deren Fuß mit einer Dichtung versehen ist und die dadurch gebildet ist, daß ein in das offene Ende des Zylinders hineinreichendes Einsatzrohr an seinem dem Boden des Zylinders abgewandten Ende

mit dem Gehäuse fest verbunden ist, wobei der Abstand zwischen Innenseite des Zylinders und Außenseite des Β-«satzrohres im Verhältnis zum Innendurchmesser des Gehäuses klein und die Tiefe der Nut im Verhältnis zum Innendurchmesser des Gehäuses groß bemessen ist

Eine in eine Hochdruckleitimg installierte erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Fall einer Explosion besonders vorteilhaft als Gasabschluß und Rammensperre wirken. Durch die Gestaltung des Zylinders wird die Gasströmung durch eine doppelte Umlenkung wesentlich beeir/hißt Die ankommende Explosionswelle muß zunächst durch den Zwischenraum zwischen Zylinderaußenseite und Gehäusewand, anschließend in umgekehrter Richtung durch den Zwischenraum zwischen Zylinderinnenwand und Außenseite des Einsatzrohres und dann nochmals in umgekehrter Richtung durch das Innere des Einsatzrohres laufen. Die damit erzielte Verlängerung des Weges führt auf sichere Weise zu einer Schwächung der Explosionswelle, so daß bei Einbau der Vorrichtung in nicht zu großer Entfernung vor einem Regler dieser vor dem Auftreffen der Explosion geschützt wird und die Explosion nicht auf die Hinterdruckseite des Reglers durchtreten kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß die von der Explosion herrührende Flamme bei Durchtritt durch die Vorrichtung mindestens stark geschwächt oder sogar gelöscht wird. Dies ist unter anderem davon abhängig, wieviel heiße Zersetzungsgase durch die Vorrichtung hindurchströmen, bevor die»; aufgrund des Explosionsdruckes vollkommen geschlossen ist Da aber die Dichtfläche der Vorrichtung am unteren Ende der Nut vorgesehen ist, müssen die heißen Gase, die durch die Vorrichtung strömen, bevor die Dichtwirkung der Vorrichtung einsetzt, auf alle Fälle nochmals einen engen Zwischenraum, nämlich den zwischen Zylinderinnenwand und Außenseite des Einsitzrohres, passieren. Die Folge ist eine weitere Schwächung einer die Zersetzungsgase begleitenden Flammenfront

Besonders günstig ist es, wenn der Zylinder aus einem Werkstoff von geringem spezifischem Gewicht vorzugsweise aus Aluminium besteht Durch das geringe Gewicht des Zylinders wird dann eine merkliche Verkürzung der Schließzeiten der Verschhißvorrichtung bewirkt Diese erniedrigt wiederum dann wesentlich die Mengen an heißen Zersetzungsgasen, wie sie zum vollständigen Verschluß durch die Verschlußvorrichtung hindurchtreten können. Eine Verbilligung der Herstellung des Zylinders ergibt sich dadurch, daß die Wand des Zylinders nicht so dick wie der Boden des Zylinders zu sein braucht

Im geöffneten Zustand der Verschlußvorrichtung wird der Zylinder durch eine besonders einfache Maßnahme festgehalten. Sie besteht darin, daß der Zylinder mit seinem Boden an einem Stahldraht hängt, welcher diametral im Gehäuse befestigt ist

Der Zylinder kaum durch die Explosion entweder gegen eine Dichtung aus Blei, die am Fuße der Nut angebracht ist, oder Materialien mindestens der gleichen Temperaturbeständigkeit, aber genügender Nachgiebigkeit, gedruckt werden und/oder in besonders vorteilhafter Weise gegen einen am Fuße der Nut befindlichen Konus, dessen Neigungswinkel gegen die Gehäuseachse nicht größer als 10°, vorzugsweise 8°, und dessen mittlerer Durchmesser etwa gleich dem Innendurchmesser des Zylinders ist Dadurch wird auch noch bei verhältnismäßig schwachen Explosionen ein äußerst dichter und fester Verschluß erreicht Mit zunehmender Stärke der Explosion wird nicht nur die Schließzeit verkürzt sondern auch der Zylinder besonders intensiv auf den Konus aufgepreßt wodurch das Durchbrennen einer evtl. nachgeschalteten Flammensperre unmöglich gemacht wird,
s Die evtL durchtretende Explosion ist so schwach, daß sie mit überraschend einfachen Maßnahmen vollkommen gelöscht werden kann. Diese Maßnahmen können umso einfacher sein, je geringer das Volumen zwischen dem Boden des Zylinders und der Flammensperre ist

