ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ ПРОСКОКА ПЛАМЕНИ
FUSE FLASHBACK

Изобретение относится к предохранителю проскока пламени, содержащему цилиндрический пламегаситель, встроенный в стенку, которая отделяет находящуюся под угрозой зону от наружной зоны, имеющий множество проходных щелей в его поперечном сечении и высоту, определяющую длину проходных щелей, а также направленную к взрывоопасной зоне нижнюю сторону и направленную к наружной зоне верхнюю сторону.
Такие предохранители проскока пламени известны в различных вариантах выполнения. Они используются везде там, где необходимо защищать находящуюся под угрозой за счет взрывоопасных или горючих газов зону от проскока пламени в находящуюся под угрозой зону, с целью предотвращения взрывной катастрофы в находящейся под угрозой зоне. Находящаяся под угрозой зона может быть образована с помощью сосуда в самом широком смысле, т.е. также с помощью трубопровода, который ведет к сосуду или хранилищу взрывоопасных или горючих газов.
Важным случаем применения предохранителей проскока пламени, указанного в начале вида, является то, что образуют арматуры, которые служат для вентиляции сосуда, когда в сосуде возникает избыточное давление, которое по причинам безопасности необходимо сбрасывать. В этом случае через арматуру выпускается газ из находящейся под угрозой зоны через пламегаситель. Для того чтобы газ не приносил вреда окружению, его можно непосредственно после выхода из пламегасителя зажигать с целью его обезвреживания относительно его взрывоопасности или горючести за счет атмосферной дефлаграции соответственно сгорания. Такие арматуры могут быть снабжены управляемыми, сгораемыми или расплавляемыми крышками, которые в случае применения открываются с целью выполнения сгорания или сжигания в факеле газов на наружной стороне пламегасителя. Поскольку сжигание газов может осуществляться в течение длительного времени, то пламегаситель должен надежно предотвращать проскок пламени, даже когда сжигание газов на верхней стороне происходит в течение длительного времени, например 2 часа или больше. Если пламегаситель пригоден для этого, то он называется длительно огнеупорным пламегасителем. Если в соответствии с конструкцией пламя может возникать лишь в течение короткого времени, то достаточно иметь кратковременно огнеупорный предохранитель проскока пламени.
В качестве пламегасителей для реализации данного изобретения можно использовать все конструктивные формы, которые обеспечивают заданную максимальную ширину щелей и заданную минимальную длину щелей. Предпочтительная конструктивная форма достигается посредством взаимной круговой или спиральной намотки гладкой металлической полосы с волнистой металлической полосой, при этом ширина полос задает высоту пламегасителя и длину образованных с помощью волнистой полосы проходных щелей. При этом в направлении прохождения потока могут быть расположены также несколько таких пламегасителей друг за другом, с или без промежуточных пространств или промежуточных элементов.
Длительно огнеупорные предохранители проскока пламени в уровне техники реализуются за счет того, что пламегасители устанавливают в стабильных металлических окружающих кожухах, с помощью которых должен осуществляться, возможно, лучший отвод тепла от пламегасителя в окружающий корпус. Для достаточного отвода тепла, который необходим для длительной огнеупорности, требуется значительная масса металла. Кроме того, длина проходных щелей должна быть выбрана так, что температура горения на наружной стороне до конца проходных щелей на нижней стороне, которая обращена к находящейся под угрозой зоне, падает настолько, что в находящейся под угрозой зоне находящийся там взрывоопасный или горючий газ надежно больше не воспламеняется. Эти условия приводят к значительным затратам материала и к необходимости значительного места для установки такого предохранителя проскока пламени.
В противоположность этому в основе данного изобретения лежит задача реализации предохранителя проскока пламени, указанного в начале вида, с более простой, менее объемной конструкцией.
Для решения этой задачи согласно изобретению предохранитель проскока пламени указанного в начале вида характеризуется тем, что пламегаситель помещен в соответствующее поверхности поперечного сечения пламегасителя отверстие стенки и выступает за стенку по меньшей мере одной пятой своей высоты в наружную зону.
Таким образом, пламегаситель согласно изобретению не установлен в стабильном окружающем кожухе, а лишь в отверстии стенки и при этом лишь на часть своей высоты. Это означает, что толщина стенки, во всяком случае, меньше высоты пламегасителя. Поэтому при обычной толщине стенки 8 мм высота пламегасителя составляет по меньшей мере 10 мм.
