EP0765675A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem Download PDF

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EP0765675A2
EP0765675A2 EP96115191A EP96115191A EP0765675A2 EP 0765675 A2 EP0765675 A2 EP 0765675A2 EP 96115191 A EP96115191 A EP 96115191A EP 96115191 A EP96115191 A EP 96115191A EP 0765675 A2 EP0765675 A2 EP 0765675A2
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EP
European Patent Office
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detonation
expansion space
main
flame
line
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EP96115191A
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EP0765675B1 (de
EP0765675A3 (de
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Helmut Prof. Dr.-Ing. Eichert
Frank Dipl.-Ing. Heinrich
Thomas Dipl.-Ing. Kratzel
Eberhard Dipl.-Ing. Pantow
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Leinemann GmbH and Co KG
Original Assignee
DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT fur LUFT- und RAUMFAHRTLEINEMANN GmbH and Co E V
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Leinemann GmbH and Co KG
Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/12—Arrangements or mounting of devices for preventing or minimising the effect of explosion ; Other safety measures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C4/00—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave
    • A62C4/02—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave in gas-pipes

Definitions

  • the invention relates to a method for weakening a detonation in a container or pipeline system, in which a starting detonation front is divided and brought together again in an expansion space.
  • the invention further relates to a device for weakening a detonation in a container or piping system with a wall arrangement lying in the propagation path of the detonation front for dividing and deflecting the detonation front and with an expansion space in which the split detonation front is brought together again.
  • the spread of an explosion of an ignitable gas mixture in a container or piping system can take place as detonation or as deflagration.
  • detonation the flame front and the shock front formed by the pressure wave of the explosion overlap, while in the case of deflagration, the shock waves of the flame front hurry ahead.
  • the flame propagation speed of deflagrations is around 100 m / sec. and the combustion pressures in the direction of impact at up to 10 bar (at an initial pressure of the mixtures of 1 bar), while in the case of detonations flame propagation speeds of several 1,000 m / sec. and pressures in the direction of impact of up to 100 bar can occur.
  • detonation brakes or “detonation bumpers” are therefore often combined with a flame arrester which has a large number of narrow and long gaps in which the flame is cooled to such an extent that it extinguishes.
  • a detonation protection consisting of a detonation brake and a flame arrester is known from DE-PS 1 192 980.
  • the detonation front propagating through a pipeline is divided in the known device by the convex outside of a circular cylindrical wall and reaches an expansion space with a larger volume than the pipeline.
  • the split detonation front can only run against the flame arrester, which is fastened in an outlet connection which is angled by 90 ° with respect to the pipeline in which the detonation originally spread, after several deflections.
  • the multiple deflections are required in that a second semicircular cylindrical wall with a smaller diameter is provided, the fine wall pieces pointing towards one another being arranged to overlap one another and thereby forming a kind of labyrinth.
  • the partial detonation fronts converging towards one another can trigger a post-detonation, especially if there are unfavorable mixture conditions. It is therefore necessary to dimension the flame arrester in such a way that it also has a reliable flame-extinguishing effect in this case.
  • the flame-extinguishing gaps in the flame arrester must be long enough and sufficiently narrow be, however, a relatively high pressure loss must be accepted for normal operation when flowing through the operating medium. In addition, the maintenance work is increased due to the narrow and long passage gaps.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device by means of which the attenuation of a detonation in a container or pipeline system can be improved.
  • This object is achieved according to the invention with a method of the type mentioned at the outset in that the detonation front is divided into a main front and a secondary front, and the main front is led into the expansion space with a longer running time, so that when the main front enters the expansion space contains the combustion gases of the secondary front.
  • the solution according to the invention is based on the fact that a preferably smaller part of the detonation front is conducted as a side front into the expansion space and burns there, preferably in the form of a deflagration, so that the main front, when entering the expansion space, essentially finds exhaust gases, as a result of which the propagation of the detonation is hindered, so that it regularly disintegrates. This is ensured if the running time of the main front is dimensioned relative to the secondary front in such a way that the secondary front in the expansion space has already completely decayed when the main front enters the expansion space.
  • the method according to the invention can be used in all container or pipeline systems in order to destroy or at least attenuate detonations.
  • a combination is expediently used for connection points in other systems or in the outside area made with a conventional flame arrester, the improved effect of the detonation attenuation according to the invention means that the flame arrester must have fewer narrow and / or few long flame extinguishing gaps, so that the pressure drop caused by the flame arrester is reduced for the normal operating state.
  • the method according to the invention is particularly effective when the secondary front is directed into the outlet-side part of the expansion space, that is to say, for example, up to just before a flame arrester arranged there before it can enter the expansion space.
