NO834209L - Flammestoppende innretning med poroes membran - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår flammestoppende innretninger

som er istand til å registrere oppstrømstilbakeslag i en strøm av brennbar gass mens de tillater gassen å strømme nedstrøms.

Spesielt angår den flammestansende innretninger med en slik evne når det er innarbeidet i et system som inneholder en detonerbar gass.

Flammestansende innretninger som vil holde tilbake flammefrem-skriden i en strømningspassasje inneholdende brennbare, men ikke nødvendigvis detonerbare, gassblandinger er kjente. Slike tidligere kjente innretninger er vanligvis tilpasset å virke effek-tivt og sikkert kun ved relativt lave trykk, f. eks. ved eller nær omgivelsestrykk. I systemet slik som de som benyttes for detonering av eksplosiver eller for gassflammeavskjæring, som er avhengig av kontrollert frigivelse av kjemisk energi i omgivel-ser under trykk, er de egnede flammestansende innretninger ikke egnet.

I henhold til oppfinnelsen blir en effektiv flammestansende innretning istand til å hold tilbake oppstrøms tilbakeslag i et system inneholdende en potensielt detonerbar gass under positivt trykk og omfattende et flammestanserhus med en oppstrømsinngangs-åpning, en nedstrømsutgangsåpning og en strømningspassasje fra inngangsåpningen til utstrømsåpningen, i kombinasjonkarakterisert veden indre brønn i passasjen, en membranholdende vegg som strekker seg fra oppstrømsenden av huset rundt inngangsåpningen og nedstørms til brønnen og som danner en gasstett tetning ved oppstrømsenden av huset rundt innløpsåpningen, idet den membranholdende vegg har en utvendig diameter som er mindre enn den for den overfor liggende innvendige overflate av brønnen og definer er et forstørret rom i passasjen mellom den membranholdende vegg og den innvendige overflate av børnnen; og en gasspermabel flammeresistent porøs membran anordnet i forstørrede rom og med sin periferi sikret i gasstett forbindelse ved den membranholdende vegg ved oppstrøms ende av huset idet membranen befinner seg i an avstand fra veggoverflaten i rommet hvorved det sistnevnte er delt i et nedstrøms og et oppstrøms strømningsskap som er isolert fra hverandre bortsett fra gjennom de gasspermeable poler i membranen og respektivt er forbundet med oppstrøms-og utløpsåpningen via størmningspassasjen.

Den permeable membran er fortrinnsvis formet som en omvendt kopp med sin oppstrømsvenvende åpne ende festet til den membranholdende vegg. Sin foretrukne utførelsesform er den flammestansende innretning innarbeidet i et eksplosjonssystem og en tenningsinnretning er innarbeidet i huset i avtenningsforbindelse med strømningspassasjen nedstrøms membranen.

Brukt i ikke-elektriske spregningssystemer som anvender detonerbare gasser vil den flammestansende innretning, heretter kalt flammearrestor ifølge oppfinnelsen motstå gjentatt bruk under store belastninger men fremdeles bibeholde sin fleksibilitet og sikkerhet mot kjemisk aktiverng og krever ikke rejustering etter at det har inntrådt tilbakeslag. Fordi det forstørrede rom i strømningspassasjen både eksponerer et vesentlig areal av den permeable membran og er av begrenset tverrsnitt eller "dybde", tillater den gass å passere i retning nedstrøms gjennom den po-røse membran mens membranbarrierens integritet og styrke bibe-holdes overfor gjentatt stansing av oppstrømsrettet tilbakeslag i systemer som medfører vesentlige pretenningsgasstrykk.

Oppstrøms strømningsgapet i det forstørrede rom rundt den gasspermeable membran er gjennom inngangsåpningen forbundet med en gasskilde oppstrøms arrestoren. Et sprengningssystem som benytter en slik innretning aktiveres henholdsvis ved tennings- midler anordnet nedstrøms den flammemotstandsdyktige gasspermeable membran uten fare for oppstrøms tilbakeslag etter en opp-startende føring av gassen i positivt trykk gjennom arrestorinnretningen og en dermed forbundet rørledning til bruksstedet.

Figur 1 illustrerer skjematisk en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse der flammearrestoren 10 er innarbeidet i en serie i det vesentlige kjemisk aktiverte eksplosiv detonator systemer som benytter en tenningsinnretning 24, (slik som en tennplugg innarbeidet i huset til arrestoren 10) i elektrisk avtenningsforbindelse med en strømningspassasje som strekker seg nedstrøms en porøs metallmembran 18, og en strømningsåpning 22 nedstrøms membranen 18, og deretter gjennom en utløpsåpning 26. En forbindelse 12a strekker seg til en eller flere fjerntliggende sprengningshull 28 inneholdende ikke-elektriske fenghetter 30 mellom forbindelsen og hovedeksplosiv chargen 32.

