NO313958B1 - Fremgangsmåte og anordning for å avdempe en detonasjon i en beholder elleri et rörledningssystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for å avdempe en detonasjon i et beholdersystem eller rørledningssystem, i hvilken fremgangsmåte en påløpende detonasjonsfront oppdeles og igjen sammenføres i et ekspansjonsrom.

Oppfinnelsen gjelder videre en anordning for avdemping av en detonasjon i et beholdersystem eller rørledningssystem, idet den nevnte anordning har et veggarrangement, som ligger i detonasjonsfrontens forplantningsvei, for oppdeling og omstyring av detonasjonsfronten, og har et ekspansjonsrom i hvilket den oppdelte detonasjonsfronten igjen sammenføres.

Utbredelsen av en eksplosjon i en gassblanding som kan antennes i et beholder- henholdsvis rørledningssystem kan foregå som detonasjon eller som deflagrasjon. Ved detonasjonen overlagres flammefronten og den støtfront som dannes av eksplosjons-trykkbølge, mens støtbølgene går foran flammefronten ved deflagrasjonen. Flammeforplantningshastigheten ved deflagrasjoner ligger ved noen 100 m/s og forbrennings-trykket i støtretningen ved opptil 10 bar {ved et ut-gangstrykk for blandingen på 1 bar), mens det ved detonasjoner kan opptre flam-meforplantningshastigheter på flere 1000 m/s og trykk i støtretningen på opptil 100 bar.

Det er kjent å unngå den ødeleggende virkningen av detonasjoner ved avdemping henholdsvis avslutning av detonasjonene og fortrinnsvis derved å bringe flammene i flamme-fronten ved detonasjonen til slukking. Ofte kombineres derved såkalte «detonasjons-bremser» henholdsvis «detonasjonsstøtfangere» med en flammesperre, som har et antall smalere og lengre spalter, i hvilke flammen avkjø-les så sterkt at den bringes til slukking.

En detonasjonssikring bestående av en detonasjonsbrems og en flammesperre er kjent fra DE-PS 1 192 980. Detonasjonsfronten som forplanter seg gjennom en rørledning, oppdeles i den kjente anordningen gjennom den konvekse yttersiden av en sirkelsylindrisk utformet vegg og kommer inn i et ekspansjonsrom med forstørret volum i forhold til rørledningen. Den oppdelte detonasjonsfronten kan først etter flere svingninger løpe mot flammesperren, som er festet i en ut-gangsstuss, som har en vinkel på 90° i forhold til rørledningen, i hvilken detonasjonen opprinnelig spredte seg. De mange svingningene blir derved nødvendige, ved at det er anordnet en andre halvsirkelsylindrisk vegg med en mindre diameter, hvorved de mot hverandre visende finveggstykkene er anordnet overlappende hverandre og derved danner en slags labyrint. I disse kjente anordningene kan de på hverandre løpende del-detonasjonsfrontene utløse en etterdetonasjon, spesielt når et foreligger ugunstige blandingsbetingelser. Det er derved nødvendig å di-mensjonere flammesperren slik at den også i dette tilfellet har en sikker, flammeslukkende virkning. Den flammeslukkende spalten i flammesperren må være dimensjonert tilstrekkelig lang og tilstrekkelig smal, hvorved det imidlertid for nor-mal drift må tas med på kjøpet et relativt høyt trykktap ved gjennomstrømningen av driftsmediet. Utover dette opptrer det ved smale og lange gjennomgangsspalter forhøyede vedlikeholdsutgifter.

Det ligger derfor til grunn for oppgaven å angi en fremgangsmåte og en anordning ved hjelp av hvilken avdempningen av en detonasjon i et beholder- henholdsvis rørlednings-system kan forbedres.

Denne oppgave løses ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art ifølge oppfinnelsen ved at detonasjonsfronten oppdeles i en hovedfront og en bifront med vesentlig mindre formasjon og at hovedfronten ledes inn i ekspansjonsrommet med en lengre løpetid slik at, når hovedfronten entrer det nevnte ekspansjonsrom, inneholder det sistnevnte forbrenningsgasser fra bifronten.

