NO317802B1 - Fremgangsmate for uskadeliggjoring av en detonasjonsfront og detonasjonssikring - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for uskadeliggjøring av en detonasjonsfront ledet i en rørledning ved hjelp av en flammesperre.

Oppfinnelsen angår dessuten en detonasjonssikring med et hus som egner seg for innbygging i et rørlednings- hhv. beholdersystem, hvor minst en rørstuss med en viss diameter rager inn i huset og hvor det i huset for hindring fJammegjennomgang er anordnet en flammesperre hvis diameter er betydelig større enn rørdiameteren.

Utbredelsen av en eksplosjon i en antennelig gassblanding i et beholder- hhv. rørledningssystem kan skje som detonasjon eller deflagrasjon. Ved detonasjonen overlagres flammefronten og trykkbølgefronten (støtfronten) dannet av trykkbølgen fra eksplosjonen, mens trykkbølgefronten iler foran flammefronten ved deflagrasjon. Hammeforplantningshastigheten ved deflagrasjon ligger ved noen 100 m/s og forbrenningstrykket i støtretningen ligger ved opp til 10 bar (ved et utgangstrykk i blandingen på 1 bar), mens ved detonasjon kan opptre flammeforplantningshastigheter på mer enn 1000 m/s og trykk i støtretningen på opptil 100 bar.

Dette er kjent å unngå den ødeleggende virkningen fra detonasjoner ved svekkelse hhv. stans av detonasjonen og fortrinnsvis tilbakeføre detonasjonen til en deflagrasjon før den treffer flammesperren. Ofte blir således såkalte "detonasjonsbremser" hhv. "detonasjonsstøtfangere" kombinert med en flammesperre. Flammesperren har et flertall smale og lange spalter i hvilke flammen blir så sterkt avkjølt at den slukker.

En detonasjonssikring bestående av en detonasjonsbrems og en flammesperre er kjent fra DE 1 192 980. Detonasjonsfronten som forplanter seg gjennom en rørledning, blir i den kjente anordningen blir oppdelt av den konvekse yttersiden til en kretssylindrisk formet vegg og derfra ført inn i et ekspansjonsrom med et forstørret volum i forhold til rørledningen. Den oppdelte detonasjonsfronten kan først løpe mot flammesperren etter flere å ha løpt mot flere omdirigeringsanordninger som er festet i en utgangsstuss som er anbrakt 90° på rørledningen i hvilken detonasjonsfronten opprinnelig ble utbredt. De flere omdirigeringsanordningene blir oppnådd ved at det er anbrakt en andre halvkretssylindrisk vegg slik at de mot hverandre vendte frie veggstykkene er anordnet overlappende slik at de danner en type labyrint. I disse kjente anordningene kan de etter hverandre løpende del-detonasjonsfrontene utløse en etterdetonasjon, spesielt når det foreligger ugunstige blandingsbetingelser. Det er således nødvendig å dimensjonere flammesperren slik at den i slike tilfeller har en sikker flammeslukkende virkning. De fJammeslukkende spaltene i flammesperren må være dimensjonert tilstrekkelig lange og tilstrekkelig trange hvorved man for normaldrift ved gjennomstrømning av driftsmediet må ta på kjøpet et relativt høyt trykktap. Dessuten blir det ved trange og lange gjennomløpningsspalter, forhøyede driftskostnader.

Fra DE 195 36 292 C2 er det kjent å oppdele detonasjonsfronten i en hovedfront og en sidefront, slik at hovedfronten ledes med lengre løpetid inn i ekspansjonsrommet, slik at dette inneholder forbrenningsgassene fra sidefronten når hovedfronten kommer inn i ekspansjonsrommet. Oppdelingen av detonasjonsfronten i en hovedfront og en sidefront, hvor hovedfronten bruker lengre løpetid til ekspansjonsrommet, krever også omdirigeringer, noe som sørger for et minstevolum for realisering av detonasjonssikring ved denne fremgangsmåten. Gjennom nødvendigheten for en foran koblet støtfanger i det minste for hovedfronten blir dessuten byggekostnadene relativt store. Dette gjelder spesielt når detonasjonssikringen kan bli truffet av detonsjonsfronter fra begge sider og derfor flammesperren på begge sider må være utrustet med en støtfanger.