Согласно изобретению пламегаситель выступает из стенки по меньшей мере на одну пятую, предпочтительно по меньшей мере на одну треть, более предпочтительно по меньшей мере на одну четверть своей высоты. Особенно эффективным предохранитель проскока пламени согласно изобретению является, когда выступающая из стенки в наружную зону часть пламегасителя составляет по меньшей мере половину, предпочтительно по меньшей мере две трети его высоты.
Пламегаситель ограничен в радиальном направлении с помощью тонкого металлического листа, который может быть, например, гладким металлическим листом, который вместе с волнистым металлическим листом намотан с образованием пламегасителя. Однако можно также закреплять аналогичный стабилизирующий металлический лист, толщина которого в любом случае меньше 1 мм, предпочтительно меньше 0,5 мм, на окружности цилиндрического пламегасителя.
Таким образом, выполненный так пламегаситель согласно изобретению необходимо лишь помещать в отверстие стенки, которая выполнена в виде плиты. Поэтому пламегаситель согласно изобретению имеет небольшую массу, поскольку не требуется окружающий кожух. Отвод тепла происходит, с одной стороны, в протекающий газ и, с другой стороны, в решающей мере за счет излучения тепла. Поскольку пламегаситель выступает за стенку в наружную зону, а именно предпочтительно на большей части своей высоты, то пламегаситель может излучать тепло не только с верхней стороны, но также со всей боковой стенки, которая выступает из отверстия стенки в наружную зону. Поэтому для пламегасителя согласно изобретению важно, чтобы не было массивного окружения боковой стенки, а механическая стабилизация осуществлялась с помощью металлического листа, который окружает окружную поверхность и воспринимает максимально без потерь и без коробления температуру окружной поверхности с целью участия в излучении тепла из пламегасителя.
4
Пламегаситель согласно изобретению обеспечивает намного более эффективный отвод энергии за счет излучения тепла, чем за счет теплопроводности в окружающий кожух. В то время как отвод тепла в массивный материал увеличивается линейно с разницей температур, отвод тепла за счет излучения тепла происходит пропорционально четвертой степени разницы температур (~ΔТ). Кроме того, нагреваемая за счет сгорания газа масса пламегасителя является сравнительно небольшой. Поэтому предохранитель проскока пламени может очень быстро приспосабливаться к изменяющимся скоростям потока и быстро принимать состояние равновесия за счет приема энергии от процесса сгорания и отдачи энергии посредством излучения тепла и теплопроводности в протекающий газ. Поскольку для эффективности пламегасителя согласно изобретению решающее значение имеет выступание, возможно, большей части высоты пламегасителя из отверстия стенки, то предпочтительно когда пламегаситель нижним краем своей высоты заканчивается заподлицо с обращенной к находящейся под угрозой зоне нижней стороной стенки.
При этом целесообразно, когда на нижней стороне стенки закреплен пересекающий поперечное сечение пламегасителя первый крепежный элемент. Этот крепежный элемент может обеспечивать осевую фиксацию пламегасителя без существенного уменьшения проточного поперечного сечения пламегасителя. Для этого в одном предпочтительном варианте выполнения крепежный элемент может быть образован с помощью простого стержня, который закреплен по обе стороны поперечного сечения пламегасителя на нижней стороне стенки.
В качестве альтернативного решения крепежный элемент может быть также образован с помощью известного ребристого кольца или крупноячеистого сита, или ткани, или решетки.
Механическая стабилизация, в частности, образованного посредством намотки гладкой полосы вместе с волнистой полосой пламегасителя достигается тем, что первый крепежный элемент соединен с помощью выступающего через среднее отверстие пламегасителя соединительного элемента со вторым крепежным элементом, который прилегает к верхней стороне пламегасителя. Таким образом, пламегаситель с помощью второго крепежного элемента механически стабилизирован также на верхней стороне, при этом второй крепежный элемент не должен быть соединен сложным образом - из-за различия по высоте - с соответствующей верхней стороной стенки, поскольку обеспечивается возможность стабильного соединения с помощью соединительного элемента и первого крепежного элемента с нижней стороной стенки. Предпочтительно достаточно одного единственного соединительного элемента, который проходит центрально через пламегаситель. При намотанном пламегасителе намотка гладкой полосы вместе с волнистой полосой целесообразно осуществляется вокруг выполненного в виде втулки намоточного сердечника. Во внутреннем пространстве втулки может быть затем установлен с посадкой соединительный элемент, так что обеспечивается, что за счет соединительного элемента не образуются неконтролируемо большие зазоры для протекающего газа.
