EP0951922B1 - Verfahren zum Unschädlichmachen einer Detonationsfront und Detonationssicherung - Google Patents

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EP0951922B1
EP0951922B1 EP99105224A EP99105224A EP0951922B1 EP 0951922 B1 EP0951922 B1 EP 0951922B1 EP 99105224 A EP99105224 A EP 99105224A EP 99105224 A EP99105224 A EP 99105224A EP 0951922 B1 EP0951922 B1 EP 0951922B1
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EP
European Patent Office
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flame
detonation
pipe
arresting device
safety device
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EP99105224A
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EP0951922A2 (de
EP0951922A3 (de
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Christoph Dipl.-Ing. Leinemann
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Leinemann GmbH and Co KG
Original Assignee
Leinemann GmbH and Co KG
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Publication of EP0951922A3 publication Critical patent/EP0951922A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D5/00—Safety arrangements
    • F42D5/04—Rendering explosive charges harmless, e.g. destroying ammunition; Rendering detonation of explosive charges harmless
    • F42D5/045—Detonation-wave absorbing or damping means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/20—Spark arrester

Definitions

  • the invention relates to a method for rendering harmless a in a pipeline led detonation front with the help of a Flame arrester.
  • the invention further relates to a detonation fuse with a suitable for installation in a pipeline or container system Housing, in the at least one pipe socket with a specific Pipe diameter protrudes and in the one the flame passage preventing flame arrester is arranged, whose Diameter is significantly larger than the pipe diameter.
  • the propagation of an explosion of an ignitable gas mixture in a container or piping system can be used as a detonation or deflagration done.
  • the detonation is superimposed the flame front and the one formed by the blast of the blast Shock front, while during deflagration the shock waves leading the flame front.
  • the flame propagation speed of deflagrations are some 100 m / s and the Combustion pressures in the direction of impact at up to 10 bar (at a Outlet pressure of the mixtures of 1 bar), while in detonations Flame propagation speeds of several 1,000 m / s and pressures in the direction of impact of up to 100 bar may occur.
  • a detonation fuse consisting of a detonation brake and a flame arrester is known from DE-PS 1 192 980.
  • the propagating through a pipeline detonation front is in the known device by the convex outside divided a circular cylindrical wall and passes in an expansion space with an opposite the pipeline enlarged Volume.
  • the split detonation front can only after several deflections run against the flame arrester, which in attached to an outlet nozzle, which is 90 ° opposite the Piping is angled, in which the detonation originally has spread.
  • the several deflections will be generated by having a second semicircular wall with a smaller diameter is provided, with each other facing free wall pieces are arranged overlapping each other and thereby form a kind of labyrinth.
  • the present invention is therefore based on the problem, a To ensure protection against detonations with simple and inexpensive to be created means is realizable, no high pressure loss for the gases flowing through and yet a high Guaranteed ignition safety.
  • a Detonation assurance of the type mentioned in the present invention characterized in that at least one pipe socket to form a free Interspace extends close to the flame arrester, so one through the Pipe socket progressing detonation front substantially completely and without deflection by a bumper on only a portion of the Flame barrier hits and that around the pipe socket around a sufficiently large Expansion space for the formation of a deflagration is present.
  • the core of present invention is the detonation front only in one Part of the flame arrester to make this impact by the Detonation front with a pipe socket very close to the flame arrester is introduced. This creates on the incoming side of the flame arrester an expansion space, so that the detonation front in front of the flame barrier in Expansion space caused by secondary ignition a deflagration. There the flame barrier is hit only in the partial area of the detonation front, it provides a high flow resistance for the detonation front.
  • the free Cross-sectional area of the entire flame arrester is preferably the same or greater than the pipe diameter of the pipe socket.
  • the pipe section becomes brought so close to the flame barrier, that of the detonation front met partial area substantially equal to the pipe diameter.
  • the Flame barrier preferably has an overall diameter, the at least twice the diameter of the portion corresponds to in normal operation to achieve low pressure drops.
  • the operation of the arrangement according to the invention is in relation to the Flame extinguishing behavior the more favorable the closer the end of the pipe socket the flame arrester is introduced.
