DE2250166A1 - DEVICE FOR COMBATING REACTIONS IN LARGE CONTAINERS ASSOCIATED WITH INADMISSIBLE RISE IN PRESSURE - Google Patents
DEVICE FOR COMBATING REACTIONS IN LARGE CONTAINERS ASSOCIATED WITH INADMISSIBLE RISE IN PRESSUREInfo
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Description
D 8035 GAUTINQ
WALDPROMENADE 26D 8035 GAUTINQ
FOREST PRIMES 26
Dipl.Ing. Dr.Dr,h..c· Hans LIST, Graz ( Österreich )Dipl.Ing. Dr.Dr, h..c · Hans LIST, Graz ( Austria )
Einrichtung zur Bekämpfung von mit unzulässigem Druckanstieg verbundenen Reaktionen in Großbehältern Device for combating reactions associated with an impermissible increase in pressure in large containers
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bekämpfung von mit unzulässigem Druckanstieg verbundenen Reaktionen in Großbehältern mit explosivem oder thermochemisch reaktivem Inhalt, mit wenigstens einen^mit dem Behälterdruck beaufschlagten DruckfUhler und einer von diesem gesteuerten Druckentlastungsvorrichtung. The invention relates to a device for combating an inadmissible pressure increase associated with Reactions in large containers with explosive or thermochemically reactive contents, with at least a pressure sensor charged with the container pressure and a pressure relief device controlled by the latter.
In der Verfahrenstechnik ist es unvermeidbar, daß sich in Großbehältern explosive Brennstoff-Luft-Gemische bilden, wobei das Auftreten von Zündquellen mit Sicherheit nicht auszuschließen ist. Unter dem Begriff Brennstoff-Luft-Geraische sind dabei sowohl Staub-Luft-Gemische· als auch Gas- bzw. Dampf-Luft-GemiBche zu verstehen. Wenn die betreffenden Behälter nicht die erforderliche Druckfestigkeit besitzen, können solche Explosionen unter Umständen erheblichen Pernonen- und Sachschaden verursachen. Ahnliche Aubwirkungen können sich durch thermochemische Reaktionen in Großbehältern ergeben, wenngleich diesen ReaktionenIn process engineering, it is unavoidable that there are explosive fuel-air mixtures in large containers form, whereby the occurrence of ignition sources cannot be ruled out with certainty. Under the The term fuel-air equipment includes both dust-air mixtures and gas or steam-air mixtures to understand. If the containers in question do not have the required compressive strength, Such explosions can cause considerable personal injury and property damage. Similar effects can get through thermochemical reactions in large containers, albeit with these reactions
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ein längeres zeitliches Anlaufatadium als einer Explooion vorausgeht.a longer start-up stage than an explosion precedes.
Es ist bekannt, im Entotehen begriffene Explosionen durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu unterdrücken, so daß der Wirkungabereich der Explooionsflammen eingeschränkt und der zu erwartende Explosionsdruck bzw. die Druckäußerung der thermochemischen Reaktion gemildert wird. Die Druckfühler nehmen die im Entstehen begriffenen Reaktionen noch vor Erreichen einer zerstörenden Druckkraft rechtzeitig wahr und lösen selbsttätig die Druckentlastungsvorrichtung aus, die je nach Fall ala Lösch-, KUhI-oder. Entlüftungavorrichtung ausgebildet sein kann. So werden boispielsweice bei Anoprechen der Druckftlhlor geeignete Löschmittel, welche in an dem betreffenden Großbehälter angebrachten LoschmittelbG-hältern untor Druck gespeichert sind, durch Betätigung von Schnollijffnungsventilen oder das Absprengen von Berotscheiben mit hoher Ausatrümungogeuchwlndigkeit in den Großbehältern eingebracht. PUr den Löscherfolg ist dabei nicht nur "die richtige Wahl des Löachraittela, Doines Speichordruckeo und der Anordnung und Anzahl der Löschmittelbehälter maßgeblich, sondern vor allem das Vorhalten und die Ansprechempfindlichkeit der die Dekämpfungsmaßnahmen au3lb"oenden Druckdetektoren. Bei den bekannten ExplosionaunterdrUckungseinrichtungen erfolgt die Auslösung der Löschmaßnahmen bei Überschreitung eines vorbestimmten, im Vergleich zu dom zu erwartenden Explosionsdruck sehr niedrigen AnuprechdruckeB. Die Gefahr einer Fehlauslöeung des Löschsystems, etwa durch betriebsmäßig oder gelegentlich auftretend« Druckotöße, ist daher verhältnismäßig groß. I?ehl«nielöBungen verursachen nioht nur einenIt is known that explosions are in the process of being released to suppress by a device of the type mentioned, so that the effective range of the explosion flames limited and the expected explosion pressure or the pressure expression of the thermochemical Reaction is mitigated. The pressure sensors still take the reactions that are developing true in good time before a destructive pressure force is reached and automatically release the pressure relief device from which, depending on the case, ala delete, KUhI or. Ventilation device can be formed. For example, when addressing the Druckftlhlor Suitable extinguishing agents, which are in LoschmittelbG containers attached to the relevant large container are stored under pressure, by actuating Schnollijffnungsventilen or by blowing off Berot disks with high evacuation resistance placed in the bulk containers. For the success of the extinguishing is not only "the right choice of Löachraittela, Doines memory printing and the arrangement and number the extinguishing agent container is decisive, but above all the availability and responsiveness of the Control measures based on pressure detectors. In the known explosion suppression devices the triggering of the extinguishing measures occurs when a predetermined value is exceeded, compared to the expected explosion pressure is very low contact pressures B. The risk of false triggering of the Extinguishing system, for example by operationally or occasionally occurring «pressure surges, is therefore relatively large. Discomfort doesn’t cause just one
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beträchtlichen materiellen Schaden, da das im Behälter gelagerte Material durch die Einwirkung des Löschmittels unbrauchbar wird und auch die Löschmittelbehälter neu gefüllt werden müssen, sondern sie führen auch zu längeren Betriebsunterbrechungen, von denen auch größere Aniagenteile betroffen sein können. Aus diesen Gründen erscheinen die bekannten Einrichtungen noch in wesentlichen Belangen verbesserungsbedürftig. Considerable material damage, as the material stored in the container was caused by the action of the Extinguishing agent becomes unusable and the extinguishing agent container must be refilled, but they also lead to longer business interruptions, which can also affect larger parts of the aniag. It is for these reasons that the well-known appear Facilities still in need of improvement in essential areas.
Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art in dem Sinne zu vervollkommnen, daß tatsächlich nur beim Vorliegen gefährlicher Reaktionen eine Auslösung von Lösch- oder sonstigen Druckentlastungsmaßnahmen erfolgt. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäö vorgesehen, daß dem Druckfühler zwei Schaltglieder parallel nachgeschaltet sind, von denen da3 erste bei Überschreiten einer einen vorbestimmten Druckwert kennzeichnenden Eingangsspannung und das zweite bei Überschreiten einer einen vorbestimmten Druckanstieg je Zeiteinheit kennzeichnenden iSingangespannung ein AusgangsBignal abgibt, und daß die Ausgänge der Schaltglieder je mit einem Eingang eines UND-Gatters verbunden sind, über das die Druckentlastungsvorrichtung auslösbar ist. Als Bewertungsraaß für die Gefährlichkeit von im Behälterinneren zu verzeichnenden Druckerhöhungen wird also nicht nur der Druck selbut, sondern auch der zeitliche Druckanstieg herangezogen. Eine Auslösung des Löschsystems oder Bonstiger Vorrichtungen zur Druckentlastung im Behälter kann daher nur dann stattfinden, wenn gleichzeitig der Druck und die zeitliche Druckänderung vorherbestimmte Grenzwerte überschreiten. Auf diese Weise gelingt co, denIt is now the object of the present invention, a device of the type mentioned in the To perfect the sense that actually only in the presence of dangerous reactions a release of extinguishing or other pressure relief measures. For this purpose, the invention provides that two switching elements are connected in parallel downstream of the pressure sensor, of which da3 first when exceeded an input voltage characterizing a predetermined pressure value and the second when exceeded an input voltage characterizing a predetermined pressure increase per unit of time Output signal emits, and that the outputs of the Switching elements each with an input of an AND gate are connected, via which the pressure relief device can be triggered. As a rating for the danger from pressure increases to be recorded inside the container not only the pressure itself is but also the increase in pressure over time. A triggering of the extinguishing system or Bonstiger devices to relieve pressure in the container can therefore only take place if the pressure is applied at the same time and the change in pressure with time exceed predetermined limit values. In this way, co, succeeds
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Einfluß solcher mit Druckänderungen verbundener Vorgänge auf das Auslösesystem der Einrichtung auszuschalten, deren Druckverlauf nicht dem für explosive oder thermochemische Reaktionen charakteristischen Druckverlauf entspricht. Damit werden Fehlauslösungen wie sich durch betriebsbedingte Druckschwankungen, aber auch durch Außeneinflüsse, wie Erschütterungen, Blitzschlag od. dgl. hervorgerufen werden könnten, mit Sicherheit vermieden.To eliminate the influence of such processes associated with pressure changes on the release system of the device, whose pressure curve is not characteristic of explosive or thermochemical reactions Pressure curve corresponds. This will cause false tripping how due to operational pressure fluctuations, but also due to external influences such as vibrations, Lightning strike or the like. Could be avoided with certainty.
Die Wahl der Grenzwerte für den Behälterdruck und den zeitlichen Druckanstieg, deren gleichzeitige Überschreitung Voraussetzung für ein Ansprechen der Druckentlastungsvorrichtung ist, richtet sich sowohl nach der Zusammensetzung und Beschaffenheit des Behälterinhaltes als auch nach der Behältergröße, welche Daten den Druckverlauf im Falle einer Explosion maßgeblich bestimmen. Dieser Druckverlauf ist für verschiedene Staub-Luft-Gemische und gewisse Behältergroßen bereits bekannt und kann erforderlichenfalls experimentell ermittelt werden.The choice of the limit values for the tank pressure and the pressure increase over time, their simultaneous Exceeding the prerequisite for a response of the pressure relief device is directed both according to the composition and nature of the container contents as well as the container size, which data determine the pressure curve in the event of an explosion. This pressure curve is for various dust-air mixtures and certain container sizes already known and can be determined experimentally if necessary.