В первом варианте выполнения изобретения пламегаситель предпочтительно выполнен в виде шайбы с меньшей относительно длины поперечного сечения высотой. При этом поперечное сечение шайбы представляет, по существу, поперечное сечение к свету, которое снабжено проходными щелями. При этом для проходных щелей не используется лишь поверхность поперечного сечения, которая занята намоточным сердечником, возможно, в виде закрытой соединительным элементом втулки.
Предпосылкой для желаемого согласно изобретению большого отвода энергии за счет излучения тепла является наличие большой свободной поверхности пламегасителя по сравнению с его массой. Поэтому для обеспечения большого проточного поперечного сечения для подлежащего отводу взрывоопасного газа предпочтительно когда используется не один единственный большой пламегаситель для этого проточного поперечного сечения, а несколько меньших пламегасителей, которые установлены в соответствующих отверстиях закрывающей проточное поперечное сечение стенки. Поэтому предпочтительным является предохранитель проскока пламени, в котором несколько пламегасителей установлены в стенке, которая закрывает направляющую газа находящейся под угрозой зоны.
Предохранитель проскока пламени согласно изобретению обеспечивает впервые возможность длительного предохранения от пожара также для очень воспламеняемых газов, таких как, например, водород. Поэтому в соответствии с изобретением обеспечивается подходящая для взрывоопасной группы IIC длительная противопожарная защита. Она может быть реализована, в частности, в виде выполненного в форме кольцевого цилиндра пламегасителя, в котором проходные щели проходят в окружающем внутреннее пространство кольцевом пространстве. При этом внутреннее пространство закрыто относительно находящейся под угрозой зоны и тем самом находится в соединении с наружной зоной.
При этом предпочтительно когда с помощью внутреннего пространства образован проточный канал для инертного газа, при этом инертный газ может быть всасываемым из наружной зоны воздухом, когда не соединенный с внутренним пространством конец проточного канала соединен с наружной зоной.
Таким образом, к действию излучения тепла добавляется действие охлаждения с помощью проходящего инертного газа.
При выполнении пламегасителя в виде кольцевого цилиндра применение сосредоточено на обеспечении длительной пожарной безопасности для легковоспламеняемых газов, при этом скорость прохождения взрывоопасных или горючих газов через пламегаситель имеет второстепенное значение. При этом существенно, что по высоте пламегасителя осуществляется такое охлаждение, что также легко воспламеняемые газы в находящейся под угрозой зоне не могут воспламеняться. С помощью изобретения это достигается также в случае длительного пожара на верхней стороне пламегасителя для взрывоопасного класса IIC.
Предпочтительное применение данного изобретения состоит в создании длительно защищающего от пожара предохранителя проскока пламени, хотя конструкция согласно изобретению является предпочтительной также для предохранителей проскока пламени, которые не должны обеспечивать длительную защиту от пожара, в частности кратковременных пожарных предохранителей и атмосферных дефлаграционных предохранителей. Для этих применений достаточно более короткое выступание пламегасителя из стенки в наружную зону, т.е., например, между одной пятой и половиной высоты пламегасителя, в то время как для длительной защиты от пожара требуется выступание по меньшей мере наполовину высоты пламегасителя.
Для специалистов в данной области техники понятно, что идея выполнения выполненного в виде кольцевого цилиндра пламегасителя указанного вида с внутренним пространством, которое за счет конвекции или за счет принудительного прохождения потока газа, может вызывать дополнительное охлаждение пламегасителя, может также иметь значение для пламегасителей, которые не установлены как в соответствии с изобретением в отверстии стенки, а встроены, например, в окружающий кожух. Поэтому выполнение пламегасителя в виде кольцевого цилиндра, в котором проходные щели окружают внутреннее пространство указанным образом, имеет самостоятельное значение.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - вертикальный разрез предохранителя проскока пламени согласно первому примеру выполнения изобретения с единственным пламегасителем;
фиг.2 - предохранитель проскока пламени согласно второму примеру выполнения изобретения с несколькими пламегасителями, которые смонтированы на общей стенке, в изометрической проекции сверху.
фиг.3 - система согласно фиг.2 на виде сверху;
фиг.4 - частичный вертикальный разрез системы согласно фиг.2 и 3;
фиг.5 - вертикальный разрез предохранителя проскока пламени согласно третьему примеру выполнения изобретения с выполненным в виде кольцевого цилиндра пламегасителем;
фиг.6 - вариант выполнения согласно фиг.5 в изометрической проекции сверху;
фиг.7 - вариант выполнения согласно фиг.5 на виде сверху.