Et system som beskrevet i fig. 1 uten tenningsinnretningen 24

og sprengningsinnstallasjonene 28, 30 og 32, kan benyttes for andre trykkgassanvendelser som kan være offer for tilbakeslags problemer slik som et gassflammeskjæresystem der tenningspunktet og punktet for blanding med oksyderende gass befinner seg ved en dyse nær skjæreflammen. Figur 2 er et lengdesnitt av en flammearrestor av den generelle type som skjematisk er vist i fig. 1. Figur 3 er et tverrsnitt av en flamme-arrestor 10 langs linjen 3-3 i fig. 2.

Under ytterligere henvisning til fig. 1 benyttes flamme-arrestoren 10 for å stanse oppstrøms tilbakeslag i et eksplosiv-detoner-ingssystem som benytter en detonerbar gass og tenningsinnretninger. For slike formål omfatter brennstoffet og oksydasjons-gassene hensiktsmessig et brennstoff slik som hydrogen og et oksydasjonsmiddel slik som oksygen, oppnådd fra mateinnretning-er A og B gjennom ventiler 14 og dertil hørende strømningspass-as jer som nevnt ovenfor.

Detonasjonshastigheten eller reaksjonsbølgen gjennom en rørled-ning 12A avhenger av arten og andelen av brennstoff og oksydasjonsmiddel i den detonerbare gassblanding og fortenningstrykk-et som holdes i systemet. En raksjonshastighet på ca. 2.450 m/ sek. er imidlertid generelt funnet aksepterbar for formålet kontrollert detonasjon.

Forberedelsen for detonasjon i systemet i fig. 1 inkluderer vanligvis en første trykkprøving med henblikk på blokkering med en inertgass fra en ikke vist kilde fulgt av chargering av dona-toren ved å tilmåle oksygen fra tanken A og et brennstoff slik som hydrogen og/eller en hydrokarbonblanding fra tanken B gjennom ventilen 14 og strømningspassasjen 12 til inngangsåpningen 16 i flamme-arrestoren.

Flamme-arrestoren inneholder en gasspermeabel flammeresistent porøs membran 18, anbragt mellom oppstrøms- og nedstrømsregioner eller gap 22 og 20. Den detonerbare gassblanding passerer gjennom membranen 18 under trykk og ledes av det økede strømnings-areal rundt membranen tilveiebragt av gapene 20 og 22.

Den detonerbare gassblanding beveger seg så forbi tenningsinnretningen 24 og trer ut av arrestorinnretningen via åpningen 26. Etter at blandingen har forlatt arrestoren fylles forbindelsen 12A gjennom ikke viste forbindelsesledninger til ikke viste hovedledninger som fører til det ønskede antall fjernere beligg-ende sprengningshull 28, til fenghetter 30 og hovedeksplosiv charger 32 som beskrevet overfor.

Under ytterligere henvisning til fig. 2 er det der vist i større detalj en kombinert arrestor-tenner 10 som omfatter et arrestor-

hus 34 med en oppstrøms inngangsåpning 58 og et indre rom 40,

en nedstrøms utløpsåpning 60, en gasstrømningspassasje 66 fra inngangsåpningen 60 til det indre rom 40 og et tenningshus.62 inneholdende ikke viste tenningsanordninger med en ikke vist gjenget åpning mot husets gasstrømningspassasje for montering av en tenningsinnretning slik som en tennplugg, samt avstands-innretninger i form av en "anleggsknast" 56. Arrestoren omfatter videre en membranholder 36 omfattende en membranholdende stamme eller vegg 46 og en utvendig gjenget flens 42 fast med innløpsåpningen og det indre rom 40 i gasstett forbindelse ved oppstrømsenden av arrestorhuset. Membranholderen 4 6 har en utvendig diameter som er mindre enn den til den overfor liggende innvendige overflate av rommet 40 og definerer et forstørret rom i passasjen mellom membranholderen og den innvendige overflate av rommet.

En gasspermeabel flammemotstandsdyktig porøs membran 38 som kan være formet som vist som en omvendt kopp, er anbragt idet for-størrede rom. Periferien ved den åpne ende eller leppe 50 er festet ved 48 i gasstett forbindelse med membranholderen 46 ved oppstrømsenden av arrestorhuset. Den holdes i possisjon i det forstørrede rom ved hjelp av periferien og "avstandsknasten" 56 slik at den befinner seg i en viss avstand fra de indre og ytre overflater av rommet hvorved dette deles i to separate strømnings gap, et første eller nedstrømsgap 54, nedstrømsmembranen 38 og isolert fra et andre strømningsgap 52 oppstrøms membranen og isolert fra det første gap bortsett fra gjennom de gasspermeable porer i membranen. Det er forbundet med nedstrømsutløpsåpningen 60 i arrestorhuset via gasstrømningspassasjen 66 i huset 34.

Det andre gap 52, oppstrøms membranen 38, er vist via strømnings-passasjen 64 som dannes av den innvendige vegg 36 forbundet med innløpsåpningen 58. En hensiktsmessig anordnet ikke vist gasskilde oppstrøms arrestorhuset kan være forbundet med innløpsåp-ningen. "Tykkelsen" av det første og andre gap er avstanden fra membranen 38 til den indre overflate av huset og til den ytre overflate av veggen 36.

