DE2847739A1

DE2847739A1 - Vorrichtung zur bestimmung der explosionsgrenzen von gasen

Info

Publication number: DE2847739A1
Application number: DE19782847739
Authority: DE
Inventors: Harvey Naaman Smith; Michael Andrew Woolf
Original assignee: Stauffer Chemical Co
Current assignee: Stauffer Chemical Co
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1979-05-10
Also published as: GB2007839B; US4140004A; BE871870A; FR2408831A1; JPS5476199A; IT7851795A0; GB2007839A; IT1106789B

Description

- J₁ -

Unsere Nr. 22 186 Ec/br

Stauffer Chemical Company Westport, Conn., V.St.A.

Vorrichtung zur Bestimmung der Explosionsgrenzen von Gasen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Explosionsgrenzen entflammbarer Gase, die feuchte, korrosive und entflammbare Gase sicher aus Gasströmen abzieht und zündet und sodann die untere oder obere Explosionsgrenze der Gase bestimmt.

Es wurden bereits verschiedene Vorrichtungen zur Bestimmung der explosiven Eigenschaften von Gasen beschrieben. Beispielsweise beschreibt die US-PS 263 939 ©in automatisches System zur kontinuierlichen Prüfung von Luft, die Methan enthält, in einer Mine. In diesem System wird Luft mit Hilfe eines Gebläses aus der Mine abgezogen und in eine Kammer geleitet, in der sie mit Hilfe eines Funkens aus einer Induktionsspule oder aus einem Platinglühdraht entzündet wird. Der resultierende Druckanstieg wird mit Hilfe eines Manometers abgelesen. Ein ähnliches System ist in der US-PS 977 9^7 beschrieben, wobei jedoch die Explosion mit Hilfe eines höfcbaren und sichtbaren Signals angezeigt wird. In der US-PS 3 026 711 wird eine bestimmte Menge eines entflammbaren Gases zusammengedrückt, und die Verbrennungswärme wird mit Hilfe von Einrichtungen, wie einem Thermoelement, gemessen. Gegebenenfalls kann an der Verbrennungskammer ein Meßrohr aus durchsichtigem Material befestigt werden. In der US-PS 3 768 313 ist eine Vorrichtung beschrieben, die zur Bestimmung der geringsten Energiemenge zur Zündung eines Gases nach der Funkenstreckenzündmethode angewendet wird.

909879/080 9-

Auch andere Vorrichtungen zur Bestimmung von Eigenschaften entflammbarer Gase wurden bereits beschrieben. So beschreibt die US-PS 3 027 751 eine Einrichtung zur Beobachtung der Geschwindigkeit einer Expansionswelle durch Bestimmung der Veränderung des Widerstandes eines Drahtes am Ort einer sich bewegenden Flanunenf ront, während der in der US-PS 3 315 08l beschriebene Detektor Fotozellen anwendet, um die Brenndauer einer durch einen Punk en gezündeten Probe zu messen. In der US-PS 3 434 336 ist eine Explosionssperre beschrieben, wobei zur Zündung eines Gases in einer aus zwei Kammern bestehenden Explosionstestvorrichtung heiße Drähte oder Funkten von Aufprall, spontaner Verbrennung oder Elektrostatik verwendet werden. Die in der US-PS 3 978 877 beschriebene Vorrichtung verwendet Kerzenzündung aus einer üblichen, mit kapazitiver Entladung arbeitenden Zündungseinheit, um entflammbare Gasgemische zu bestimmen.

Wenn sie auch für spezielle Anwendungen geeignet sein mögen, so ist doch keine:.· der bekannten Vorrichtungen geeignet, die Explosionsgrenzen korrosiver Gase und insbesondere feuchter korrosiver Gase zu bestimmen. Daher besteht ein Bedarf nach einer Vorrichtung, die es ermöglicht, auf reproduzierbare Art und Weise und ohne Beschädigung der Testvorrichtung Proben von korrosiven Gasen aus Verfahrensströmen, Abgasströmen usw. zu entnehmen und zu testen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Bestimmung aer Explosionsgrenzen entflammbarer Gase, z.B. feuchter, korrosiver entflammbarer Gase, wie z.B. der Gase aus Verfahrensströmen oder Abgasströmen,ermöglicht, wobei diese Vorrichtung Sicherheitsmerkmale aufweist, um das entflammbare Gas im Verbrennungs-

