EP0559968B1 - Gegen Staubexplosionen geschützte Anlage - Google Patents

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EP0559968B1
EP0559968B1 EP92122136A EP92122136A EP0559968B1 EP 0559968 B1 EP0559968 B1 EP 0559968B1 EP 92122136 A EP92122136 A EP 92122136A EP 92122136 A EP92122136 A EP 92122136A EP 0559968 B1 EP0559968 B1 EP 0559968B1
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dust
control centre
pressure relief
connecting pipeline
explosion
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Bernhard Penno
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Rembe Mess- und Regeltechnik GmbH
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Rembe Mess- und Regeltechnik GmbH
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/04—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for dust or loosely-baled or loosely-piled materials, e.g. in silos, in chimneys
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C37/00—Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/36—Control of fire-fighting equipment an actuating signal being generated by a sensor separate from an outlet device

Definitions

  • the present invention relates to a dust-carrying system with a device for protecting the system in the event of dust explosions, and to a method for protecting such a dust-carrying system against the effects of a dust explosion.
  • dust explosions which can be carried into the pipeline by apparatus or containers, can increase to the point of detonation and can lead to the complete destruction of a dust-carrying system. The extent of the destruction is particularly great when the dust explosion is carried from one container into a second or further container connected to the pipeline.
  • Equipment connected by pipelines can only be reliably protected by partitioning (decoupling).
  • a system with a decoupling device with the features of claim 1 and a method with the features of claim 6 provide the solution to this problem.
  • the invention is based on the knowledge that, in the event of dust explosions in pipes, the pressure wave propagates faster than the flame spreads. It is therefore possible to detect the pressure wave via the quenching pipe (pressure relief pipe) in the first pipe bend, to relieve the pressure wave into the room and to arrange the closing of one in the pipe, which leads to further equipment, before the flame arrives Initiate decoupling valve. Even if the valve is not yet completely closed when the flame arrives at the decoupling valve (quench valve), the flame penetration is already ruled out due to the quenching effect of the closing valve.
  • the advantages of a system with a device according to the invention are the blocking of pipelines against flame penetration, the avoidance of high pressures in the pipelines, the avoidance of the propagation of pressure waves in pipeline systems.
  • the control of the decoupling valve in the system according to the invention is designed so that a high level of security against false responses is ensured and the system can be restarted quickly.
  • the first step is to relieve the explosion pressure of the apparatus through the quenching tube (Q tube) with the associated quenching effect.
  • the closing process of the quench valve is then preferably initiated slowly and not abruptly with the relief process, since here too the quench effect is used and the knowledge that the pressure wave travels through the pipeline before the flame, in the present case with a reduced speed, since a large part of the explosion energy has already been quenched to the outside via the Q-pipe.
  • the system housed in a building 10 comprises a first apparatus 11 with a container in which there is a bulk material 12 at risk of dust explosion.
  • the container is relieved of explosion pressure by a device 13 according to DE-A-38 22 012.
  • a connecting pipeline 14 leads to a second apparatus 15.
  • devices 13a, 13b for the explosion pressure relief which are constructed in accordance with the relief device 13.
  • the apparatus 15 also has a device 13c for explosion pressure relief of the type described in DE-A-38 22 012.
  • rupture disks can also be used.
  • signal transmitters are integrated, which are each connected to the control center 19 via the connecting lines 18a, 18b, 18c, 18d.
  • a dynamic-elastic decoupling valve 20 (quench valve) is arranged in the connecting pipeline 14 and is controlled by the electronic control center 19 via the connecting line 21. This decoupling valve is controlled so that it closes the cross-section of the connecting pipeline 14 before the flame front is reached.
  • the pressure relief devices 13a, 13b in the area of the pipe bends at the inlet and outlet of the apparatuses 15, 11 are installed in order to avoid high pressure peaks in the pipe 14.
  • a rupture disk is integrated in the pressure relief device 13a, 13b, which responds when a pressure peak occurs and relieved the explosion into the room through the quenching pipe without flame spread.
