DE4234250C2

DE4234250C2 - Air curtain system for damage reduction in the event of an accidentally released heavy gases from chemical plants

Info

Publication number: DE4234250C2
Application number: DE19924234250
Authority: DE
Inventors: Sylvius Hartwig; Joachim Dipl Ing Boeke
Original assignee: HARTWIG SYLVIUS UNIV PROF DR
Current assignee: HARTWIG SYLVIUS UNIV PROF DR
Priority date: 1992-10-10
Filing date: 1992-10-10
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2012-10-11
Also published as: DE4234250A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftvorhanganlage zur Schadensminderung bei störfallartig freigesetzten schweren Gasen aus Chemieanlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1.The invention relates to an air curtain system for reducing damage in the event of an accident released heavy gases from chemical plants according to the preamble of claim ches 1.

Bis jetzt werden nur Wasser- und Dampfvorhänge außerhalb von Räumen in Industrieanlagen eingesetzt, um bei Störfällen mit Schwergasfreisetzung die Bildung und Ausbreitung einer Schwergaswolke zu begrenzen und diese unter gefährliche Konzentrationen zu verdünnen [Barth, 1989; Heudorfer, 1986]. Dabei dient das Wasser oder der Dampf nur als mittelbares Medium, um durch hohen Impuls und Impulsübertragung einen Luftstrom zu erzeugen, der sich in die Schwergaswolke einmischt und diese verdünnt. Bis jetzt wurden keine Luftvor hänge direkt eingesetzt, da die Druckluftbereitstellung zu aufwendig war und in Industriean lagen Druckwasser- und Dampfleitungen vorhanden sind. Die vorgeschlagene technische Anlage geht einen anderen Weg und setzt einen Luftvorhang direkt ein, ohne den Umweg über Dampf oder Wasser zu gehen. Luftvorhänge werden bis jetzt nur in Innenräumen eingesetzt, um luftgetragene Aerosole aus der Luft in Innenräumen zu entfernen oder den Durchtritt der Aerosole (Rauche, Staub, Insekten) in einen Raum zu verhindern. Bei der hier vorgeschlagenen Erfindung wird der Luftvorhang zwischen der Gefahrenquelle und dem zu schützenden Areal im Gelände außerhalb von Räumen positioniert. Bei eingeschalteter Luftzufuhr strömt aus jeder Austrittsöffnung eines 4-5 m über dem Boden angebrachten Düsenrohres ein Luftstrahl. Der Luftvorhang wird aus einem Kollektiv einzelner, sich überlappender Luftstrahlen gebildet. Dieser Luftvorhang mischt Luft in die Schwergaswolke ein und bedingt zusätzlich die Turbulenzen, die eine erhöhte Schwergasdispersion zur Folge haben. Der Luftvorhang kann mehrere 100 m lang sein und ist beliebig an die Form des Industriekomplexes anpaßbar.So far, only water and steam curtains are outside of rooms in industrial plants used in the event of accidents with heavy gas release the formation and spread of a Limit heavy gas cloud and dilute it below dangerous concentrations [Barth, 1989; Heudorfer, 1986]. The water or steam only serves as an indirect one Medium to generate an air flow through high momentum and momentum transmission interferes with the heavy gas cloud and dilutes it. So far there have been no air used directly because the supply of compressed air was too complex and in industry pressure water and steam lines were available. The proposed technical The system takes a different route and uses an air curtain directly without the detour to walk over steam or water. So far, air curtains are only used indoors used to remove airborne aerosols from the air indoors or the Prevent the passage of aerosols (smoke, dust, insects) into a room. With this one Proposed invention, the air curtain between the source of danger and the protective area in the terrain positioned outside of rooms. When switched on Air supply flows from each outlet opening of a 4-5 m above the floor Jet of air. The air curtain becomes a collective of individuals, themselves overlapping air jets. This air curtain mixes air into the heavy gas cloud and additionally causes the turbulence, which results in increased heavy gas dispersion to have. The air curtain can be several 100 m long and is of any shape Industrial complex adaptable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftvorhang mit einem bestimmten begrenzten Luftvorrat zu betreiben und eine potentielle Schwergaswolke unterhalb gefähr licher Konzentrationen zu verdünnen.The invention has for its object an air curtain with a certain to operate limited air supply and a potential heavy gas cloud below dilute concentrations.