  • a lower limit for the reduction the free space between the end of the pipe socket and the Flame barrier results from the fact that in normal operation of the Total cross section of the flame arrester at the usual, relatively low Flow rates is still sufficiently uniformly flowed.
  • the detonation fuse according to the invention the free distance between the end of the pipe socket and the flame arrester greater than or equal to one third and less than / equal to that Pipe diameter.
  • the length of the interior is on the Side of the pipe socket to the flame arrester preferably more than 0.6 times the pipe diameter and may preferably less than or equal to 2 times the pipe diameter and can, in particular when using a pre-ignition explained below be reduced to half the pipe diameter.
  • the effect according to the invention of the impact of the detonation front on the portion of the flame barrier, through which the flame arrester the detonation front provides a high flow resistance, can be further enhanced by the fact that the flame arrester is formed differently in the subarea than in the Subarea surrounding border area.
  • the detonation fuse according to the invention can be in the pipe socket with against the pipe diameter small connection openings for Be provided the expansion tube surrounding the pipe socket to by a pre-ignition through the detonation front in the expansion space to cause a pre-combustion, so that by pre-burned Gases of tendency to re-form a detonation front in the expansion space, in particular by a reflection the flame wall of the expansion wall, is effectively countered, so that the length of the expansion space can be reduced.
  • the detonation fuse For dividing the detonation front into several partial detonation fronts can the detonation fuse according to the invention a Having plurality of pipe socket before the flame arrester, wherein the majority of pipe connections preferably rotationally symmetrical are arranged to the central axis of the flame arrester.
  • FIG. 1 schematically shows a detonation fuse which, like FIG this is shown in dashed lines, with a in a pipeline 1 insertable housing 2 is formed.
  • the housing 2 is on flanged to both ends of the pipe and forms a Interior 3 of the housing 2.
  • In the interior 3 protrudes from a Side of a pipe 1 continuing pipe 1 in it, in front of a centrally arranged in the housing 2 flame arrester 5 ends.
  • FIG. 1 shows a detonation front starting through the pipe socket 4 8, on one as a portion 9 of the flame arrester 5 hits.
  • FIG. 2 illustrates that the pipe socket 4, which continues the pipe 1, has a diameter D and that the detonation front 8 practically impinges with the diameter D on the portion 9 of the flame arrester 5, which thus also has approximately the diameter D.
  • the shock wave of the detonation front 8 strikes the small diameter D to a relatively high flow resistance of the flame arrester 5, so that the detonation front 8 is partially reflected by the flame arrester 5 or extinguished when penetrating into the portion of the flame arrester 5.
  • an expansion space 13 of the housing 6 a secondary ignition.
  • the expansion space 13 extends over a length L 1 of the mouth of the pipe socket 4 back from the flame arrester 5 away.
  • the free cross section of the flame arrester 5 corresponds at least the cross-sectional area of the pipe socket 4 with the pipe diameter D or is larger, so that for a according to Figure 3 not as Detonation front 8, but as normal flow 11 traversing Gas no significant pressure loss through the flame arrester 5 arises.
  • Figure 3 shows that the free distance L 2 between the mouth end of the pipe socket 4 and the pipe socket 4 facing surface of the flame arrester 5 is selected so that in normal operation, the flame arrester 5 is flowed through by the flow medium uniformly. This is the case when the length of the gap L 2 is greater than / equal to one-third and less than / equal to the inner diameter D.
  • the embodiment shown in Figure 4 corresponds to the Embodiment according to Figure 1 with the only difference that provided on both sides of the flame arrester 5 a pipe socket 4 is, so that the detonation fuse shown in Figure 4 for detonation fronts 8 coming from both sides suitable is.
  • FIG. 5 further embodiment of the invention differs from the embodiment shown in Figure 1 in that the flame arrester 5 'in the partial area 9 'is made with narrower gap widths, so that the flame arrester 5 'of the detonation front 8 through the narrowed portion 9 'still opposes a higher flow resistance.
  • the pipe socket 4 is provided with small connection openings 12, branched off by the incoming detonation front 8 immediately after the beginning of the housing 2 a part and directly into the Expansion chamber 13 is passed, where precombustion takes place by the ignition of the branched part of the detonation front 8, so that burnt gases in the expansion space 13 prevents the formation of a secondary detonation by reflection of a deflagration on the rear wall 10 of the housing 2 and thereby reduces the length L 1 can be.
