FI82259C

FI82259C - Metod att foerhindra energifoerlust, sjaelvuppvaermning och sjaelvantaendning i torvstackar.

Info

Publication number: FI82259C
Application number: FI860990A
Authority: FI
Inventors: Antti Vuorela
Original assignee: Jalander Oy A
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1991-02-11
Also published as: FI82259B; EP0244586A2; EP0244586A3; US4759773A; FI860990A0; FI860990A

Description

1 82259

Menetelmä turveauman energiahäviön, itsekuumenemisen ja itse-syttymisen estämiseksi

Keksintö koskee menetelmää turveauman energiahäviön, itsekuumenemisen ja itsesyttymisen estämiseksi. Kysymyksessä on siis turveauman säilytys- ja palontorjuntamenetelmä.

Aumavarastointi on turpeen edullisin säilytystapa. Kuitenkin varastointiin liittyy lähes poikkeuksetta se ilmiö, että turve lämpiää spontaanisesti aumassa. Tämä eksoterminen reaktio vähentää turpeen energiasisältöä ja saattaa lisäksi sytyttää turveauman palamaan. On myös havaittu, että turpeen kosteus saattaa kiihdyttää tätä haitallista eksotermista reaktiota. Turpeen aumavarastoinnissa vaaratekijöinä ovat auman koko ja muoto, jotka sallivat paikallisten kuumennuspesäkkeiden muodostumisen, epätasaisesti jakautunut kosteus sekä turvepalo-jen seassa oleva hienoaines, joka on yleensä kosteampaa kuin turvepalat. Esillä olevan keksinnön ongelmana on siis turpeen aumavarastoinnin yhteydessä esiintyvä eksotermisistä reaktiosta johtuva kuumeneminen, joka aiheuttaa turpeen energia-häviöitä ja itsesyttymistä. Pitkälle kehittynyttä ylikuumene-mistilaa on taas vaikea korjata ja kytevää pesäkettä on vaikea sammuttaa.

Nämä ongelmat on aikaisemmin pyritty ratkaisemaan vähentämällä energiahäviöitä ja itsesyttymisiä aiheuttavan hienojakoisen turpeen määrää aumassa. Niinpä FI-patenttihakemus 850 115 esittää menetelmää itsesyttymisen ja pölyräjähdyksen ehkäisemiseksi jauhemaista turvepolttoainetta käsiteltäessä. Menetelmässä haitallisesta hienojakoisesta turvepölystä päästään eroon höytälöimällä se nestemäisellä tai jauhemaisella aineella. SU-patenttijulkaisun 735 780 johdannossa mainitaan, että on tunnettua käyttää sellaisia aineita turpeen itsesyttymistä vastaan kuin formaliini, klooripikriini, trikloori- 2 82259 etaani, diklooribentseeni jne. Aumaa on myös suojattu kosteudelta ja turvepaloon tarvittavalta ilman hapelta peittämällä se muovikalvolla (SU-patenttijulkaisu 380 837, Selezneva, G.V. et ai., Torf. Prom., 1974 (2) 16 - 19, Power, J.D., Leningrad, Pro. Symp. IPS Comm. II, 27 - 29/8/74 10 pp., ja Andrzheevs- ky, A.M. et ai., Torf. Prom, 1970 (8) 5-8) tai aikaansaamalla muuten tiivis pintakerros (SU-patenttijulkaisu 400 706, 735 780 ja 322 498).

Turveauraassa tapahtuvaa, mm. kosteuden edistämää eksotermista reaktiota voidaan hidastaa mm. kosteuseristämällä auman pohja, muotoilemalla auma siten, ettei kosteus eikä lämpö säily aumassa, tai parantamalla auman tuuletusta esim. verkkolaitojen ja tuuletuskanavien avulla. Itsestään lämmennyt auma voidaan myös jäähdyttää siirtämällä sitä (Aaltonen, L., Suon kunnostus, turpeen tuotanto ja varastointi, INSKO 77, 1974). Kun jyrsinturveauma pyritään tiivistämään eksotermisen reaktion minimoimiseksi, niin palaturvetta on ilmastoitava (Komonen, P. Turpeen aumaustekniikka, INSKO 65, 1983). Suoranaista palon vaaraa on torjuttu tiivistämällä ylikuumennutta kohtaa tai pahimmassa tapauksessa hajottamalla auma kaivinkoneilla ja käyttämällä runsaasti vettä.