Diese Aufgabe wird durch eine Luftvorhanganlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by an air curtain system with the features of the claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims.

Der Vorhang wird in Segmente, die voneinander entkoppelt sind, aufgeteilt. Jedes Segment wird durch einen oder mehrere Schadgassensoren aktiviert, die zwischen der Gefahrenquelle und dem Düsenrohr des Luftvorhangs über dem Boden angebracht sind. Der Einsatz von zwei oder mehr Sensoren ist wegen der Redundanz und geforderten kurzen zeitlichen Auflösung nötig. Durch die hohen Drücke und die gasdynamischen Eigenschaften bedingt sollte der Luftvorhang innerhalb sehr kurzer Zeit nach Erreichen einer kritischen Konzen tration am Gassensor stehen. Das heißt, daß die Schwergaswolke, wenn sie vom Sensor zum Vorhang treibt, da er elektronisch geschaltet wird, bereits einen voll aktivierten Luftvorhang vorfindet, der eine Verdünnung unterhalb gefährlicher Konzentrationen bewirkt.The curtain is divided into segments that are decoupled from each other. Every segment is activated by one or more harmful gas sensors, which are located between the source of danger and the nozzle pipe of the air curtain are mounted above the floor. The use of Two or more sensors is required due to the redundancy and short time Dissolution necessary. Due to the high pressures and gas dynamic properties the air curtain should be within a very short time after reaching a critical concentration stand at the gas sensor. This means that the heavy gas cloud, when moving from the sensor to the As it is switched electronically, the curtain already drives a fully activated air curtain finds that causes dilution below dangerous concentrations.

Die kurzen Eigenzeiten des Luftvorhanges gestatten es deshalb, nur die Segmente des Vorhangs dann zu aktivieren, wenn auch tatsächlich eine Schwergaswolke in gefährlichen Konzentrationen an diesen Segmenten vorliegt und er gestattet es auch weiterhin, den Vorhang wieder abzuschalten, wenn die Konzentration einen vorgegebenen kritischen Wert unterschreitet. Dadurch wird die Luftmasse des Druckluftspeichers weniger beansprucht, da die Speicherung großer Luftmassen sehr aufwendig ist. Zusätzlich gestattet die Segmentie rung und die Schnelligkeit des Einschaltvorgangs nur den Bereich der Anlage mit einem Vorhang zu betreiben, der auch tatsächlich von einer Schwergaswolke betroffen ist. Dadurch wird die Aktivierung des Teils eines Gesamtluftvorhanges eingespart, an denen keine gefährlichen Gaskonzentrationen auftreten. Der Luftvorhang kann also selektiv an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Das steht ganz im Gegensatz zu den gebräuchli chen Wasser- und Dampfvorhängen, die zeitlich träger sind und deshalb im Ganzen betrie ben werden müssen.The short idle times of the air curtain therefore allow only the segments of the Activate the curtain when a heavy gas cloud is actually in dangerous Concentrations at these segments is present and it continues to allow the Turn the curtain off again when the concentration reaches a predetermined critical value falls below. As a result, the air mass of the compressed air reservoir is less stressed because the storage of large air masses is very complex. In addition, the segmentation allows and the speed of the switch-on process only the area of the system with one Operate curtain that is actually affected by a heavy gas cloud. Thereby the activation of the part of a total air curtain is saved, on which none dangerous gas concentrations occur. The air curtain can therefore be selectively connected to the be adapted to specific requirements. This is in complete contrast to the common ones Water and steam curtains that are slower in time and therefore operated as a whole need to be practiced.

Sowohl die zeitliche als auch die räumliche Beschränkung, also das selektive Vorgehen, gestattet es deshalb, mit einem außerordentlich geringerem Luftspeicher zur effektiven Schwergasverdünnung auszukommen.Both the temporal and the spatial limitation, i.e. the selective approach, therefore allows it to be effective with an extremely low air storage Heavy gas dilution.