Det ville være prinsipielt mulig å benytte kun en flammesperre uten støtfanger som detonasjonasjonssikring. For da å kunne ivareta en tilstrekkelig sikre for branngjennomslag må spaltene i flammesperren bli valgt tilstrekkelig trange og lange, hvorved det høye trykktapet gjennom flammesperren ville måtte bli tatt på kjøpet. Ved flammesperrer med lavere trykktap ville nemlig flammefronten som løper inn i flammesperren, lettere kunne skyve uforbrent blanding gjennom flammesperren. Derved blir det en større strømningshastighet og derved turbulens i de flammeslukkende spaltene, noe som reduserer slukkeevnen og derved også sikkerheten for flarnmegjennornslagssikkerhet. Imidlertid, når det blir realisert flammesperrer med høyere dempingsevne, altså en høyere sikkerhet mot branngjennomslag på grunn av trangere og lengre spalter, oppstår de driftstekniske store ulempene ved det høye trykktap.

Foreliggende oppfinnelse går således ut på å fremskaffe en sikring mot detonasjoner som kan realiseres med midler som kan fremstilles enkelt og kostnadsgunstig, ikke bevirker noe høyt trykktap for den gjennomstrømmende gass og likevel ivaretar en høy branngjenomslagssikkerhet.

Med utgangspunkt i denne problemstillingen er det ifølge oppfinnelsen fremskaffet en fremgangsmåte av den nevnte typen som er kjennetegnet ved at hele eller hovedsakelig hele detonasjonsfronten blir ført så nær opptil en ovenfor rørledningen anbrakt flammesperre med større diameter enn rørledningen, slik at hele eller hovedsakelig hele detonasjonsfronten kun treffer mot et eller flere delområder på flammesperren og at detonasjonsfronten så blir ekspandert foran flammesperren, slik at det oppstår en deflagrasjon som treffer mot det ytre tverrsnittet av flammesperren.

I en videreutvikling av denne fremgangsmåten blir en liten del av detonasjonsfronten avbøyd i et ekspansjonsrom som bevirket ekspansjon for for-forbrenning i ekspansjonsrommet for at denne for-forbrente gass kan forhindre nydannelse av en detonasjonsfront i ekspansjonsrommet.

Når diameteren til flammesperren må gjøres ekstremt mye større enn rørdiameteren på grunn av ønske om svært lavt trykktap over flammesperren, er det hensiktsmessig å lede detonasjonsfronten mot flammesperren i flere del-detonasjonsfronter. Dermed kan man også ved store forskjeller i diameter mellom rørledningen og flammesperren oppnå en tilstrekkelig jevn tilstrømming av strømningsmediet på flammesperrens totalflate.

Med utgangspunkt i den ovenfor angitte problemstillingen er det dessuten ifølge oppfinnelsen fremskaffet en detonasjonssikring av den nevnte typen som er kjennetegnet ved at det i huset er anordnet minst en rørstuss for ledning av hele eller hovedsakelig hele detonasjonsfronten og som under dannelse av et fritt mellomrom, strekker seg så nær mot flammesperren at en detonasjonsfront som kommer gjennom rørstussen eller rørstussene kun treffer et eller flere delområde av flammesperren og at det omkring rørstussen er et tilstrekkelig stort ekspansjonsrom for å danne en deflagrasjon.