Mens virkemåten for de kjente anordningene for detonasjonsavdempning berodde på at detonasjonsfronten ble omstyrt mest mulig effektivt og hyppig, for således å nedsette forplantningshastigheten og å forbruke energi, beror løsningen ifølge oppfinnelsen på at en fortrinnsvis mindre del av detonasjonsfronten innledes i ekspansjonsrommet som bifront og brennes opp der, fortrinnsvis i form av en deflagrasjon, slik at hovedfronten ved inngang i ekspansjonsrommet i det vesentlige treffer på avgasser, hvorved forplantningen av detonasjonen hindres, slik at denne regelmessig mislykkes. Dette sikres når løpetiden for hovedfronten i forhold til bifronten dimensjoneres slik at bifronten allerede i ekspansjonsrommet er fullstendig falt sammen, når hovedfronten kommer inn i ekspansjonsrommet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes i alle beholder- henholdsvis rørledningssystemer, for å tilintetgjøre, henholdsvis i det minste avdempe, detonasjoner. For forbindelsessteder i andre systemer eller i de ytre område-ne, foretas hensiktsmessig en kombinasjon med en vanlig flammesperre, hvorved den forbedrede virkningen av detonasjonsavdempningen ifølge oppfinnelsen fører til at flammesperren behøver ha mindre smale og/eller mindre lange spalter som slukker flammene, slik at det trykkfall som bevirkes av flammesperren minskes for den normale driftstilstanden.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig virksom når bifronten ledes inn i utgangssidedelen av ekspansjonsrommet, altså eksempelvis til like foran en flammesperre som er anordnet der, før den kan tre inn i ekspansjonsrommet. Den derved bevirkede, motløpende brenning av bifronten og inntreden av hovedfronten i ekspansjonskammeret fører til en ytterligere forbedret og enda sikrere avdemp-ning av detonasjonen.

En anordning av den innledningsvis nevnte art, som funksjonerer etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at veggarrangementet danner en første ledningsvei for hovedfronten og en andre ledningsvei for en bifront til detonasjonsfronten, hvorved det totale tverrsnittet til den første ledningsveien er vesentlig større enn det totale tverrsnittet til den andre ledningsveien, og ledningsveiene er dimensjonert på en slik måte at hovedfronten entrer ekspansjonskammeret på en forsinket måte i forhold til bifronten .

For å sikre at bifrontens detonasjon ved innføring i ekspansjonskammeret er gått over i en deflagrasjon, er den andre ledningsveien i en foretrukket utførel-sesform dannet av minst en åpning eller minst et ledningsstykke, hvis diameter ligger under den kritiske diameteren. Til grunn for begrepet «kritisk diameter» ligger den erkjennelse, at under en bestemt diameter for et ledningsstykke, kan ikke støtfront og flammefront gå sammen fremover og derfor må skilles. Forklaringer av begrepet «kritisk rørdiameter» finnes i artikkelen til Lee, J.H.S., Dynamic Pa-rameters of Gaseous Detonations, Ann. Rev. Fluid. Mech. 16 (1984), sider 311 til 336.

Av de ovenfor nevnte grunner kan ekspansjonsrommet på den andre enden strømningsmessig med hensyn til vegganordningen være avsluttet med en flammesperre med flammeslukkende spalter.

For en kompakt oppbygging av anordningen, som unngår unødvendig lange forsinkelser av hovedfronten, er det hensiktsmessig at den andre ledningsveien tillater den direkte gjennomgang av bifront i ekspansjonsrommet i det vesentlige uten svingning. Dette er spesielt hensiktsmessig når det allerede ved underskridelsen av den kritiske diameteren sørges for en atskillelse av flammefront og støtfront, slik at energiforbrukende svingninger for bifronten ikke lenger er nødvendig. Da bifronten kommer i det vesentlige uforsinket videre, er den forsin-kelse som er nødvendig for hovedfronten minimert.