Da für die Bekämpfung von in Entstehung begriffenen Explosionen nur außerordentlich kurze Zeitspannen zur Verfügung stehen, muß ein praktisch verzögerungsfreies Ansprechen der ßchaltglieder der Einrichtung sichergestellt werden. Zu diesem Zweck ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das erste Schaltglied ein Analog-Digitalschalter und das zweite Schaltglied eine Differenzierschaltung mit über einen Verstärker nachgeschaltetem Analog-Digitalschalter ist, wobei jeder der beiden jaiaxog-Digitalschalter aus einem Differenzverstärker besteht, dessen negativer Eingang über einen Widerstand an einenBecause only extremely short periods of time are used to combat explosions that are in the process of being formed are available, a practically instantaneous response of the ßchaltglieder the Establishment to be ensured. For this purpose, it is provided in a further embodiment of the invention, that the first switching element is an analog-digital switch and the second switching element is a differentiating circuit with an analog-digital switch connected downstream via an amplifier, each of the two jaiaxog digital switches consists of a differential amplifier whose negative input is connected to a
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von einer Referenzspannung gespeisten Spannungsregler angeschlossen ist. Durch die Spannungsregler kann die Ansprechschwelle der Analog-Digitalschalter geändert und den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. Die Ausgänge der beiden Analog-Digitalschalter liegen im Normalzustand auf Logisch-O-Spannung. Der erste Analog-Digitalschalter schaltet auf Logisch-1 dann, wenn der Behälterdrück den vorbestimmten Grenzwert überschritten hat. Der zweite Analog-Digitalschalter schaltet nur dann auf Logisch~1, wenn die Ausgangsspannung der Differenzierschaltung, welche proportional dem zeitlichen Anstieg des Behälterdruckes ist, den vorbestimmten Grenzwert überschritten hat. Nur wenn an den Ausgängen beider Analog-Digitalschalter Logiqch-I-Spannung vorhanden ist, läßt das U^D-Gatter ein Signal zur Auslösung der Druckentlastungsvorrichtung durch. Das Ausgangssignal des Ti© -Gatters kann dabei zur Triggerung einer monostabi-len Schaltstufe mit nachgeschaltetem Impulsformer benützt werden, welch letzterer einen Rechteckimpuls abgibt, der nach entsprechender Verstärkung zum Auslösen der Löschvorrichtung od.dgl. benützt wird. Der Auslöseimpuls kann z.B. einen Glühdraht durchschmelzen, wodurch ein Ventil geöffnet wird,, über das unter Druck gehaltene Chemikalien als Löschmittel in den Behälter eingeblasen werden. Nach dem gleichen System kann auch ein Löschpulverbehälter zum Bersten gebracht werden.voltage regulator fed by a reference voltage is connected. Through the voltage regulator, the The response threshold of the analog-digital switch can be changed and adapted to the respective requirements. In the normal state, the outputs of the two analog / digital switches are at logic 0 voltage. The first Analog-digital switch switches to logic 1 then, when the tank pressure has exceeded the predetermined limit. The second analog-digital switch only switches to logic ~ 1 when the output voltage the differentiating circuit, which is proportional to the rise in the tank pressure over time, the has exceeded a predetermined limit. Only if at the outputs of both analog-digital switches Logiqch-I voltage is present, leaves the U ^ D gate a signal to trigger the pressure relief device. The output of the Ti © gate can trigger a monostable switching stage can be used with a downstream pulse shaper, which emits a square pulse, after the appropriate reinforcement to trigger the extinguishing device or the like. is used. The trigger pulse For example, it can melt a filament, opening a valve through which it is under pressure held chemicals are blown into the container as an extinguishing agent. According to the same system can an extinguishing powder container can also be burst.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind der Ausgang und der positive Eingang jedes der beiden Differenzverstärker über einen Widerstand rückgekoppelt. Diese schaltungstechnische Maßnahme bezweckt die Erzeugung einer Hysterese in der Ansprechschwelle des betreffenden Analog-Digitalschalters. Das bedeutetAccording to a further feature of the invention, the output and the positive input are either of the two Differential amplifier fed back via a resistor. This circuit measure is intended the generation of a hysteresis in the response threshold of the relevant analog-digital switch. That means
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daß der Analog-Digitalschalter zwar einschaltet, sobald der Druck eine bestimmte Höhe erreicht hat, daß aber der Druck danach um einen kleinen Betrag unter diese Schwelle absinken muß, damit der Analog-Digitalschalter wieder umschaltet. Man erzielt dadurch eine eindeutige positive Umschaltung, die ein Pendeln um den Umschaltpunkt bei geringfügigen Druckschwankungen ausschließt.that the analog-digital switch turns on as soon as the pressure has reached a certain level, but that the pressure must then drop below this threshold by a small amount, so that the analog-digital switch switches again. In this way, a clear positive switch is achieved, the oscillation around the switchover point in the event of slight pressure fluctuations.
Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Einrichtung ergibt sich dadurch, daß dem Druckfühler ein gegebenenfalls mit diesem zu einer Baueinheit vereinigter Vorverstärker nachgeschaltet ist. Damit wird die Möglichkeit einer langen Kabelverbindung^zwischen dem Meßteil und der übrigen elektronischen Schaltung geschaffen.A further improvement of the device according to the invention results from the fact that the pressure sensor a preamplifier optionally combined with this to form a structural unit is connected downstream. So that will the possibility of a long cable connection ^ between the measuring part and the rest of the electronic circuit created.
Weitere Vorteile ergeben sich erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen den Druckfühler und die beiden Schaltglieder ein Tiefpaßfilter eingeschaltet ist. Durch die Tiefpaßfilter werden unerwünschte Frequenzen, insbesondere höhere Frequenzen ausgesiebt und der Ansprechbereich der Einrichtung im erwünschten Sinne weiter eingeengt.According to the invention, further advantages result from the fact that between the pressure sensor and the two Switching elements a low-pass filter is switched on. The low-pass filters are unwanted frequencies, in particular higher frequencies screened out and the response range of the device in the desired sense further narrowed.