  • the resulting opposite burning of the side front and entry of the main front into the expansion chamber leads to an even better and safer weakening of the detonation.
  • a device of the type mentioned which functions according to the inventive method is characterized in that the wall arrangement forms a first conduction path for the main front and a second conduction path for the secondary front of the detonation front, the conduction paths being dimensioned such that the main front is delayed in relation to the secondary front enters the expansion space.
  • the total cross section of the first conduction path is preferably substantially larger, preferably at least four times as large as the total cross section of the second conduction path.
  • the second conduction path is formed in a preferred embodiment from at least one opening or at least one line section, the diameter of which is in each case below the critical diameter.
  • critical diameter is based on the knowledge that below a certain diameter of a line section the butt front and flame front can no longer advance together and are therefore separated. Explanations of the term "critical pipe diameter” can be found in the article by Lee, JHS Dynamic Parameters of Gaseous Detonations, Ann.Rev.Fluid.Mech. 16 (1984), pages 311 to 336.
  • the expansion space at the other end in terms of flow with respect to the wall arrangement can be closed off by a flame arrester with flame-extinguishing gaps.
  • the second conduction path allows the secondary front to pass directly into the expansion space essentially without deflection. This is particularly expedient if the flame diameter and the impact front are already separated by falling below the critical diameter, so that energy-consuming deflections for the secondary front are no longer necessary. Since the secondary front proceeds essentially without delay, the delay required for the main front is minimized.
  • the second conduction path can be formed by at least one opening in the wall arrangement lying in the direction of propagation of the detonation front.
  • the second conduction path is formed by at least one conduit section lying in the direction of propagation of the detonation front.
  • the line piece can expediently end shortly before the flame arrester in order to ensure that the flame of the flame of the secondary front burns off and the main front enters the expansion space. In the case of a flame arrester arranged in an angled pipe section, the line section is expediently bent accordingly.
  • the wall arrangement of the device according to the invention can have, in a manner known per se, a circular cylindrical wall section which divides and redirects the detonation front into two main fronts and which has at least one opening or a line piece for the passage of the secondary front.
  • the wall arrangement has a cup-shaped wall comprising a starting detonation front, in the bottom of which there is at least one opening or a line piece as a second line path for the passage of the secondary front, the first line path running on the outside of the cylindrical sections of the cup-shaped wall.
  • the device shown in FIGS. 1 and 2 has a housing 1 designed as an angle piece with a possible one Detonation on the input-side connection flange 2 and an output-side connection flange 3 which is angled by 90 °.
  • Both connecting flanges 2, 3 have walls 4, 5 which expand conically towards the interior of the housing 1.
  • a step 6 In the expanded part of the wall 5 of the outlet-side connecting flange 3 there is a step 6, on which a conventional flame arrester 7 is placed.
  • the flame arrester 7 is held in place with the aid of an insert 8 of the housing 1.
  • the insert 8 has an essentially circular-cylindrical wall 9, which is expanded by a transition piece 10 into a lower free edge 11 which bears against the flame arrester 7.
  • the circular-cylindrical wall 9 has a slot-shaped opening 12 on the side opposite the input-side flange 2 and is closed off on the side opposite the output-side connecting flange 3 by a flat plate 13.
  • the insert 8 is kept sealed in place by a cover 14 screwed onto the housing 1.
  • transition piece 10 there is an opening 15 in the vertical central plane of the inlet-side connection flange 2 with a diameter which is less than 1/4 of the diameter of the inlet-side connection flange 2 and an even much smaller part of the enlarged cross-section of the housing 1 in front of the circular cylindrical wall 9 occupies.
  • the circular cylindrical wall 9 also has radial reinforcing ribs 16 in the area opposite the input bottle 2 to the side of the opening 12, which extend radially to the height of the free edge 11.
  • a detonation front entering through the inlet-side connecting flange 2 of the housing 1 reaches the circular-cylindrical wall 9 and is divided there. Because of the symmetry of the arrangement, two main fronts are formed, which run around the circular cylindrical wall 9 and the reinforcing ribs 16 and through the opening 12 into the interior space forming an expansion space 17 enter the circular cylindrical wall 9. The main fronts thus reach the expansion space 17 and the flame arrester 7 via the first conduction path described.
  • a small part of the approaching detonation front passes through the opening 15 as a side front and arrives directly into the expansion space 17, precisely in front of the flame arrester 7.
  • the opening 15 thus forms a second conduit path on which a side front of the detonation front enters the expansion space 17 .
  • the secondary front Since the main fronts have to travel a longer way into the expansion space 17 than the secondary front via the first conduit, the secondary front reaches the expansion space 17 before the main fronts.
  • the secondary front disintegrates in the expansion space 17 and burns off as a deflagration.