Die benötigte kurze Zeitspanne bis zur vollständigen Funktionsfähigkeit eines oder mehrerer Segmente wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß zwei parallel liegende anstatt einem Versorgungsrohr eingesetzt werden. Das eine Rohr ist stark segmentiert und mit einem elektronisch gesteuerten Ventil pro Segment mit dem parallelen druckführenden Rohr verbunden, wobei das druckführende Rohr konstant gehaltenen Druck unabhängig vom Druckspeicher hat. Werden durch die Schwergaswolke allerdings mehrere Segmente gleich zeitig eingeschaltet, so soll der treibende Druck sowie die Stärke des Vorhanges und damit auch die Masse der in die Schwergaswolke einzumischenden Luft sinken. Der Druck im Versorgungsrohr soll also auch durch einen begrenzten Zuflußquerschnitt gesteuert werden, derart, daß beim Zuschalten von zwei Segmenten oder mehreren Segmenten die Flußstärke aus den Einzelsegmenten sinkt. Die Begründung hierfür ist, daß bei vorgegebener Quell starke der Freisetzung eine breitere Schwergaswolke einen kleineren Massenfluß pro laufenden Meter Luftvorhang haben muß als eine schmale. Der Druck an der Düse betrage normalerweise bei einem aktivierten Segment p, bei n aktivierten Segmenten p/n.The short period of time required for one or more of them to be fully functional According to the invention, segments are solved in that two parallel ones instead of one Supply pipe can be used. One tube is strongly segmented and with one electronically controlled valve per segment with the parallel pressure pipe connected, the pressure-carrying pipe kept constant pressure regardless of Has accumulator. However, several segments become the same due to the heavy gas cloud switched on early, so should the driving pressure and the strength of the curtain and thus the mass of air to be mixed into the heavy gas cloud also decreases. The pressure in The supply pipe should also be controlled by a limited inflow cross-section, such that when two or more segments are switched on, the flux strength decreases from the individual segments. The reason for this is that given the source strong the release of a wider heavy gas cloud a smaller mass flow per must have running meters of air curtain as a narrow one. The pressure at the nozzle is normally with an activated segment p, with n activated segments p / n.

Aus den aufgeführten Gründen folgen Anforderungen sowohl für die Schwergassensoren als auch für die Druckluftventile. Die Ventile müssen in beiden Richtungen (An- und Ab schaltung) schnell schaltend sein. Die Sensoren müssen ebenfalls schnell in der Signalabgabe sein, weitgehend driftfrei und nahezu fehlsicher.For the reasons listed follow requirements for both the heavy gas sensors as well also for the compressed air valves. The valves must be in both directions (on and off circuit) be fast switching. The sensors also have to transmit signals quickly be largely drift-free and almost fail-safe.

Der Druck im primären Druckluftversorgungsrohr muß über die gesamte Operationszeit des Luftvorhanges bei gleichbleibender Segmentzahl konstant gestaltet werden, unabhängig vom Druck im Druckluftspeicherbehälter. The pressure in the primary compressed air supply pipe must over the entire operating time of the Air curtain can be designed to be constant with the same number of segments, regardless of Pressure in the compressed air storage tank.

Die Schaltung der Druckluftventile zwischen primären Versorgungsrohren und Luftvorhang segmenten muß so gestaltet sein, daß die Abschaltung (möglichst als Parameter verstellbar) zeitverzögert erfolgt, so daß der Vorhang nicht an- und abgeschaltet wird durch natürliche Fluktuationen innerhalb der Schwergaswolke, sondern wirklich durch das Absinken der mittleren Konzentration der Schwergaswolke. Die Zeitverzögerung sollte sich nach den charakteristischen Turbulenzspektren der Schwergaswolke richten.The connection of the compressed air valves between the primary supply pipes and the air curtain segments must be designed so that the shutdown (if possible adjustable as a parameter) is delayed so that the curtain is not switched on and off by natural Fluctuations within the heavy gas cloud, but really due to the drop in the medium concentration of the heavy gas cloud. The time delay should vary according to the direct characteristic turbulence spectra of the heavy gas cloud.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 5 gezeigt.Embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 5.