Eine weitere Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung ist durch eine zusätzliche Schaltungsanordnung zur Bekämpfung thermochemischer Reaktionen gekennzeichnet, welche aus einer an den Ausgang des ersten Schaltgliedes angeschlossenen monostabilen Schaltstufe mit nachgeschaltetem Impulsformer, einer an den Ausgang des zweiten Schaltgliedes angeschlossenen Umkehrstufe und einer bistabilen Schaltstufe mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker besteht, wobei der Takteingang der bistabilen Schaltstufe mit dem Ausgang des Impulsformers, der Vorbereitungeeingang der bistabilen Schaltstufe mit dem AusgangAnother embodiment of the device according to the invention is provided by an additional circuit arrangement to combat thermochemical reactions characterized, which consists of a monostable connected to the output of the first switching element Switching stage with downstream pulse shaper, one connected to the output of the second switching element inverter and a bistable switching stage with downstream power amplifier, the clock input of the bistable switching stage with the output of the pulse shaper, the preparation input the bistable switching stage with the output
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der Umkehrstufe verbunden und die Mstabile Schaltstufe über einen Schalter in die Ausgangsposition rückstellbar ist. Diese zusätzliche Schaltungsanordnung ermöglicht die Erfassung und Bekämpfung auch, von thermochemisehen Reaktionen, für die ein .relativ langsamer Druckanstieg charakteristisch ist und die daher unterhalb der Ansprechgrenze des zweiten Schaltgliedes liegen. Die Ausgangspannung der zusätzlichen Schaltung kann beispielsweise zur Betätigung eines Relais benützt werden, welches' die Öffnung von Entlüftungsklappen steuert. Auf diese V/eise kann der Behälter» in dem sich der thermochemische Vorgang abspielt und der dem auftretenden Druck nicht standhalten würde, vor Beschädigung bzw. Zerstörung geschützt werden.connected to the reversing stage and the Mstable switching stage can be reset to the starting position via a switch. This additional circuit arrangement also enables the detection and control of thermochemical reactions for which a .relative slow pressure increase is characteristic and the therefore lie below the response limit of the second switching element. The output voltage of the additional The circuit can be used, for example, to operate a relay which controls the opening of ventilation flaps controls. In this way the container in which the thermochemical process takes place can be plays and which would not withstand the pressure occurring, protected from damage or destruction will.
Die Erfindung wird_ nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Pig. 1 ein Diagramm über die Überwachungsgrenzen einer Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 das Prinzipschaltbild des elektronischen Teiles der Einrichtung, Fig. 3 einen Druckfühler zu der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 4 eine abgewandelte Ausführung eines solchen Druckfühlers.The invention is_ hereafter on the basis of Drawings explained in more detail. Show it Pig. 1 shows a diagram of the monitoring limits of a facility according to the invention, Fig. 2 is the basic circuit diagram of the electronic part of the device, 3 shows a pressure sensor for the device according to the invention and FIG. 4 shows a modified embodiment such a pressure sensor.
Für die Bekämpfung von Explosionen und sonstigen mit Druckanstieg verbundenen Reaktionen in Großbehältern ist vor allem die Kenntnis des Druckverlaufes dieser Vorgänge erforderlich. In Fig, 1 sind diese zeitlichen Druckverläufe, wie sie auf Grund unterschiedlicher Parameter in geschlossenen Behältern entstehen können, eingezeichnet. Als Ordinate scheint der Behälterdruck Pex in. logarithm!cchen Maßstab und auf der Abszisse die Zeit t, ebenfalls in loga-For fighting explosions and other reactions associated with increasing pressure in large containers above all, knowledge of the pressure profile of these processes is required. In Fig. 1 these are Temporal pressure curves, as they are due to different Parameters can arise in closed containers, shown. Appears as the ordinate the tank pressure Pex in. logarithmic scale and on the abscissa the time t, also in logarithmic
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rithmischen Maßstab auf. Die Diagrammfläche ist in Überwachungsbereiche I, II und III unterteilt, welche durch den in Grenzen von O.O5 bis 0,5 atü einstellbaren Auslösedruck und die beiden Druckanstiegswerte grad P1 ex und grad P2ex fes"fcgeleS'fc sind.rithmic scale. The diagram area is subdivided into monitoring areas I, II and III, which are defined by the trigger pressure adjustable within limits from O.O5 to 0.5 atü and the two pressure increase values degree P 1 ex and degree P 2ex fes " fc g ele S ' fc .
Prinzipiell dürfen Druckverläufe, die in den Überwachungsbereich I fallen, keinerlei Auslösefunktionen an der Einrichtung verursachen. Der Überwachungsbereich I ist in zv/ei Gebiete a und b unterteilt, von denen das Gebiet a gegen kleiner werdende Druckgradienten hin durch den grad P1 mit 0,1 atü/ us begrenzt ist. Diese Abgrenzung resultiert aus der Erkenntnis, daß größere Gradienten als 0,1 atü/ us bei Explosionen mit Sicherheit nicht auftreten können. Treten aber am Eingang der im folgenden näher beschriebenen elektronischen Schaltung der Einrichtung Spannungsformen mit derart großen Gradienten auf, so ist mit Sicherheit anzunehmen, daß diese von Blitzschlägen, atmosphärischen Beeinflussungen oder von Netzeinstreuungen herrühren.In principle, pressure curves that fall within monitoring area I must not cause any triggering functions on the device. The monitoring area I is subdivided into zv / ei areas a and b, of which area a is limited to decreasing pressure gradients by the degree P 1 with 0.1 atm / us. This delimitation results from the knowledge that gradients greater than 0.1 atm / µs can definitely not occur in explosions. If, however, voltage forms with such large gradients occur at the input of the electronic circuit of the device, described in more detail below, it can be assumed with certainty that these result from lightning strikes, atmospheric influences or network interference.
In allen diesen Fällen ist eine Auslösung irgendwelcher Abwehrmaßnahmen an der Einrichtung unerwünscht. In das Diagramm ist eine Kurve A eingezeichnet, die von einem solchen elektronischen Störsignal stammt und im Diagramm einen Druckverlauf simuliert, der tatsächlich im Behälter jedoch nicht vorhanden ist.In all of these cases, triggering any countermeasures at the facility is undesirable. A curve A is drawn in the diagram which originates from such an electronic interference signal and simulates a pressure curve in the diagram, which is not actually present in the tank.
Das zweite Gebiet b des überwachungsbereiches I ist jener Druckbereich, innerhalb dessen Betriebsdruckfjchwankungen, welche beispielsweise durch Öffnen oder Schließen von Klappen, Drosseln oder Ventilen bzw. Änderungen des Füllungszustandes oder der Temperatur hervorgerufen werden, normalerweise liegen. Auch solche Druckschwankungen, die beispielsweise der Kurve B ent-The second area b of the monitoring area I is the pressure area within which operating pressure fluctuations which, for example, by opening or closing flaps, throttles or valves or Changes in the filling level or the temperature are usually caused. Also such Pressure fluctuations which, for example, correspond to curve B
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sprechen, dürfen weder Lösch- oder sonstige Maßnahmen zur Druckentlastung auslösen.speak, no extinguishing or other measures are allowed Trigger to relieve pressure.