  • the fifth embodiment illustrated in FIGS. 7 and 8 provides for the flame arrester 5 to be designed to be extremely large in relation to the diameter D of the pipeline 1, in order to obtain a very low pressure loss through the flame arrester 5 during normal operation.
  • a plurality of pipe stubs 4 ' are arranged distributed over the cross section of the flame arrester 5.
  • FIG. 7 illustrates that this causes a detonation front, which starts in the pipeline 1, to be distributed over a plurality of partial detonation fronts 8 ', which impinge on associated partial regions 9 "of the flame arrester 5.
  • the length L 1 of the expansion space 13 'delimiting rear end wall 10' is formed by wall pieces which define a distribution chamber 14 in the flow direction in front of the flame arrester 5, which widens starting from the diameter D of the pipe 1 to the effective diameter of the flame arrester 5 and in the pipe socket 4 'passes.
  • the arrangement of the pipe socket 4 'shown in Figure 7 has a central pipe socket 4', which is aligned with the pipe 1, but has a slightly smaller diameter than the pipe 1.
  • Figure 8 illustrates the normal operation in which pass through the pipe stub 4 'normal part flows 11' and distribute evenly over the cross-sectional area of the flame arrester 5.
  • the length L 1 ⁇ 0.5 D and ⁇ 2 D and the length L 2 is between ⁇ 1/3 D and ⁇ 1 D.
  • the optimization of the lengths L 1 and L 2 depends on the pressure loss through the flame arrester 5 off.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unschädlichmachen einer in einer Rohrleitung geführten Detonationsfront mit Hilfe einer Flammensperre.
Die Erfindung betrifft ferner eine Detonationssicherung mit einem zum Einbau in ein Rohrleitungs- bzw. Behältersystem geeigneten Gehäuse, in das wenigstens ein Rohrstutzen mit einem bestimmten Rohrdurchmesser hineinragt und in dem eine den Flammendurchtritt verhindernde Flammensperre angeordnet ist, deren Durchmesser deutlich größer als der Rohrdurchmesser ist.
Die Ausbreitung einer Explosion eines zündfähigen Gasgemisches in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem kann als Detonation oder 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 Flammenfortpflanzungsgeschindigkeit von Deflagrationen liegen bei einigen 100 m/s 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/s 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 die Detonation vor dem Auftreffen auf die Flammensperre in eine Deflagration zurückzuführen. Häufig werden daher sogenannte "Detonationsbremsen" bzw. "Detonationsstoßfänger" mit einer Flammensperre kombiniert. Die Flammensperre weist eine Vielzahl enger und langer Spalte auf, 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 Ausgangsstutzen befestigt ist, der um 90° gegenüber der Rohrleitung abgewinkelt ist, in der sich die Detonation ursprünglich ausgebreitet hat. Die mehreren Umlenkungen werden dadurch erzeugt, daß eine zweite halbkreiszylindrische Wand mit einem kleineren Durchmesser vorgesehen ist, wobei die zueinander zeigenden freien Wandstücke 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. Darüber hinaus entsteht durch enge und lange Durchtrittsspalte ein erhöhter Wartungsaufwand.
Durch die DE 195 36 292 C2 ist es bekannt, die Detonationsfront in eine Hauptfront und eine Nebenfront aufzuteilen und die Hauptfront mit einer längeren Laufzeit in den Expansionsraum zu leiten, so daß beim Eintritt der Hauptfront in den Expansionsraum dieser Verbrennungsgase der Nebenfront enthält. Die Aufteilung der Detonationsfront in eine Hauptfront und eine Nebenfront, wobei die Hauptfront eine längere Laufzeit bis zum Expansionsraum benötigt, erfordert ebenfalls Umlenkungen, die für ein Mindestvolumen der nach diesem Verfahren realisierten Detonationssicherung sorgen. Durch die Notwendigkeit eines vorgeschalteten Stoßfanges zumindest für die Hauptfront entsteht darüber hinaus ein relativ hoher Fertigungsaufwand. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Detonationssicherung beidseitig durch Detonationsfronten beaufschlagt werden kann und daher beidseitig der Flammensperre mit einem Stoßfang ausgerüstet sein muß.