Die Fig. 1 erläutert eine mögliche Verschaltung eines Einzelluftsegmentes (Düsenrohres) 1 mit der Länge 1 eines gesamten Luftvorhanges. In dem Segment sind die Austrittsöffnungen 2 im Abstand x angeordnet. Das Versorgungsrohr 3, das parallel zum Sprührohr läuft, steht ständig unter einem konstant gehaltenen Druck. Dieser Druck wird im Falle eines Störfalles über ein Ventil 4, durch den bzw. die Sensoren vor dem jeweiligen Luftvorhangsegment gesteuert, auf das Sprührohr geschaltet. Das Ventil schließt nach Unterschreiten einer vorgegebenen Schwergaskonzentration. Fig. 1 illustrates a possible arrangement of a single air segment (nozzle pipe) 1 by the length 1 of a total air curtain. The outlet openings 2 are arranged at a distance x in the segment. The supply pipe 3 , which runs parallel to the spray pipe, is constantly under a constant pressure. In the event of a malfunction, this pressure is switched to the spray tube via a valve 4 , controlled by the sensor or sensors in front of the respective air curtain segment. The valve closes after falling below a predetermined heavy gas concentration.

Zur Erläuterung der Funktion sind in Fig. 2 die Verhältnisse an einer Einzelluftdüse darge stellt. Die Luft strömt aus dem Düsenrohr (Einzelluftsegment) 1 durch die Austrittsöffnung 2 in Richtung der Schwergaswolke 5. Die Geschwindigkeit v im Strahl entspricht in guter Näherung einer Gaußverteilung. Durch den Luftvorhang mit der Länge L_s (Distanz zwischen Boden und Düse) wird im Verdünnungsbereich 6 Luft in die Schwergaswolke eingemischt und hinter dem Luftvorhang 7 Konzentrationen unterhalb ihrer unteren Explosionsgrenze erzeugt.To explain the function in Fig. 2, the conditions at a single air nozzle Darge provides. The air flows out of the nozzle tube (individual air segment) 1 through the outlet opening 2 in the direction of the heavy gas cloud 5 . The velocity v in the beam corresponds to a good approximation to a Gaussian distribution. The air curtain with the length L _s (distance between the floor and the nozzle) mixes 6 air into the heavy gas cloud in the dilution zone and 7 concentrations below the lower explosion limit are generated behind the air curtain.

In der Fig. 3 ist eine mögliche Verschaltung des Gesamtvorhanges einschließlich Druckluft speicher mit Druckregeleinrichtung 62 zur Steuerung einer Pumpe sowie einer Druckanzeige für den Druckbehälter mit Alarm 71 dargestellt. Der Druck im Versorgungsrohr wird mit der Druckregeleinrichtung 61 geregelt. Die Ankopplung der Segmente 41 bis 4N an das Versorgungsrohr erfolgt über Ventile mit Statusüberwachung 51 bis 5N. Die Konzentra tionsmeßstellen 11 bis 12N werden mittels eines Zweipunktreglers 31 bis 3N sowie einer Oder-Verknüpfung 21 bis 2N mit der Druckregeleinrichtung 81 verbunden, die einen Düsenbetriebsdruck in Abhängigkeit von der Anzahl der zugeschalteten Segmente einstellt.In Fig. 3, a possible connection of the entire curtain including compressed air reservoir with pressure control device 62 for controlling a pump and a pressure display for the pressure vessel with alarm 71 is shown. The pressure in the supply pipe is controlled by the pressure control device 61 . The coupling of the segments 41 to 4 N to the supply pipe takes place via valves with status monitoring 51 to 5 N. The concentration measuring points 11 to 12 N are connected to the pressure control device 81 by means of a two-point controller 31 to 3 N and an OR link 21 to 2 N. , which sets a nozzle operating pressure depending on the number of connected segments.