Ved oppfinnelsen er det således mulig å utforme en detonasjonssikring uten en egen støtfanger og kun med en flammesperre, uten at flammesperren fører til et for stort trykkfall under normaldrift. Foreliggende oppfinnelses kjerne består i at detonasjonsfronten kun får treffe flammesperren i et delområde ved at detonasjonsfronten blir ført svært nær flammesperren i rørstussen. Derved oppstår det på innløpssiden av flammesperren et ekspansjonsrom, slik at detonasjonsfronten lar det dannes en deflagrasjon ved sekundærtenning i ekspansjonsrommet før flammesperren. Da flammesperren kun blir truffet av detonasjonsfronten på et delområde, yter den en stor strømningsmotstand mot detonasjonsfronten. Den frie tverrsnittsoverflaten til den totale flammesperren er fortrinnsvis Hk eller større en rørstussens diameter.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen blir rørledningsstykket ført så nær flammesperren at delområdet som blir truffet av detonasjonsfronten hovedsakelig tilsvarer rørdiameteren. Flammesperren har da fortrinnsvis en diameter som er minst det dobbelte av diameteren til delområdet, for å oppnå et tilstrekkelig lavt trykktap ved normaldrift.

Virkningen av oppfinnelsens anordning med hensyn på flammeslukningsforhold er gunstigere desto tettere rørstussens ende blir ført mot flammesperren. En nedre grense for reduksjonen av det frie mellomrommet mellom rørstussens ende og flammesperren gir seg ved at tilstrømningen over flammesperrens totaltverrsnitt ved normal drift med relativt lave strømningshastigheter, skal være tilstrekkelig jevnt fordelt. Under hensyntagen til disse randbetingelsene er i foretrukne utførelsesformer av foreliggende detonasjonssikring den frie avstanden mellom enden av rørstussen og flammesperren større eller lik en tredjedel av rørdiameteren og mindre enn eller lik rørdiameteren.

For et foretrukket hus med et sylindrisk utformet innerrom, hvor husets tverrsnitt hovedsakelig tverrsnittet til flammesperren, er lengden av innerrommet på rørstussens side til flammesperren, fortrinnsvis mer en 0,6 ganger rørdiameteren og kan fortrinnsvis være mindre enn eller Hk to ganger rørdiameteren, og kan spesielt ved anvendelse av en fortenning som nedenfor forklart, være redusert til halvparten av rørdiameteren. Effekten ifølge oppfinnelsen hvor detonasjonsfronten treffer et delområde av flammesperren gjennom hvilket delområde detonasjonsfronten møter en høy strømningsmotstand, kan bli ytterligere forsterket ved at flammesperren i delområdet er annerledes utformet enn i randområdet som omgir delområdet. Fortrinnsvis er flammesperren i delområdet utformet med en mindre spaltevidde enn i randområdet, mens spaltelengden i flammesperren av produksjonstekniske grunner er lik over hele tverrsnittet.

Oppfinnelsens detonasjonssikring kan i rørstussen være utstyrt med i forhold til rørdiameteren mindre forbindelsesåpninger med det omkringliggende ekspansjonsrommet for gjennom fortenning ved hjelp av detonasjonsfronten, å bevirke en for-forbrenning i ekspansjonsrommet slik at tendensen til den uforbrente gassen til å danne en ny detonasjonsfront i ekspansjonsrommet, spesielt ved en refleksjon fra den fremre veggen i ekspansjonsrommet som er lengst borte fra flammesperren, kan bli motarbeidet slik at ekspansjonsrommets lengde kan bli redusert.

For oppdeling av detonasjonsfronten i flere del-detonasjonsfronter kan oppfinnelsens detonasjonssikring ha et flertall rørstusser foran flammesperren, hvorved flertallet av rørstusser fortrinnsvis er anordnet rotasjonssymetrisk om flammesperrens midtakse.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av de i figurene angitte utførelseseksemplene, hvor;

