DE4126932A1 - Vorrichtung zur verhinderung der rueckzuendung in brennbare gase fuehrenden rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung der Rückzündung in brennbare Gase führenden Rohrleitun­ gen mit einer in der Rohrleitung befindlichen Flüssig­ keitstauchung (Tauchsicherung). Flüssigkeitstauchungen (Tauchsicherungen) werden als Flammensperren gegen Rück­ zündungen in explosible Gase führende Rohrleitungen ein­ gesetzt.

Bei vielen chemischen Reaktionen entstehen Abgase, z. B. lösungsmittelhaltige Luft, die nicht ohne weiteres in die Atmosphäre abgeblasen werden können, sondern einer thermischen Reinigung (Abluftverbrennung) zugeführt werden müssen. Solche Abgase fallen in stark schwanken­ den Zusammensetzungen und Konzentrationen an. Häufig treten Gasgemische auf, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und Konzentration ohne weitere Brenn­ stoffzufuhr zündfähig sind. Werden solche Gase einer Verbrennung zugeführt, besteht die Gefahr der Rückzün­ dung von der Verbrennungseinrichtung zur Quelle der Gase, d. h. bis in den Reaktor, in dem die Gase ent­ stehen.

Zur Vermeidung solcher Rückzündungen wird der Gasstrom in Flüssigkeitstauchungen in einer Vielzahl von Gas­ blasen, die durch eine Flüssigkeitssäule hindurchtreten, aufgelöst. Im Falle einer Rückzündung kann sich die Rückzündflamme bis zur Flüssigkeitsoberfläche aus­ breiten. Ein Hindurchtreten der Flammenfront durch die Blasensäule in der Tauchung soll jedoch vermieden werden.

Aus Veröffentlichungen ist bekannt, daß die zulässige Besprudelungsdichte, d. h. der Durchsatz an zündfähigem Gemisch pro durchsprudelter Fläche abhängig vom Stoffge­ misch ist. Allgemein gilt, je höher die Reaktivität des Gasgemisches umso kleiner ist die sichere Besprudelungs­ dichte. Dabei ist weitgehend eine Korrelation mit den Ex-Gruppen nach DIN 57 165 möglich. Propan-Luft-Gemisch deckt als Referenzgemisch die Stoffe der Ex-Gruppe IIA, Ethylen-Luft-Gemisch die Stoffe der Ex-Gruppe IIB und Wasserstoff-Luft-Gemisch die der Ex-Gruppe IIC im allge­ meinen ab.

Schlägt eine Flamme von der Verbrennungseinrichtung ent­ gegen der Strömungsrichtung in die Flüssigkeitstauchung und Verbrennungseinrichtung verbindende druckfeste Rohr­ leitung zurück, so ist mit einer anlaufenden Explosion zu rechnen, deren Endgeschwindigkeit und örtliche Druck­ spitze bei Eintritt in den Gassammelraum der Flüssig­ keitstauchung neben der Reaktivität des Stoffgemisches auch von dem Länge-Durchmesser-Verhältnis der Rohr­ strecke, der Anzahl der Krümmer, der Übergänge und sonstiger geometrischer Gegebenheiten abhängt. Im Maxi­ malfall kann Detonationsgeschwindigkeit erreicht werden. Es ist weiter bekannt, daß durch eine Reihe von Maß­ nahmen, insbesondere durch scharfe Umlenkungen auch bei kurzen Rohrstrecken hohe Explosionsgeschwindigkeiten er­ reicht werden können.

Weiterhin ist aus Versuchen bekannt, daß sichere Bespru­ delungsdichte und Explosionsgeschwindigkeit nicht korre­ lieren. Zum Durchzündmechanismus in einer Flüssigkeits­ tauchung gibt es trotz vieler Versuche bisher keine all­ gemein anerkannte Theorie.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß ein Durchzünden erst bei höheren als sonst üblichen Durch­ sätzen stattfand, wenn bei Flammenrückschlag in die Abgasleitung die dann anlaufende Explosion vor Er­ reichen der Flüssigkeitstauchung eine in einem waage­ rechten Teil der Abgasrohrstrecke stehende Wasserlache passieren mußte. Es wurde weiter gefunden, daß dieser den sicheren Durchsatz steigernde Effekt sich weiter anheben ließ, wenn Stäbe mit rundem oder eckigem Quer­ schnittsprofil eingetaucht in die Wasserlache vorhanden waren. Eine mögliche Erklärung für die Effekt steigernde Wirkung der Stäbe ist, daß mehr Wasser aus der Lache zerstäubt wird und/oder die Zerstäubung in feinere Tropfen erfolgt und damit eine größere Wasseroberfläche geschaffen wird. Weiter ist zu vermuten, daß das durch das im Abgasrohr nun gleichmäßiger verteilte Wasser und die damit verbundene größere Austauschfläche der hin­ durchlaufenden Flammenfront ein entscheidender Anteil ihrer Energie entzogen wird, so daß die zur Durchzündung führende Wirkung der dann in die Flüssigkeitstauchung laufenden Explosion entschieden geschwächt wird.

