DE4234250A1

DE4234250A1 - Air curtain system for confining accidental gas discharge - having segmented nozzle pipe individually operating with air or inert gas

Info

Publication number: DE4234250A1
Application number: DE19924234250
Authority: DE
Inventors: Sylvius Hartwig; Joachim Dipl Ing Boeke
Original assignee: HARTWIG SYLVIUS UNIV PROF DR
Current assignee: HARTWIG SYLVIUS UNIV PROF DR
Priority date: 1992-10-10
Filing date: 1992-10-10
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2012-10-11
Also published as: DE4234250C2

Abstract

An air curtain system, for counteracting accidentally released heavy gases, consists of a nozzle pipe surrounding the hazardous region, heavy gas detectors, pressure regulating equipment and a compressed air storage vessel or source. The novelty is that the nozzle pipe is subdivided by closure devices into segments, each of which is individually operated in a downward discharge direction with compressed air or compressed inert gas. The segments consist of individual nozzle pipes with a downward or upward discharge direction. Each segment is controlled by one or more concn. sensors. The segments are arranged parallel to a supply line maintained constantly at a preset feed pressure. USE/ADVANTAGE - In chemical plants to confine hazardous heavy gas clouds until sufficiently diluted by air. The system responds rapidly to detection of heavy gas, rapidly dilutes the gas and operates with low compressed air consumption.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftvorhanganlage zur Schadensminderung bei störfallartig freigesetzten schweren Gasen aus Chemieanlagen. Bis jetzt werden nur Wasser- und Dampfvorhänge in Industrieanlagen eingesetzt, um bei Störfällen mit Schwergasfreisetzung die Bildung und Ausbreitung einer Schwergaswolke zu begrenzen und diese unter gefährliche Konzentrationen zu verdünnen. Dabei dient das Wasser oder der Dampf nur als mittelbares Medium, um durch hohen Impuls und Impulsübertragung einen Luftstrom zu erzeugen, der sich in die Schwergase einmischt und verdünnt. Bis jetzt wurden keine Luftvorhänge direkt eingesetzt, da die Druckluftbereitstellung zu aufwendig war und in Industrieanlagen Druckwasser- und Dampfleitungen vorhanden sind. Die vorgeschlagene technische Anlage geht einen anderen Weg und setzt einen Luftvorhang direkt ein, ohne den Umweg über Dampf oder Wasser zu gehen. Der Vorhang wird zwischen der Gefahrenquelle und dem zu schützenden Areal positioniert. Bei eingeschalteter Luftzufuhr strömt aus jeder Austrittsöffnung eines 4-5 m über dem Boden angebrachten Düsenrohres ein Luftstrahl. Der Luftvorhang wird aus einem Kollektiv einzelner sich überlappender Luftstrahlen gebildet. Dieser Luftvorhang mischt Luft in die Schwergaswolke ein und bedingt zusätzlich die Turbulenzen, die eine erhöhte Schwergasdispersion zur Folge haben.The invention relates to an air curtain system for reducing damage in the event of an accident released heavy gases from chemical plants. So far, only water and Steam curtains are used in industrial plants to prevent accidents with heavy gas release limit the formation and spread of a heavy gas cloud and make it dangerous Dilute concentrations. The water or steam only serves as an indirect one Medium to generate an air flow through high momentum and momentum transmission mixes in the heavy gases and dilutes. So far, no air curtains have been direct used because the supply of compressed air was too complex and in industrial plants Pressurized water and steam lines are available. The proposed technical system takes a different route and uses an air curtain directly without going through the detour Steam or water to go. The curtain becomes between the source of danger and the protective area positioned. When the air supply is switched on, flows out of everyone An air jet exits a nozzle pipe 4-5 m above the floor. Of the Air curtain is formed from a collective of individual overlapping air jets. This air curtain mixes air into the heavy gas cloud and also causes that Turbulence that results in increased heavy gas dispersion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftvorhang mit einem begrenzten Luftvorrat so zu betreiben, daß eine potentielle Schwergaswolke unterhalb gefährlicher Konzentrationen verdünnt wird.The invention has for its object an air curtain with a limited Air supply to operate so that a potential heavy gas cloud below dangerous Concentrations is diluted.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Vorhang in Segmente, die voneinander entkoppelt sind, aufgeteilt wird. Jedes Segment wird durch einen oder mehrere Schadgassensoren aktiviert, die zwischen der Gefahrenquelle und dem Düsenrohr des Luftvorhangs über dem Boden angebracht sind. Der Einsatz von zwei oder mehr Sensoren ist wegen der Redundanz und geforderten kurzen zeitlichen Auflösung nötig. Durch die hohen Drücke und die gasdynamischen Eigenschaften bedingt sollte der Luftvorhang innerhalb sehr kurzer Zeit nach Erreichen einer kritischen Konzentration am Gassensor stehen. Das heißt, daß die Schwergaswolke, wenn sie vom Sensor zum Vorhang treibt, bereits einen voll aktivierten Luftvorhang vorfindet, da er elektronisch so schnell geschaltet wird, der eine Verdünnung unterhalb gefährlicher Konzentrationen bewirkt.The object is achieved in that the curtain is decoupled into segments are divided. Each segment is controlled by one or more harmful gas sensors activated between the source of danger and the nozzle pipe of the air curtain above the Floor are attached. The use of two or more sensors is because of the redundancy and required short time resolution. Due to the high pressures and the The air curtain should have gas dynamic properties within a very short time stand at the gas sensor after reaching a critical concentration. That means that the Heavy gas cloud, when it drifts from the sensor to the curtain, already has a fully activated one Air curtain finds because it is switched electronically so quickly that a dilution caused below dangerous concentrations.