Es wäre grundsätzlich möglich, als Detonationssicherung nur eine Flammensperre ohne Stoßfang auszubilden. Um dabei eine ausreichende Zünddurchschlagssicherheit zu gewährleisten, müssen die Spalte der Flammensperre lang und eng gewählt werden, wodurch hohe Druckverluste durch die Flammensperre in Kauf genommen werden müssen. Bei Flammensperren mit geringeren Druckverlusten kann nämlich die in die Flammensperre einlaufende Flammenfront leichter unverbranntes Gemisch durch die Flammensperre schieben. Dadurch entsteht in den flammenlöschenden Spalten in Richtung der Flammenfortschreitung eine größere Strömungsgeschwindigkeit und damit Turbulenz, welche die Verbrennungsgeschwindigkeit in den flammenlöschenden Spalten erhöht und damit das Löschvermögen und somit die Flammendurchschlagssicherheit reduziert. Wenn jedoch Flammensperren mit einer hohen Verdämmung, also einer hohen Zünddurchschlagssicherheit aufgrund enger und langer Spalte realisiert wird, entsteht der erhebliche betriebstechnische Nachteil des hohen Druckverlustes.
Die vorliegende Erfindung geht somit von der Problemstellung aus, eine Sicherung gegen Detonationen zu gewährleisten, die mit einfachen und kostengünstig zu erstellenden Mitteln realisierbar ist, keinen hohen Druckverlust für die durchströmenden Gase bewirkt und dennoch eine hohe Zünddurchschlagssicherheit gewährleistet.
Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Detonationsfront im Wesentlichen vollständig und ohne Umlenkung durch einen Stoßfang mittels wenigstens eines Rohrstutzens so nah an die einen gegenüber der Rohrleitung (1) größeren Durchmesser aufweisenden Flammensperre geführt wird, dass die Detonationsfront nur auf einen Teilbereich der Flammensperre auftrifft und dass die Detonationsfront so vor der Flammensperre in einen um den Rohrstutzen herum ausgebildeten Expansionsraum expandiert wird, dass eine Deflagration entsteht, die auf den äußeren Querschnitt der Flammensperre auftrifft.
In einer Weiterbildung dieses Verfahrens wird ein geringer Teil der Detonationsfront in einen die Expansion bewirkenden Expansionsraum zur Vorverbrennung im Expansionsraum abgezweigt, um durch vorverbrannte Gase das erneute Entstehen einer Detonationsfront im Expansionsraum zu verhindern.
Wenn aus Gründen eines gewünschten sehr niedrigen Druckverlustes der Durchmesser der Flammensperre gegenüber dem Rohrdurchmesser extrem groß ausgelegt werden muss, ist es zweckmäßig, die Detonationsfront in mehreren Teil-Detonationsfronten auf mehrere Teilbereiche der Flammensperre zu leiten. Dadurch lässt sich auch für den großen Durchmesserunterschied zwischen Rohrleitung und Flammensperre im Normalbetrieb eine ausreichend gleichmäßige
Anströmung des Durchflussmediums auf die Gesamtfläche der Flammensperre erreichen.
Ausgehend von der oben genannten Problemstellung ist ferner eine Detonationssicherung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rohrstutzen unter Bildung eines freien Zwischenraums bis nahe an die Flammensperre erstreckt, sodass eine durch den Rohrstutzen fortschreitende Detonationsfront im Wesentlichen vollständig und ohne Umlenkung durch einen Stoßfänger nur auf einen Teilbereich der Flammensperre trifft und dass um den Rohrstutzen herum ein ausreichend großer Expansionsraum zur Ausbildung einer Deflagration vorhanden ist.