909819/0809

bereich zu isolieren, wobei einem Zündsystem für entflammbare Gase eine reproduzierbare Energiemenge zugeführt wird, so daß ein brauchbarer Datenvergleich vorgenommen werden kann, wobei ferner die Explosionsgrenzen eines entflammbaren Gases bei der gleichen Temperatur bestimmt werden, die auch der Gasstrom aufweist, aus welchem die Probe entnommen wird, wobei ferner visuelle Beobachtungen der in der Vorrichtung erzeugten Flamme, Einrichtungen zur Bestimmung der Flammengeschwindigkeit, zur Bestimmung des Druckes in der Flamme und zur Bestimmung der Temperatur der Flamme in der Vorrichtung vorgesehen sind.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine Verbrennungskammer mit einem Einlaß und einem Auslaß, Leitungen, die eine Probenentnahme mit dem Einlaß der Verbrennungskammer verbinden, um einen Probegasstrom in die Verbrennungskammer EU leitenj und eine Zündeinrichtung enthält, die mit der Verbrennungskammer verbunden ist und einen Explosionsdraht enthält, der dureii eine Batterie mit einem geringen inneren Widerstand gespeist wird«

Die Erfindung wird durch die Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist eine scheisatische Ansicht einer mit einem Gasstrom verbundenen und betriebsbereiten Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung.

Figur 2 ist eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 3 ist ein Schaltbild, das sowohl die Zündsysteme als auch die Ventilsysteirte der ©rfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Figur H ist ein Sshaubild eines Zündsjrsfcesis der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

■ο π ö 5 ι © / ,n © m a

Figur 5 ist eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, die die Einrichtungen zur Temperaturkontrolle in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Figur 6 ist eine Seilansicht, teilweise im Schnitt, die einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich der Einrichtung zum Ablesen der Flammengeschwindigkeit zeigt. Figur 7 ist eine Teilansicht, teilweise im Schnitt, die einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich der Einrichtung zur Bestimmung des Druckes und der Temperatur der Flammen zeigt.

In Figur 1 wird eine Vorrichtung mit einer Verbrennungskammer 10 gezeigt, die über ein einstellbares Ringrohr 11 mit der Flammenausbreitungskammer 12 verbunden ist. Die Leitung 13 führt in die Verbrennungskammer 10 und endet am anderen Ende in dem Flansch IM. Die verriegelten Sicherheitskug'elventile 16 und 18 stellen die Isolierung der Gasprobe von dem Gasstrom sicher. Die Vorrichtung ist durch den Flansch 14 mit dem System verbunden, aus dem Proben entnommen werden sollen, wie durch das in der Leitung von dem Gasstrom 22 liegende Kugelventil 20 mit voller Ventilöffnung gezeigt wird. Die Vorrichtung enthält auch eine Zündsonde 2h und einen Regler (control module) 26, die nachstehend näher erläutert werden. Vorzugsweise werden die Leitung und die Verbrennungskammer aus rostfreiem Stahl hergestellt, wenn auch jedes Metall, das mit dem Gasstrom verträglich ist, eingesetzt werden kann. Die Flammenausbreiturigskammer kann aus rostfreiem Stahl, Glas oder jedem anderen geeigneten Material hergestellt werden. Es sei auch darauf hingewiesen, daß für die Flammenausbreitungskammer auch andere Formen als die zylindrische Form angewendet werden können. Wenn Sicherheitsventile gewünscht werden, können entweder doppelte Ventile oder ein einfaches Ventil eingesetzt

9a9819/0809

werden. So kann beispielsweise ein einfaches Ventil, das gegenüber der Zündquelle absperrt, eingesetzt werden, um einen Plammenrückschlag zu verhindern.