Die kurzen Eigenzeiten des Luftvorhanges gestatten es deshalb, nur die Segmente des Vorhangs dann zu aktivieren, wenn auch tatsächlich eine Schwergaswolke in gefährlichen Konzentrationen an diesem Segment vorliegt und er gestattet es auch weiterhin, den Vorhang wieder abzuschalten, wenn die Konzentration einen vorgegebenen kritischen Wert unterschreitet. Dadurch wird die Luftmasse des Druckluftspeichers weniger beansprucht. Zusätzlich gestattet die Segmentierung und die Schnelligkeit des Einschaltvorgangs, nur den Bereich der Anlage mit einem Vorhang zu betreiben, der auch tatsächlich von einer Schwergaswolke betroffen ist. Dadurch wird die Aktivierung des Teiles eines Gesamtluftvorhanges eingespart, an denen keine gefährlichen Gaskonzentrationen auftreten. Der Luftvorhang kann also selektiv an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Das steht im Gegensatz zu den gebräuchlichen Wasser- und Dampfvorhängen, die zeitlich träger sind und deshalb im Ganzen betrieben werden müssen.The short idle times of the air curtain therefore allow only the segments of the Activate the curtain when a heavy gas cloud is actually in dangerous Concentrations in this segment exist and continue to allow the curtain turn off again when the concentration reaches a predetermined critical value falls below. As a result, the air mass of the compressed air reservoir is less stressed. In addition, the segmentation and the speed of the switch-on process allow only that To operate the area of the system with a curtain that is actually from a Heavy gas cloud is affected. This will activate the part of a Total air curtain saved, at which no dangerous gas concentrations occur. The air curtain can therefore be selectively adapted to the respective requirements. The stands in contrast to the usual water and steam curtains, which are slower in time are and must therefore be operated as a whole.

Sowohl die zeitliche als auch die räumliche Beschränkung, also das selektive Vorgehen, gestattet es deshalb, mit einem außerordentlich geringeren Luftspeicher zur effektiven Schwergasverdünnung auszukommen.Both the temporal and the spatial limitation, i.e. the selective approach, therefore allows it to be effective with an extremely low air storage Heavy gas dilution.