На фиг.1 показана некоторая соединительная часть 1. Соединительная часть 1 переходит от трубчатого поперечного сечения 2 в коническое расширение 3 и заканчивается кольцеобразным крепежным фланцем 4. На крепежном фланце 4 с помощью винтов 5 привинчена стенка 6 в виде металлической плиты.
В продолжение трубчатого поперечного сечения 2 в стенке 6 находится круглое отверстие 7, в котором установлен шайбообразный пламегаситель 8 с круглым поперечным сечением так, что нижняя сторона 9 пламегасителя 8 расположена заподлицо с обращенной к трубчатому поперечному сечению 2 нижней стороной 10 стенки 6. На нижней стороне 10 стенки 6 закреплен первый крепежный элемент 11 в виде стержня с помощью винтов 12 и тем самым прилегает к нижней стороне 9 пламегасителя 8.
Трубчатое поперечное сечение 2 и коническое расширение 3 образуют находящуюся под угрозой за счет взрывоопасных или горючих газов зону 13, которая закрыта стенкой 6 и установленным с посадкой в отверстие 7 стенки 6 пламегасителем 8. Противоположная нижней стороне 10 стенки 6 верхняя сторона 14 стенки 6 направлена в наружную зону 15 предохранителя проскока пламени, в которую выступает пламегаситель 8 с подавляющей частью своей высоты, и заканчивается на торцевой стороне верхней стороной 16.
На верхней стороне 16 пламегасителя 9 расположен второй крепежный элемент 17, который в показанном на фиг.1 примере выполнения также образован с помощью стержня. Стержень проходит через среднее отверстие выполненного в виде пальца соединительного элемента 18. Соединительный элемент 18 выступает за нижнюю сторону 9 пламегасителя и имеет здесь также проходное отверстие, через которое проходит первый крепежный элемент 11. Таким образом, с помощью обоих крепежных элементов 11, 17 пламегаситель 8 фиксирован в осевом направлении, в то время как в радиальном направлении он фиксирован с помощью своей окружной стенки 19 в отверстии 7 стенки 6.
Окружная стенка 19 пламегасителя 8 может быть образована с помощью тонкого металлического листа с максимальной толщиной 1 мм и закреплена на пламегасителе 8 с помощью лазерной точечной сварки или т.п.
В одном предпочтительном варианте выполнения пламегаситель 8 изготовлен посредством намотки гладкой металлической полосы вместе с волнистой металлической полосой на намоточный сердечник 20, так что волны волнистой металлической полосы образуют между двумя слоями гладкой металлической полосы заданные проходные щели, через которые может проходить в осевом направлении газ из находящейся под угрозой зоны 13 в наружную зону 15. Таким образом, длина проходных щелей определяется шириной обеих совместно намотанных металлических полос. Намоточный сердечник 20 выполнен в виде втулки с осевым внутренним пространством, так что выполненный в виде пальца соединительный элемент 18 может быть установлен с посадкой во внутреннем пространстве намоточного сердечника 20.
На фиг.2 и 3 показан второй вариант выполнения изобретения со стенкой 6', которая закрывает находящуюся под угрозой зону 13 (см. фиг.4). Стенка 6' имеет несколько, а именно девять расположенных на окружности отверстий 7', в которые плотно установлены пламегасители 8, которые выступают из верхней стороны 14 стенки 6' большей частью своей высоты и зафиксированы с помощью стержнеобразного второго крепежного элемента 17, который закреплен на нижней стороне 10 стенки 6' с помощью среднего пальцеобразного соединительного элемента 18.
Во внутренней зоне девяти пламегасителей 8 находятся четыре других пламегасителя 8', которые помещены в соответствующие отверстия 7' стенки 6'. Пламегасители 8' имеют явно меньший диаметр, чем пламегасители 8. Четыре пламегасителя 8' также находятся со своими средними соединительными элементами 18 на окружности вокруг средней точки стенки 6'. Стенка 6', как показано на фиг.4, закреплена с помощью множества винтов 5 на кольцеобразном крепежном фланце соединительной части 1.
Крепление пламегасителей 8, 8' осуществляется так же, как пояснено на основании первого примера выполнения, согласно фиг.1.
Расположение множества пламегасителей 8, 8' на стенке 6' обеспечивает то преимущество, что очень большие доли окружных стенок 19 пламегасителей 8, 8' выступают из верхней стороны стенки 6' и образуют вместе с верхними сторонами 16 пламегасителей 8 большие поверхности, с которых тепло излучается в наружную зону 15.
