NO177627B - Fremgangsmåte og apparat til å undertrykke eksplosjoner og branner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et apparat til å undertrykke, slukke eller motvirke en brann eller en eksplosjon i et område slik som angitt henholdsvis i innledningen av krav 1 og 3.

Begrepet "innelukning" som brukt i denne fremstilling henviser til ethvert rom som har en grense slik som en kanal, et hulrom, en beholder, en sprøytetørke, syklon, silo, fluidiseringsmasser, lasterommet i et skip, en transportør, en lagrings-beholder, et pumpehus eller lignende som kan åpnes eller lukkes og som kan ha ethvert trykk (dvs. over eller under atmosfæretrykk) eller temperatur (dvs. over eller under omgivelsenes temperatur).

Forskjellige innretninger er tilgjengelig for å oppfange eller undertrykke støveksplosjoner i beholdere, slik som tørker, sykloner, forbindelseskanaler, fluidiseringsmasser og pulver-siloer i melketørkeanlegg. Alle undertrykkelsesinnretninger virker ved prinsippet at en eksplosjon ikke er momentan, men tar en målbar tid omtrent innenfor fra 40-400 millisekunder for å bygge opp et ødeleggende trykk. Under en første fase er trykkstigningsraten lav, idet maksimaltrykket når ca. 0,11 kp/cm . Deretter øker trykkstigningsraten hurtig og genererer inntil 7 kp/cm 2 i en annen fase. Varigheten av trykkstignings-fasen avhenger av størrelsen og geometrien av innelukningen hvor eksplosjonen finner sted. Generelt er der kjent at for betryggende å undertrykke en eksplosjon, må den initierende tenning undertrykkes og slukkes innenfor tidsrom i området fra 10-200 millisekunder. For å tilfredsstille dette krav må reaksjonstiden for vanlige undertrykkelsesinnretninger være meget kort.

Generelt omfatter vanlige undertrykkelsesinnretninger en detektor for å detektere trykkstigningen forårsaket av en eksplosjon ved et tidlig lavtrykkstrinn på omtrent 0,035 kp/cm . Når eksplosjonstilstanden forekommer i en innelukning, leverer et kontrollsystem et signal for å sprenge en membran ved utløpet av en undertrykkelsesladningsbeholder som innfører en ladning av eksplosjonsundertrykkende materiale i innelukningen. Slike undertrykkelsessystemer avbryter partikkelvarmeover-føringen, bryter forbrenningskjeden og forhindrer hurtig trykkstigning.

Det er tre vanlige undertrykningsmidler i bruk. Disse er klorobrommetan (Halon 1011), monoammoniumfosfatbasert tørr-pulver (MAP) og-vann. Det er meddelt av Moore i The Chemical Engineer, november 1986 og desember 1984 at Hoion 1011, MAP-pulver og vann er effektivt for å undertrykke eksplosjoner. Effektiviteten av disse tre forskjellige typer av under-trykkingsmidler varierer imidlertid med eksplosjonens art. Halon og MAP kan forurense beholderne som de innføres i, og dette er en betydelig ulempe, spesielt i næringsmiddel-industrien. Vanlige vannundertrykkere har en kort effektivi-tetsperiode og deres bruk medfører en større risiko for gjentenning.

Noe tilsvarende gjelder også for slukkingen av brann i et hvert Område. "Brann" i denne forbindelse refererer til en flamme-front som beveger seg med hvilken som helst hastighet og ikke bare til en eksplosjon som kan karakteriseres som en brann i hurtig bevegelse. Distinksjonen mellom begrepene "brann" og "eksplosjon" er ikke klart definert og hvor sammenhengen tillater det, kan uttrykkene skiftes ut med hverandre under lesningen av denne beskrivelse.

US-A-4394868 som representerer den nærmestliggende teknikkens stand og viser fareundertrykkelsesinnretning for å forhindre brann og eksplosjoner i innelukkede områder, angir at inn-retningen innbefatter en reservoaranordning i form av en beholder for å romme et brannbekjempelsesmiddel såsom Halon 1301, et utløp hvor igjennom brannbekjempelsesmidlet innføres i det innelukkede område og en ventilanordning som lukker utløpet, idet ventilanordningen er en selektivt manøvrerbar bruddskive som sprenges når en forhåndsvalgt faretilstand blir detektert i det innelukkede område.

US-A-3135330 viser en vannkilde under trykk, en ledning for å føre vannet til brannområdet, en styreanordning i ledningen, og et branndeteksjonsapparat for å pådra kontrollventilen slik at vannet tilføres når en brann detekteres.

Det er derfor et behov for en forbedret fremgangsmåte og et apparat til å undertrykke, slukke eller motvirke en brann eller en eksplosjon.