Der Überwachungsbereich II beinhaltet hingegen sämtliche Druckverläufe, welche für Staub- und Gasexplosionen charakteristisch sind. Eingegrenzt wird der Überwachungsbereich II durch die beiden konstanten Druckgradienten ^1eX und P2ex und andersei'fcs durch denMonitoring area II, on the other hand, contains all pressure curves that are characteristic of dust and gas explosions. Of the monitoring region is bounded by the two ex II constant pressure gradient ^ 1EX and P 2 and andersei 'fcs by the
in den Grenzen von ß,05 .bis 0,5 atü einstellbaren Auslösedruck. Ein für Staub- und Gasexplosionen typischer Kurvenverauf ist durch die Kurve C dargestellt» Alle innerhalb des Bereiches II auftretenden Druckverläufe müssen mit Sicherheit die Löscheinrichtung zur Auslösung bringen. ■adjustable within the limits of ß.05 to 0.5 atm Release pressure. A curve shape typical for dust and gas explosions is shown by curve C »All Pressure curves occurring within area II must definitely be triggered by the extinguishing device bring. ■
Der Überwachungsbereich III bezeichnet jenes Gebiet, in dem thermochemische Reaktionen^ beispielsweise Selbstentzündung des Behälterinhaltes stattfinden, für welche Vorgänge ein anfänglich langsamer^ flacher Druckanstieg charakteristisch ist. Erst dann kommt es zur Ausbildung einer Explosion und die eigentliche Explosionsdruckwelle überlagert sich dem flachen Druckanstieg. Ein für eine solche thermochemische Reaktion typischer Kurvenverlauf ist durch die Kurve D dargestellt.The monitoring area III denotes the area in which thermochemical reactions take place, for example self-ignition of the container contents, for which processes an initially slow one flat pressure rise is characteristic. Only then does an explosion develop and the the actual blast wave is superimposed on the flat pressure rise. One for such a thermochemical Typical response curve is shown by curve D.
Überschreitet der flache Druckanstieg den eingestellten Auslösedruck, so werden über einen gesonderten Kanal Löschvorrichtungen betätigt bzw«, anderweitige Maßnahmen ausgelöst, welche der eventuellen zukünftigen Entstehung der Explosion entgegenwirken» Die Bekämpfungsmaßnahmen richten sich nach der Art der zu schützenden Anlage. Zum Beispiel werden bei Säurebehältern bestimmter Art Wassersprühventile durch elektrische Zündung betätigt oder bei Staubbehältern Lüftungsklappen' elektromechanisch geöffnet. Als GrenzenIf the flat pressure increase exceeds the set trigger pressure, a separate Channel extinguishing devices activated or other measures triggered, which of the possible future Counteracting the emergence of the explosion »The control measures depend on the type of plant to be protected. For example, certain types of acid tanks have water spray valves through electrical ignition activated or, in the case of dust containers, ventilation flaps' opened electromechanically. As borders
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für den Bereich III v/erden der Druckgradient P„ und der in den Grenzen von 0,05 bis 0,5 atü einstellbare Auslösedruck angenommen.for area III v / earth the pressure gradient P " and the trigger pressure that can be set within the limits of 0.05 to 0.5 atmospheres is assumed.
Die Überwachung des Behälterdruckes,, die Klassifizierung der auftretenden Druckänderungen und die anfällige Auslösung von Lösch- oder sonstigen Schutzeinrichtungen erfolgt mittels der in Fig. 2 dargestellten elektronischen Schaltungsanordnung. Den Eingang dieser Schaltung bildet ein Druckgeber 1, der nicht nur auf Druckänderungen sondern auch auf den absoluten Wert des Druckes anspricht. Er kann ein aktiver oder passiver Geber sein, das heißt er kann selbst eine Spannung erzeugen, wie z.B. ein Quarzdruckgeber oder er ist von einer eigenen Stromquelle gespeist, wie z.B. eine Dehnmeßstreifenbrücke. Der Druckgeber 1 ist an dem zu überwachenden, nicht dargestellten Druckbehälter angebracht und unmittelbar dem Behälterinnendruck ausgesetzt. Je nach Art und Größe des Behälters können ein oder mehrere Druckgeber 1 vorhanden sein.The monitoring of the tank pressure, the classification of the pressure changes occurring and the susceptible triggering of extinguishing or other protective devices takes place by means of the one shown in FIG. 2 electronic circuit arrangement. The input of this circuit is a pressure transmitter 1, which responds not only to changes in pressure but also to the absolute value of the pressure. He can be an active or passive encoder, i.e. it can generate a voltage itself, such as a Quartz pressure transducer or it is fed by its own power source, such as a strain gauge bridge. The pressure transducer 1 is attached to the pressure vessel to be monitored, not shown, and is located directly exposed to the internal pressure of the container. Depending on the type and size of the container, one or more Pressure transmitter 1 be present.
Dem Druckgeber 1 ist ein Vorverstärker 2 nachgeschaltet, der entweder mit dem Druckgeber 1 zu einer Baueinheit verbunden oder in unmittelbarer Nähe des Druckgebers 1 angeordnet ist, um die Möglichkeit einer langen Kabelverbindung zu den nachfolgenden Teilen der Schaltung zu schaffen.The pressure transmitter 1 is followed by a preamplifier 2, which either with the pressure transmitter 1 to one Unit connected or arranged in the immediate vicinity of the pressure transducer 1 to the possibility a long cable connection to the subsequent parts of the circuit.