  • the main fronts enter the expansion space it is thus - at least partially, preferably completely - filled with exhaust gases, so that the main fronts in the expansion space 17 no longer find any combustible gases or only a small amount thereof and cannot absorb sufficient energy for reproduction.
  • the main fronts therefore also disintegrate in the expansion space 17 before they reach the flame arrester 7.
  • the flame arrester 7 therefore only needs to be designed for the much less dangerous deflagrations, and can therefore have significantly less narrow and / or less long gaps. As a result, a lower flow resistance is formed and maintenance of the flame arrester 7 is facilitated.
  • the insert 8 ' also forms the cover 14 of the longitudinal housing 1, and the circular cylindrical wall 9' has a diameter which corresponds to the outer diameter of the flame arrester 7.
  • a further circular-cylindrical wall section 18 is aligned with the opening 12 on the side opposite the input-side connecting flange, which is arranged concentrically to the circular-cylindrical wall 9 ', but with a smaller diameter.
  • An opening 19 of the circular-cylindrical wall section 18 points to the inlet-side connecting flange 2, so that the partial main fronts formed by the circular-cylindrical wall 9 'pass through a labyrinth formed by the opening 12, 19 into the expansion space 17' above the flame arrester 7.
  • the inlet-side connection flange 2 In the axis of the inlet-side connection flange 2 is located in the circular cylindrical wall 9 'in the expansion space 17' protruding pipe section 20 which, with a diameter below the critical pipe diameter, guides a side front without deflection into the expansion space 17 ', while the main front is deflected several times and get into the expansion space 17 'with a delay.
  • the line piece 20 ' is angled downward in relation to the second exemplary embodiment in FIGS. 3 and 4 in order to introduce the secondary front into the expansion space 17' in a larger one closer to the flame arrester 7.
  • the circular cylindrical wall 9 ′′ is designed as a semicircular section.
  • the second circular cylindrical wall section 18 is provided with radial ribs 16 ', which together with the ends of the circular wall section 9' 'form inlet openings 12', which are located laterally on the wall arrangement and together with the opening 19 cause the multiple deflections of the main fronts.
  • the insert 8 ′′ like in the first exemplary embodiment, is fastened to a separate cover 14.
  • a housing 21 has an input-side connecting flange 22 and an output-side connecting flange 23 lying in a common axis.
  • the input-side connecting flange 22 opens into the interior of the housing 21 with a cylindrical tube piece 24 and is overlapped there by a cup-shaped wall 25.
  • the cup-shaped wall 25 consists of a cylindrical jacket wall 26 and a base 27 that bulges away from the inlet-side connection flange 22.
  • annular gaps 28, 29 are formed which form a labyrinth for a detonation front entering the cup-shaped wall 25, which emerges from the cup-shaped wall 25 via the inner annular gap 28 reflects reflected and after deflection through 180 ° through the outer annular gap 29 into an expansion chamber 30 which is closed by a flame arrester 7.
  • the flame arrester 7 is inserted between two parts of the housing 21 which are closed off as fastening flanges 31 and clamped by screwing the fastening flanges 31, the part of the housing 21 which does not contain the expansion space 30 merely containing the taper on the outlet-side connecting flange 23.
  • the secondary front is passed through an opening 32 in the axis of the input-side connecting flange 22 into the expansion space 30 without deflection.
  • FIG. 8 which essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 7, a plurality of openings 32 are arranged in the bottom 27 of the cup-shaped wall 25 symmetrically to the axis of the input-side connecting flange 22, of which 3 opening 32 in the vertical cutting axis are seen.
  • FIG. 9 corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG. 7, with the difference that instead of the opening 32, a line piece 32 ′ is provided, through which the secondary front is introduced into the expansion space 30 in closer proximity to the flame arrester 7.
  • All of the exemplary embodiments shown permit an effective weakening or termination of the detonation and therefore a low load on the flame arresters 7 provided in these exemplary embodiments.

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Abstract

Das Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem durch Aufteilung der anlaufenden Detonationsfront und Zusammenführen in einem Expansionsraum (17,17',30) wird dadurch erheblich effektiver, daß die Aufteilung der Detonationsfront in eine Hauptfront und eine Nebenfront erfolgt und das die Hauptfront mit einer längeren Laufzeit in den Expansionsraum (17,17',30) geleitet wird, so daß beim Eintritt der Hauptfront in den Expansionsraum (17,17',30) dieser Verbrennungsgase der Nebenfront enthält. <IMAGE> <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem, bei dem eine anlaufende Detonationsfront aufgeteilt und in einem Expansionsraum wieder zusammengeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem mit einer im Fortpflanzungsweg der Detonationsfront liegenden Wandanordnung zum Aufteilen und Umlenken der Detonationsfront und mit einem Expansionsraum, in dem die aufgeteilte Detonationsfront wieder zusammengeführt wird.