Denne oppfinnelsen tar sikte på å skaffe en slik forbedret fremgangsmåte og apparat.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter trinn for å innføre en sats av vann i en reservoar anordning (5, 25, 80, 90) med en utløpsanordning (7, 26) stengt av en ventilanordning (10, 24, 40, 86, 96), å varme opp og sette vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) under trykk for å øke væskevarmeinnholdet til vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til et slikt nivå at ved utslipp til området med lavere trykk, danner en del av det varme trykkvann smådråper og en del av vannet går hurtig over til damp, å opprettholde den forhøyede temperatur- og trykktilstand i vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90), å detektere brann- eller eksplosjonstilstander i området, og å åpne ventilanordningen (10, 24, 40, 86, 96) som en reaksjon på brann- eller eksplosjonstilstander som forekommer i området, for å innføre varmt trykkvann med øket væskevarmeinnhold fra reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til området og med et trykk som er høyere enn trykket i området, idet en del av det varme trykkvann hvis temperatur og tilsvarende trykk er blitt øket av oppvarmingsanordningen og opprettholdt av kontrollanordningen, fragmenterer i små vanndråper og en annen del av vannet går hurtig over til damp ved innføring i området med lavere trykk, slik at en dampsky dannes av smådråpene og den hurtigdannede damp slukker eller motvirker en brann eller en eksplosjon i området og forhindrer gjenantennelse.

I en utførelse av oppfinnelsen oppvarmes satsen av vannet i reservoaranordningen til en temperatur som er mindre enn kokepunktet til vannet ved trykket inne i reservoaranordningen.

Et farebekjempelsesapparat i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at bekjempelsesmidlet er trykkvann med øket væskevarmeinnhold og med et trykk i reservoaranordningen som er høyere enn det i området hvor bekjempelsesmidlet slippes ut, at apparatet omfatter en oppvarmingsanordning (9, 28, 83, 95) for å varme opp vannet og øke væskevarmeinnholdet til vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til et slikt nivå at ved utslipp til området med lavere trykk, danner en del av det varme trykkvann smådråper og en del av vannet går hurtig over til vanndamp, en kontrollanordning for å opprettholde den forhøyede temperatur- og trykktilstand i vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90), en sensoranordning for å detektere brann eller eksplosjon i området, en pådragsanordning som reagerer på sensoranordningen for å åpne ventilanordningen (10, 24, 40, 86, 96) som reaksjon på brann- eller eksplosjonstilstander som forekommer i området og for å innføre varmt trykkvann med øket væskevarmeinnhold fra reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til området og med et trykk som er høyere enn trykket i området, idet en del av det varme trykkvann, hvis temperatur og tilsvarende trykk er blitt øket ved oppvarmingsanordningen og opprettholdt ved hjelp av kontrollanordningen, fragmenterer i små vanndråper og en annen del av vannet går hurtig over til damp ved innføring i området med lavere trykk, slik at en dampsky dannes av smådråpene og den hurtigdannede damp slukker eller motvirker en brann eller en eksplosjon i området og forhindrer gjenantennelse.

En fordel ved å benytte varmt trykkvann er at i tillegg til bruk av de allerede velprøvde undertrykkende karakteristikker for vann, benyttes også flash-damp som ved ekspansjon fra enhetens arbeidstrykk til atmosfæretrykk tilfører ytterligere hastighet, og følgelig blir reaksjonstiden ved undertrykkelse av eksplosjoner eller slukking av brann meget rask. Videre hjelper vanndråpene og flash-dampen til å forhindre gjentenning av en sekundær brann eller eksplosjon. I tillegg vil det være betydelig billigere enn eksisterende undertrykkingssystemer, da undertrykkelsesmaterialet er fritt tilgjengelig og lett kan fylles i et undertrykkelsesreservoar. I tillegg er under-trykkelsesmidlet sikkert, ikke-forurensende, ikke-korroderende og ikke-giftig.

I en utførelse av oppfinnelsen benyttes apparatet til å undertrykke, slukke eller hindre en brann eller eksplosjon i en innelukning og reservoaranordningen omfatter en rørledning som er innrettet til å stå i forbindelse med en utløpsanord-ning når innelukningen er i bruk. Foretrukket omfatter rør-ledningen en ringhovedledning med en rekke utløpsanordninger som er innbyrdes adskilt, slik at ringehovedledningen i bruk er innretttet til hovedsakelig å strekke seg omkring innelukningen. Foretrukket innbefatter rørledningen et avsnitt som ved bruk er innrettet til å strekke seg langs minst et parti av innelukningen og som har en rekke utløpsanordninger som er innbyrdes adskilte. Oppvarmingsanordningen kan omfatte en anordning for å varme opp rørledningen, idet oppvarmingsanordningen er et damp- eller elektrisk varmeelement eller en varmlufttørke.

I en annen utførelse av oppfinnelsen omfatter reservoaranordningen en trykksatt undertrykkelsesbeholder. I dette tilfellet kan oppvarmingsanordningen bestå av et elektrisk varmeelement eller en varmekveil hvorigjennom dampen føres for å varme opp vannet i den trykksatte undertrykkelsesbeholder.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter utløpsventilanord-ningen i en membrananordning som består av en differensialtrykkmembran med to adskilte membraner som seg i mellom definerer et trykkrom, idet pådragsanordningen er innrettet til å utjevne trykket i rommet for å tillate at membranene sprenges som reaksjon på forhåndsgitte betingelser. Pådragsanordningen kan omfatte en ventil som kan aktiveres som reaksjon på at eksplosjonstilstander forekommer i innelukningen, idet ventilene når de pådras, tjener til å frigjøre trykket i rommet. 1 en utførelse av oppfinnelsen er det skaffet anordninger til å minimere luftrommet mellom membranene. I et tilfelle kan rommet stå under trykk med et inkompressibelt fluid, såsom vann eller en inert væske med høyt kokepunkt såsom glykol. I et annet tilfelle kan rommet være delvis fylt med en innsats som slynges ut fra" membranene når de brister. Innsatsen er fortrinnsvis et inert og/eller vannoppløselig materiale.