Kuten edellisestä käy ilmi, turveauman suojaaminen turpeen energiahäviöltä ja itsesyttymiseltä on erittäin vaikea ja joskus ristiriitainenkin tehtävä, joka mm. riippuu turpeen laadusta, kosteudesta ja ilmastoinnin määrästä. Siten tekniikan tason mukaisissa menetelmissä ei ole tehokkaasti pystytty estämään turpeen energiahäviöitä eikä itsesyttymistä. Pieneliöiden tappaminen myrkyillä on kallista ja ympäristölle vaarallista eikä sillä voida estää ei-biologista syttymistä. Aumapalojen estäminen esim. siirtämällä jatkuvasti aumaa on erittäin kallis, aikaavievä ja lisäksi epävarma toimenpide. Ilmiliekkiin syttynyttä aumaa on erittäin vaikea sammuttaa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten aikaansaada menetelmä, jonka avulla edellä mainitut haitat poistetaan.

3 82259

Keksinnölle on tällöin pääasiassa tunnusomaista, että menetelmässä johdetaan auman sisään inerttiä suojakaasua, jolla syrjäytetään tai laimennetaan aumassa oleva ilma ja estetään siten turpeen aerobiset eksotermiset reaktiot. Ilman syrjäyttämisellä inertillä suojakaasulla päästään siis siihen, että ilmaa vaativat, lämpöäkehittävät reaktiot loppuvat auman sisällä ja siten vältytään aumassa tapahtuvalta turpeen energiahäviöltä ja vaaralliselta itsekuumenemiselta. Kriittiseen tilaan kuumenneeseen aumaan tai sen pesäkkeeseen on edullista johtaa nestemäisessä muodossa olevaa inerttiä suojakaasua. Silloin tapahtuu sekä ilman syrjäytyminen että kohteen nopea jäähtyminen, jolloin kyteminen lakkaa ja alkava palonalku estyy. Menetelmä ei ole kallis, sillä yhdellä edullisissa olosuhteissa tapahtuvalla käsittelyllä voidaan aikaansaada eksotermisen reaktion pysähtyminen tai hidastuminen hyvin pitkäksi aikaa, jopa sen jälkeenkin, kun suurin osa inertti-kaasusta on hävinnyt aumasta.

Keksinnön mukaista suojakaasumenetelmää voidaan käyttää mahdollisesti muissakin turvetyömaan palosuojelukohteissa, koska sammutusveden saanti ja sammutuksen tehottomuus on useasti ongelmana. Myös muiden ongelmallisten tuotteiden (kuten puru, hake jne.) varastoinnissa ja palontorjunnassa suojakaasujen käyttö voi tulla kysymykseen.

Keksinnössä käytettävät turveaumat ovat tavanomaisia aumoja. Jos turve sisältää paljon hienoainesta, energiahäviön, itse-kuumenemisen ja itsesyttymisen mahdollisuus on suurempi ja keksinnön mukaisen inerttikaasutuksen tarve suurempi. Auman peittäminen päällysteellä kuten muovikalvolla pidentää huomattavasti inerttikaasun aumassaoloaikaa, joten auman kaasu-tiivis peittäminen on keksinnön kannalta hyvin edullista.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävällä inerttikaa-sulla tarkoitetaan sellaista kaasua, joka hidastaa energiahäviötä ja itsekuumenemista. Koska on havaittu, että energiahäviö ja itsekuumeneminen johtuu aerobisesta, hapen läsnäoloa 4 82259 vaativasta toiminnasta, käytettävät inerttikaasut ovat yleensä hapettomia ja edullisesti myrkyttömiä. Erityisen edullisia ovat typpi- ja hiilidioksidikaasut. Inertti suojakaasu voidaan edullisesti syöttää aumaan nestemäisessä muodossa, jolloin sen hcyrystämisenergia voidaan käyttää hyväksi auman lämpötilan laskemiseen, mikä on tarpeen etenkin silloin, kun kuumeneminen on johtamassa itsesyttymiseen.

Tämän keksinnön mukainen inerttikaasun syöttö voidaan suorittaa monella tavalla. Syötettäessä erään suoritusmuodon mukaisesti inerttikaasua vastavalmistettuun, peitettyyn tai peittämättömään aumaan, kaasu ehkäisee ennalta energiahäviön ja itsekuumenemisen. Erään toisen suoritusmuodon mukaisesti inerttikaasua syötetään valmiiseen peitettyyn tai peittämättömään aumaan vasta siinä vaiheessa, kun aumassa havaitaan kuumenemisen merkkejä. Kolmannen suoritusmuodon mukaan kriittiseen tilaan kuumenneeseen aumaan tai sen pesäkkeeseen johdetaan nestemäistä inerttiä suojakaasua . Silloin kohteen nopea jäähtyminen ja ilman syrjäytyminen lopettaa kytemisen ja alkava aumapalo estyy.