Die benötigte kurze Zeitspanne bis zur vollständigen Funktionsfähigkeit eines oder mehrerer Segmente wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei parallel liegende anstatt ein Versorgungsrohr eingesetzt werden. Das eine Rohr ist stark segmentiert und mit einem elektronisch gesteuerten Ventil pro Segment mit dem parallelen druckführenden Rohr verbunden, wobei das druckführende Rohr konstant gehaltenen Druck unabhängig vom Druckspeicher hat. Werden durch die Schwergaswolke allerdings mehrere Segmente gleichzeitig eingeschaltet, so soll der treibende Druck sowie die Stärke des Vorhanges und damit auch die Masse der in die Schwergaswolke einzumischenden Luft sinken. Der Druck im Versorgungsrohr soll also auch durch einen begrenzten Zuflußquerschnitt gesteuert werden, derart, daß beim Zuschalten von zwei oder mehreren Segmenten die Flußstärke aus den Einzelsegmenten sinkt. Die Begründung hierfür ist, daß bei vorgegebener Quellstärke der Freisetzung eine breitere Schwergaswolke einen kleineren Massenfluß pro laufenden Meter Luftvorhang haben muß als eine schmale. Der Druck an der Düse betrage normalerweise bei einem aktivierten Segment p, bei n aktivierten Segmenten p/_n.The short period of time required for one or more segments to be fully functional is achieved according to the invention by using two pipes lying in parallel instead of one. One pipe is strongly segmented and connected to the parallel pressure-carrying pipe with an electronically controlled valve per segment, the pressure-carrying pipe having a constant pressure independent of the pressure accumulator. However, if several segments are switched on simultaneously by the heavy gas cloud, the driving pressure and the strength of the curtain and thus also the mass of the air to be mixed into the heavy gas cloud should decrease. The pressure in the supply pipe should also be controlled by a limited inflow cross section, such that when two or more segments are switched on, the flux strength from the individual segments decreases. The reason for this is that with a given source strength of the release, a wider heavy gas cloud must have a smaller mass flow per running meter of air curtain than a narrow one. The pressure at the nozzle is normally p with an activated segment and p / _n with n activated segments.

Aus den aufgeführten Gründen folgen Anforderungen sowohl für die Schwergassensoren als auch für die Druckluftventile. Die Ventile müssen in beiden Richtungen (An- und Abschaltung) schnell schaltend sein. Die Sensoren müssen ebenfalls schnell in der Signalabgabe sein, weitgehend driftfrei und nahezu fehlsicher.For the reasons listed follow requirements for both the heavy gas sensors as well also for the compressed air valves. The valves must be in both directions (on and off Shutdown). The sensors must also be fast in the Be signal delivery, largely drift-free and almost fail-safe.

Der Druck im primären Druckluftversorgungsrohr muß über die gesamte Operationszeit des Luftvorhanges bei gleichbleibender Segmentzahl konstant gestaltet werden, unabhängig vom Druck im Druckluftspeicherbehälter.The pressure in the primary compressed air supply pipe must over the entire operating time of the Air curtain can be designed to be constant with the same number of segments, regardless of Pressure in the compressed air storage tank.

Die Schaltung der Druckluftventile zwischen primären Versorgungsrohren und Luftvorhangsegmenten muß so gestaltet sein, daß die Abschaltung (möglichst als Parameter verstellbar) zeitverzögert erfolgt, so daß der Vorhang nicht an- und abgeschaltet wird durch natürliche Fluktuationen innerhalb der Schwergaswolke, sondern wirklich durch das Absinken der mittleren Konzentration der Schwergaswolke. Die Zeitverzögerung sollte sich nach den charakteristischen Turbulenzspektren der Schwergaswolke richten.The circuit of the compressed air valves between primary supply pipes and Air curtain segments must be designed so that the shutdown (if possible as a parameter adjustable) with a time delay so that the curtain is not switched on and off by natural fluctuations within the heavy gas cloud, but really through that Decrease in the mean concentration of the heavy gas cloud. The time delay should increase according to the characteristic turbulence spectra of the heavy gas cloud.