Anordningen for å detektere eksplosjonstilstander i innelukningen kan bestå av en membrantrykkdetektor, en trykktrans-duser, en U-rørdetektor, en varmesensor eller en infrarød detektor.

Oppfinnelsen vil bedre forstås av den etterfølgende beskrivelse som bare er ment å være et eksempel, med henvisning til den ledsagende tegning. Fig. 1 viser et skjematisk oppriss av et apparat i henhold til en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 2 viser et skjematisk riss av et apparat i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen, brukt i et tørkeanlegg. Fig. 3 viser i planriss og delvis i utsnitt et parti av apparatet på fig. 2 benyttet på en sprøytetørke.

Fig. 4 viser et oppriss av partiet på fig. 3.

Fig. 5 viser et oppriss delvis i utsnitt av apparatet på fig.

2 benyttet på en kjølemasse.

Fig. 6 viser en graf med hensyn på tid for trykkstigningen for en ikke undertrykket eksplosjon. Fig. 7 viser en graf med hensyn på tid for en eksplosjon undertrykket med bruk av fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen. Fig. 8 viser et riss som illustrerer strømningen ved bruk av et differensialtrykkmembran i henhold til oppfinnelsen. Fig. 9. viser et skjematisk perspektivriss av et annet apparat i henhold til oppfinnelsen. Fig. 10 viser et skjematisk perspektivriss av et ytterligere apparat i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 11 viser et oppriss sett langs linjen XI-XI på fig. 10.

På tegningen og i utgangspunktet på dennes fig. 1 er det vist et apparat 1 til å undertrykke, slukke eller motvirke en brann eller en eksplosjon i et område. I dette tilfellet er apparatet 1 spesielt innrettet til å undertrykke eksplosjoner i en innelukning 2. Apparatet 1 omfatter et reservoar som i dette tilfellet utgjør en trykksatt undertrykkelsesenhet 5. Enheten 5 har

i dette tilfellet en generell sylinderform, er utløp 7 forbundet med et knestykke 3 til en innløpså<p>ning 4 og til innelukningen 2. En ladning 8 med vann innføres i undertrykkelsesenheten 5 og oppvarmes i enheten ved en varmeanordning, i dette tilfellet bestående av et elektrisk varmeelement 9 som varmer vannet opp til en temperatur som er under kokepunktet for vannet ved det spesielle trykk som utøves i enheten 5. Trykket i undertrykkelsesenheten 5 opprettholdes av luft eller en egnet inertgass. I tilfeller hvor enheten ikke er en på forhånd trykksatt enhet, skaffes trykket av den genererte damp.

Utløpet 7 fra undertrykkelsesenheten 5 forsegles av et ventilorgan som i dette tilfelle omfatter en høyhastighets differensialtrykkmembran 10 som, slik det vil bli beskrevet mer detal-jert i det følgende, s<p>renges for å utløse en ladning av vann fra undertrykkelsesenheten 5 til innelukningen 2 som reaksjon på at eksplosjonstilstander forekommer i innelukningen 2. En spreder kan være anordnet på innløpet 4 til beholderen 2 for å rette ladningen av varmt trykkvann til innelukningen 2 ved sprengning eller bryting av den differensiale trykkmembran 10.

Ved bruk innføres en ladning vann i undertrykkelsesenheten

5 gjennom en fylleåpning 16 og vannet trykksettes til det ønskede trykk, f.eks. 3 5 kp/cm 2. Vannet blir deretter oppvarmet ved bruk av varmeelementer 9 til den ønskede temperatur som er mindre enn kokepunktet for vannet ved trykket i undertrykkelsesenheten. I tilfelle trykket på 35 kp/cm kan vannet oppvarmes til en temperatur på 232°C. Kontrollanordninger kan benyttes for å holde temperaturen' og trykket på de korrekte nivåer. Trykket kan skaffes av komprimert gass slik som luft eller nitrogen eller ved varmevirkningen av vannladningen eller ved en kombinasjon av begge.

Hvis det forkommer eksplosjonstilstander i innelukningen 2, sender en eksplosjonstilstandsdetektor, f.eks. en membrandetek-tor, et signal gjennom et kontrollsystem for å sprenge membranen 10 for å frigjøre en ladning av varmt trykkvann fra undertrykkelsesenheten 5 til innelukningen 2. Da vannet har et vesentlig høyere trykk enn det i innelukningen 2, vil vannet når det kommer inn i innelukningspartiet omdannes til små vanndråper for å undertrykke flammefronten til en hurtig forbrenning og en del av vannet går hurtig over til flash-vanndamp for å redusere oksygenkonsentrasjonen i atmosfæren, mens vanndampens dampsky forblir i suspensjon i innelukningen og forhindrer således en sekundær eksplosjon.

Når det trykksatte vann varmes opp,stiger temperaturen slik

at i vannets entalpi også stiger. Entalpien til høytemperatur/ høytrykksvannet frigjøres ved lavere temperatur i form av

latent varme og fordamper hurtig en prosentdel av væsken i form av flash-vanndamp. Omtrent 70% av væsken kan fordampes hurtig ved atmosfærisk trykk. Ved uttømming oppfører vannet seg konven-sjonelt og danner vanndråper for å undertrykke deflagrasjonen.