Fig. 4 zeigt die räumliche Gesamtdarstellung des Luftvorhanges der Länge L_v mit einem Versorgungsrohr 3, den über ein Ventil 4 angeschlossenen Segmenten 1 und die im Abstand x_s zum Luftvorhang über dem Boden angebrachten Schwergassensoren 8. FIG. 4 shows the overall spatial representation of the air curtain of length L _v with a supply pipe 3 , the segments 1 connected via a valve 4 and the heavy gas sensors 8 attached at a distance x _s to the air curtain above the floor.

Fig. 5 erläutert die Hystereseeigenschaft des Schwergassensors bzw. des Reglers bei einem willkürlichen Konzentrationsverlauf 9, der bei Überschreiten von 50% der unteren Ex plosionsgrenze (UEG) zum Zeitpunkt t₁ den Vorhang zuschaltet (Status 1) und bei t₂ ab schaltet (Status 0), so daß hier die Operationsdauer t₂-t₁ beträgt (Statusverlauf 10). Das Abschalten bei t₂ sollte zeitlich träge mit einer Verzögerung Δt erfolgen, um den Luft vorhang nicht durch natürliche Fluktuationen innerhalb der Schwergaswolke an- und ab zuschalten. Fig. 5 explains the hysteresis property of the heavy gas sensor or the controller at an arbitrary concentration curve 9 , which switches on the curtain (state 1) and switches off at t₂ (state 0) at time t 1 when 50% of the lower explosion limit (LEL) is exceeded. , so that here the duration of the operation is t₂-t₁ (status history 10). Switching off at t₂ should be slow with a delay Δt so that the air curtain does not switch on and off due to natural fluctuations within the heavy gas cloud.

literature

Barth, U.; Hartwig, S.:
Großskalige Experimente und Untersuchungen zur erzwungenen Dispersion von freigesetzten Schwergaswolken durch Dampfvorhänge in Industrieanlagen. Abschlußbericht des BMFT, Wuppertal: 1989
Heudorfer, W.; Hartwig, S.; Barth, U.:
Untersuchungen über Möglichkeiten und Nutzen des Einsatzes von Systemen zur Erzeugung der erzwungenen Dispersion bei Freisetzung von potentiell gefährlichen Stoffen aus technischen Industrieanlagen und dessen Modellierung. Abschlußbericht des BMFT, Wuppertal: 1986.Barth, U .; Hartwig, S .:
Large-scale experiments and studies on the forced dispersion of released heavy gas clouds through steam curtains in industrial plants. Final report of the BMFT, Wuppertal: 1989
Heudorfer, W .; Hartwig, S .; Barth, U .:
Studies on the possibilities and benefits of using systems to generate the forced dispersion in the release of potentially dangerous substances from technical industrial plants and its modeling. Final report of the BMFT, Wuppertal: 1986.

Claims

1.Air curtain system to reduce damage in the event of an accidentally released heavy gases for diluting the gases outside of closed rooms, consisting of a nozzle tube surrounding the danger area ( Fig. 4/1), heavy gas detectors ( Fig. 4/8), pressure control device ( Fig. 3/61 ) and compressed air storage (see. Fig. 3) or compressed air source (see. Fig. 3), characterized in that a nozzle tube is divided into segments by closure devices ( Fig. 1/1) and each seg ment can be operated individually with the spray direction according to below ( Fig. 2).

2. Air curtain system according to claim 1, characterized in that the segments of the air curtain consist of individual nozzle tubes ( Fig. 1/1).

3. Air curtain system according to claim 1 and 2, characterized in that the spray is directed upwards.

4. Air curtain system according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that each air curtain segment consists of one or more concents tration sensors is controllable.

5. Air curtain system according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that a supply line ( Fig. 1/3) is arranged parallel to the air curtain segments, which is constantly under the predetermined feed pressure.

6. Air curtain system according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the nozzle operating pressure as a function of the number of operated level segments is adjustable.

7. Air curtain system according to one or more of claims 1 to 4, characterized characterized that a shutdown after falling below a concentration limit on the sensor or on the sensors is delayed.