Dem Vorverstärker 2 folgt ein Tiefpaßfilter 3, welches elektrische Störsignale nach Art der Kurve A in Jig. 1, welche eine Fehlauslösung der Einrichtung ve Ursachen könnten, unterdrückt.The preamplifier 2 is followed by a low-pass filter 3, which electrical interference signals like curve A in Jig. 1, which is a false triggering of the device ve causes could be suppressed.
Dem Tiefpaßfilter 3 ist ein weiterer Verstärker 4 nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal dem des Druckgebers 1 propirtional ist. Nach dem Verstärker 4 ver-The low-pass filter 3 is followed by a further amplifier 4, the output signal of which is that of the pressure transducer 1 is proportional. After the amplifier 4
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zweigt sich, die Schaltung in zwei Äste, von denen der eine von einer Differenzierschaltung 5 mit über einen Verstärker 6 nachgeschaltetem Analog-Digitalschalter 7 und der andere von einem weiteren Analog-Digitalschalter 8 gebildet ist.branches, the circuit in two branches, one of which by a differentiating circuit 5 with over an analog-digital switch connected downstream of an amplifier 6 7 and the other is formed by a further analog-digital switch 8.
Die nur durch Symbole bezeichnete Differenzierschaltung 5 umfaßt einen Kondensator 9, dem ein Operationsverstärker 10 nachgeschaltet ist, dessen Ausgang und Eingang über einen Widerstand 11 rückgekoppelt sind. Die am Ausgang der Differenzierschaltung 5 vorhandene Spannung ist proportional dem Anstieg des vom Druckgeber 1 gemessenen Bohälterdruckes mit der Zeit, also dem Wert dp/dt. Das im Verstärker 6 verstärkte Ausgangssignal der Differenzierschaltung 5 gelangt über einen Eingangswiderstand 12 an den positiven Eingang eines Differenzverstärkers 12, dessen Ausgang mit dem positiven Verstärkereingang über einen Rückkoppelungswiderstand 14 verbunden ist. Der negative Eingang des Differenzverstärkers 13 ist über einen Eingangswiderstand 15 an einen Spannungsregler 16 angeschlossen, der von einer Reverenzspannung Uref gespeist ist. Der Differenzverstärker 13 bildet zusammen mit den Widerständen 12, H und den erstgenannten Analog-Digitalschalter 7.The differentiating circuit 5, indicated only by symbols, comprises a capacitor 9, which is followed by an operational amplifier 10, the output and input of which are fed back via a resistor 11. The voltage present at the output of the differentiating circuit 5 is proportional to the increase in the tank pressure measured by the pressure transmitter 1 over time, that is to say the value dp / dt. The output signal of the differentiating circuit 5 amplified in the amplifier 6 reaches the positive input of a differential amplifier 12 via an input resistor 12, the output of which is connected to the positive amplifier input via a feedback resistor 14. The negative input of the differential amplifier 13 is connected via an input resistor 15 to a voltage regulator 16 which is fed by a reference voltage U ref. The differential amplifier 13 forms together with the resistors 12, H and the first-mentioned analog-digital switch 7.
Der zweite Analog-Digitalschalter 8 besitzt einen mit dem Schalter 7 übereinstimmenden Aufbau und die vom Verstärker 4 abgegebene, durckabhängige Spannung gelangt über den Eingangswiderstand 17 an den positiven Eingang des zum Analog-Digitalschalter 8 gehörigen Differenzverstärkers 18, dessen Ausgang mit dem positiven Eingang über einen Widerstand 19The second analog-digital switch 8 has a construction and the same as the switch 7 pressure-dependent voltage output by amplifier 4 reaches the positive input of the analog-digital switch 8 via the input resistor 17 associated differential amplifier 18, the output of which is connected to the positive input via a resistor 19
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rückgekoppelt ist. Der negative Eingang auch des Differenzverstärkers 18 ist über einen Eingangawiderstand 20 an einen Spannungeregler 21 angeschlossen, welcher ebenfalls an der Referenzspannungis fed back. The negative input of the differential amplifier 18 is also via an input resistor 20 connected to a voltage regulator 21, which is also connected to the reference voltage
Die Ausgänge der beiden Analog-DigitalschalterThe outputs of the two analog-digital switches
7 und 8 sind je mit einem Eingang eines UND-Gatters 22 verbunden, dem in Hintereinanderschaltung eine monostabile Schaltstufe 23» ein Impulsformer 24, ein Vorverstärker 25 und schließlich ein Leistungsverstärker 26 folgen. Der Ausgang 27 des Leistungsverstärkers 26 führt zu der nicht dargestellten, als Lösch-, Kühl- oder Entlüftungsvorrichtung ausgebildeten Druckentlastungseinrichtung.7 and 8 are each connected to an input of an AND gate 22, one connected in series monostable switching stage 23 »a pulse shaper 24, a preamplifier 25 and finally a power amplifier 26 follow. The output 27 of the power amplifier 26 leads to the, not shown, as Extinguishing, cooling or venting device trained Pressure relief device.