Im Betrieb tritt der zu untersuchende Gasstrom durch den Plansch 14 in die erfindungsgemäße Vorrichtung ein und fließt über die doppelten äbsperrbaren Sicherheitskugelventile 16 und 18 in die Verbrennungskammer 10 und dann aufwärts in die vertikale Plammenausbreitungskammer 12, die an der Spitze unverschlossen ist, so daß das Gas abziehen kann. Vorzugsweise ist an der Spitze der Flammenausbreitungskammer 12 eine (nicht gezeigte) übliche Flammensicherung vorgesehen. Wenn die Vorrichtung mit eintretendem Gas gespült und gefüllt worden ist, werden die Ventile 16 und 18 geschlossen, um einen Plammenrückschlag in den Verfahrensstrom zu verhindern. Nach Ablauf einer geeigneten Zeitspanne, die erforderlich ist, um die Wirbelbewegungen niederzuschlagen, wird das Gas mit Hilfe der Zündsonde 24 gezündet. Die Eigenschaften der Verbrennung werden visuell in der Plammenausbreitungskammer beobachtet, wenn diese Kammer aus einem durchsichtigen Material besteht, und/oder mit Hilfe geeigneter Anzeigeeinrichtungen auf dem Regler 26 abgelesen.

In Figur 2 ist die Verbrennungskammer 10 mit einem Ablaß und Stopfen 28 versehen, um irgendwelche kondensierbaren Materialien, die nach dem Versuch zurückbleiben, zu entfernen. Die Leitung enthält auch eine Probenahmeöffnung 29, durch die eine Gasprobe entfernt werden kann, wenn andere Arten von Analysen gewünscht werden sollten. In dieser bevorzugten Ausführungsform enthält die Flammenausbreitungskammer 12 ein durchsichtiges Rohr 30, das von einer Schutzwand 32 umgeben ist, die aus einem Kunststoff mit hoher Schlagfestigkeit bestehen kann. Eine öffnung in dieser Schutzwand ermöglicht

90-981970809 ' . .

eine visuelle Beobachtung der Flamme durch das durchsichtige Rohr 30. Die Zündsonde 24 enthält eine Gewindeverbindung 34 zur Verbrennungskammer 10 und ein Sondenend,stück 36 mit s*ih einem Explosionsdraht 38. Der Explosionsdraht kann aus Platin, / Nickel-Chrom oder jedem beliebigen leitfähigen Material, das mit dem Gasstrom verträglich ist, bestehen. Er kann zwischen den Versuchen ersetzt werden, oder es kann eine Einrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe nach jedem Versuch ein neuer Drahtvorrat bereitgestellt wird. Der Sondenkörper 40 ist umgeben von dem aus keramischem Material bestehenden Isolierkörper 42 und endet in einem koaxialen Verbindungsstück 44, das mit einer (nicht gezeigten) Batterie verbunden ist.

In Figur 3 ist die zur Speisung der Zündquelle verwendete Batterie mit geringem inneren Widerstand mit 46 bezeichnet. Unter dem Ausdruck "mit geringem inneren Widerstand" in den Ansprüchen und in der Beschreibung ist ein Widerstand von weniger als 10«ΙΟ"·³ Ohm pro Zelle zu verstehen. Zu den brauchbaren Batterien gehören verschlossene Zellen mit Blei und Säure, Nickel-Cadmium-Zellen usw. Die Batterien werden so ausgewählt, daß sie eine Gesamtspannung von etwa 50 bis etwa 150 Volt und vorzugsweise von etwa 95 bis etwa 120 Volt liefern. Beispielsweise sind Batteriepackungen aus 48 erneut aufladbaren verschlossenen Zellen mit Blei und Säure, wobei jede Zelle einen inneren Widerstand von weniger als 10 · 10~·^ 0hm aufweist, oder aus 80 erneut enfladbaren Nickel-Cadmium-Zellen mit einer Leistung von 2,2 Ampere-Stunden geeignet. Die Anwendung von Batteriestrom schafft eine sichere Vorrichtung, eliminiert die Möglichkeiten von Unfällen, wie z.B. Lichtbogenbildung, Funkenbildung u.dgl., die mit der Verwendung von Leitungsstrom verbunden sind.