Durch die Erfindung ist es somit möglich, eine Detonationssicherung ohne einen eigenen Stoßfänger und nur mit einer Flammensperre auszubilden, ohne dass die Flammensperre zu hohen Druckverlusten im Normalbetrieb führt. Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Detonationsfront nur in einem Teilbereich der Flammensperre auf diese auftreffen zu lassen, indem die Detonationsfront mit einem Rohrstutzen sehr nahe an die Flammensperre herangeführt wird. Dabei entsteht auf der einlaufenden Seite der Flammensperre ein Expansionsraum, sodass die Detonationsfront vor der Flammensperre im Expansionsraum durch Sekundarzündung eine Deflagration entstehen lässt. Da die Flammensperre nur im Teilbereich von der Detonationsfront getroffen wird, bietet sie für die Detonationsfront einen hohen Strömungswiderstand. Die freie Querschnittsfläche der gesamten Flammensperre ist vorzugsweise gleich oder größer als der Rohrdurchmesser des Rohrstutzens.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Rohrleitungsstück so nahe an die Flammensperre herangeführt, daß der von der Detonationsfront getroffene Teilbereich im Wesentlichen dem Rohrdurchmesser entspricht. Die Flammensperre hat dabei vorzugsweise einen gesamten Durchmesser, der wenigstens dem Doppelten des Durchmessers des Teilbereichs entspricht, um im normalen Betrieb geringe Druckverluste zu erreichen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist in Bezug auf das Flammenlöschverhalten umso günstiger, je dichter das Ende des Rohrstutzens an die Flammensperre herangeführt wird. Eine untere Grenze für die Verringerung des freien Zwischenraums zwischen dem Ende des Rohrstutzens und der Flammensperre ergibt sich daraus, dass im normalen Betrieb der Gesamtquerschnit der Flammensperre bei den üblichen, relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten noch ausreichend gleichmäßig angeströmt wird.
Unter Beachtung dieser Randbedingungen ist in bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Detonationssicherung der freie Abstand zwischen dem Ende des Rohrstutzens und der Flammensperre größer/gleich einem Drittel und kleiner/gleich dem Rohrdurchmesser.
Für einen vorzugsweise in einem zylindrisch ausgebildeten Innenraum des Gehäuses, dessen Querschnitt etwa dem Querschnitt der Flammensperre entspricht, ist die Länge des Innenraums auf der Seite des Rohrstutzens bis zur Flammensperre vorzugsweise mehr als dem 0,6fachen des Rohrdurchmessers und kann vorzugsweise kleiner/gleich dem 2fachen des Rohrdurchmesser und kann, insbesondere bei Anwendung einer unten erläuterten Vorzündung, auf bis auf die Hälfte des Rohrdurchmeser reduziert werden.
Der erfindungsgemäße Effekt des Auftreffens der Detonationsfront auf den Teilbereich der Flammensperre, durch das die Flammensperre der Detonationsfront einen hohen Strömungswiderstand entgegensetzt, kann noch dadurch verstärkt werden, daß die Flammensperre im Teilbereich anders ausgebildet ist als in dem den Teilbereich umgebenden Randbereich. Vorzugsweise ist dabei die Flammensperre im Teilbereich mit engeren Spaltweiten ausgebildet als im Randbereich, wobei zweckmäßigerweise die Spaltlänge der Flammensperre aus produktionstechnischen Gründen über den gesamten Querschnitt gleich ist.
Die erfindungsgemäße Detonationssicherung kann im Rohrstutzen mit gegen den Rohrdurchmesser kleinen Verbindungsöffnungen zum den Rohrstutzen umgebenden Expansionsraum versehen sein, um durch eine Vorzündung durch die Detonationsfront im Expansionsraum eine Vorverbrennung zu bewirken, so daß durch vorverbrannte Gase einer Tendenz zur erneuten Ausbildung einer Detonationsfront im Expansionsraum, insbesondere durch eine Reflektion an der der Flammensperre entfernten Stirnwand des Expansionsraums, wirkungsvoll entgegnet wird, so daß die Länge des Expansionsraums verringert werden kann.