Den andre ledningsveien kan i en enkel utførelsesform være dannet av minst en åpning i vegganordningen som ligger i detonasjonsfrontens forplantningsretning. Alternativt til dette er den andre ledningsveien dannet av minst ett ledningsstykke som ligger i detonasjonsfrontens forplantningsretning. Ledningsstykket kan hensiktsmessig slutte like foran flammesperren, for å garantere mot-løp ved brenning av bifrontens flamme og inngang av hovedfronten i ekspansjonsrommet. Ved en flammesperre som er anordnet i et vinklet rørstykke er ledningsstykket hensiktsmessig bøyet tilsvarende. Vegganordningen i anordningen ifølge oppfinnelsen kan på i og for seg kjent måte ha et sirkelsylindriske veggavsnitt, som oppdeler og styrer detonasjonsfronten i to hovedfronter og som minst har en åpning, henholdsvis et ledningsstykke for gjennomgang av bifronten.

I en alternativ konstruktiv utførelsesform har vegganordningen en begerformet vegg som omfatter en påløpende detonasjonsfront, i hvis bunn det befinner seg minst en åpning, henholdsvis et ledningsstykke som andre ledningsvei for gjennomgang av bifronten, hvorved den første ledningsveien forløper på yttersiden av det sylindriske avsnittet av den begerformede veggen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av utførelses-eksempler som er vist på tegningene.

Fig. 1 viser et vertikalsnitt gjennom et første utførelseseksempel av oppfinnelsen som er utført som vinkelstykke,

fig. 2 viser et horisontalsnitt gjennom det første utførelseseksemplet ifølge fig-1,

fig. 3 viser et vertikalsnitt gjennom et andre utførelseseksempel av oppfinnelsen som er utformet som et vinkelstykke,

fig. 4 viser et horisontalsnitt gjennom utførelseseksemplet ifølge fig. 3,

fig. 5 viser et vertikalsnitt gjennom et tredje utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen, som er utført som vinkelstykke,

fig. 6 viser et horisontalsnitt gjennom utførelseseksemplet ifølge fig. 5,

fig. 7 viser et vertikalsnitt gjennom et lineært utformet, fjerde utførelsesek-sempel ifølge oppfinnelsen,

fig. 8 viser et vertikalsnitt gjennom et lineært utformet, femte utførelses-eksempel ifølge oppfinnelsen,

fig. 9 viser et vertikalsnitt gjennom et lineært utformet, sjette utførelses-eksempel ifølge oppfinnelsen.

Den anordning som er vist i fig. 1 og 2 har et hus 1 som er utformet som vinkelstykke, med en tilslutningsflens 2 på inngangssiden i forhold til den mulige detonasjonen og en tilslutningsflens 3 på utgangssiden med en vinkel på 90° til flensen 2. Begge tilslutningsflenser 2, 3 har vegger 4, 5 som utvider seg konisk mot det indre av huset 1.1 den utvidede delen av veggen 5 til tilslutningsflensen 3 på utgangssiden befinner det seg et trinn 6, som er pålagt en vanlig flammesperre 7. Flammesperren 7 holdes på plass ved hjelp av en innsats 8 i huset 1. Innsatsen 8 har en i det vesentlig sirkelsylindrisk vegg 9, som ved hjelp av et overgangsstyk-ke 10 er utvidet til en nedre fri kant 11, som ligger an mot flammesperren 7.

Den sirkelsylindriske veggen 9 har på den side som ligger overfor inn-gangssideflensen 2, en spalteformet åpning 12 og er på den side som ligger overfor utgangssideflensen 3 avsluttet av en flat plate 13. Innsatsen 8 holdes tett på plass ved hjelp av et lokk 14 som er påskrudd på huset 1.