909819/0809

Der Energieauswahlschalter 50 wird verwendet, um die zur Zündung erforderliche Strommenge auszuwählen. Die ausgewählte Strommenge wird auf die Zündsonde 24 angewendet, indem man den Zündschalter 48 mit der Hand schließt. Der Ventilschalter 52 für "Geöffnet-Geschlossen" regelt die absperrbaren Sicherheitskugelventile 16 und 18. Der Anzeiger 54 für "Bereit" zeigt an, daß beide Ventile geschlossen sind, so daß ^die Vorrichtung für Versuchszwecke bereit ist. Das absperrbare Verstellorgan 56 ist ein Schalter, der nach dem Schließen der Ventile 16 und 18 geschlossen wird, um den Stromkreislauf zu schließen und dadurch die Sonde 24 in die Lage zu versetzen, gezündet zu werden. Die Kreislaufführung für die absperrbaren Sicherheitskugelventile 14 und 16 ist in den explosionssicheren Gehäusen 58 enthalten. Der Stecker 60 wird für eine Verbindung su einer ifechselstromquelle bereitgestellt, um gegebenenfalls Ventilmotoren, Sicherhextsabsperrungen und Heiaraäntel zu betreiben.

In Figur 4 tritt ein elektrisches Signal aus der Leitung in die Spule des Relais IL, ein_s wodurch der Kontakt S^/R^ geschlossen wird. Der Strom, der die Drahtsonde zur Explosion bringt, wird aus der Batteriepaekung 64 erhalten, die so dargestellt ist, daß sie aus in Reihe geschalteten Zellen besteht, wobei a.n vier verschiedenen ZwIsehensteilen ein Abzapfen von Strom vorgesehen ist» Der Schalter 50 wählt die erforderliche Spannung aus. Die Bafeteriepackung besteht aus 48 verschlossenen" ^tJD^ia-=Zell©ni mit Blei und Säure_s die für die erfindungsgemäß© Vorrichtung bevorzugt werden» Dar Explosions draht wir-e gesundet_s indem man den Sehalter 48 schließt und die ausgewählte Spannung auf den Explosionsdraht anwendet.

0 9 8 19/0801

In Figur 5 sind ein Heizmantel für die Leitung 13 als 70 und ein,Heizmantel für die Verbrennungskammer 10 und die Flammenausb_reitungskammer 12 als 72 bezeichnet. Der Temperaturregler für die Heizmäntel 70 und 72 ist in dem Regler 74 enthalten. Auf dem Regler befindet sich ein manueller Einstellknopf 76, um die gewünschte Temperatur auszuwählen. Der Temperaturmeßfühler 78 für den Verfahrensstrom ermöglicht es, die tatsächliche Temperatur des Gasstromes zu bestimmen. Die Temperatur der Heizmäntel 70 und 72 kann so eingestellt werden, daß die Temperatur des Gases in der Leitung 13 und in der Verbrennungskammer 10 auf dieser Höhe gehalten werden. Bei einigen Gasen ist die Verwendung der Heizmäntel 70 und 72 freigestellt. Bei Gasen, die aus feuchten Dünsten zusammengesetzt sind oder einen hohen Dampfgehalt aufweisen, wird jedoch vorzugsweise unter Bedingungen getestet, die denen im Verfahrensstrom identisch sind, wie dies durch Anwendung der Heizmäntel erreicht werden kann.

Figur 6 stellt einen Teil einer Flammenausbreitungskammer dar, die für eine quantitative Analyse der Entflammbarkeit ausgestattet ist. Diese Ausführungsform mißt die Geschwindigkeit der Ausbreitung der Flammenfront entlang der Kammer durch automatische elektronische Zeitzählung des Durchganges dieser Front mit Hilfe der Vakuum-Fotozellen 80 und 81. Die öffnungen 82 und 83 der Fotozellen enthalten durchsichtige Quartzfenster 84 und 85, die durch Abstandstücke 86 und an Ort und Stelle gehalten werden. Der Zeitzählungs- und Ablesekreislauf ist schematisch als 88 dargestellt.

In Figur 7 kann der Flammendruck mit Hilfe des Druckumwandlers 90 nach Art eines Dehnungsmessers gemessen werden, der in der Druckumwandleröffnung 91 in der Flammenausbreitungskammer 12 angeordnet ist. Die Temperatur der Flamme kann mit Hilfe der Minitatur-Wärmeelement-Sonde 92 gemessen werden, die in

909819/0809

" ¹² " . 2847.733

der Wärmeelementöffnung 9^ angeordnet ist. Sowohl der Druckumwandler 90 als auch die Wärmeelementsonde 92 sind elektrisch verbunden mit einer Höchstwert-Meßeinrichtung 96 zum Ablesen von Maximaldruck und Maximaltemperatur.