Figur 1 viser en skjematisk fremstilling av et første utførelseseksempel av oppfinnelsen med en detonasjonsfront som slår an mot flammesperren, Figur 2 viser utførelsesformen ifølge figur 1 med utbredelsen av en deflagrasjon som er dannet ved en sekundærtenning initiert av detonasjonsfronten, Figur 3 viser utførelsesformen ifølge figur 1 ved normaldrift med fremstilling av fordelingen mot flammesperrens totalareal av gjennomstrømningsmediet som kommer ut gjennom rørstussen, Figur 4 viser et andre utførelseseksempel av oppfinnelsen som er utformet analogt med utførelseseksempelet i figur 1, men som er utformet for at detonasjonsfronten kan komme fra begge sider, Figur 5 viser, analogt med figur 1, en tredje utførelsesform av oppfinnelsen, Figur 6 viser, analogt med figur 2, en fjerde utførelsesform av oppfinnelsen, Figur 7 viser, analogt med figur 1, en femte utførelsesform av oppfinnelsen, Figur 8 viser, analogt med figur 3, den femte utførelsesformen av oppfinnelsen, Figur 9 viser, analogt med figur 1, en sjette utførelsesform av oppfinnelsen, o Figur 10 viser, analogt med figur 3, den sjette utførelsesformen av oppfinnelsen. Figur 1 viser skjematisk en detonasjonssikring som er utformet med et hus 2 som kan settes på en rørledning 1, som er vist med stiplede linjer. Huset 2 er festet til rørledningen på begge ender med en flens og danner et innerrom 3 i huset 2. En rørstuss 4, som er en fortsettelse av rørledningen 1, strekker seg inn i huset 2 fra den ene siden og ender foran en flammesperre 5 anordnet midt i huset 2.1 det viste utførelseseksempelet blir flammesperren 5 holdt mellom to halvdeler 6 av huset ved flensforbindelser 7. Figur 1 viser en detonasjonsfront 8 som løper gjennom rørstussen 4 og som treffer flammesperren 5 på et delområde 9. Figur 2 anskueliggjør at rørstussen 4, som er en fortsettelse av rørledningen 1, har en diameter D og at detonasjonsfronten 8 med diameter D i praksis treffer flammesperren 5 i delområdet 9 som også har en diameter D. Detonasjonsfrontens 8 sjokkbølge møter på den lille diameteren D en relativt stor strømningsmotstand i flammesperren 5, slik at detonasjonsfronten 8 delvis blir reflektert av flammesperren 5, henholdsvis slukket ved inntrenging i delområdet av flammesperren 5.1 det åpne området mellom enden til rørstussen 4 og flammesperren bevirker detonasjonsfronten en sekundærtenning i et ekspansjonsrom 13 i huset 6. Ekspansjonsrommet 13 strekker seg over en lengde Li fra munningen til rørstussen i retning bort fra flammesperren 5. På grunn av sekundærtenningen dannes det i ekspansjonsrommet 13 en deflagrasjon som treffer det ytre området av flammesperren 5 med en vesentlig lavere flammeforplantningshastighet

og lavere forbrenningstrykk. Ved refleksjoner mot ekspansjonsrommets 13 vegger, spesielt mot en ringformet bakvegg 10 som omgir rørstussen 4, kan deflagrasjonen igjen danne en detonasjonsfront. Dette blir motvirket ved en tilstrekkelig minstelengde Li, da den deflagrasjonsfronten som er reflektert og overført til en detonasjon, da treffer en allerede forbrent blanding før flammesperren og således blir virkningsløs.

Flammesperrens 5 frie tverrsnitt tilsvarer minst tverrsnittet til rørstussen 4 med rørdiameter D eller er større, slik at det ikke blir noe vesentlig trykktap gjennom flammesperren 5 for en for en gjennomstrømmende gass ifølge figur 3, som ikke kommer som en detonasjonsfront 8, men som normal strømning 11.

Figur 3 viser at den frie avstanden L2 mellom munningsenden til rørstussen 4 og overflaten av flammesperren 5 som vender mot rørstussen, er valgt slik at flammesperren 5 under normal drift får en jevnt fordelt tilstrømning av gjennomstrømningsmedium. Dette er tilfelle når mellomromrnets lengde L2 er større eller lik en tredjedel innerdiameteren D og mindre enn eller lik innerdiameteren D.