I overgangsstykket 10 befinner det seg i det vertikale midtplanet til inngangsside-tilslutningsflensen 2, en åpning 15 med en diameter som er mindre enn en fjerdedel av diameteren til inngangsside-tilslutningsflensen 2 og som inntar en ennå vesentlig mindre del av det utvidede tverrsnittet av huset 1 foran den sirkelsylindriske veggen 9.

Den sirkelsylindriske veggen 9 har videre radiale forsterkningsribber 16 i det område som ligger overfor inngangsflensen 2 til side for åpningen 12, som strekker seg radialt til høyden av den frie kanten 11.

En detonasjonsfront som kommer inn i huset 1 gjennom inngangssidetil-slutningsflensen 2, kommer frem til den sirkelsylindriske veggen 9 og oppdeles der. På grunn av anordningens symmetri dannes det to hovedfronter, som løper rundt den sirkelsylindriske veggen 9 og forsterkningsribbene 16 og kommer inn gjennom åpningen 12 i det indre rommet av den sirkelsylindriske veggen 9 som danner et ekspansjonsrom 17. Hovedfrontene kommer således via den beskrev-ne, første ledningsveien inn i ekspansjonsrommet 17 og til flammesperren 7.

En liten del av den ankommende detonasjonsfronten går gjennom åpningen 15 som bifront og kommer direkte inn i ekspansjonsrommet 17, og dette like foran flammesperren 7. Åpningen 15 danner således en andre ledningsvei, ved hjelp av hvilken en bifront av detonasjonsfronten kommer inn i ekspansjonsrommet 17.

Da hovedfrontene via den første ledningsveien må tilbakelegge en lengre

vei i ekspansjonsrommet 17 enn bifronten, kommer bifronten fra siden før hovedfronten inn i ekspansjonsrommet 17. Bifronten faller sammen i ekspansjonsrommet 17 og forbrenner som deflagrasjon. Når hovedfrontene kommer inn i ekspansjonsrommet, er dette således - i det minste delvis, fortrinnsvis fullstendig - fylt med avgasser, slik at hovedfrontene i ekspansjonsrommet 17 ikke lenger finner brennbare gasser eller bare små mengder derav, og ikke kan oppta tilstrekkelig energi for forplantning. Også hovedfrontene faller derfor sammen i ekspansjonsrommet 17, før de kommer til flammesperren 7.

Flammesperren 7 behøver således bare være anlagt for de vesentlig mindre farlige deflagrasjonene, og kan også ha vesentlig mindre smal og/eller mindre lang spalte. Derved dannes en mindre strømningsmotstand og pass av flammesperren 7 lettes.

I det utførelseseksempel som er vist i fig. 3 og 4 danner innsatsen 8' samti-dig lokket 14 på lengdehuset 1. Den sirkelsylindriske veggen I' har en diameter som tilsvarer flammesperrens 7 ytre diameter. Med åpningen 12 på den side som ligger overfor inngangssidens tilslutningsflens, flukter et ytterligere sirkelsylindrisk veggavsnitt 18, som er anordnet konsentrisk til den sirkelsylindriske veggen 9', men med mindre diameter. En åpning 19 i det sirkelsylindriske veggavsnittet 18 viser til inngangssidens tilslutningsflens 2, slik at de del-hovedfronter som er dannet av den sirkelsylindriske veggen 9' kommer inn i ekspansjonsrommet 17' over flammesperren 7 gjennom en labyrint som er dannet av åpningen 12,19.

I aksen til inngangssidens tilslutningsflens 2 befinner seg i den sirkelsylindriske veggen 9' et ledningsstykke 20 som rager inn i ekspansjonsrommet 17', som med en diameter under den kritiske rørdiameteren leder en bifront uten omstyring inn i ekspansjonsrommet 17', mens hovedfronten kommer inn i ekspansjonsrommet 17' flere ganger omstyrt og forsinket.