I tillegg reduserer flash-vanndampen oksygenkonsentrasjonen i innelukningen til under et nivå som vil opprettholde forbrenning og forhindre gjentenning.

Den initiale ladning av varmt trykkvann kan etterfølges av

et fortsatt damputslipp fra en prosessdamplinje ved sprengning av membranen 10 eller ved aktivering av et fast vannsprøyte-system for å hj.elpe til med å opprettholde undertrykkelses-forhol-d og forhindre gjentenning inne i innelukningen.

Det skal forstås at undertrykkelsesreservoaret kan være forbundet med innelukningsveggen ved en seksjon som har en fleksibel spole for å ta opp vekt og reaksjon fra innelukningen 2. For å opprettholde sterilitet i innelukningen kan en utblås-ningspiugg for utløpstrykket være anordnet på utløpet til innelukningen .

Det skal forstås at tømmingstiden for undertrykkelsesbeholderen er proporsjonal med trykket, arealet til utløpsdysen og avstan-den som skal tilbakelegges. Forskjellige utførelser av dysen kan benyttes til å oppnå den beste virkning og undertrykkelsesenhetene kan anordnes på en rekke forskjellige steder rundt en innelukning for å oppnå den beste virkning.

Fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen gjør

det mulig å forbedre vannets egenskaper og skaffer en enestående kombinasjon av undertrykkende kvaliteter foruten ikke-reaktive kvaliteter.

En annen stor fordel er det at ettersom enheten tømmes, blir den frembragte volumøkning øyeblikkelig opptatt av flash-vanndamp. Dette frembringer en tilstand hvor enhetens utløpstrykk er nesten konstant. Da trykket forblir vesentlig høyere ved bruk av varmt trykkvann istedenfor en inertgass slik som nitrogen, er utløpshastigheten V, også høyere.

Den tredje store fordelen ved fremgangsmåten er bare at en

del av overskuddsvarmen benyttes til seiv å drive vannet fra

et reservoar, mens den resterende overskuddsvarme er tilgjengelig for å gjøre annet arbeid. Denne overskuddsvarmen vil under atmosfæriske forhold gjenvinne termisk likevekt ved omdannelse til damp. Ved omdannelse til damp ekspanderer derne enormt sammen-lignet med sin væsketilstand. F.eks. har et kg vann et volum på 0,001 m^, mens et kg damp under atmosfæriske forhold opptar et volum på 1 , 673 m"^ . Følgelig opptar dampen et volum som er 1673 ganger større enn det opprinnelige. Denne store ekspansjonen frembringer en meget stor sekundær hastighet • Denne ekspansjonen fragmenterer også vannet til meget fine partikkel-størrelser som ligner molekylære fragmenter. Dette danner en dampsky som forblir i suspensjon og undertrykker en eksplosjon og effektivt forhindrer sekundær gjentenning.

Den enestående kombinasjon av nesten øyeblikkelig tømmingstrykk som gir V1 kombinert med den sekundære hastighet V-,gjør at undertrykkelsesenhetene kan utføres for meget lave trykk på 2-10 bar og fremdeles gi hastighet som er større enn de for kraftigere ladete enheter.

Da systemet benytter fritt tilgjengelig undertrykkelsesmateriale som lett fylles i undertrykkelsesbeholderen, vil det være betydelig billigere enn eksisterende undertrykkelsessystemer.

Fordi undertrykkelsessystemtrykket kan reguleres, kan det i tillegg lett slås av for inspeksjon eller rengjøring av innelukningen som det er forbundet med. Videre kan trykket i beholderen lett varieres termostatisk ved styring av temperaturen. Dessuten er det benyttede undertrykkelsesmiddel sikkert, ikke-forurensende, ikke-korroderende og ikke-giftig.

Ved fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen vil flash-vanndamp øyeblikkelig fylle volumet av undertrykkelsesenheten og opprettholde hovedsakelig konstant trykk ved utløs-ningen av den varme trykkvannladning når trykket faller. Således kan undertrykkelsesbeholderne tømmes ved et hovedsakelig konstant høyere trykk for å gi en betraktelig hurtigere reak-sjonstid. I vanlige opplegg blir undertrykkelsesenhetene satt under trykk med en drivgass. Ettersom undertrykkelsesbeholderen tømmes, taper drivgassen trykk og øker således tiden som kreves til å tømme undertrykkelsesladningen. For å kompensere dette kreves vanligvis et meget høyt trykk. Fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen besitter imidlertid ikke dette problem på grunn av den kompenserende utløpstrykkforbedring som benytter flash-vanndamp og dampekspansjon.

I tillegg blir innelukningen gjort ikke-reaktiv med hensyn

til sekundær gjentenning ved metning, påvirkning av varmeover-føringen og oksygenreduksjon.

Avhengig av karakteristikkene for materialet som håndteres;

kan gjentenning forhindres ved partikkelfukting. I dette tilfelle blir driftsparameterne beregnet og på basis av de maksimale støv- eller pulverkonsentrasjoner beregnes volumet av vannfyllingen som er nødvendig for å øke fuktighetsinnholdet av partiklene til cet nivå hvor gjentenning ikke vil finne sted. Dette er spesielt viktig for hygrosko<p>iske støv slik som skummetmelkpulver.