Die Vorrichtung ist bequem transportierbar und ermöglicht somit Untersuchungen korrosiver, entflammbarer Gasströme an unterschiedlichen Orten. Sie stellt eine einfache und zuverlässige Einrichtung zur überwachung der Verbrennungseigenschaften entflammbarer Gasgemische dar. . .

Es sei darauf hingewiesen, daß in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verschiedene Kombinationen der vorstehend aufgeführten Merkmale angewendet werden können. Die Sicherheitsabsperrungen, die Möglichkeit der visuellen Beobachtung, die Meßeinrichtung für die Plammengeschwindigkeit, und die Einrichtungen zur Bestimmung von Druck und Temperatur der Flammen können einzeln oder in Kombination in eine Vorrichtung eingebaut werden.

Für: Stauffer Chemical Company Westport λ Con'n. , V.St.A.

Dr. H-TJ. ^bIf f Rechtsanwalt

909819/0-809

Claims

. Nov. 1978

ca 2847733

FRANKFURT AWl MAiN 80

Patentansprüche

l.\ Vorrichtung zur Bestimmung der Explosionsgrensen von Gasen, enthaltend

eine Verbrennungskammer mit einem Einlaß und einem Auslaß;

Leitungen, die eine Frobenentnähme mit dem Einlaß der Verbrennungskammer verbinden, um eine Gasprobe aus der Probenentnahme in die Verbrennungskammer zu leiten; und

Zündeinrichtungen, die mit der Verbrennungskammer verbunden sind und einen Explosionsdraht enthalten, der durch eine Batterie mit geringem inneren Widerstand gespeist wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Einrichtungen zur Temperaturkontrolle enthält, um das Gas in der Verbrennungskammer bei einer vorher bestimmten Temperatur zu halten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zwischen der Probenentnahme und der Verbrennungskammer doppelte Absperrventile enthält, um die Gase in der Leitung und der Verbrennungskammer gegenüber der Probenentnahme zu isolieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin in der Leitung eine Probenentnahmeeinrichtung enthält, um ein Abziehen von Gasproben zu ermöglichen.

S09819/0809

ORIGINAL INSPECTED

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie mit geringem inneren Widerstand eine Gesamtspannung von etwa 50 bis etwa Volt liefert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie mit einem geringen inneren Widerstand eine Gesamtspannung von etwa 95 bis etwa 120 Volt liefert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6_S dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie mit geringem inneren Widerstand eine Batteriepackung aus geschlossenen Zellen mit Blei und Säure enthält.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie mit geringem Inneren Widerstand eine Batteriepackung aus Mckel-Cadmium-Zellen enthält.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8_S dadurch gekennzeichnet, daß der Explosionsdraht aus Platin besteht,

10. Vorrichtung nach eines der Ansprüche I bis 9_S dadurch gekennzeichnet, daß si© weiterhin ela© Flammenausbreitungs· kammer enthält, die mit 'der- Verbrennuaagsksmmer verbunden ist.

11, Vorrichtung aaefe Aasp^ush.10 ₉ öadurefe gekennzeichnet₉ daß

die FlamraenaiisfereifeungskammeE» ein dwipehslehtlges Teil zur Beobachtung der Flssme

12, Vorrichtung nasli einem der Änsp3?fiehe 1 bis 1I₃ dadurch ichnet _s daß sie weiterhin ein® Einrichtung, zur

909819/0801

Bestimmung der Plammengeschwindigkeit enthält.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus mindestens zwei elektrisch miteinander verbundenen Vakuum-Fotozellen besteht, wobei die Zeit gemessen wird, die zur Wanderung der Flamme zwischen den Fotozellen erforderlich ist.

I¹J. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung zur Bestimmung des Flammendruckes enthält.

15· Vorrichtung nach Anspruch IM, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus. einem Druckumwandler besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung zum Ablesen der Flammentemperatur enthält.

17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem Thermoelement besteht, das in der Flammenausbreitungskammer angeordnet ist.

909819/0809