I det tredje utførelseseksempel som er vist i fig. 5 og 6, er ledningsstykket 20' sammenlignet med det andre utførelseseksemplet i fig. 3 og 4 vinklet nedad, for å innlede bifronten i en større nærhet til flammesperren 7 i ekspansjonsrommet 17'. Utover dette er den sirkelsylindriske veggen 9" utformet som halvsirkelformet avsnitt. Det andre sirkelsylindriske veggavsnittet 18 er utstyrt med radiale ribber 16', som sammen med endene til det sirkelformede veggavsnittet 9" danner inn-gangsåpninger 12', som befinner seg på siden av vegganordningen og sammen med åpningen 19 bevirker flere gangers omstyringer av hovedfrontene. I dette utførelseseksemplet festes et separat lokk 14 på innsatsen 8', som i det første utførelseseksemplet.

I det fjerde utførelseseksemplet som er vist i fig. 7, har et hus 21 en inngangsside-tilslutningsflens 22 og en utgangsside-tilslutningsflens 23 som ligger i samme akse. Inngangssidens tilslutningsflens 22 munner med et sylindrisk rørstykke 24 inn i husets 21 indre rom og overgripes der overlappende av en begerformet vegg 25. Den begerformede veggen 25 består av en sylindrisk mantel-vegg 26 og en bunn 27 som hvelver seg vekk fra inngangssidens tilslutningsflens 22. Mellom det rørformede ledningsstykket 24 til inngangssidens tilslutningsflens 22 og den sylindriske veggen 26 i den begerformede veggen 25 på den ene siden som mellom den sylindriske veggen 26 og huset 21 på den andre siden, er det utformet ringspalter 28, 29, som danner en labyrint for en detonasjonsfront som løper inn i den begerformede veggen 25, hvilken kommer reflektert ut fra den begerformede veggen 25 via den indre ringspalten 28 og etter omstyring med 180° kommer inn gjennom den ytre ringspalten 29 i et ekspansjonskammer 30, som er avsluttet med en flammesperre 7. Flammesperren 7 er innlagt mellom to avslutte-de deler som fastgjøringsflens 31 og fastspent ved skruing i fastgjøringsflensen 31, hvorved den del av huset 21 som ikke inneholder ekspansjonsrommet 30, inneholder innsmalningen på utgangssidens tilslutningsflens 23.

I dette utførelseseksemplet ledes bifronten gjennom en åpning 32 som ligger i aksen til inngangssidens tilslutningsflens 22, inn i ekspansjonsrommet 30 uten omsvingning.

I det utførelseseksempel som er vist i fig. 8, som i det vesentlige overens-stemmer med det utførelseseksempel som er vist i fig. 7, er det i bunnen av den begerformede veggen 25 anordnet flere åpninger 32 symmetrisk til aksen til inngangssidens tilslutningsflens 22, av hvilke det i den loddrette snittaksen 3 kan sees åpningen 32.

Det utførelseseksempel som er vist i fig. 9 tilsvarer det utførelseseksempel som er vist i fig. 7 med den forskjell at istedenfor åpningen 32 er anordnet et ledningsstykke 32', gjennom hvilket bifronten innledes i ekspansjonsrommet 30 i stor nærhet av flammesperren 7.

Alle viste utførelseseksempler tillater en virksom svekkelse, henholdsvis avslutning av detonasjonen, og derfor en liten belastning på de flammesperrer 7 som er anordnet i disse utførelseseksemplene.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for å avdempe en detonasjon i et beholdersystem eller rørledningssystem, i hvilken fremgangsmåte en påløpende detonasjonsfront oppdeles og igjen sammenføres i et ekspansjonsrom (17, 17', 30), karakterisert ved at detonasjonsfronten oppdeles i en hovedfront og en bifront med vesentlig mindre formasjon og at hovedfronten ledes inn i ekspansjonsrommet (17,17", 30) med en lengre løpetid slik at, når hovedfronten entrer det nevnte ekspansjonsrom (17, 17', 30), inneholder det sistnevnte forbrenningsgasser fra bifronten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at løpetiden til hovedfronten i forhold til bifronten be-regnes på en slik måte at bifronten allerede har kollapset fullstendig i ekspansjonsrommet (17, 17', 30) når hovedfronten entrer det nevnte ekspansjonsrom (17, 17', 30).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at, etter kollapset av detonasjonen, ledes gass for slukking av enhver flamme som fremdeles eksisterer, gjennom en flammesperre (7) med flammeslukkende spalter.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-3, karakterisert ved at bifronten ledes inn i ekspansjonsrommet (17, 17",

30) ved en motstående ende i forhold til hovedfronten.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at bifronten ledes, før den entrer ekspansjonsrommet (17, 17', 30), til et punkt like foran flammesperren (7).