  • Die Ausbreitung einer Explosion eines zündfähigen Gasgemisches in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem kann als Detonation oder als Deflagration erfolgen. Bei der Detonation überlagern sich die Flammenfront und die durch die Druckwelle der Explosion gebildete Stoßfront, während bei der Deflagration die Stoßwellen der Flammenfront vorauseilen. Die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit von Deflagrationen liegen bei einigen 100 m/sec. und die Verbrennungsdrücke in Stoßrichtung bei bis zu 10 bar (bei einem Ausgangsdruck der Gemische von 1 bar), während bei Detonationen Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeiten von mehreren 1.000 m/sec. und Drücke in Stoßrichtung von bis zu 100 bar auftreten können.
  • Es ist bekannt, die zerstörerische Wirkung von Detonationen durch Abschwächung bzw. Beendigung der Detonation zu vermeiden und vorzugsweise dabei die Flammen der Flammenfront der Detonation zum Erlöschen zu bringen. Häufig werden daher sogenannte "Detonationsbremsen" bzw. "Detonationsstoßfänger" mit einer Flammensperre kombiniert, die eine Vielzahl enger und langer Spalte aufweist, in denen die Flamme so stark abgekühlt wird, daß sie zum Erlöschen kommt.
  • Eine Detonationssicherung bestehend aus einer Detonationsbremse und einer Flammensperre ist durch die DE-PS 1 192 980 bekannt. Die sich durch eine Rohrleitung fortpflanzende Detonationsfront wird bei der bekannten Vorrichtung durch die konvexe Außenseite einer kreiszylindrisch ausgebildeten Wand aufgeteilt und gelangt in einen Expansionsraum mit einem gegenüber der Rohrleitung vergrößerten Volumen. Die aufgeteilte Detonationsfront kann erst nach mehreren Umlenkungen gegen die Flammensperre laufen, die in einem Ausgangstutzen befestigt ist, der um 90° gegenüber der Rohrleitung abgewinkelt ist, in der sich die Detonation ursprünglich ausgebreitet hat. Die mehreren Umlenkungen werden dadurch erforderlich, daß eine zweite halbkreiszylindrische Wand mit einem kleineren Durchmesser vorgesehen ist, wobei die zueinander zeigenden Feinwandstücke einander überlappend angeordnet sind und dadurch eine Art Labyrinth bilden. Bei diesen bekannten Vorrichtungen können die aufeinander zulaufenden Teil-Detonationsfronten eine Nachdetonation auslösen, insbesondere, wenn ungünstige Gemischbedingungen vorliegen. Es ist daher erforderlich, die Flammensperre so zu dimensionieren, daß sie auch in diesem Fall eine sichere flammenlöschende Wirkung aufweist. Die flammenlöschenden Spalte der Flammensperre müssen ausreichend lang und ausreichend eng dimensioniert sein, wodurch jedoch für den Normalbetrieb bei der Durchströmung des Betriebsmediums ein relativ hoher Druckverlust in Kauf genommen werden muß. Darüberhinaus entsteht durch enge und lange Durchtrittspalte ein erhöhter Wartungsaufwand.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Vorrichtung anzugeben, durch die die Abschwächung einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem verbessert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufteilung der Detonationsfront in eine Hauptfront und eine Nebenfront erfolgt, und daß die Hauptfront mit einer längeren Laufzeit in den Expansionsraum geleitet wird, so daß beim Eintritt der Hauptfront in den Expansionsraum dieser Verbrennungsgase der Nebenfront enthält.