Skyen av damp og atomiserte vannpartikler forblir ved bruk

i suspensjon og danner en barriere av fuktighet mellom støv-partiklene for å forhindre gjentenning.

Dampen reduserer også vesentlig nivået av oksygenet til et nivå hvor det ikke vil kunne underholde gjentenning. Det benyttede volum av damp er slik at det reduserer luft og dampbland-ingen til omtrent 14 volumprosent. Den følgende beregning kan benyttes til å bestemme vekten av vann som må oppvarmes for å frembringe det ønskede volum av damp fra atmosfærisk trykk.

Beholdervolum = V, for et volum V av luft er det 0,22V med 02 og 0,7 8V med nitrogen.

For å oppnå 14% 0^ :

14 0,22V

■ = hvor x er det tilsatte gass/damp-volum.

100 V+x

Løsning av denne ligningen gir x = 0,57V.

Volumet som opptas av 1 kg damp ved atmosfærisk trykk er 1,67 3 ,

m pr kg.

Således er vekten av damp som behøves

Forskjellige driftstrykk gir forskjellige flash-vanndampvolu-mer. Et driftstrykk på Pq er mengden av flash-vanndamp avhengig av væskeentalpien h T Lj ved driftstrykket Pq og de atmosfæriske • forhold, hvor fordampningsvarmen L = 539 kcal/kg og væskeentalpien h = 100 kcal/kg. Følgelig er mengden av flash-vanndamp som kan fås for en vekt-enhet og et trykkvann lik Ved å kombinere ligning (1) ovenfor og ligning (2) kan den totale vekt W av vann som oppvarmes til driftsbetingelsen Pq beregnes som

hvor

V = beholdervolumet i m^

h (p ) = entalpien ved driftstrykk P

W = vekten i kg av vann som må oppvarmes for å gi det ønskede innhold av flash-vanndamp ved atmosfærisk trykk for å redusere oksygenkonsentrasjonen i beholderen til 14 volumprosent .

For innelukninger som skal beskyttes,vil normalt en rekke under-trykkelsesapparatenheter i henhold til oppfinnelsen monteres på innelukningen ved forvalgte steder for å gi maksimale spred-nings- og eksplosjonsundertrykkelseskarakteristikker.

Enhetene kan utføres for å undertrykke eller slukke en inne-stengt deflagrasjon av praktisk talt alle gasser, damper og støv og vil være spesielt anvendelig i petrokjemisk, kjemisk og farmasøytisk industri samt næringsmiddel- og jordbruksbaserte industrier•

Eksempel

Et eksplosjonsundertrykkelsestestapparat ble utført med henvisning til internasjonal standard ISO 6184. Beholderen var sylin-drisk med et volum omtrent 2,5 m 3 og et høyde/bredde forhold på 2. Støvs<p>redningsmekanismen bestod av to sett av sprøyte-ringer, hver med 15 sprøytehull med en åpningsdiameter på 5 mm. Hver sprøytering ble matet fra en fem liters pulverbehol-der. Tenningen.ble foretatt av to pyrotekniske tennere med en total energi på 10 KJ. Tennerne ble avfyrt med en lavspennings-kilde under styring av en programmerbar logisk styring som bestemte en fast forsinkelse etter støvspredningen. Pulver ble sluppet fra beholderne og sprøytet inn i beholderen. Etter en fast forsinkelse som typisk er 600 millisekunder, blir tennerne avfyrt og to trykktransdusere registrerer forandringene i trykket .

En ikke undertrykket eksplosjonstest ble først foretatt på skummetmelkpulver og den resulterende trykkgraf i bar med hensyn på tid i millisekunder er vist på fig. 6. på fig. 6 er hvert trinn på x-aksen 50 millisekunder og hvert trinn på y-aksen 1 bar, midttidspunktet 2000 millisekunder og tenntidspunktet 1758,64 millisekunder, ventiltiden 978,658 millisekunder og maksimumstrykket 6,3 bar.

Det skal bemerkes at det er en begynnelsesfase hvor trykkstigningsraten er relativt lav, etterfulgt av en annen fase hvor trykkstigningsraten er høy.

En undertrykket eksplosjonstest med bruk av varmt trykkvann ble utført i den samme beholder under de følgende betingelser og med bruk av det samme materiale som ved den uundertrykkede eksplosj onsprøve.

Trykk 9,1 bar

Temperatur 180°C

Vannvolum 1,5 liter

Vannvolum pr. m3 beholder = 0,6 5 1/m^

Utløpsdiameter = 7,6 cm

Ingen dyse

Den resulterende trykkgraf i bar med hensyn på tid i millisekunder er vist på fig. 7. På fig. 7 er hvert trinn på x-aksen 100 millisekunder, hvert trinn på y-aksen 0,025 bar, midttidspunktet 1750 millisekunder, tenntidspunktet 1737,22 millisekunder og ventiltid 949,583 millisekunder.