Inerttikaasun kuljetus- ja syöttölaitteisto on tavanomainen kaasujen käsittelylaitteisto. Vaikka inerttikaasu suhteellisen nopeasti täyttää koko aumatilan, sen leviämistä voidaan edullisesti nopeuttaa syöttämällä se monesta, aumaan tasaisesti jakautuneesta pisteestä, kuten yhden tai useamman rei'itetyn putken kautta.

Esimerkit

Seuraavassa on esitetty muutamia suoritusesimerkkejä esillä olevasta keksinnöstä. Ensimmäisessä esimerkissä muovikalvolla peitettyyn, ei-kuumenneeseen aumaan syötettiin hiilidioksidia ja seurattiin kaasukoostumuksen ja lämpötilan kehitystä ajan funktiona. Toisessa esimerkissä aluksi peittämättömään, jo kuumenneeseen aumaan lisättiin nestetyppeä useassa vaiheessa ja seurattiin lämpötilan kehitystä ajan funktiona. Sitten au- 5 82259 ma peitettiin muovikalvolla, lisättiin nestetyppeä, ja seurattiin taas lämpötilan kehitystä ajan funktiona. Kolmannessa esimerkissä muovilla peitettyyn, jo kuumenneeseen aumaan lisättiin nestetyppeä ja seurattiin lämpötilan kehitystä ajan funktiona.

Kuvio 1 esittää erään keksinnön mukaisen suoritusmuodon mukaisen auman ja siihen sijoitetun inerttikaasun syöttölait-teiston sekä kokeissa käytetyt kaasujen näytteenotto- ja lämpötilan mittauspisteet.

Kuvio 2 esittää ensimmäisen suoritusesimerkin mukaisesti (ks. alla) hiilidioksidilla käsitellyn, aluksi kylmän auman lämpötilat eri mittauspisteissä ajan funktiona mitattuna syyskuun aikana.

Kuvio 3 esittää alussa peittämättömän ja kuuman auman lämpötilat eri mittauspisteissä ajan funktiona, kun aumaan toisen suoritusesimerkin mukaisesti lisätään nestetyppeä useassa vaiheessa ja lopuksi auma peitetään muovikalvolla ja käsitellään vielä kerran nestetypellä.

Kuvio 4 esittää muovilla peitetyn, alussa kuuman auman lämpötilat eri mittauspisteissä ajan funktiona, kun aumaan on kolmannen suoritusesimerkin mukaisesti lisätty alkuvaiheessa nestetyppeä.

Tutkittavat aumat valmistettiin normaalin palaturvetuotannon yhteydessä. Turve oli hyvin maatunutta saravaltaista turvetta, minkä vuoksi palakoko oli pieni ja hienoainesta oli melko runsaasti. Siten kyseessä oli turve, joka saattoi länmetä spontaanisesti, kun sitä varastoitiin aumoissa. Kokeita var- 3 ten valmistettiin 500 - 1 000 m turvetta sisältäviä aumoja. Aumoja korotettiin useassa vaiheessa, koska niihin sijoitettiin kaasutus-, näytteenotto- ja mittausputkia. Auman tyypillinen muoto ja putkien sijoitus ilmenee kuvasta 1.

6 82259

Esimerkki 1

Ensimmäisessä kokeessa kokeiltiin aumaan syötettävän hiilidioksidin aiheuttamaa kaasukoostumuksen muutosta auman eri osissa ja muutoksen pysyvyyttä sekä toimenpiteen vaikutusta auman lämpötilaan. CO -kaasu toimitettiin siirrettävässä 2 säiliössä ja sitä syötettiin auman päätyosaan ja samalla toiseen päätyyn eli muovikalvoon oli avattu aukko ulosvirtauksen varmistamiseksi. Auma oli valmis 6.8.1985 ja inerttikaasun syöttö tapahtui 7. - 8.8. kaasumäärän ollessa 2 060 kg, joten auman spontaanista kuumenemista ei päässyt tapahtumaan. Mittaukset aloitettiin välittömästi ja niiden tulokset on esitetty taulukossa I.

TAULUKKO I 7 82259

Pvm./klo Näyte- LäMpötilo 02 N° nuMero °C til.Z til.7. ti 1.7.