ίο Beispielsweise genügt ein Pfropfen aus Stahlwolle oder eine geringe Länge eines Bündels aus Kapillarrohren dazu, wenn das Volumen zwischen dem Boden des Zylinders und der Flammensperre im Verhältnis zu dem Volumen, das einen gleichlangen, jedoch mit dem Rohrleitungsinnendurchmesser bemessenen Zylinder besitzt sehr klein ist Derartige Flammensperren können auch in solchen Hochdruckleitungen eingesetzt werden, bei denen besonderer Wert auf einen minimalen Strömungswiderstand gelegt werden muß, wohingegen die bekannten Flammensperren, beispielsweise aus Sintermetall außerordentlich groß gebaut werden müßten, um annehmbare Strömungswiderstande zu erzielen. Aber gerade in Hochdruckleitungen ist die Größe der Flammensperren wegen der außerordentlichen Beanspruchung durch evtL auftretende Detonationen begrenzt

Wenn die Verschlußvorrichtung unmittelbar vor das Eingangsventil in einen Regler eingebaut wird, so genügt allein schon dieses Eingangsventil als Flammensperre. Während ohnt die Verschlußvorrichtung eine im Hochdruckteil bei genügend anlaufender Explosion ohne weiteres in das Rohr hinter dem Regler eintreten und dort bei genügendem Gasdruck weiterlaufen kann, kommt durch den Einbau der VerschluBvorrichtung unmittelbar vor dem Regler die Ramme zum Erlöschen.

In größeren Leitungssystemen, in denen mit einem Anlaufen von Explosionen von zwei Seiten her

gerechnet werden muß, hat sich eine Anordnung als besonders vorteilhaft herausgestellt, in der sich in der Mitte eine einfache Flammensperre, z. B. wieder aus entsprechend bemessenen Stahlwollepfropfen, befindet Auf beiden Seiten der Flammensperre ist je eine Schnellschlußvorrichtung spiegelsymmetrisch so angeordnet, daß die Böden der Zylinder auf den der

Rammensperre abgewandten Seiten liegen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden durch das in der Figur schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben, in der eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt ist

so In einer Rohrleitung ist das Gehäuse 1 der Vorrichtung eingesetzt, beispielsweise durch Schraubverbindungen an beiden Enden. Es handelt sich hier um eine Rohrleitung mit einem lichten Durchmesser von 10—15 mm, die von Acetylen durchströmt wird, welches unter einem Druck bis ca. 25 atü steht Das Gas strömt in Pfeilrichtung von links auf den Boden 3 des Zylinders 2 und an der Wand des Zylinders 2 und der Wand des Einsatzrohres 4 vorbei durch die Flammensperr"; 6 nach rechts. Alle Teile sind im Querschnitt kreisrund geformt Auf den Boden 3 des Zylinders 2 ist die Nocke 8 aufgesetzt Die Nocke 8 ist mit einer Bohrung versehen, durch welche ein Stahklraht 7 von 0,8 mm Durchmesser geführt ist Die beiden Enden des Stahldrahtes 7 sitzen in diametral gegenüberliegenden Bohrungen des Ge-

bs häuses 1. Der Zylinder 2 kann noch zusätzlich durch zwischen der Wand des Zylinders 2 und der Wand des Gehäuses 1 angebrachte Nocken geführt werdea
Der Boden 3 des Zylinders 2 besteht bei diesem