Zur Erläuterung der Funktion sind in Bild 1 die Verhältnisse an einer Einzelluftdüse dargestellt.To explain the function, the conditions on a single air nozzle are shown in Figure 1.

Bild 2 erläutert eine mögliche Verschaltung eines Einzelluftsegmentes des Luftvorhanges. Das Versorgungsrohr, das parallel zum Sprührohr läuft, steht ständig unter einem konstant gehaltenen Druck. Dieser Druck wird im Falle eines Störfalles über ein Ventil, durch den bzw. die Sensoren vor dem jeweiligen Luftvorhangsegment gesteuert, auf das Sprührohr geschaltet. Das Ventil schließt nach Unterschreiten einer vorgegebenen Schwergaskon zentration. Figure 2 explains a possible connection of a single air segment of the air curtain. The supply pipe, which runs parallel to the spray pipe, is constantly under a constant pressure. In the event of a malfunction, this pressure is switched to the spray tube via a valve, controlled by the sensor or sensors in front of the respective air curtain segment. The valve closes after falling below a predetermined heavy gas concentration.

In Bild 3 ist eine mögliche Verschaltung des Gesamtvorhanges einschließlich Druckluftspeicher, Druckregeleinrichtung, Ankoppelung der Segmente an das Versor gungsrohr und Sensorverkabelung dargestellt. Figure 3 shows a possible connection of the entire curtain including compressed air storage, pressure control device, coupling of the segments to the supply pipe and sensor cabling.

Bild 4 zeigt die räumliche Gesamtdarstellung des Luftvorhanges und die über dem Boden angebrachte Schwergassensorreihe. Figure 4 shows the overall spatial representation of the air curtain and the row of heavy gas sensors attached above the floor.

Bild 5 erläutert die Hystereseeigenschaft des Schwergassensors bzw. des Reglers, der im Bild bei t₁ den Vorhang zuschaltet und bei t₂ abschaltet, so daß in diesem Bild die Operationsdauer Δt = t₂-t₁ beträgt. Das Abschalten bei t₂ sollte zeitlich träge erfolgen. Ganz offensichtlich ist, daß durch diese Art der Verschaltung die Operationsdauer des Vorhanges deutlich verlängert wird. Figure 5 explains the hysteresis property of the heavy gas sensor or the controller, which switches on the curtain in the picture at t ₁ and switches off at t ₂ , so that in this picture the operation time is Δt = t ₂ -t ₁ . Switching off at t ₂ should be slow. It is quite obvious that this type of connection significantly extends the duration of the curtain's operation.

Claims

1. Air curtain system for damage reduction in the case of heavy gases released from accidents, consisting of a nozzle pipe surrounding the danger zone, heavy gas detectors, pressure control device and compressed air reservoir or compressed air source, characterized in that a nozzle pipe is divided into segments by closure devices and each segment is to be operated individually with the spraying direction downwards .
Provision of compressed air through preloaded compressed air storage, operation by other preloaded inert gases is also possible.

2. Air curtain system according to claim 1, characterized in that the Air curtain segments consist of individual nozzle tubes.

3. Air curtain system according to claim 1 and 2, characterized in that the Spray direction is directed upwards or downwards.

4. Air curtain system according to claim 1 to 3, characterized in that each Air curtain segment from one or more concentration sensors is controlled.

5. Air curtain system according to claim 1 to 3, characterized in that a supply line is arranged in parallel with the air curtain segments, which is constantly under the specified feed pressure.

6. Air curtain system according to claim 1 to 3, characterized in that the Nozzle operating pressure is regulated depending on the operated segments.

7. Air curtain system according to claim 1 to 4, characterized in that a Switch off after falling below a concentration limit on the sensor or delayed at the sensors.