Fig. 3 i kombinasjon med fig. 2 viser ytterligere en hensiktsmessig men ikke fastlagt sylindrisk form av huset 34 og membran-holdeveggen eller stammen 46 og den foretrukne "kopp" form for den porøse membran 38. Generelt sagt tjener massen og den gode ledningsevnen for flammearrestorhuset og membranholdeinnretnin-gen til å beskytte disse fra varmen ved tilbakeslag og tillater derved anvendelse av relativt lavsmeltende og lett maskinbearbeid-bare metaller slik som messing og kobber, såvel som de vanlige rustfrie og karbonstål. Dette er imidlertid ikke tilfelle med den porøse membran 38, spesielt når denne består av fine partikk-elformige metallpartikler (med en størrelse på f. eks. 3-5 ym, slik man finner i et mikrofilter. I dette tilfelle er bruken av rustfritt stål eller tilsvarende materiale nødvendig for å unngå varmeskade. Et eksempel på et slikt materiale er et rustfritt stålmikrofilter bestående av et antall fine metallpartikler av den type som fremstilles av Mott Metallurgical Company (Farmington, Connecticut, USA) under identifiseringskoden 120-0. 678-0.573-0.840-5, der smeltepunktet for de rustfrie stålpar-tikler er tilstrekkelig høyt til å kompensere for liten masse og relativt lav varmeledningsevne.

Som tidligere nevnt er tykkelsen eller "dybden" for hvert av

de første og andre gap 54 og 52 av funksjonell betydning idet varme- og tilbakeslagsmotstandsevnen og den generelle varighet ikke nødvendigvis er forenelige med membranens gasspermeable egenskaper. Det er imidlertid funnet at individuelle gapdybder på opptil 20 mil, fortrinnsvis 5 til 20 mil, tillater den nød-vendige gasstrømningshastighet uten på ugunstig måte å påvirke flamme-arrestor egenskapene for en sintret rustfri stålmembran med en porestørrelse på ca. 2,5 til 25 ym idet den mindre størr-else er foretrukket, kommensurat med en ønsket strømningshastig-het, når høye fortenningsgasstrykk benyttes.

Claims (9)

1. Flamme-arrestor for å stanse oppstrøms tilbakeslag i et system inneholdende en potensielt detonerbar gass under trykk omfattende et arrestorhus med en oppstrøms inriløps-åpning, en nedstrøms utløpsåpning og en strømningspassasje fra innløpsåpningen til utløpsåpningen, i kombinasjon karakterisert ved en indre husutsparing i passasjen, med en membranholdende vegg som strekker seg fra oppstrømsenden av huset rundt innløpsåpningen og ned-strøms inn i husutsparingen under dannelse av en gasstett pakning ved oppstrømsenden av huset rundt innløpsåpningen, idet den membranholdende vegg har en utvendig diameter mindre enn den til den overforliggende innvendige overflate av husutsparingen under _def inisj_on _av_et_ forstørret rom i strømningspassasjen mellom den membranholdende vegg og den innvendige overflate av husutsparingen; og en gass-permeabel flammemotstandsdyktig porøs membran anordnet i nevnte for-størrede rom og med sin periferi festet i. gasstett forbindelse med den membranholdende vegg ved oppstrømsenden av huset idet membranet befinner seg i avstand fra veggover-flatene i rommet hvorved dette deles i en nedstrøms- og oppstrømsgap som er isolert fra hverandre bortsett fra gjennom de gasspermeable porer i nevnte membran og henholdsvis er forbundet med oppstrøms utløpsåpningen og nedstrøms-utløpsåpningen via strømningspassasjen.

2. Flamme-arrestor ifølge krav 1, karakterisert ved at den permeable membran er tilformet lik en omvendt kopp ved sin oppstrøms vendte ende er festet til den membranholdende vegg.

3. Flammearrestor ifølge krav 1 , karakterisert ved at enden av membranen adhesivt er festet til den membranholdende vegg.

4. Flamme-arrestor ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den membranholdende vegg er sylindrisk.

5. Flamme-arrestor ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at dybden av oppstrøms- og nedstrømsstrøm-ningsgapene ikke individuelt overskrider ca. 2 0 mil.

6. Flamme-arrestor ifølge krav 3, karakterisert ved at membranen omfatter et varmemotstandsdyktig metall som er permabelt for en blanding av brennstoff og oksygen-gass og at den individuelle dybde for hvert strømningsgap ligger innen området ca. 5 til 2 0 mil.

7. Flamme-arrestor ifølge krav 4, karakterisert ved at membranen omfatter gasspermeabelt sintret rustfritt stål med en porestørrelse på ca. 2,5 til 25 ym.

8. Flamme-arrestor ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at arrestoren er innarbeidet i en sprengningssystem for detonering av eksplosiver ved tenning av en detonerbar gass.

9. Flamme-arrestor ifølge krav 6, karakterisert ved at huset videre omfatter en tenner anordnet i en innvendig gjenget portåpning i strømningspassasjen.