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 5, karakterisert ved at hovedfronten sprer seg ut i ekspansjonsrommet (17, 17', 30) i den motsatte retningen av bifronten.

7. Anordning for avdemping av en detonasjon i et beholdersystem eller rør-ledningssystem, idet den nevnte anordning har et veggarrangement, som ligger i detonasjonsfrontens forplantningsvei, for oppdeling og omstyring av detonasjonsfronten, og har et ekspansjonsrom {17, 17', 30) i hvilket den oppdelte detonasjonsfronten igjen sammenføres, karakterisert ved at veggarrangementet (9, 16; 9', 18; 9", 16', 18; 24, 25) danner en første ledningsvei for hovedfronten og en andre ledningsvei for en bifront til detonasjonsfronten, hvorved det totale tverrsnittet til den første ledningsveien er vesentlig større enn det totale tverrsnittet til den andre ledningsveien, og ledningsveiene er dimensjonert på en slik måte at hovedfronten entrer ekspansjonskammeret (17, 17', 30) på en forsinket måte i forhold til bifronten .

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at det totale tverrsnittet til den andre ledningsveien utgjør mindre enn % av det totale tverrsnittet til den første ledningsveien.

9. Anordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at den andre ledningsveien er dannet av minst en åpning (15, 32) eller minst et ledningsstykke (20, 20', 32'), hvis diameter ligger under den kritiske rørdiameteren i hvert tilfelle.

10. Anordning ifølge ett av kravene 7 til 9, karakterisert ved at ekspansjonsrommet (17, 17', 30) er stengt av, ved den andre enden, strømningsmessig, i forhold til veggarrangementet, av en flammesperre (7) med flammeslukkende spalter.

11. Anordning ifølge ett av kravene 7 til 11, karakterisert ved at den andre ledningsveien tillater den direkte gjennomgang av bifronten til ekspansjonskammeret (17,17', 30) i det vesentlige uten omstyring.

12. Anordning ifølge ett av kravene 7 til 11, karakterisert ved at den andre ledningsveien er dannet av minst en åpning (15, 32) som ligger i detonasjonsfrontens forplantningsretning.

13. Anordning ifølge ett av kravene 7 til 11, karakterisert ved at den andre ledningsveien er dannet av minst et ledningsstykke (20, 20', 32) som ligger i detonasjonsfrontens forplantningsretning.

14. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at ledningsstykket (20, 20', 32') ender like foran flammesperren (7).

15. Anordning ifølge krav 13 eller 14, karakterisert ved at ledningsstykket (20') er avbøyd mot flammesperren som er anbrakt i et vinklet rørstykke.

16. Anordning ifølge ett av kravene 7 til 15, karakterisert ved at veggarrangementet har en sirkulær sylindrisk vegg (9, 9') som oppdeler og omstyrer detonasjonsfronten i to hovedfronter og minst har en åpning (15) eller ledningsstykke (20, 20') for gjennomgangen av bifronten.

17. Anordning ifølge ett av krav 7 til 15, karakterisert ved at veggarrangementet har en begerformet vegg (25) som omfatter den anløpende detonasjonsfronten og i hvis bunn (27) befinner det seg minst en åpning (32) eller ledningsstykke (32') som en andre ledningsvei for gjennomgangen av bifronten, og at den første ledningsveien (28, 29) strekker seg langs utsiden av de sylindriske seksjonene (26) til den begerformede veggen (25).