Der bisher beschriebene Teil der Schaltungeanordnung dient zur Erkennung der in den Uberwachungsbereich II fallenden gefährlichen Druckverläufe explosiver Art und zur Auslösung entsprechender linterdrückungsmaßnahmen. Die Abgrenzung des Gebietes II erfolgt durch entsprechende Einstellung der Ansprechschwelle dez- Analog-Digitalschalter 7 und 0 mit Hilfe der Spannungsregler 16 und 21. Wenn nun die vom Verstärker 4 abgegebene, druckproportionale Spannung über den am Analoß-Digitalschalter eingestellten Ansprechwert ansteigt, schaltet der Analog-Dißitalschalter 8, dessen Ausgang normalerweise auf Logisch 0 Spannung liegt, auf Logisch 1 um. In übereinstimmender Weise schaltet auch der Analog-Digitalschalter 7, dessen Ausgang normalerweise auf Logisch ü ,Spannung liegt, auf Logisch 1 um, wenn die vom Verstärker 6 gelieferte, dem Druckanstieg je Zeiteinheit proportionale Spannung den einge-The part of the circuit arrangement described so far serves to detect the dangerous pressure curves falling in the monitoring area II of an explosive nature and for triggering appropriate interference suppression measures. The demarcation of the area II takes place by setting the response threshold dec- analog-digital switch 7 accordingly and 0 with the help of the voltage regulators 16 and 21. If now the output from the amplifier 4, pressure-proportional If the voltage rises above the response value set on the analog digital switch, the Analog digital switch 8, the output of which is normally voltage is on logic 0, on logic 1 at. The analog-digital switch also switches in a corresponding manner 7, the output of which is normally on logic ü, voltage, on logic 1 if the voltage supplied by the amplifier 6 and proportional to the pressure increase per unit of time
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stellten Ansprechwert übersteigt. Am Ausgang des UND-Gatters 22 entsteht also nur dann ein Signal, wenn beide Analog-Digitalschalter 7 und 8 gleichzeitig Logisch 1 ausgeben, d.h. also, wenn im Behälter zugleich die vorbestimmten Grenzwerte für den Druck und den Druckanstieg überschritten werden und somit das Kriterium des Vorliegens eines explosiven Vorganges erfüllt ist.exceeds the set response value. At the output of the AND gate 22 a signal is only produced if both analog-digital switches 7 and 8 at the same time Output logic 1, i.e. if the predetermined limit values for the pressure and the pressure rise are exceeded and thus the criterion of the presence of an explosive Process is fulfilled.
Das Ausgangssignal des UND-Gatters 22 triggert die monostabile Schaltstufe .23, deren Ausgangsimpuls in der nachfolgenden Impulsformerstufe 24 zu einem Rechteckimpuls geformt wird0 Die Breite dieses Rechteckimpulses kann in an sich bekannter Weise am Impuls·= former 24 eingestellt werden. Der in den Verstärkern 25 und 26 verstärkte Rechteckimpuls weist genügend Leistung auf, um die an den Ausgang 27.der Schaltung angeschlossenen Löscheinrichtung in Tätigkeit zu setzen.The output signal of the AND gate 22 triggers the monostable circuit .23, the output pulse is formed in the subsequent pulse shaper 24 into a rectangular pulse 0 The width of the rectangular pulse can in a known manner at the pulse · = former 24 can be adjusted. The square-wave pulse amplified in amplifiers 25 and 26 has sufficient power to activate the quenching device connected to output 27. of the circuit.
Zur Erfassung gefährlicher thermochemischer Reaktionen innerhalb des Überwachungsbereiches III ist eine zusätzliche Schaltung vorgesehen«, Diese besteht aus einer an den Ausgang des Analog-Digitalschalters 8 angeschlossenen monostabilen Schaltstufe 28 mit nachgeschaltetem Impulsformer 29, einer an den Ausgang des Analog-Digitalschalters 7 angeschlossenen Umkehrstufe 30 und einer bistabilen Schaltstufe miτ nachgeschaltetem Leistungsverstärker 32, dessen Ausgang mit 33 bezeichnet ist. Der Ausgang des Impulsformers 29 ist mit dem Takteingang der bistabilen Schaltstufe 31 und der Ausgang der Umkehrstufe 30 mit dem Vorbereitungseingang der bistabilen Schaltstufe 31 verbunden. Die bistabile Schaltstuf© 31For recording dangerous thermochemical reactions An additional circuit is provided within monitoring area III «, this exists from a monostable switching stage 28 connected to the output of the analog-digital switch 8 downstream pulse shaper 29, one connected to the output of the analog-digital switch 7 Inverter 30 and a bistable switching stage miτ downstream power amplifier 32, whose Output is denoted by 33. The output of the pulse shaper 29 is bistable with the clock input Switching stage 31 and the output of the reversing stage 30 with the preparation input of the bistable switching stage 31 connected. The bistable switching stage © 31
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isb außerdem über einen Schalter 34 in die Ausgangsposition rückstellbar.isb also in the starting position via a switch 34 resettable.
Die Funktion dieses zusätzlichen Schaltungsteiles ist nun folgende. Wenn der eingestellte Ansprechdruck (untere Grenze des überwachungsbereiches III) überschritten ist, steuert das am Ausgang des Analog-Digitalschalters 8 entstandene Logisch 1 Signal die monostabile Schaltstufe 28 an. Der dabei vom Impulsformer 29 abgegebene Rechteckimpuls gelangt an die bistabile Schaltstufe 31. Diese ist aber gesperrt, wenn am Ausgang des Analog-Digitalschalters 7 ein logisch 1 Signal vorhanden ist, welches die Überschreitung des vorbestimmten Grenzwertes für den zeitlichen Druckanstieg kennzeichnet. Steigt der Druck im Behälter jedoch nur langsam an, was dem Druckverlauf einer thermochemischen Reaktion entsprechend der Kurve D in Fig. 1 entspricht, so ist am Ausgang des Analog-Digitalschaltera 7 ein Logisch 0 Signal vorhanden, sodai3 der vom Impulsformer 29 kommende Rechteckimpuls die bistabile Schaltstufe 31 umsteuert. Das über den Leistungsverstärker 52 entsprechend hoch verstärkte Ausgangssignal der bistabilen Schaltstufe 31 löst sodann die am Ausgang 33 angeschlossene Sicherheitseinrichtung aus. Dies ist beispielsweise ein Relais, welches die Öffnung von Entlüftungsklappen am Behälter steuert. Der Behälter wird somit auch vor Beschädigung oder Zerstörung durch thermochemische Reaktionen wirksam geschützt.The function of this additional circuit part is as follows. If the set response pressure (lower limit of the monitoring area III) is exceeded, this controls the output of the Analog-digital switch 8 resulting logic 1 signal to the monostable switching stage 28. The one with it The square-wave pulse emitted by the pulse shaper 29 reaches the bistable switching stage 31. This is but blocked if a logic 1 signal is present at the output of the analog-digital switch 7, which indicates the exceeding of the predetermined limit value for the temporal pressure increase. Increases however, the pressure in the container only increases slowly, which corresponds to the pressure curve of a thermochemical reaction corresponds to curve D in FIG. 1, there is a logic at the output of the analog-digital switch 7 0 signal available, so that the square-wave pulse coming from pulse shaper 29 is the bistable switching stage 31 changes direction. The output signal of the bistable, which is correspondingly highly amplified via the power amplifier 52 Switching stage 31 then triggers the safety device connected to output 33. this is, for example, a relay that controls the opening of ventilation flaps on the container. Of the The container is thus effective against damage or destruction by thermochemical reactions protected.