Utførelseseksempelet vist i figur 4 tilsvarer utførelseseksempelet ifølge figur 1, med den eneste forskjell at den er utstyrt med en rørstuss 4 på begge sider av flammesperren 5, slik at detonasjonssikringen vist i figur 4 er egnet for detonasjonsfronter som kommer fra begge sider.

Det i figur 5 viste ytterligere utførelseseksempelet av oppfinnelsen skiller seg fra utførelseseksempelet vist i figur 1 med at flammesperren 5' i delområdet 9' er fremstilt med mindre spaltevidde, slik at flammesperren 5' gir detonasjonsfronten 8 en enda større strømningsmotstand gjennom det trangere delområdet 9'.

I utførelseseksempelet vist i figur 6. som for øvrig er likt utførelseseksempelet vist i figur 5, er rørstussen 4 utstyrt med mindre forbindelsesåpninger 12, gjennom hvilke en del av den innløpende detonasjonsfronten blir avbøyd rett etter starten av huset 2, og direkte blir ledet inn i ekspansjonsrommet 13, hvorved det finner sted en forforbrenning slik at den brente gass i ekspansjonsrommet 13 forhindrer en sekundærdetonasjon ved refleksjon av en deflagrasjon fra bakveggen 10 i huset 2, hvorved lengden Li kan bli redusert.

Det femte utførelseseksempelet vist i figur 7 og 8 sørger for å oppnå et svært lavt trykktap over flammesperren 5 når flammesperren 5 har en mye større diameter enn rørledningens diameter D. For å oppnå en tilstrekkelig jevn fordeling av gjennomstrømningsmediet på totaloverflaten under normaldrift under opprettholdelse av en virkningsfull avstand La, er det anordnet flere rørstusser 4' fordelt over flammesperrens tverrsnitt. Figur 7 viser at den detonasjonsfront som kommer gjennom rørledningen 1 blir fordelt i flere del-detonasjonsfronter 8', som treffer de tilhørende delomådene 9" på flammesperren. Bakveggen 10' som begrenser ekspansjonsrommets 13' lengde Li blir her dannet av et veggstykke som avgrenser et fordelerrom 14 i strømningsretninger før flammesperren 5, hvilket fordelerrom 14 går ut fra diameteren D til rørledningen 1 til den virksomme diameteren til flammesperren 5 og r over i rørstussene 4'. Anordningen av rørstusser 4' vist i figur 7 har en sentral rørstuss 4' som flukter med rørledningen 1. Fire ytterligere rørstusser 4' er anordnet omkring denne på en radius med lik avstand til denne. Figur 8 viser normaldriften hvor delstrømmene 11' kommer ut av rørstussene 4' og fordeler seg jevnt på flammesperrens 5 tverrsnittsflate.

I det sjette utførelseseksempelet vist i figurene 9 og 10 mangler i forhold til det femte utførelseseksempelet, den sentrale rørstussen 4'- Videre er det kun vist to rørstusser 4' som begge befinner seg med lik avstand til husets 2 henholdsvis flammesperrens 5 midtakse. Også med denne anordningen blir det dannet deldetonasjonsfronter 11' (figur 10).