Det vil fremgå av fig. 5 og 7 at maksimumstrykket reduseres

ved undertrykkelsesmetoden og apparatet i henhold til oppfinnelsen fra ca. 6,3 bar til ca. 0,35 bar, slik at eksplosjonen undertrykkes. Dette oppnås billig, sikkert, hurtig og med bruk av et undertrykkelsesmiddel som ikke vil forurense beholderen.

På fig. 2 og 5 er det vist et eksplosjonsundertrykkelsesappa-rat i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen og illu-strert i bruk på en sprøytetørke 20, en kjølemasse 21, et syk-lonsett 22 og forbindelseskanaler. Apparatet omfatter reservoarer, i dette tilfelle hovedrør 25 for trykkvann og som hver har en rekke adskilte utløp 26 lukket av et ventilorgan slik som en differensialtrykkmembran 24 som brister når eksplosjonstilstander forekommer i innelukningen for å frigjøre ladningen av varmt trykkvann til innelukningen. Hvert utløp 2 6 er forbundet med innelukningen 20,21 eller 22 med en fleksibel rustfri stålbelg 27. Vann i hver rørledning 25 oppvarmes av en elektrisk overflatevarmeelement 28 som styres termostatisk for å holde en ønsket temperatur av trykkvannet i rørledningen 25.

Varmeisolasjon 29 (hvorav bare en del er vist på figurene)

er anordnet for hver rørledning 25 og utløpsåpningene 26. Trykksatte undertrykkelsesbeholdere kan anordnes i det minste for de hovedringrørledninger som har større diameter for ytterligere reservoarkapasitet. Den ringformede, trykksatte hovedrørledning kan også benyttes uten et reservoar ved bare delvis å fylle ledningen med vann og gi rom for utvidet vann og trykkrom for flash-vanndampen.

En fordel ved å benytte et ringrørledningsopplegg for passende utformede innelukninger slik som tørken 20 og syklonene 22

er at den lett selv kan opprettholde utløpstrykket for trykkvannet når det slippes ut.

Elektrisk oppvarming ("trace heating") gjør at temperaturen lettere og mer effektivt kan reguleres og den gir en jevn temperatur som sikrer et balansert utslipp. I tillegg kan rørled-ningsenheter enten de har ringform eller består av rette sek-sjoner, lett fremstilles for å passe med enhver ønsket bruk.

Det skal bemerkes at for å lette tømming og for å opprettholde trykkrom og trykk er hver-av utløpene for undertrykkelsesenheten, enten det er beholderen eller rørledningen, anordnet for å danne en fylt forbindelse mellom reservoaret og utløpet inn i innelukningen.

På fig. 8 er det vist en membranenhet 40 i henhold til oppfinnelsen og som kan benyttes i eksplosjonsundertrykkelsesappa-ratet beskrevet ovenfor. Membranenheten 40 omfatter et par av bruddmembraner 41,42 som er adskilt for seg i mellom å definere et trykkrom som trykksettes fra et luft- eller gass-reservoar 50 gjennom en innløpsåpning 44. Den ytre 41 av membranene er utsatt for et trykk P^ i rørledningen hvor enheten er montert,og den indre membran 42 er utsatt for et trykk P^ i en innelukning som typisk, men ikke nødvendigvis, har atmosfærisk trykk.

Balansetrykket P_ (14 kp/cm 2) som holdes i rommet 43 tillater

en membran på o nominelt 21 kp/cm 2 å o tåole et høyere trykk i ut-løpsenheten, på = f.eks. 28 kp/cm 2.i tilfelle av at eksplosjonstilstander forekommer i innelukningen, må differensialtrykket i rommet 43 utjevnes, f.eks. av en solenoide 51 som tillater det høyere trykk fra eksplosjonsundertrykkelsesreservoaret 50 å sprenge de to membranene 41,42 og tømming inn i innelukningen. Lufttilførsel fra beholderen 50 til rommet 43' stenges av under tømmingen for å forhindre luftuttømning til innelukningen.

For membranen vist på fig. 8/er evakueringstiden for å redusere det innvendige trykk i rommet 43 den tid det tar å redusere det innvendige trykk fra 14 kp/cm 2 til 7 kp/cm"? . På o dette trinn er utløpsenhetens trykk likt membranens bruddtrykk på o 21 kp/cm 2 og membranene begynner å gi etter. Evakueringstiden målt i millisekunder avhenger av volumet som skal evakueres, og svarer i dette tilfelle til tiden som er nødvendig for å redusere trykket i

2 2

rommet 63 fra 14 kp/cm til 100 kp/cm .

Differensialtrykket i membranenhetene kan forsegles og differensialtrykket frigjøres av en elektrisk detonator, en solenoid utløserventil eller lignende.

Volumet av rommet 43 holdes fortrinnsvis på et minimum for

å gi rask reaksjon. Fortrinnsvis er rommet 43 i det minste delvis fylt med en innsats som vesentlig reduserer volumet av rommet fylt med luft og følgelig blir den estimerte tid for å evakuere luften til aktiveringstrykket vesentlig redusert. F.eks. er den estimerte tid for evakuering for et rom-volum på 340 cm redusert til 15 citi^ ved en innsats minsket fra 16 millisekunder til ca. 2 millisekunder. Membranene brister således omtrent momentant og gjør at en eksplosjon undertrykkes meget hurtig. Innsatsen kan typisk være av et inert materiale som kan være vannoppløselig. Innsatsen hjelper også til å redusere varmetap,da den virker som en isolasjonsbarriere.