Показанный на фиг.5-7 третий пример выполнения изобретения имеет соединительную часть 1, которая одинакова с соединительной частью 1 на фиг.1. С помощью выполненных здесь более длинными винтов 5 стенка 6 закреплена в виде плиты на соединительной части 1. Стенка 6 также имеет круглое среднее отверстие 7, в которое помещен пламегаситель 21 в виде круглого цилиндра, так что внутри пламегасителя 21 образовано круглое цилиндрическое внутреннее пространство 22, которое соединено с наружной зоной 15. Между кольцеобразным крепежным фланцем 4 соединительной части 1 и стенкой 6 установлен в данном случае промежуточный элемент 23, с помощью которого образованы направляющие каналы 24, 25. Направляющий канал 24 соединен с взрывоопасной зоной 13, в то время как направляющий канал 25 имеет радиальный конец 26, который образует входное отверстие для воздуха из наружной зоны, и осевой центральный конец 27, который входит во внутреннее пространство 22 пламегасителя 21.
В противоположность этому направляющий канал 24 продолжает взрывоопасную зону 13 в осевом направлении и входит в кольцевое пространство 28, которое находится под снабженным за счет пламегасителя 21 проходными щелями кольцевым пространством, через которое можно выдувать взрывоопасный или горючий газ в наружную зон, с целью непосредственного сжигания там. При этом с помощью уплотнительного элемента 29 обеспечивается, что взрывоопасный или горючий газ не попадает во внутреннее пространство 22 пламегасителя 21. Окружная стенка 30 закрывает кольцевое пространство 28 радиально снаружи.
На фиг.6 показано в изометрической проекции выполнение предохранителя проскока пламени согласно третьему примеру выполнения изобретения. При этом можно видеть, что могут быть предусмотрены несколько отверстий 26 для всасывания воздуха из наружной зоны 15 с целью обеспечения с помощью конвективного потока через внутреннее пространство 22 пламегасителя 21 дополнительного охлаждения пламегасителя 21. Однако существенная доля охлаждения пламегасителя 21 происходит за счет излучения тепла с большой поверхности пламегасителя 21, которая выступает из верхней стороны 14 стенки 6 в наружную зону 15.
На фиг.7 показана на виде сверху кольцеобразная поверхность 31 поперечного сечения пламегасителя 21, в которой плотно друг к другу находятся осевые проходные щели и отделены друг от друга волнами волнистой металлической полосы, с одной стороны, и намоточными слоями гладкой металлической полосы, с другой стороны.
Отдача энергии за счет излучения тепла по большой поверхности выполненного в виде полого цилиндра пламегасителя 21 поддерживается в этом варианте выполнения с помощью конвективного потока воздуха из наружной зоны 15 через внутреннее пространство 22 пламегасителя 21, так что за счет конвективного потока поддерживается отвод тепла от пламегасителя 21. Естественно, можно образовывать не только самоустанавливающийся конвективный поток, а создавать также принудительно поток через внутреннее пространство 22 с помощью вентилятора. Кроме того, можно создавать циркуляционный поток не с помощью воздуха, а с помощью другого инертного газа.
Естественно, с помощью пламегасителя 21 можно также создавать систему, в которой несколько пламегасителей 21 установлены в соответствующие отверстия 7 стенки 6 с целью обеспечения более высокой пропускной способности.
Однако пламегасители 21 не оптимизированы относительно высокой пропускной способности, а обеспечивают высокую отдачу энергии в наружную зону 15, так что впервые создан предохранитель проскока пламени с длительной противопожарной безопасностью, который обеспечивает длительную защиту от пожара для газов группы взрывоопасности IIC, таких как, например, водород, для газов группы взрывоопасности IIB, а также для других газов с высоким содержанием энергии. Таким образом, удалось с помощью пламегасителя с диаметром 65 мм, внутренним пространством 22 с диаметром 51 мм и высотой 50 мм при максимальной ширине щелей 0,2 мм в кольцеобразной поверхности поперечного сечения длительное предохранение проскока пламени для стехиометрической смеси водорода и воздуха.
В противоположность этому, в сравнительном тесте, в котором наружный диаметр пламегасителя 21 был увеличен до 75 мм, однако диаметр внутреннего пространства и высота сохранялись равными 51 мм, соответственно 50 мм, при максимальной ширине щелей 0,2 мм происходил проскок пламени. Из этого следует, что для испытываемой здесь группы взрывоопасности размеры общего проточного поперечного сечения кольцеобразной поверхности 31 необходимо тщательно выбирать по отношению к излучающим поверхностям пламегасителя с целью обеспечения создания предохранителя проскока пламени с длительной защитной от пожара для газов даже группы IIC взрывоопасности.