  • Während die Wirkungsweise der bekannten Vorrichtungen zur Detonationsabschwächung darauf beruhten, daß die Detonationsfront möglichst effektiv und häufig umgelenkt wird, um so die Fortpflanzungsgeschwindigkeit herabzusetzen und Energie zu verbrauchen, beruht die erfindungsgemäße Lösung darauf, daß ein vorzugsweise kleinerer Teil der Detonationsfront als Nebenfront in den Expansionsraum geleitet wird und dort, vorzugsweise in Form einer Deflagration, abbrennt, so daß die Hauptfront beim Eintritt in den Expansionsraum im wesentlichen Abgase vorfindet, wodurch die Fortpflanzung der Detonation behindert wird, so daß diese regelmäßig zerfällt. Dies wird sichergestellt, wenn die Laufzeit der Hauptfront relativ zur Nebenfront so dimensioniert wird, daß die Nebenfront in dem Expansionsraum bereits vollständig zerfallen ist, wenn die Hauptfront in den Expansionsraum eintritt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in allen Behälter- bzw. Rohrleitungssystemen einsetzen, um Detonationen zu vernichten bzw. zumindest abzuschwächen. Für Verbindungsstellen in andere Systeme oder in den Außenbereich wird zweckmäßigerweise eine Kombination mit einer herkömmlichen Flammensperre vorgenommen, wobei die verbesserte Wirkung der erfindungsgemäßen Detonationsabschwächung dazu führt, daß die Flammensperre weniger enge und/oder wenige lange Flammen löschende Spalte aufweisen muß, so daß der durch die Flammensperre bewirkte Druckabfall für den normalen Betriebszustand verringert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirksam, wenn die Nebenfront in den ausgangsseitigen Teil des Expansionsraum geleitet wird, also beispielsweise bis kurz vor eine dort angeordnete Flammensperre, bevor sie in den Expansionsraum eintreten kann. Das dadurch bewirkte gegenläufige Abbrennen der Nebenfront und Eintreten der Hauptfront in die Expansionskammer führt zu einer noch verbesserten und noch sichereren Abschwächung der Detonation.
  • Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren funktionierende Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wandanordnung einen ersten Leitungsweg für die Hauptfront und einen zweiten Leitungsweg für die Nebenfront der Detonationsfront bildet, wobei die Leitungswege so dimensioniert sind, daß die Hauptfront gegenüber der Nebenfront verzögert in den Expansionsraum eintritt. Dabei ist vorzugsweise der Gesamtquerschnitt des ersten Leitungswegs wesentlich größer, vorzugsweise mindestens vier mal so groß, als der Gesamtquerschnitt des zweiten Leitungswegs.
  • Um sicherzustellen, daß die Detonation der Nebenfront beim Eintritt in die Expansionskammer in eine Deflagration übergegangen ist, ist der zweite Leitungsweg in einer bevorzugten Ausführungsform aus wenigstens einer Öffnung oder wenigstens einem Leitungsstück gebildet, dessen Durchmesser jeweils unterhalb des kritischen Durchmessers liegt. Der Begriff "kritischer Durchmesser" legt die Erkenntnis zugrunde, daß unterhalb eines bestimmten Durchmessers eines Leitungsstücks Stoßfront und Flammenfront nicht mehr gemeinsam voranschreiten können und daher getrennt werden. Erläuterungen des Begriffes "kritischer Rohrdurchmesser" finden sich in dem Artikel von Lee, J.H.S. Dynamic Parameters of Gaseous Detonations, Ann.Rev.Fluid.Mech. 16 (1984), Seiten 311 bis 336.
  • Aus den oben erwähnten Gründen kann der Expansionsraum am bezüglich der Wandanordnung strömungsmäßig anderen Ende durch eine Flammensperre mit flammenlöschenden Spalten abgeschlossen sein.
  • Für einen kompakten Aufbau der Vorrichtung, die unnötig lange Verzögerungen der Hauptfront vermeidet, ist es zweckmäßig, wenn der zweite Leitungsweg den direkten Druchtritt der Nebenfront in den Expansionsraum im wesentlichen ohne Umlenkung erlaubt. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn bereits durch die Unterschreitung des kritischen Durchmessers für eine Trennung von Flammenfront und Stoßfront gesorgt wird, so daß energiezehrende Umlenkungen für die Nebenfront nicht mehr erforderlich sind. Da die Nebenfront im wesentlichen unverzögert fortschreitet, ist die für die Hauptfront benötigte Verzögerung minimiert.
  • Der zweite Leitungsweg kann in einer einfachen Ausführungsform durch wenigstens eine in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegende Öffnung der Wandanordnung gebildet sein. Alternativ hierzu ist der zweite Leitungsweg durch wenigstens ein in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegendes Leitungsstück gebildet. Das Leitungsstück kann zweckmäßigerweise kurz vor der Flammensperre enden, um die Gegenläufigkeit des Abbrennens der Flamme der Nebenfront und des Eintritts der Hauptfront in den Expansionsraum zu gewährleisten. Bei einer in einem abgewinktelten Rohrstück angeordneten Flammensperre ist das Leitungsstück zweckmäßigerweise entsprechend gebogen. Die Wandanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in an sich bekannter Weise einen kreiszylindrischen Wandabschnitt aufweisen, der die Detonationsfront in zwei Hauptfronten aufteilt und umlenkt und der wenigstens eine Öffnung bzw. ein Leitungsstück für den Durchtritt der Nebenfront aufweist.
  • In einer alternativen konstruktiven Ausführungsform weist die Wandanordnung eine eine anlaufende Detonationsfront umfassende becherförmige Wand auf, in deren Boden sich wenigstens eine Öffnung bzw. ein Leitungsstück als zweiter Leitungsweg für den Durchtritt der Nebenfront befindet, wobei der erste Leitungsweg an der Außenseite der zylindrischen Abschnitte der becherförmigen Wand verläuft.
  • Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Figur 1 -
    einen Vertikalschnitt durch ein erstes, als Winkelstück ausgeführtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 2 -
    einen Horizontalschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1,
    Figur 3 -
    einen Vertikalschnitt durch ein als Winkelstück ausgebildetes zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 4 -
    einen Horizontalschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3,
    Figur 5 -
    einen Vertikalschnitt durch ein drittes, als Winkelstück ausgeführtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 6 -
    einen Horizontalschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5,
    Figur 7 -
    einen Vertikalschnitt durch ein linear ausgebildetes viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 8 -
    einen Vertikalschnitt durch ein linear ausgebildetes fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 9 -
    einen Vertikalschnitt durch ein linear ausgeführtes sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist ein als Winkelstück ausgebildetes Gehäuse 1 mit einem bezüglich der möglichen Detonation eingangsseitigen Anschlußflansch 2 und einem dazu um 90° abgewinkelten ausgangsseitigen Anschlußflansch 3 auf. Beide Anschlußflansche 2,3 weisen Wandungen 4,5 auf, die sich zum Inneren des Gehäuses 1 hin konisch erweitern. In dem erweiterten Teil der Wandung 5 des ausgangsseitigen Anschlußflansches 3 befindet sich eine Stufe 6, auf die eine übliche Flammensperre 7 aufgelegt ist. Die Flammensperre 7 wird mit Hilfe eines Einsatzes 8 des Gehäuses 1 an ihrem Ort gehalten Der Einsatz 8 weist eine im wesentlichen kreiszylindrische Wandung 9 auf, die durch ein Übergangsstück 10 in einen unteren freien Rand 11 erweitert ist, der an der Flammensperre 7 anliegt.
  • Die kreiszylindrische Wandung 9 weist an der dem eingangsseitigen Flansch 2 gegenüberliegenden Seite eine schlitzförmige Öffnung 12 auf und ist auf der dem ausgangsseitigen Anschlußflansch 3 gegenüberliegenden Seite durch eine flache Platte 13 abgeschlossen. Der Einsatz 8 wird insgesamt durch einen auf das Gehäuse 1 aufgeschraubten Deckel 14 an Ort und Stelle abgedichtet gehalten.
  • Im Übergangsstück 10 befindet sich in der vertikalen Mittelebene des eingangsseitigen Anschlußflansches 2 eine Öffnung 15 mit einem Durchmesser, der weniger als 1/4 des Durchmessers des eingangsseitigen Anschlußflansches 2 beträgt und einen noch wesentlich geringeren Teil des erweiterten Querschnitts des Gehäuses 1 vor der kreiszylindrischen Wandung 9 einnimmt.
  • Die kreiszylindrische Wandung 9 weist ferner in dem dem Eingangsflasch 2 gegenüberliegenden Bereich seitlich von der Öffnung 12 radiale Verstärkungsrippen 16 auf, die sich radial bis zur Höhe des freien Randes 11 erstrecken.
  • Eine durch den eingangsseitigen Anschlußflansch 2 des Gehäuses 1 einlaufende Detonationsfront gelangt auf die kreiszylindrische Wandung 9 und wird dort aufgeteilt. Wegen der Symmetrie der Anordnung werden zwei Hauptfronten gebildet, die um die kreiszylindrische Wandung 9 und die Verstärkungsrippen 16 herumlaufen und durch die Öffnung 12 in den einen Expansionsraum 17 bildenden Innenraum der kreiszylindrischen Wandung 9 eintreten. Die Hauptfronten gelangen somit über den beschriebenen ersten Leitungsweg in den Expansionsraum 17 und zur Flammensperre 7.
  • Ein kleiner Teil der anlaufenden Detonationsfront tritt durch die Öffnung 15 als Nebenfront hindurch und gelangt direkt in den Expansionsraum 17, und zwar dicht vor der Flammensperre 7. Die Öffnung 15 bildet somit einen zweiten Leitungsweg, auf dem eine Nebenfront der Detonationsfront in den Expansionsraum 17 gelangt.
  • Da die Hauptfronten über den ersten Leitungsweg einen längeren Weg in den Expansionsraum 17 als die Nebenfront zurücklegen müssen, gelangt die Nebenfront zeitlich vor den Hauptfronten in den Expansionsraum 17. Die Nebenfront zerfällt im Expansionsraum 17 und brennt als Deflagration ab. Wenn die Hauptfronten in den Expansionsraum eintreten, ist dieser somit - zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig - mit Abgasen gefüllt, so daß die Hauptfronten im Expansionsraum 17 keine brennbaren Gase mehr oder nur noch geringe Mengen davon vorfinden und keine ausreichende Energie zur Fortpflanzung aufnehmen können. Auch die Hauptfronten zerfallen daher in dem Expansionsraum 17, bevor sie zur Flammensperre 7 gelangen.