Zur Aufteilung der Detonationsfront in mehrere Teil-Detonationsfronten kann die erfindungsgemäße Detonationssicherung eine Mehrzahl von Rohrstutzen vor der Flammensperre aufweisen, wobei die Mehrzahl der Rohrtutzen vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Mittelachse der Flammensperre angeordnet sind.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 -
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer gegen eine Flammensperre anlaufenden Detonationsfront
Figur 2 -
die Darstellung gemäß Figur 1 mit der Ausbreitung einer Deflagration, die durch eine von der Detonationsfront initiierten Sekundärzündung entstanden ist
Figur 3 -
die Ausführungsform gemäß Figur 1 für einen normalen Betriebsfall mit Darstellung der Verteilung des aus dem Rohrstutzen austretenden Durchflußmediums auf die gesamte Fläche der Flammensperre
Figur 4 -
ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung die analog dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, jedoch für beidseitig anlaufende Detonationsfronten ausgebildet ist
Figur 5 -
eine Darstellung gemäß Figur 1 für ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 6 -
die Darstellung gemäß Figur 2 für ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 7 -
eine Darstellung gemäß Figur 1 für ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 8 -
eine Darstellung gemäß Figur 3 für das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 9 -
eine Darstellung gemäß Figur 1 für ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 10 -
eine Darstellung gemäß Figur 3 für das sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt schematisch eine Detonationssicherung, die, wie dies gestrichelt dargestellt ist, mit einem in eine Rohrleitung 1 einsetzbaren Gehäuse 2 ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 ist an beiden Enden an die Rohrleitung angeflanscht und bildet einen Innenraum 3 des Gehäuses 2. In den Innenraum 3 ragt von einer Seite ein die Rohrleitung 1 fortsetzender Rohrstutzen 4 hinein, das vor einer mittig in dem Gehäuse 2 angeordneten Flammensperre 5 endet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Flammensperre 5 zwischen zwei Hälften 6 des Gehäuses durch Flanschverbindungen 7 gehalten.
Figur 1 zeigt eine durch den Rohrstutzen 4 anlaufende Detonationsfront 8, die auf einen als einen Teilbereich 9 der Flammensperre 5 trifft.
Figur 2 verdeutlicht, daß der Rohrstutzen 4, der die Rohrleitung 1 fortsetzt, einen Durchmesser D aufweist und daß die Detonationsfront 8 praktisch mit dem Durchmesser D auf den Teilbereich 9 der Flammensperre 5 auftrifft, der somit auch etwa den Durchmesser D aufweist. Die Stoßwelle der Detonationsfront 8 trifft auf den geringen Durchmesser D auf einen relativ hohen Strömungswiderstand der Flammensperre 5, so daß die Detonationsfront 8 von der Flammensperre 5 teilweise reflektiert bzw. beim Eindringen in den Teilbereich der Flammensperre 5 zum Erlöschen gebracht wird. In dem offenen Bereich zwischen dem Ende des Rohrstutzens 4 und der Flammensperre 5 bewirkt die Detonationsfront in einem Expansionsraum 13 des Gehäuses 6 eine Sekundärzündung. Der Expansionsraum 13 erstreckt sich über eine Länge L1 von der Mündung des Rohrstutzens 4 zurück von der Flammensperre 5 weg. Aufgrund der Sekundarzündung entsteht in dem Expansionsraum 13 eine Deflagration, die mit einer wesentlich niedrigeren Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit und geringerem Verbrennungsdruck auf den äußeren Bereich der Flammensperre 5 trifft. Durch Reflektionen an den Wänden des Expansionsraums 13, insbesondere an einer den Rohrstutzen 4 umgebenden ringförmigen Stirnwand 10, könnte sich die Deflagration wieder in eine Detonationsfront ausbilden. Durch eine ausreichende Mindestlänge L1 wird dem entgegengewirkt, da die reflektierte und in eine Detonation überführte Deflagrationsfront dann auf bereits verbranntes Gemisch vor der Flammensperre 5 trifft und somit wirkungslos wird.
Der freie Querschnitt der Flammensperre 5 entspricht mindestens der Querschnittsfläche des Rohrstutzens 4 mit dem Rohrdurchmesser D oder ist größer, so daß für eine gemäß Figur 3 nicht als Detonationsfront 8, sondern als normale Strömung 11 durchquerendes Gas kein wesentlicher Druckverlust durch die Flammensperre 5 entsteht.
Figur 3 läßt erkennen, daß der freie Abstand L2 zwischen dem Mündungsende des Rohrstutzens 4 und der dem Rohrstutzen 4 zugewandten Oberfläche der Flammensperre 5 so gewählt ist, daß im normalen Betrieb die Flammensperre 5 vom Durchflußmedium gleichmäßig angeströmt wird. Dies ist der Fall, wenn die die Länge des Zwischenraums L2 größer/gleich einem Drittel und kleiner/gleich dem Innendurchmesser D ist.
Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 mit dem einzigen Unterschied, daß auf beiden Seiten der Flammensperre 5 ein Rohrstutzen 4 vorgesehen ist, so daß die in Figur 4 dargestellte Detonationssicherung für von beiden Seiten auflaufende Detonationsfronten 8 geeignet ist.
Das in Figur 5 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Flammensperre 5' im Teilbereich 9' mit engeren Spaltweiten gefertigt ist, so daß die Flammensperre 5' der Detonationsfront 8 durch den verengten Teilbereich 9' noch einen höheren Strömungswiderstand entgegensetzt.
Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel, daß dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel im übrigen gleicht, ist der Rohrstutzen 4 mit kleinen Verbindungsöffnungen 12 versehen, durch die von der einlaufenden Detonationsfront 8 unmittelbar nach dem Beginn des Gehäuses 2 ein Teil abgezweigt und direkt in den Expansionsraum 13 geleitet wird, wo durch die Zündung des abgezweigten Teils der Detonationsfront 8 eine Vorverbrennung stattfindet, so daß verbrannte Gase im Expansionsraum 13 die Ausbildung einer Sekundärdetonation durch Reflektion einer Deflagration an der Rückwand 10 des Gehäuses 2 unterbindet unterbinden und dadurch die Länge L1 verringert werden kann.
Das in den Figuren 7 und 8 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel sieht vor, die Flammensperre 5 gegenüber dem Durchmesser D der Rohrleitung 1 extrem groß auszulegen, um im Normalbetrieb einen sehr niedrigen Druckverlust durch die Flammensperre 5 zu erhalten. Um im Normalbetrieb unter Einhaltung eines wirkungsvollen Abstandes L2 eine ausreichend gleichmäßige Anströmung des Durchflußmediums auf die Gesamtfläche der Flammensperre 5 einzustellen, sind mehrere Rohrstutzen 4' über den Querschnitt der Flammensperre 5 verteilt angeordnet. Figur 7 verdeutlicht, daß dadurch eine in der Rohrleitung 1 anlaufende Detonationsfront auf mehrere Teil-Detonationsfronten 8' verteilt wird, die auf zugehörige Teilbereiche 9'' der Flammensperre 5 auftreffen. Die die Länge L1 des Expansionsraumes 13' begrenzende hintere Stirnwand 10' wird dabei durch Wandstücke gebildet, die in Strömungsrichtung vor der Flammensperre 5 einen Verteilerraum 14 begrenzen, der sich ausgehend von dem Durchmesser D der Rohrleitung 1 auf den wirksamen Durchmesser der Flammensperre 5 erweitert und in die Rohrstutzen 4' übergeht. Die in Figur 7 dargestellte Anordnung der Rohrstutzen 4' weist einen zentralen Rohrstutzen 4' auf, der mit der Rohrleitung 1 fluchtet, jedoch einen etwas geringeren Durchmesser als die Rohrleitung 1 aufweist. Vier weitere Rohrstutzen 4' sind auf einem Radius um den zentralen Rohrstutzen 4' herum gleich beabstandet angeordnet. Figur 8 verdeutlicht den Normalbetrieb, in dem durch die Rohrstutzen 4' normale Teilströmungen 11' hindurchtreten und sich gleichmäßig auf die Querschnittsfläche der Flammensperre 5 verteilen.
Bei dem in den Figuren 9 und 10 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel fehlt gegenüber dem fünften Ausführungsbeispiel ein zentraler Rohrstutzen 4'. Vielmehr sind lediglich zwei Rohrstutzen 4' dargestellt, die sich beide in einem gleichen Abstand zur Mittelachse des Gehäuses 2 bzw. der Flammensperre 5 befinden. Auch mit dieser Anordnung werden Teil-Detonationsfronten 8' (Figur 9) bzw. normale Teilströmungen 11' (Figur 10) ausgebildet.