9.8.85/08.30 A _ ^ 9.8.85/11.30 6 ί°® B6'7 B.8.85/17.00 10 2 027,7 9.8.85/08.30 10 Vn 8,7 07 ’4 9.8.85/1 1.30 1 0 *'H 3,> 03'7 9.8.85/11.30 14 5’? I^'1 00,3 9.8,85/08.38 14 'f ^,7 8.8.85/17.00 14 t'l ‘n Ϊ*'l 12.8.85/15.00 3 ?‘5 f7 *0,t- 12.8.85/15.00 6 7'9 ^°·9 -'12.8.85/15.00 14 o'? *?*} ^0,7 14.8.85/14.00 2 13.3 M 4t 1 14.8.85/14.00 7 13.5 ' 4/3 ^'Γ', 14.8.85/14.00 Pääty 13.5 7 1 430 49'9 16.8.85/13.00 1 ,s.l 6 4 42'4 £?’! 16.8.83/13.00 8 15.1 5 2 433 f Ι’ί

16.8.85/13.00 Pääty IS. 1 5't 437 f J

19.8.85/12.30 3 12 I7 45 / 19.8.85/12.30 10 12 ' 453 «’7 19.8.85/12.30 Pääty 12 55 Λ , ^7,1.

23.8.85/12.30 9 f-Λ <9'4 23.8.85/12.30 12 ^32 7a‘oi o’?? 111:25/15-¾ P3- n :?l 79.« L, 27.8.85/08^30 11*^ n 5 ^4,31 J£‘78 8,91 27.8.85/08.30 14 nl Q Z tQ 46 ?'5? 27.8.85/08.30 5 11.5 J** 30 ^ 27.8.85/08.30 Pääty U.5 g’S ^'7 30.8.85/08.00 Pääty H>5 33 ίο’7 30.8.85/08.00 3 11 5 ,!3 7813 13·4 30.8.85/08.00 1 u[5 30.8.85/08.00 8 H 5 n Ct, ‘ *7 11 ·έ) 16.9.85 /09.00 2 λ2·,? 77flo 16.9.85/09.00 6 p’o 7?’7 8-8 16.9.85/09.00 7 ϊο'9 9·2 16.9.85/09.00 Pääty 15*8 78’, 2 6’,0 18.9.85 1 12,9 77,9 9,2 18.9.85 2 12,6 76,6 10,8 18.9.85 3 15,0 77,6 7 4 18·9·85 5 10,0 79,2 10,8 18.9.85 6 10,9 79,1 ιο,Ο 18.9.85 7 Π,2 78,9 99 ]r'VrI q liJ>3 78>3 7> 18.9.85 9 11,1 78,7 102 18.9.85 10 1U o 78 2 78 18.9.85 11 10 7 79 2 10 l ’8-9-S5 12 ,50 78 1 69 18 9 85 \l 9'9 78:9 "·2 18.9.85 14 97 790 ii : 18.9.85 Pääty 6!8 8θ!7 12^

Taulukko I Muovikalvolla peitetyn turveauman kaasukoostu- muksen kehitys ajan funktiona esimerkin 1 mukaisen hiilidioksidikäsittelyn jälkeen.

8 82259

Syötetty hiilidioksidi levisi suhteellisen tasaisesti koko aumaan, etenkin syöttökohdan alapuolella. Viikon kuluttua CO^-pitoisuus oli 1 m:n korkeudella noin 50 - 53 % ja ylempänä 45 %, kolmessa viikossa taso laski noin 12 %:iin. Puolentoista kuukauden kuluttua aumassa olevan kaasun koostumus vastasi käsittelemättömän auman kaasun koostumusta. Auman lämpötilan kehitys on esitetty kuviossa 2. Lämpötila pysyi koko seuranta-ajan 3.9.1985 lähtien varsin vakaana ja sen o nousu on ollut hidasta. Korkein havaittu lukema on 39,1 C ja se on mitattu 24.9. joten syttymisvaaraa ei ole päässyt syntymään.

Esimerkki 2

Varsinaisen varastointitutkimuksen ohella suoritettiin kokeiluja läimenneiden aumojen jäähdytyksestä nestemäisen typen avulla. Kylmä nestetyppi johdettiin aumaan siihen työnnetyn metalliputken kautta. Nestekaasusta johtuvat lämpötilamuutok-set todettiin aumaan sijotetuilla termoelimillä. Auman lämpötilan voidaan katsoa laskevan ensinnäkin siksi, että aumassa olevaa lämpöä kuluu nestetypen haihtumiseen, ja toiseksi siksi, että typpi syrjäyttäää hapen vähentäen aerobista, eksotermista pieneliötoimintaa ja kolmanneksi siksi, että spontaaninen palonalku sammuu.