For de angitte foretrukne dimensjoneringene er lengden Li > og < 2D og lengden L2 er mellom > 1/3 D og < ID. Optimaliseringen av lengdene Li og Lg avhenger av trykktapet gjennom flammesperren 5.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for uskadeliggjøring av en detonasjonsfront (8) som blir ført i en rørledning (1), ved hjelp av en flammesperre (5,5'), karakterisert ved at hele eller hovedsakelig hele detonasjonsfronten (8,8') blir ført så nær opptil en ovenfor rørledningen (1) anbrakt flammesperre (5,5') med større diameter enn rørledningen, slik at hele eller hovedsakelig hele detonasjonsfronten (8,8') kun treffer mot et eller flere delområder (9, 9', 9") på flammesperren (5, 5') og at detonasjonsfronten (8,8') så blir ekspandert foran flammesperren (5,5'), slik at det oppstår en deflagrasjon som treffer mot det ytre tverrsnittet av flammesperren (5,5').
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en liten del av detonasjonsfronten (8) blir avbøyd inn i et for ekspansjonen virkende ekspansjonsrom (13) for forforbrenning.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at detonasjonsfronten (8) blir ledet i flere deldetonasjonsfronter (8') mot flere delområder (9") på flammesperren (5,5').
4. 4. Detonasjonssikring med et hus (2) egnet for innbygging i et beholder- henholdsvis et rørledningssystem (1), i hvilket hus (2) det er anordnet en flammesperre (5,5") som flammegjennomgang, hvilken flammesperre har en betydelig større diameter enn rørdiameteren (D), karakterisert ved at det i huset (2) er anordnet minst en rørstuss (4,4') for ledning av hele eller hovedsakelig hele detonasjonsfronten og som under dannelse av et fritt mellomrom, strekker seg så nær mot flammesperren (5) at en detonasjonsfront (8,8') som kommer gjennom rørstussen eller rørstussene (4,4') kun treffer et eller flere delområde (9,9') av flammesperren (5,5') og at det omkring rørstussen (4,4') er et tilstrekkelig stort ekspansjonsrom (13) for å danne en deflagrasjon.
5. 5. Detonasjonssikring ifølge krav 4, karakterisert ved at den frie avstanden (L2 mellom enden av rørstussen (4,4') og flammesperren (5,5') ikke er større enn 1/3 av rørdiameteren (D).
6. 6. Detonasjonssikring ifølge krav 4 eller 5,karakterisert ved at den frie avstanden mellom enden av rørstussen (4,4') og flammesperren (5,5') ikke er mindre enn 1/3 av rørdiameteren (D).
7. 7. Detonasjonssikring ifølge et av kravene 4 til 6, karakterisert ved innerrommet (39 i huset (2) er utformet sylindrisk og har et tverrsnitt som hovedsakelig tilsvarer flammesperrens (5,5') tverrsnitt.
8. 8. Detonasjonssikring ifølge krav 7, karakterisert ved lengden (L2) til innerrommet (3) på siden av rørstussen (4,4') til flammesperren (5,5') ikke er mindre enn 0,5 ganger rørdiameteren (D).
9. 9. Detonasjonssikring ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved lengden (Li) til innerrommet (3) på siden av rørstussen (4,4') til flammesperren (5,5') ikke er større enn det dobbelte av rørdiameteren (D).
10. 10. Detonasjonssikring ifølge et av kravene 4 til 9, karakterisert ved flammesperren (5') i delområdet (9'9 er annerledes utformet enn i randområdet som omgir delområdet (9<*>).
11. 11. Detonasjonssikring ifølge krav 10, karakterisert ved flammesperren (5') i delområdet (9') er utformet med en smalere spaltevidde enn randområdet.
12. 12. Detonasjonssikring ifølge krav 11, karakterisert ved spaltelengden til flammesperren (5,5') er lik over hele tverrsnittet.
13. 13. Detonasjonssikring ifølge et av kravene 4 til 12, karakterisert ved at rørstussen (4) har mindre forbindelsesåpninger (12) mot rørdiameteren (D) til ekspansjonsrommet (13) som omgir rørstussen (4).
14. 14. Detonasjonssikring ifølge ett av kravene 4 til 13, karakterisert ved det er anbrakt rørstusser (4,4') på begge sider av flammesperren (5,5').
15. 15. Detonasjonssikring ifølge et av kravene 4 til 14, karakterisert ved det er anordnet et flertall rørstusser (4') foran flammesperren (5,5').
16. 16. Detonasjonssikring ifølge krav 15, karakterisert ved at flertallet av rørstusser (4') er rotasjonssymetrisk anordnet om flammesperrens (5,5') midtakse.