In der dargestellten bevorzugten Dimensionierung beträgt die Länge L1 ≥ 0,5 D und ≤ 2 D und die Länge L2 zwischen ≥ 1/3 D und ≤ 1 D. Die Optimierung der Längen L1 und L2 hängt vom Druckverlust durch die Flammensperre 5 ab.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Unschädlichmachen einer in einer Rohrleitung (1) geführten Detonationsfront (8) mit Hilfe einer Flammensperre (5, 5'), dadurch gekennzeichnet, dass die Detonationsfront (8, 8') im Wesentlichen vollständig und ohne Umlenkung durch einen Stoßfang mittels wenigstens eines Rohrstutzens (4,4') so nah an die einen gegenüber der Rohrleitung (1) größeren Durchmesser aufweisenden Flammensperre (5, 5') geführt wird, dass die Detonationsfront (8, 8') nur auf einen Teilbereich (9, 9', 9'') der Flammensperre (5, 5') auftrifft und daß die Detonationsfront (8, 8') so vor der Flammensperre (5, 5') in einen um den Rohrstutzen (4,4') herum ausgebildeten Expansionsraum (13) expandiert wird, daß eine Deflagration entsteht, die auf den äußeren Querschnitt der Flammensperre (5, 5') auftrifft.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein geringer Teil der Detonationsfront (8) in einen die Expansion bewirkenden Expansionsraum (13) zur Vorverbrennung in Expansionsraum (13) abgezweigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detonationsfront (8) in mehreren Teil-Detonationsfronten (8') auf mehrere Teilbereiche (9'') der Flammensperre (5, 5') geleitet wird.
  4. Detonationssicherung mit einem zum Einbau in ein Behälter- bzw. Rohrleitungssystem (1) geeigneten Gehäuse (2), in dem eine den Flammendurchtritt verhindernde Flammensperre (5, 5') angeordnet ist, deren Durchmesser deutlich größer als der Rohrdurchmesser (D) ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Rohrstutzen (4, 4') unter Bildung eines freien Zwischenraums bis nahe an die Flammensperre (5) erstreckt, sodass eine durch den Rohrstutzen (4, 4') fortschreitende Detonationsfront (8, 8') im Wesentlichen vollständig und ohne Umlenkung durch einen Stoßfänger nur auf einen Teilbereich (9, 9') der Flammensperre (5, 5') trifft und dass um den Rohrstutzen (4, 4') herum ein ausreichend großer Expansionsraum (13) zur Ausbildung einer Deflagration vorhanden ist.
  5. Detonationssicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Abstand (L2) zwischen dem Ende des Rohrstutzens (4, 4') und der Flammensperre (5, 5') nicht größer als der Rohrdurchmesser (D) ist.
  6. Detonationssicherung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Abstand zwischen dem Ende des Rohrstutzens (4, 4') und der Flammensperre (5, 5') nicht kleiner als 1/3 des Rohrdurchmessers (D) ist.
  7. Detonationssicherung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (3) des Gehäuses (2) zylindrisch ausgebildet ist und einen etwa dem Querschnitt der Flammensperre (5, 5') entsprechenden Querschnitt aufweist.
  8. Detonationssicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L1) des Innenraums (3) auf der Seite des Rohrstutzens (4, 4') bis zur Flammensperre (5, 5') nicht kleiner als das 0,5fache des Rohrdurchmessers (D) ist.
  9. Detonationssicherung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L1) des Innenraums (3) auf der Seite des Rohrstutzens (4, 4') bis zur Flammensperre (5, 5') nicht größer als der doppelte Rohrdurchmesser (D) ist.
  10. Detonationssicherung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammensperre (5') im Teilbereich (9') anders ausgebildet ist als in dem den Teilbereich (9') umgebenden Randbereich.
  11. Detonationssicherung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammensperre (5') im Teilbereich (9') mit engeren Spaltweiten ausgebildet ist als im Randbereich.
  12. Detonationssicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltlänge der Flammensperre (5, 5') über ihren gesamten Querschnitt gleich ist.
  13. Detonationssicherung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrstutzen (4) gegen den Rohrdurchmesser (D) kleine Verbindungsöffnungen (12) zum den Rohrstutzen (4) umgebenden Expansionsraum (13) aufweist.
  14. Detonationssicherung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Flammensperre (5, 5') Rohrstutzen (4, 4') vorgesehen sind.
  15. Detonationssicherung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Rohrstutzen (4') vor der Flammensperrre (5, 5') angeordnet ist.
  16. Detonationssicherung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Rohrstutzen (4') rotationssymmetrisch zur Mittelachse der Flammensperre (5, 5') angeordnet ist.
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