  • the electronic control center 19 has an emergency power supply and monitors the energy supply for the decoupling valve 20 and also monitors all supply lines for cable breaks and ground faults. Switching operations that are important for the safety of the system can be initiated via the control center 19. If the mains and emergency power supply for the control center 19 fails or the energy supply for the dynamic-elastic decoupling valve 20 drops, the latter is automatically closed while the switching processes which are important for the safety of the system are initiated. For example, the shutdown of certain components 22 of the system such. B. a blower via the line 23 connected to the control center 19.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine staubführende Anlage mit einer Einrichtung zum Schutz der Anlage bei Staubexplosionen sowie ein Verfahren zum Schutz einer solchen staubführenden Anlage gegen die Auswirkungen einer Staubexplosion. Es ist bekannt, daß sich Staubexplosionen, die durch Apparaturen oder Behälter in Rohrleitungen hineingetragen werden können, bis zur Detonation steigern und zur völligen Zerstörung einer staubführenden Anlage führen können. Das Ausmaß der Zerstörung ist insbesondere groß, wenn die Staubexplosion aus einem Behälter in einen zweiten oder weitere an die Rohrleitung angeschlossene Behälter hineingetragen wird. Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, die ßehältnisse oder Apparaturen selbst durch Explosionsdruckentlastung oder Explosionsunterdrückung gegen die verheerendenden Auswirkungen von Staubexplosionen zu schützen. Durch Rohrleitungen untereinander verbundene Apparaturen kann man nur durch Abschotten (Entkoppeln) zuverlässig schützen. Die bislang bekanntgewordenen Entkopplungssysteme sind konstruktiv sehr aufwendig und haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt. Die Industrie und die Sicherheitsorgane suchen dringend ein zuverlässiges und wirtschaftliches System zum Schutz einer Anlage bei einer Staubexplosion und zur Verhinderung der Fortpflanzung von Staubexplosionen über die die einzelnen Aggregate einer Anlage verbindenden Rohrleitungen.
  • Aus der DE-A-38 22 012 ist bereits eine sogenannte "Quenching-Vorrichtung" für den Schutz staubführender Apparaturen in geschlossenen Räumen bekannt geworden, die die Möglichkeit der flammenlosen Explosionsdruckentlastung in den Raum hinein bietet. Diese bekannte "Quenching-Vorrichtung" weist eine Berstscheibe oder eine gleichwertige Entlastungseinrichtung auf, die eine staub- und/oder flammenfreie Druckentlastung ermöglicht. Die Wandungen der "Quenching-Vorrichtung" können aus einer wellenartig ausgeformten mehrlagigen Schicht z.B. aus Edelmetall und Stein- bzw. Glaswolle oder vergleichbaren Materialien aufgebaut sein, so daß beim Ansprechen der Berstscheibe oder der vergleichbaren Entlastungseinrichtung ein freies Abströmen der den Behälter verlassenden Expansions- und Verbrennungsgase nicht oder nur unwesentlich behindert wird, größere Mengen ausgeworfenen brennbaren Staubes während einer Druckentlastungssituation zurückbehalten werden und Verbrennungs- und Expansionsgase abgekühlt werden. Auf den gesamten Inhalt der DE-A-38 22 012 wird hiermit Bezug genommen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine staubführende Anlage mit einer Einrichtung zu schaffen, die eine wirksame Entkopplung zweier oder mehrerer miteinander verbundener konstruktiv zu schützender Apparaturen, die Teil dieser Anlage sind, gewährleistet. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels dessen untereinander verbundene Apparaturen einer staubführenden Anlage im Fall einer Staubexplosion wirksam entkoppelt werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Anlage mit einer Entkopplungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
  • Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß sich bei Staubexplosionen in Rohrleitungen die Druckwelle schneller fortpflanzt als die Flamme sich ausbreitet. Es ist daher möglich, die Druckwelle bereits über das Quenching-Rohr (Druckentlastungsrohr) im ersten Rohrleitungsknick zu erfassen, die Druckwelle in den Raum hinein zu entlasten und vor Eintreffen der Flamme die Schließung eines in der Rohrleitung, die zu einer weiteren Apparatur führt, angeordneten Entkopplungsventils einzuleiten. Auch wenn beim Eintreffen der Flamme am Entkopplungsventil (Quenchventil) das Ventil noch nicht ganz geschlossen ist, ist der Flammendurchschlag durch den Quenching-Effekt des sich schließenden Ventils bereits ausgeschlossen.