Eine weitere Verbesserung der Flammensperre kann er­ reicht werden, wenn Wasser oder ähnlich inhibierend auf Flammen wirkende Flüssigkeiten oder Suspensionen durch die der gewöhnlichen Durchflußrichtung entgegengesetzt laufende Explosion oder Detonation oder unter Zuhilfe­ nahme von anderer, fremder Energie im Abgasrohr fein verteilt wird. Der Ort dieser Verteilung liegt bevorzugt in der Nähe der Flüssigkeitstauchung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle bekannten Konstruktionen von Flüssigkeitstauchungen anwendbar. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Durchzündsicherheit bekannter Flüssigkeitstauchungen für höhere Gasdurchsätze, geringere Bedeckungshöhen (d. h. geringere Blasensäulehöhe) und/oder Gemische höherer Ex­ plosivität als nach dem Stand der Technik gewähr­ leistet.

Anhand von Beispielen wird das erfindungsgemäße Ver­ fahren nachfolgend beschrieben:
Die Flüssigkeitstauchung nach Fig. 1 besteht aus den Hauptelementen Zufuhrleitung 1 für das explosible Gas­ gemisch mit dem angeschlossenen, in dem Tauchungsbe­ hälter 2 befindlichen und vollständig in einer Flüssig­ keit, meist Wasser, eingebauten Gasverteiler 3, be­ stehend aus einem oder mehreren gelochten, waagerecht liegenden Rohren sowie der Verbindungsleitung 4 von der Flüssigkeitstauchsicherung zur Brennkammer, im Versuch ersatzweise mit gleicher Funktion realisiert durch den Zündbrenner 5. In der Verbindungsleitung DN 200 befindet sich ein Rohrstück 6, bestehend aus einem von DN 300 auf DN 400 übergehenden Rohr mit einer Gesamtlänge von 2 m, in das Wasser 7 gefüllt wurde. Das Rohrstück 6, das einen größeren Durchmesser aufweist als die Verbindungs­ leitung 4, ist nur teilweise nach Art eines Siphons mit Wasser gefüllt, so daß das Wasser nicht ablaufen kann, und der Strömungswiderstand der Verbindungsleitung 4 nicht beeinträchtigt wird. Im Wasserbad 7 waren zwei waagerechte Barrieren 8 in Form von Stegen oder Stäben rechtwinklig zur Rohrachse so angebracht, daß sich keine Höhendifferenz in den Flüssigkeitsspiegeln der einzelnen Kammern einstellen konnte. Eine weitere Barriere 9 war im Gasraum installiert. Ohne Wasserfüllung 7 erfolgte bei Zündung eines stöchiometrischen Ethylen-Luft-Ge­ misches, einer durch den Zündbrenner 5 bei einem Vo­ lumenstrom von 400 m³/h keine Zündung des Gemisches in der Zufuhrleitung, während dies bei der Erhöhung des Vo­ lumenstromes auf 500 m³/h der Fall war. Bei gleichem Gemisch und einer 60 mm hohen Wasserfüllung 7 in der Vorrichtung 6 wurden entsprechende Volumenströme von 700 m³/h für die Nichtdurchzündung bzw. 800 m³/h für die Durchzündung nach 1 gefunden.

Des weiteren ist in Fig. 1 eine weitere, die Sicherheit gegen Durchzündung erhöhende Vorrichtung in Form einer Düse 10 enthalten. Die Düse 10 ist rohrmittig in der Zu­ führleitung 1 ca. 6 m vor dem Gasverteiler 3 eingebaut. Bei der Düse 7 handelte es sich im Versuch um eine han­ delsübliche Zweistoffdüse des Typs 170 der Fa. Lechler, Stuttgart. Bei einer eingedüsten Wassermenge von 400 l/h und dem genannten Ethylen-Luft-Gemisch konnte der si­ chere Durchsatz von ursprünglich 400 m³/h auf 1000 m³/h, bei 700 l/h Wassereindüsung auf 1400 m³/h gesteigert werden. Die Durchzündung in die Zuführleitung erfolgte bei 1100 m³/h bzw. 1500 m³/h.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Verhinderung der Rückzündung in brennbare Gase führenden Rohrleitungen mit einer in der Rohrleitung (4) befindlichen Tauchsicherung (2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungs­ richtung gesehen hinter der Tauchsicherung (2, 3) ein teilweise mit Flüssigkeit gefülltes horizon­ tales Rohrstück (6) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Flüssigkeitsbereich (7) des Rohr­ stückes (6) senkrecht zur Achse Stäbe oder Stege (8) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts von der Tauch­ sicherung (2, 3) eine oder mehrere Zerstauberdüsen (10) installiert sind.