Alternativt kan rommet 4 3 mellom membranen være fylt med et inkompressibelt fluid slik som vann. Vannet kan stå under trykk av en luft/gass-blanding på effektivt 14 kp/cm 2 slik at dif-rensialtrykket opprettholdes. Forekommer eksplosjonstilstander, aktiveres en solenoide som åpner rommet 43 til atmosfæren. Vannet taper øyeblikkelig trykk og utsettes for det mye høyere beholdertrykk på 28 kp/cm" som også åpningen til atmosfæren. Begge membraner brister derfor momentant.

Det vil forstås at de ovenfor beskrevne membraner kan ha en vid anvendelse på andre felter enn eksplosjonsundertrykkelse eller brannslukking og oppfinnelsen er derfor ikke begrenset til membraner når de er innbefattet i et eksplosjonsundertryk-kelsessystem. Oppfinnelsen angår også differensialtrykkmembraner i og for seg.

I tillegg til muligheten for eksplosjonsundertrykkelse av inne-stengte deflagrasjoner, kan det varme trykkvannsystem også benyttes til å slukke branner, herunder branner som involverer brennbare væsker og gasser, overflatebranner som involverer brennbare faste stoffer og dyptliggende branner under over-flaten av et partikkelformet eller fiberaktig materiale.

Fig. 9 viser en typisk brannslukkingsbruk med to reservoarer 80 forbundet med et fordelingsrørsystem 81, med sidegrener som ender i dyser eller fordelere 82. De isolerte reservoarene 80 fylles med vann som er varmet opp over den atmosfæriske tilstand til ønsket trykk og temperatur ved hjelp av elektriske varmeelementer 83. Varmt trykkvann slippes ut fra reservoarene 80 ved å aktivere utløserventiler 85,86.

Fig. 10 og 11 viser et alternativt brannslukkingsopplegg. I dette tilfelle er reservoaret anordnet som et rørstykke 90.

På undersiden av røret 90 er det festet sidegrener 92 som ender i dyser eller fordelere 93. Røret 90 oppvarmes til ønsket trykk og temperatur ved hjelp av et elektrisk varmeelement 95 som er viklet i spiral rundt utsiden av røret. Røret isoleres også for å forhindre varmetap. Varmt trykkvann slippes ut fra røret 90

ved aktivering av utløserventilene 96, slik som solenoidventi-ler som er anordnet på undersiden av røret, idet det er en

utløserventil 96 pr. sidegren 92 slik det spesielt vil fremgå av fig. 11. Brannforhold kan detekteres ved godkjente sensorer som kan detektere varme, flammer, rok, brennbar damp etc. Hast-igheten av utslippet og volumet av det varme trykkvann vil avhenge av den spesielle anvendelse som behøves. Ved detek-sjon av brann åpnes ventilene for å levere en ladning varmt trykkvann til området hvor dysene eller fordelerne befinner seg. Når det varme trykkvann innføres i et område ved et trykk som er-høyere enn det i området, vil en del av vannet danne vanndråper og en del av vannet hurtig gå over til vanndamp. Vanndråpene og vanndampen motvirker partikkelvarmeoverføring og en mulig kjemisk reaksjon mellom brensel og oksygen. Vanndråpene og dampen slukker også brann ved koking og/eller ved uttyn-ning eller reduksjon av oksygenmengden.

Overalt hvor luft eller gass benyttes til forhåndstrykksetting, kan det initiale ladningstrykk beregnes for å ta hensyn til temperaturøkningen som i et lukket volum vil forårsake en tilsvarende trykkøkning. Dette vil gjelde for undertrykkelses-enheter og differensialtrykkmembraner. Trykksetting av undertrykkelsesenhetene på forhånd er valgfri for spesielle anvend-elser, og den av enheten genererte flash-vanndamp kan også benyttes.

Det skal forstås at forskjellige,ytterligere kjemikalier kan tilsettes den varme trykkvannsladning for å oppnå ønskede resul-tater ved eksplosjonsundertrykkelse og/eller brannslukking.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte til å undertrykke, slukke eller motvirke en brann eller en eksplosjon i et område, hvor fremgangsmåten omfatter et trinn for å frigjøre en sats av et bekjempelsesmiddel i området som reaksjon på brann- eller eksplosjonstilstander i området, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinn for å innføre en sats av vann i en reservoaranordning (5, 25, 80, 90) med en utløpsanordning (7, 26) stengt av en ventilanordning (10, 24, 40, 86, 96), å varme opp og sette vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) under trykk for å øke væskevarmeinnholdet til vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til et slikt nivå at ved utslipp til området med lavere trykk, danner en del av det varme trykkvann smådråper og en del av vannet går hurtig over til damp, å opprettholde den forhøyede temperatur- og trykktilstand i vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90), å detektere brann- eller eksplosjonstilstander i området, og å åpne ventilanordningen (10, 24, 40, 86, 96) som en reaksjon på brann- elle.r eksplosjonstilstander som forekommer i området, for å innføre varmt trykkvann med øket væskevarmeinnhold fra reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til området og med et trykk som er høyere enn trykket i området, idet en del av det varme trykkvann hvis temperatur og tilsvarende trykk er blitt øket av oppvarmingsanordningen og opprettholdt av kontrollanordningen, fragmenterer i små vanndråper og en annen del av vannet går hurtig over til damp ved innføring i området med lavere trykk, slik at en dampsky dannes av smådråpene og den hurtigdannede damp slukker eller motvirker en brann eller en eksplosjon i området og forhindrer gjenantennelse.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at satsen av vann i reservoaranordningen varmes opp til en temperatur som er lavere enn kokepunktet til vannet ved trykket i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90).