  • Die Vorteile einer Anlage mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung sind die Absperrung von Rohrleitungen gegen Flammendurchschlag, die Vermeidung von hohen Drücken in den Rohrleitungen, die Vermeidung der Ausbreitung von Druckwellen in Rohrleitungssystemen. Die Steuerung des Entkopplungsventils ist bei der erfindungsgemäßen Anlage so ausgebildet, daß eine hohe Sicherheit gegen Fehlansprechen gewährleistet und eine schnelle Wiederinbetriebnahme der Anlage möglich ist.
  • Bei dem erfindinngsgemäßen Verfahren besteht also der erste Schritt in der Explosionsdruckentlastung der Apparatur durch das Quenching-Rohr (Q-Rohr) mit dem damit verbundenen Quenching-Effekt. Mit dem Entlastungsvorgang wird dann der Schließvorgang des Quenchventils (Entkopplungsventils) vorzugsweise langsam und nicht schlagartig eingeleitet, da auch hier wieder der Quench-Effekt genutzt wird sowie die Erkenntnis, daß vor der Flamme erst die Druckwelle durch die Rohrleitung wandert und zwar im vorliegenden Fall mit einer reduzierten Geschwindigkeit, da ein Großteil der Explosionsenergie bereits über das Q-Rohr nach außen abgequencht wurde.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematisch vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage.
  • Die in einem Gebäude 10 untergebrachte Anlage umfaßt eine erste Apparatur 11 mit einem Behälter, in dem sich ein Staubexplosionsgefährdetes Schüttgut 12 befindet. Der Behälter ist durch eine Vorrichtung 13 gemäß der DE-A-38 22 012 explosionsdruckentlastet. Von dem Behälter der Apparatur 11 führt eine Verbindungsrohrleitung 14 zu einer zweiten Apparatur 15. Im Bereich der jeweiligen Rohrkrümmer 16, 17 dieser Verbindungsrohrleitung 14 sind ebenfalls Vorrichtungen 13a, 13b für die Explosionsdruckentlastung angeordnet, die entsprechend der Entlastungsvorrichtung 13 aufgebaut sind. Ebenso weist die Apparatur 15 eine Vorrichtung 13c für die Explosionsdruckentlastung der in der DE-A-38 22 012 beschriebenen Art auf. Anstelle dieser Druckentlastungsvorrichtungen 13, 13a, 13b, 13c können auch Berstscheiben verwendet werden. In diesen Druckentlastungsvorrichtungen sind jeweils Signalgeber integriert, die über die Verbindungsleitungen 18a, 18b, 18c, 18d jeweils mit der Steuerzentrale 19 verbunden sind. In der Verbindungsrohrleitung 14 ist ein dynamisch-elastisches Entkopplungsventil 20 (Quenchventil) angeordnet, das über die Verbindungsleitung 21 von der elektronischen Steuerzentrale 19 angesteuert wird. Dieses Entkopplungsventil wird so angesteuert, daß es den Querschnitt der Verbindungsrohrleitung 14 vor Erreichen der Flammenfront verschließt. Die Druckentlastungsvorrichtungen 13a, 13b im Bereich der Rohrkrümmer am Ein- bzw. Auslauf der Apparaturen 15, 11 sind installiert, um hohe Druckspitzen in der Rohrleitung 14 zu vermeiden. In der Druckentlastungsvorrichtung 13a, 13b ist eine Berstscheibe integriert, die bei einer auftretenden Druckspitze anspricht und die Explosion ohne Flammenausbreitung über das Quenching-Rohr in den Raum hinein entlastet.
  • Gleichzeitig wird über den in der Vorrichtung 13a integrierten Signalgeber ein Signal an die elektronische Steuerzentrale 19 gegeben, die das Entkopplungsventil 20 betätigt, so daß auch bei Hineinlaufen einer Explosion in die Verbindungsrohrleitung 14 vor dem Ansprechen der Druckentlastungsvorrichtung 13 der Apparatur 11 eine Entkopplung gewährleistet ist, durch die die Apparatur 15 geschützt ist.