  • Die Flammensperre 7 braucht somit nur noch für die wesentlich weniger gefährlichen Deflagrationen ausgelegt zu sein, kann also wesentlich weniger enge und/oder weniger lange Spalte aufweisen. Dadurch wird ein geringerer Strömungswiderstand gebildet und die Wartung der Flammensperre 7 erleichtert.
  • Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Einsatz 8' zugleich den Deckel 14 des Längsgehäuses 1 die kreiszylindrische Wandung 9' weist einen Druchmesser auf, der dem Außendurchmesser der Flammensperre 7 entspricht. Mit der Öffnung 12 auf der dem eingangsseitigen Anschlußflansch gegenüberliegenden Seite fluchtet ein weiterer kreiszylindrischer Wandabschnitt 18, der konzentrisch zu der kreiszylindrischen Wand 9', jedoch mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist. Eine Öffnung 19 des kreiszylindrischen Wandabschnitts 18 zeigt zum eingangsseitigen Anschlußflansch 2, so daß die durch die kreiszylindrische Wand 9' gebildeten Teil- Hauptfronten durch ein durch die Öffnung 12, 19 gebildetes Labyrinth in den Expansionsraum 17' oberhalb der Flammensperre 7 gelangen.
  • In der Achse des eingangsseitigen Anschlußflansches 2 befindet sich in der kreiszylindrischen Wand 9' ein in den Expansionsraum 17' ragendes Leitungsstück 20, das mit einem Durchmesser unterhalb des kritischen Rohrdurchmessers eine Nebenfront ohne Umlenkung in den Expansionsraum 17' leitet, während die Hauptfront mehrfach umgelenkt und verzögert in den Expansionsraum 17' gelangen.
  • Bei dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 das Leitungsstück 20' nach unten abgewinkelt, um die Nebenfront in einer größeren näher zur Flammensperre 7 in den Expansionsraum 17' einzuleiten. Darüberhinaus ist die kreiszylindrische Wandung 9'' als halbkreisförmiger Abschnitt ausgebildet. Der zweite kreiszylindrische Wandabschnitt 18 ist mit radialen Rippen 16' versehen, die zusammen mit den Enden des kreisförmigen Wandabschnitts 9'' Eintrittsöffnungen 12' bilden, die sich seitlich an der Wandanordnung befinden und zusammen mit der Öffnung 19 die mehrfachen Umlenkungen der Hauptfronten bewirken. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Einsatz 8'' - wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel - eine separaten Deckel 14 befestigt.
  • Bei dem in Figur 7 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 21 einen in einer gemeinsamen Achse liegenden eingangsseitigen Anschlußflansch 22 und ausgangsseitigen Anschlußflansch 23 auf. Der eingangsseitige Anschlußflansch 22 mündet mit einem zylindrischen Rohrstück 24 in den Innenraum des Gehäuses 21 und wird dort von einer becherförmigen Wand 25 überlappend übergriffen. Die becherförmige Wand 25 besteht aus einer zylindrischen Mantelwand 26 und einem vom eingangsseitigen Anschlußflansch 22 weggewölbten Boden 27. Zwischen dem rohrförmigen Leitungsstück 24 des eingangsseitigen Anschlußflansches 22 und der zylindrischen Wand 26 der becherförmigen Wand 25 einerseits wie zwischen der zylindrischen Wand 26 und dem Gehäuse 21 andererseits, sind Ringspalte 28,29 ausgebildet, die ein Labyrinth für eine in die becherförmige Wand 25 einlaufende Detonationsfront bilden, die aus der becherförmigen Wand 25 über den inneren Ringspalt 28 reflektiert austritt und nach Umlenkung um 180° durch den äußeren Ringspalt 29 in eine Expansionskammer 30 eintritt, die durch eine Flammensperre 7 abgeschlossen ist. Die Flammensperre 7 ist zwischen zwei als Befestigungsflansche 31 abgeschlossene Teile des Gehäuses 21 eingelegt und durch Verschraubung der Befestigungsflansche 31 verspannt, wobei das nicht den Expansionsraum 30 enthaltende Teil des Gehäuses 21 lediglich die Verjüngung auf den ausgangsseitigen Anschlußflansch 23 enthält.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Nebenfront durch eine in der Achse des eingangsseitigen Anschlußflansches 22 liegende Öffnung 32 in den Expansionsraum 30 ohne Umlenkung geleitet.
  • Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen mit dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, sind im Boden 27 der becherförmigen Wand 25 mehrere Öffnungen 32 symmetrisch zur Achse des eingangsseitigen Anschlußflansches 22 angeordnet, von denen in der vertikalen Schnittachse 3 Öffnung 32 zu sehen sind.
  • Das in Figur 9 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, daß statt der Öffnung 32 ein Leitungsstück 32' vorgesehen ist, durch das die Nebenfront in größerer Nähe zur Flammensperre 7 in den Expansionsraum 30 eingeleitet wird.
  • Alle dargestellten Ausführungsbeispiele erlauben eine wirksame Schwächung bzw. Beendigung der Detonation und daher eine geringe Belastung der in diesen Ausführungsbeispielen vorgesehenen Flammensperren 7.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem, bei dem eine anlaufende Detonationsfront aufgeteilt und in einem Expansionsraum (17,17',30) wieder zusammengeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung der Detonationsfront in eine Hauptfront und eine Nebenfront erfolgt und das die Hauptfront mit einer längeren Laufzeit in den Expansionsraum (17,17',30) geleitet wird, so daß beim Eintritt der Hauptfront in den Expansionsraum (17,17',30) dieser Verbrennungsgase der Nebenfront enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenfront wesentlich kleiner als die Hauptfront ausgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit der Hauptfront relativ zur Nebenfront so dimensioniert wird, daß die Nebenfront in dem Expansionsraum (17,17',30) bereits vollständig zerfallen ist, wenn die Hauptfront in den Expansionsraum (17,17',30) eintritt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zerfallen der Detonation das Gas zum Löschen einer etwaig noch bestehenden Flamme durch ein flammenlöschende Spalte aufweisende Flammensperre (7) geleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenfront bezüglich der Hauptfront an einem gegenüberliegenden Ende in den Expansionsraum (17,17',30) geleitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenfront bis kurz vor die Flammensperre (7) geleitet wird, bevor sie in den Expansionsraum (17,17',30) eintritt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bi 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hauptfront gegenläufig zur Nebenfront im Expansionsraum (17,17',30) ausbreitet.
  8. Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem mit einer im Fortpflanzungsweg der Detonationsfront liegenden Wandanordnung zum Aufteilen und Umlenken der Detonationsfront und mit einem Expansionsraum (17,17',30) in dem die aufgeteilte Detonationsfront wieder zusammengeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandanordnung (9,16; 9',18; 9'',16',18; 24,25) einen ersten Leitungsweg für Hauptfront und einen zweiten Leitungsweg für eine Nebenfront der Detonationsfront bildet, wobei die Leitungswege so dimensioniert sind, daß die Hauptfront gegenüber der Nebenfront verzögernd in den Expansionsraum (17,17',30) eintritt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt des ersten Leitungswegs wesentlich größer ist als der Gesamtquerschnitt des zweiten Leitungswegs.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt des zweiten Leitungswegs weniger als 1/4 des Gesamtquerschnitts des ersten Leitungswegs beträgt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leitungsweg aus wenigstens einer Öffnung (15,32) bzw. wenigstens einem Leitungsstück (20,20',32') gebildet ist, dessen Durchmesser jeweils unterhalb des kritischen Rohrdurchmessers liegt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsraum (17,17',30) am bezüglich der Wandanordnung strömungsmäßig anderen Ende durch eine Flammensperre (7) mit flammenlöschenden Spalten abgeschlossen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leitungsweg den direkten Durchtritt der Nebenfront in den Expansionsraum (17,17',30) im wesentlichen ohne Umlenkung erlaubt.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leitungsweg durch wenigstens eine in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegende Öffnung (15,32) gebildet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leitungsweg durch wenigstens ein in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegendes Leitungsstück (20,20',32') gebildet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (20,20',32') kurz vor der Flammensperre (7) endet.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (20') auf die in einem abgewinkelten Rohrstück angeordnete Flammensperre (7) abgebogen ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandanordnung in an sich bekannter Weise kreiszylindrische Wand (9,9') auweist, die die Detonationsfront in zwei Hauptfronten aufteilt und umlenkt und wenigstens eine Öffnung (15) bzw. ein Leitungsstück (20,20') für den Durchtritt der Nebenfront aufweist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandanordnung eine die anlaufende Detonationsfront umfassende becherförmige Wand (25) aufweist, in deren Boden (27) wenigstens eine Öffnung (32) bzw. ein Leitungsstück (32') ein zweiter Leitungsweg für den Durchtritt der Nebenfront befindet, und daß der erste Leitungsweg (28,29) an der Außenseite der zylindrischen Abschnitte (26) der becherförmigen Wand (25) entlang verläuft.
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