speziellen Ausführungsbeispiel aus 2—5 mm starkem Aluminium, während für die Wand des Zylinders 2 lediglich etwa 1—2 mm starkes Aluminium verwendet werden muß. Die durch die Verbindung von Einsatzrohr 4 mit Gehäuse 1 entstandene Nut 10 hat bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel eine Tiefe von ca. 4 cm, wodurch ein so großer Überlappungsbereich von Zylinder 2 und Einsatzrohr 4 entsteht, daß der Explosionsdruck in ausreichendem Maße gedämpft wird. Als besonders wirksam hat es sich erwiesen, wenn die bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel kreisrunde Ringspalte, die das Gas um die Wand des Zylinders 2 herum durchlaufen muß, auf 1 mm Breite oder weniger begrenzt wird. Dadurch wird auf die Acetylenexplosio-

nen auch bei hohen Drücken eine besonders wirksame Schwächung ausgeübt.

Als Dichtung besitzt dieses spezielle Ausführungsbeispiel einen Konus 5, dessen Neigungswinkel f;egen die Längsachse des Gehäuses 1 8° beträgt Als Flammensperre genügt ein kurzer Stahlwollpfropfen 6, da das Volumen des Raumes 9 zwischen dem Boden 3 des Zylinders 2 und der Flammensperre 6 nicht größer als 20 cm³ ist Infolge der geringen Länge des erforderlichen Stahlwollepfropfen 6 ist der Strömungswiderstand der Flammensperre auch bei so großen Gasdurchsätzen, wie beispielsweise von 30 mVh nicht größer als rund 0,05 ata.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verschluß von Rohrleitungen für explosible Gase bei Explosionen, bei der in einem rohrförmigen Gehäuse ein zentrisch sitzender, auf s der Seite des heranströmenden Gases durch einen Boden verschlossener und axial beweglicher Zylinder vorgesehen ist wobei der Abstand zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Außenseite des Zylinders im Verhältnis zum Innendurchmesser des Gehäuses klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende des Zylinders (2) fn eine ringförmige Nut (10) hineinragt, deren Fuß mit einer Dichtung (5) versehen ist und die dadurch gebildet ist, daß ein in das offene Ende des Zylinders (2) ts hineinreichendes Einsatzrohr (4) an seinem, dem Boden (3) des Zylinders (2) abgewandten Ende mit dem Gehäuse (1) fest verbunden ist, wobei der Abstand zwischen Innenseite des Zylinders (2) und Außenseite des Einsatzrohres (4) im Verhältnis zum Innendurchmesser des Gehäuses (1) klein und die Tiefe der Nut (10) im Verhältnis zum Innendurchmesser des Gehäuses (1) groß bemessen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Zylinder (2) aus einem Werkstoff von geringem spezifischem Gewicht vorzugsweise aus Aluminium, besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Boden (3) des Zylinders (2) dicker als die Wand des Zylinders (2) ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß im geöffneten Zustand der Vorrichtung der Zylinder (2) mit seinem Boden (3) an einem Stahldraht (7) hängt welcher

35 diametral im Gehäuse (1) befestigt ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Dichtung (S) am Fuße der Nut (10) aus Blei besteht

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Außenwand des Einsatzrohres (4) am Fuße der Nut (10) als Konus (5) ausgebildet ist dessen Neigungswinkel gegen die Längsachse des Gehäuses (1) nicht größer als 10°, vorzugsweise 8°, und dessen mittlerer Durchmesser etwa gleich dem Innendurchmesser des Zylinders (2) ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß bezüglich der Strömungsrichtung des Gases hinter dem Zylinder (2) eine Flammensperre (6) im Gehäuse (1) eingebaut ist

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß das freie Volumen zwischen dem Boden (3) des Zylinders (2) und der Flammensperre (6) im Verhältnis zu dem Volumen, das einen gleichlangen, jedoch mit dem Rohrleitungsinnendurchmesser bemessenen Zylinder besitzt, klein ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß die Flammensperre (6) ein Stahlwollepfropfen ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß die Flammensperre (6) ein Bündel von Kapillarrohren ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammensperre (6) das Eingangsventil eines Reglers oder Druckminderers ist.