  • Die elektronische Steuerzentrale 19 hat eine Notstromversorgung und überwacht die Energieversorgung für das Entkopplungsventil 20 und überwacht darüberhinaus alle Zuleitungen auf Kabelbruch und Erdschluß. Für die Sicherheit der Anlage wichtige Schaltvorgänge können über die Steuerzentrale 19 eingeleitet werden. Bei Ausfall der Netz- und Notstromversorgung für die Steuerzentrale 19 oder Abfall der Energieversorgung für das dynamisch-elastische Entkopplungsventil 20 wird dieses automatisch geschlossen unter gleichzeitiger Einleitung der für die Sicherheit der Anlage wichtigen Schaltvorgänge. Z. B. kann die Abschaltung bestimmter Bauteile 22 der Anlage wie z. B. eines Gebläses über die mit der Steuerzentrale 19 verbundene Leitung 23 erfolgen.

Claims (6)

  1. Staubführende Anlage mit einer Einrichtung zum Schutz der Anlage bei Staubexplosionen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste staubführende Apparatur (11) und wenigstens eine zweite Apparatur (15) über eine Verbindungsrohrleitung (14) verbunden sind und im Ausgangsbereich der ersten Apparatur (11) im Bereich eines Rohrkrümmers (16) der Verbindungsrohrleitung (14) eine Druckentlastungsvorrichtung (13a) mit integriertem Signalgeber angeordnet ist,
    daß in der Verbindungsrohrleitung (14) zwischen den Apparaturen (11, 15) ein Entkopplungsventil (20) angeordnet ist, das von einer Steuerzentrale (19) über eine Leitung (21) ansteuerbar ist,
    wobei der Signalgeber der Druckentlastungsvorrichtung (13a) bei Auftreten einer Druckspitze über eine Leitung (18c) ein Signal an die Steuerzentrale (19) abgibt und die Steuerzentrale (19) daraufhin das Entkopplungsventil (20) ansteuert und die Verbindungsrohrleitung (14) schließt.
  2. Staubführende Anlage mit einer Einrichtung zum Schutz der Anlage bei Staubexplosionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem im Bereich des Eingangs zur Apparatur (15) im Bereich eines Rohrkrümmers (17) der Verbindungsrohrleitung (14) eine Druckentlastungsvorrichtung (13b) mit integriertem Signalgeber vorgesehen ist, die über eine Leitung (18d) mit der Steuerzentrale (19) verbunden ist.
  3. Staubführende Anlage mit einer Einrichtung zum Schutz der Anlage bei Staubexplosionen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur (11) und/oder die Apparatur (15) eine Druckentlastungsvorrichtung (13, 13c) aufweisen.
  4. Staubführende Anlage mit einer Einrichtung zum Schutz der Anlage bei Staubexplosionen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drinckentlastungsvorrichtungen (13, 13c) integrierte Signalgeber vorgesehen sind, die über Leitungen (18a, 18b) mit der Steuerzentrale (19) verbunden sind.
  5. Staubführende Anlage mit einer Einrichtung zum Schutz der Anlage bei Staubexplosionen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzentrale die Energieversorgung des Entkopplungsventils (20) überwacht und bei Störungen in der Energieversorgung gegebenenfalls eine Abschaltung von Bauteilen (22) der Anlage veranlaßt.
  6. Verfahren zum Schutz einer staubführenden Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gegen die Auswirkungen einer Staubexplosion, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten einer Druckspitze in der Verbindungsrohrleitung (14) im Bereich des Rohrkrümmers (16) der in der Druckentlastungsvorrichtung (13a) integrierte Signalgeber über die Leitung (18c) ein Signal an die Steuerzentrale (19) gibt und die Steuerzentrale (19) daraufhin über die Leitung (21) das Entkopplungsventil (20) ansteuert und die Verbindungsrohrleitung (14) zur Apparatur (15) verschließt.
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