Um eine einwandfreie Punktion der gesamten Einrichtung sicherzustellen, ist eine sorgfältige Kalibrierung ihrer Fühl- und Steuerelemente er-Careful puncture is required to ensure proper puncture of the entire facility Calibration of your sensing and control elements
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forderlich. Dies gilt insbesondere für den die Druckmeßwerte liefernden Druckgeber 1, dessen Empfindlichkeit und Funktionstüchtigkeit jederzeit überprüfbar sein muß.conducive. This applies in particular to the measured pressure values delivering pressure transducer 1, its sensitivity and functionality must be verifiable at any time.
Aus Pig. 3 ist eine der möglichen Anordnungen des Druckgebers ersichtlich, die eine Überprüfung der Meßtüchtigkeit des Gerätes jederzeit zuläßt. Der Druckgeber 1 ist dabei über einen in einem Verbindungsstück 36 angeordneten Absperrhahn 39 mit dem zu überwachenden Großbehältern 37 verbunden. In das Verbindungsstück 36 mündet zwischen Absperrhahn 39 und Druckgeber 1 ein Rohrstutzen 40, über welchen der Druckgeber 1 nach Abschließen des Hahnes 39 mit einem Referenzdruck beaufschlagt werden kann. Der Referenzdruck wird einer nicht dargestellten Vorrichtung, die aus einer Druckflasche und einem Druckminderventil besteht, entnommen. Die Reduzierdüsen dieser Referenzdruck-Erzeugungsanlage sind so einstellbar, daß sich sowohl typische Druckverläufe von Staub- bzw. Gasexplosionen als auch thermochemische Reaktionen nachbilden lassen. Nach erfolgter Prüfung wird der Rohrstutzen 40 für den Referenzdruckanschluß verschlossen und der Absperrhahn 39 geöffnet, so daß der Druckgeber 1 wieder mit dem zu überwachenden Großbehälter 37 in Verbindung steht.From Pig. 3 shows one of the possible arrangements of the pressure transducer that requires a check the measuring capability of the device at any time. The pressure transducer 1 is connected via a shut-off valve 39 arranged in a connection piece 36 connected to the large containers 37 to be monitored. The connector 36 opens between the stopcock 39 and pressure transducer 1 a pipe socket 40, via which the pressure transducer 1 after closing the valve 39 with a reference pressure can be applied. The reference pressure is a device not shown, which consists of a pressure bottle and a pressure reducing valve. The reducing nozzles this reference pressure generation system can be set so that both typical pressure curves of Have dust or gas explosions as well as thermochemical reactions simulate. After testing the pipe socket 40 for the reference pressure connection is closed and the shut-off valve 39 is opened, so that the pressure transducer 1 is again connected to the large container 37 to be monitored.
Eine weitere, aus Fig. 4 ersichtliche Möglichkeit zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Überwachungsanlage kann durch Beaufschlagung der Gebermembran-Innenseite mittels Unterdruckes erreicht werden.Another possibility, which can be seen from FIG. 4, for checking the functionality of the monitoring system can be achieved by applying pressure to the inside of the transducer membrane can be achieved by means of negative pressure.
In diesem Fall kann der Geber 1, dessen Gehäuse auch den Vorverstärker 35 enthält, auch während der Prüfung ία it dem zu überwachenden Behälter 37 in Ver-In this case, the encoder 1, the housing of which also contains the preamplifier 35, also during the Test ία with the container 37 to be monitored in
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bindung bleiben; ein Absperrhahn ist daher nicht erforderlich. Am Geber 1 selbst ist ein Rohrstutzen 41 vorhanden, über welchen man die Rückseite der Gebermembran 38 mit Unterdruck beaufschlagen kann« Der Unterdruck wird ebenfalls einer nicht dargestellten Funktionsprüfeinheit, welche mittels einer Schlauchleitung an dem zu prüfenden Geber angeschlossen wird, entnommen. Die Größe bzw. der seitliche Yerlauf des Unterdruckes ist so eingestellt, daß er an dem als Anschlußstecker 42 ausgebildeten Geberausgang dasselbe Signal wie eine Gasexplosion bzw. eine thermochemische Reaktion hervorruft. Die Befestigung des Gebers 1 an der Wand des Großbehälters 37 erfolgt vorteilhafterweise mittels einer in eine Gewindebohrung der Behälterwand eingreifenden Spannschraube 43, die einen stirnseitigen Plansch 44 des Geberge häuses gegen eine in die Aufnahmebohrung des'Großbehälters 37 eingelegte Ringdichtung 45 drückt.stay bond; a stopcock is therefore not required. A pipe socket 41 is provided on the transmitter 1 itself, via which the back of the transmitter membrane 38 can be subjected to negative pressure. The size or the lateral course of the negative pressure is set in such a way that it causes the same signal as a gas explosion or a thermochemical reaction at the transmitter output designed as a connector 42. The attachment of the encoder 1 to the wall of the large container 37 is advantageously carried out by means of a clamping screw 43 engaging a threaded hole in the container wall, which presses an end face 44 of the encoder housing against an annular seal 45 inserted into the receiving bore of the large container 37.
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