3. Farebekjempelsesapparat (1) til utførelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1 og 2, hvor apparatet omfatter en reservoaranordning (5, 25, 80, 90) med en utløpsanordning (.7, 26) hvorigjennom et bekjempelsesmiddel innføres i området, samt en ventilanordning (10, 24, 40, 86, 96), karakterisert ved at bekjempelsesmidlet er trykkvann med øket væskevarmeinnhold og med et trykk i reservoaranordningen som er høyere enn det i området hvor bekjempelsesmidlet slippes ut, at apparatet omfatter en oppvarmingsanordning (9, 28, 83, 95) for å varme opp vannet og øke væskevarmeinnholdet til vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til et slikt nivå at ved utslipp til området med lavere trykk, danner en del av det varme trykkvann smådråper og en del av vannet går hurtig over til vanndamp, en kontrollanordning for å opprettholde den forhøyede temperatur- og trykktilstand i vannet i reservoaranordningen (5, 25, 80, 90), en sensoranordning for å detektere brann eller eksplosjon i området, en pådragsanordning som reagerer på sensoranordningen for å åpne ventilanordningen (10, 24, 40, 86, 96) som reaksjon på brann- eller eksplosjonstilstander som forekommer i området og for å innføre varmt trykkvann med øket væskevarmeinnhold fra reservoaranordningen (5, 25, 80, 90) til området og med et trykk som er høyere enn trykket i området, idet en del av det varme trykkvann, hvis temperatur og tilsvarende trykk er blitt øket ved oppvarmingsanordningen og opprettholdt ved hjelp av kontrollanordningen, fragmenterer i små vanndråper og en annen del av vannet går hurtig over til damp ved innføring i området med lavere trykk, slik at en dampsky dannes av smådråpene og den hurtigdannede damp slukker eller motvirker en brann eller en eksplosjon i området og forhindrer gjenantennelse.

4. Apparat i henhold til krav 3, til å undertrykke, slukke eller motvirke en brann eller en eksplosjon i en innelukning (2, 20, 21, 22), karakterisert ved at reservoaranordningen (5, 25) omfatter en rørledning (25) som via utløpsanordningen (26) er innrettet til å stå i forbindelse med innelukningen (2, 20, 21, 22) ved bruk.

5. Apparat i henhold til krav 4, karakterisert ved at rørledningen (25) omfatter en ringledning (25) med en rekke utløpsanordninger (26) som er innbyrdes adskilt, idet ringledningen (25) i bruk er innrettet til hovedsakelig å strekke seg omkring innelukningen (20, 22).

6. Apparat i henhold til krav 4, karakterisert ved at rørledningen (25) omfatter- en seksjon som ved bruk er innrettet til å strekke seg langs minst et parti av innelukningen (21) og forsynt med en rekke av utløpsanordningene (26) som er innbyrdes adskilte.

7. Apparat i henhold til et av kravene 4-6, karakterisert ved at oppvarmingsanordningene (9, 28, 83, 95) omfatter en anordning (28) for å varme opp rørledningen (25), idet oppvarmingsanordningen er en dampvarme-anordning eller elektrisk varmeanordning eller en varmluft-tørke.

8. Apparat i henhold til et av kravene 3-7, karakterisert ved at reservoaranordningen innbefatter en trykksatt undertrykkelsesbeholder (5).

9. Apparat i henhold til krav 8, karakterisert ved at oppvarmingsanordningen (9, 28, 83, 95) er elektrisk varmeelement (9) eller en varmekveil hvorigjennom damp føres ved bruk for å varme opp vannet i den trykksatte undertrykkelsesbeholder (5).

10. Apparat i henhold til et av kravene 3-7, karakterisert ved at utløpsventilanordningen (10, 24, 40, 86, 96) omfatter en membrananordning (10, 24, 40) med en differensialtrykkmembran (24, 40) som består av to adskilte membraner (41, 42) som seg imellom definerer et trykkrom (43), og at pådragsanordningen er innrettet til å normalisere trykket i rommet (43) for å tillate at membranene (41, 42) sprenges som reaksjon på forhåndsinnstilte betingelser .

11. Apparat i henhold til krav 10, karakterisert ved at pådragsanordningen omfatter en ventil (51) som kan aktiveres som reaksjon på at eksplosjonstilstander forekommer i innelukningen, idet ventilen (51) når den er pådratt, tjener til utslipp av trykket i rommet (43).

12. Apparat i henhold til krav 10 eller 11, karakterisert ved at det er anordnet organer for å minimere luftrommet (43) mellom membranene (41, 42).

13. Apparat i henhold til krav 12, karakterisert ved at rommet (43) trykksettes med et inkompressibelt fluid eller en inert væske med høyt kokepunkt, eller at rommet (43) delvis fylles med en innsats som er innrettet til å kastes ut fra rommet når membranen (40) sprenges.