Esimerkissä 2 suoritettiin ensin monta kertaa nestetyppikä-sittely peittämättömälle, jo kuumenemaan päässeelle aumalle, jonka jälkeen auma peitettiin muovikalvolla ja käsiteltiin vielä kerran nestetypellä. Kuviossa 3 on esitetty esimerkin 2 mukaan käsitellyn auman eri alueiden lämpötilat ajan funktiona. Aumalle suoritetut toimenpiteet on merkitty aika-akselille siihen ajankohtaan, jolloin ne suoritettiin.

Peittämättömään aumaan esimerkissä 2 johdetun nestetypen voimakas lämpötilaa alentava vaikutus osoittautui lyhytaikaiseksi. Lämpötila kohosi uudelleen lähtötasolle 1-2 vrk:n 9 82259 jälkeen ja jatkoi nousuaan. Voimakkaiden tuulten vaikutuksesta auman kaasukoostumus ilmeisesti palasi nopeasti alkuperäiseksi ja eliötoiminta jatkui. Vasta auman peittäminen muovilla ja typen johtaminen aumaan tasapainottivat tilanteen. Auman o lämpötila säilyi melko korkeana (60-70 C), mutta sen nousu pysähtyi täysin mittaushetken loppuun saakka.

Esimerkki 3 Tässäkin esimerkissä auma käsiteltiin nestetypellä. Nestetyp-pi johdettiin aumaan siihen työnnetyn metalliputken kautta ja nestekaasusta johtuvat lämpötilamuutokset rekisteröitiin aumaan sijoitetuilla termoelimillä.

Esimerkissä 3 nestetyppikäsittely suoritettiin muovikalvolla peitetylle, jo kuumenemaan päässeelle aumalle. Kuviossa 4 on esitetty auman eri alueiden lämpötilat ajan funktiona. Kuvioon 4 on myös merkitty typenlisäyksen ajankohta. Kuviosta ilmenee, että nestetypen lisäys aiheutti ensin rajun lämpötilan las- o kun syöttökohtaan (-31,0 C), mutta lämpötila tasaantui pian koko aumassa alkutasoa alemmaksi. Käsittely aikaansai voimakkaan alkupudotuksen jälkeen tasaisesti alenevan lämpötilan kehityksen, joka jatkui mittauksen loppuun.

Havainnot siis viittaavat siihen, että peittämättömän auman käsittely soveltuu auman tilapäiseen jäähdyttämiseen esim. aumapalon uhatessa kun taas peitetyn auman käsittely vakiinnuttaa tai kääntää lämpötilan lievään laskuun ja soveltuu siten auman säilyttämiseen esim. turpeen toimituksen järjestämistä varten.

Edellä esitetyillä esimerkeillä on kyetty osoittamaan että keksintö toimii hyvin, ts. että johtamalla auman sisään nestemäisessä tai kaasumaisessa muodossa olevaa inerttiä suoja-kaasua, jolla syrjäytetään aumassa vapaana oleva ilma, voidaan estää turpeen aumavarastoinnin yhteydessä tapahtuva itsekuumeneminen ja sen seurauksena tapahtuva turpeen energiahäviö ja itsesyttyminen.

Claims

10 82259

1. Menetelmä turveauman energiahäviön, itsekuumenemisen ja itsesyttymisen estämiseksi, tunnettu siitä, että johdetaan auman sisään inerttiä suojakaasua, jolla syrjäytetään tai laimennetaan aumassa oleva ilma ja estetään turpeen aerobiset eksotermiset reaktiot.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että inertti suojakaasu on hiilidioksidia tai typpeä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inertti suojakaasu on nestemäisessä tilassa, jolloin se myös höyrystyessään jäähdyttää aumaa.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestemäisessä tilassa oleva inertti suojakaasu on nestetyppi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että auma on peitetty kaasutiiviisti esim. muovikalvolla siten, että suojakaasu jää pidemmäksi aikaa aumaan.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inertti suojakaasu johdetaan auman sisään ennenkuin auma on alkanut kuumeta, jolloin turpeen energiahäviöt estetään kokonaan.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inertti suojakaasu, joka edullisesti on nestemäisessä tilassa, johdetaan auman sisään siinä vaiheessa, kun auma on kuumennut, jolloin suuret energiahäviöt ja/tai aumapalo estetään.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inertti suojakaasu syötetään aumaan monesta, aumaan tasaisesti jakautuneesta pisteestä, edullisesti yhden tai useamman rei'itetyn putken kautta. 11 82259