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There is a general lack of information on the effects of full-bore obstacles on combustion in the literature, these obstacles are prevalent in many applications and knowledge of their effects on phenomena including burning rate, flame acceleration and DDT is important for the correct placing of explosion safety devices such as flame arresters and venting devices. In this work methane, propane, ethylene and hydrogen-air explosions were investigated in an 18 m long DN150 closed pipe with a 90 degree bend and various baffle obstacles placed at a short distance from the ignition source. After carrying out multiple experiments with the same configuration it was found that a relatively large variance existed in the measured flame speeds and overpressures, this was attributed to a stochastic element in how flames evolved and also how they caused and interacted with turbulence to produce flame acceleration. This led to several experiments being carried out for one configuration in order to obtain a meaningful average. It was shown that a 90 degree bend in a long tube had the ability to enhance flame speeds and overpressures, and shorten the run-up distance to DDT to a varying degree for a number of gases. In terms of the qualitative effects on these parameters they were comparable to baffle type obstacles with a blockage ratios of between 10 and 20%.
The method described in this paper enabled reliable and accurate positioning of an overdriven detonation by calculation of shock wave velocities (detonation and retonation) for hydrogen explosions in a closed 18 m long horizontal DN150 pipe. This enabled an empirical correlation between the ignition position and the run-up distance to DDT to be determined. It was shown that the initial ability of the flame to expand unobstructed and the piston-like effect of burnt gas expanding against the closed end of the tube contributed to initial flame acceleration and hence were able to affect the run-up distance to overdriven detonation. Flame speeds and rates of initial pressure rise were also used to explain how these two competing effects were able to produce a minimum in the run-up distance to DDT. The shortest run-up distance to DDT, relative to the ignition position, for this pipe and gas configuration was found when the ignition position was placed 5.6 pipe diameters (or 0.9 m) from the closed pipe end. The shortest run-up distance to DDT relative to the end of the pipe was recorded when the ignition source was placed 4.4 pipe diameters or 0.7 m from the pipe end.
Es wurden Druckentlastungsvorgänge in einem 5 m³ Autoklav mit einem L/D-Verhältnis von 1,14 nach der Zündung von Methan-Luft-Gemischen untersucht. Schwerpunkt der Arbeit war die Bestimmung der Explosionsdrücke, der zeitlichen Druckanstiege bzw. der KG-Werte und der reduzierten Explosionsdrücke in Abhängigkeit der Methankonzentration. Im geschlossenen Behälter wurden die Explosionsdrücke und zeitlichen Druckanstiege für Methan-Luft-Gemische mit Methankonzentrationen von 5,9 Vol-% bis 13,5 Vol-% ermittelt. Die Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung mit den Literaturwerten. Weiter wurden Druckentlastungsversuche mit einer kreisrunden Entlastungsfläche von 0,011 m² und einer Druckentlastungsfolie mit einem statischen Ansprechdruck von 1,94 bar durchgeführt. Hierbei wurden Gemische mit Methankonzentrationen von 5,9 Vol-% bis 14,3 Vol-% untersucht. Dabei zeigte sich, dass die vergleichsweise kleine Entlastungsfläche nur dann zu reduzierten Explosionsdrücken gleich dem statischen Ansprechdruck der Berstfolie führte, wenn die Methankonzentration ≤ 5,9 Vol-% oder ≥ 14,0 Vol-% betrug. Bei allen anderen untersuchten Methankonzentrationen führten die durch die Druckentlastung induzierten Turbulenzen zu einer Beschleunigung der Verbrennungsreaktion und zu Explosionsdrücken vergleichbar denen im geschlossenen Behälter.
Determination of deflagration venting requirements in chemical/process plants is usually carried out using well established standards employing an empirically based formula. However, this formula is shown to have severe shortcomings, especially in the range of low KG-values, where either negative or inconceivably large venting areas can be predicted. Due to these shortcomings a method has been developed using the efflux function for gases as a basis to predict the mass flow through a vent opening in a vessel during an internal explosion. The simulated rise in pressure due to the internal explosion is quantitatively determined from the KG-value, with the mass flow through the vent opening in the vessel resulting from the pressure difference between the vessel and its surroundings. This enables the maximum overpressure as a function of the pressure relief surface area to be predicted. The method takes into account the temperature of the efflux gases and turbulence enhancement brought about by the venting process. In the following paper explosion pressure relief experiments are described and the results from these experiments are compared to predictions from the efflux method. It is shown that by adjusting the assumed turbulence which evolves during the venting process, the reduced explosion pressure can be reasonably well reproduced.
Der Einsatz von Druckentlastungseinrichtungen bietet bei sachgemäßer Auslegung eine sehr gute Variante, Behälter im Falle einer Explosion des im Innenraum vorhandenen Gasgemischs vor einer Zerstörung zu schützen. Die Auslegung von Druckentlastungseinrichtungen für Behälter erfolgt unter Anwendung verschiedener Standards und erfordert verschiedene Kenngrößen der involvierten explosionsfähigen Gasgemische.
Diese werden jedoch in der Regel im Labormaßstab bestimmt und dann auf den Industriemaßstab übertragen.
Viele Einflussgrößen und insbesondere die bei der Druckentlastung einsetzenden Turbulenzen werden nicht berücksichtigt. Fehldimensionierungen der Druckentlastungseinrichtungen sind möglich. In einer Forschungskooperation zwischen der BAM und der BASF AG werden experimentelle Daten für verschiedene Gassysteme im Technikumsmaßstab ermittelt, die später zur Validierung geeigneter Berechnungsmethoden verwendet werden sollen. Erste Ergebnisse werden vorgestellt.