Evaluation of the Effectiveness of Active HRD Systems for Dust Explosion Suppression in a Technology Demonstrator System

• Autorzy: Lesiak Piotr , Bąk Damian , Małozięć Daniel , Grabarczyk Marcin , Kołaczkowski Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.12845/sft.53.1.2019.3

Warianty tytułu

PL

Ocena skuteczności tłumienia wybuchu pyłowego w układzie demonstratora przez aktywny system HRD

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Purpose: This paper presents the operation of an active dust explosion (HRD, high rate discharge) suppression system in a confined space. Design and methods: The study involved tests of the developed fire protection system for suppressing dust explosions. The work was carried out under the project entitled “Innovative explosion protection technologies, including for highly protected facilities” No. DOBR-BIO4/052/13073/2013 at the Scientific and Research Centre for Fire Protection in Józefów. A test station designed and constructed to meet the prerequisites of the PN-EN 14034 series of standards was designed for testing. The test equipment consisted of a closed roughly spherical chamber with a volume of 1 m3, an ignition system, a system producing a dust-air atmosphere, and a pressure change detection system. Inside the sphere, a dust-air mixture of a certain concentration was obtained in a reproducible manner. The station was armed with a dust explosion suppression system consisting of: – 5 dm3 fire extinguisher tank containing pressurized fire-extinguishing powder, – a diffusing nozzle, – an explosion detection system. The operation of the extinguishing system is based on the early detection of changes in the explosion pressure of the dust-air mixture, the processing of the signal, and the release of the extinguishing agent inside the apparatus in order to interrupt the explosion process at the earliest possible stage of its development. Results: On the basis of the conducted experiments, it can be concluded that the HRD system effectively interrupts explosive combustion for dust with a Kst ≤ 100 bar · m/s. For the examined potato starch dust, the system significantly reduced the explosion pressure to an acceptable value. The system is also characterised by a short reaction time, and the discharge of the extinguishing powder takes place in less than 100 ms, which is a satisfactory value. Conclusions: The tests were carried out for potato starch and lycopodium. The phenomenon of explosive combustion occurring in the mixture of lycopodium and air is characterised by greater dynamics, compared to starch. This difference allowed to identify the limitation of extinguishing dust explosions in small cubic capacity areas. In addition, research identified issues related to the source of ignition in the form of pyrotechnical heads, the use of which requires the setting of a high-pressure threshold activating the HRD system. This results in a delayed system reaction in the event of ignition of high Kst dust mixtures.

PL

Cel: Celem artykułu jest przedstawienie działania aktywnego systemu tłumienia wybuchów pyłowych (nazwanych HRD od ang. high rate discharge) w przestrzeni ograniczonej. Projekt i metody: W ramach badań przeprowadzono testy wytworzonego systemu gaśniczego do tłumienia wybuchów pyłowych. Prace zostały wykonane w ramach projektu pt. „Innowacyjne technologie zabezpieczeń przed wybuchem, w tym obiektów szczególnie chronionych” nr DOBR-BIO4/052/13073/2013 w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpożarowej w Józefowie. Do badań zaprojektowano i wykonano stanowisko spełniające założenia serii norm PN-EN 14034. Urządzenie badawcze składa się z zamkniętej komory kształtem zbliżonej do kuli o objętości 1 m3 oraz układów: zapłonowego, tworzenia atmosfery pyłowo-powietrznej, detekcji zmian ciśnienia. Wewnątrz sfery uzyskiwano w powtarzalny sposób mieszaninę pyłowo-powietrzną o określonym stężeniu. Stanowisko uzbrojono w system tłumienia wybuchów pyłowych zawierający: – zbiornik gaśnicy o objętości 5 dm3 zawierający proszek gaśniczy pod ciśnieniem, – dyszę rozpraszającą, – system wykrywania wybuchu. Działanie systemu gaśniczego opiera się na wczesnym wykryciu zmiany ciśnienia wybuchu mieszaniny pyłowo-powietrznej, przetworzeniu sygnału oraz wyzwoleniu środka gaśniczego do wnętrza aparatu w celu przerwania procesu wybuchu w jak najwcześniejszej fazie jego rozwoju. Wyniki: Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów można stwierdzić, że system HRD skutecznie przerywa spalanie wybuchowe dla pyłu o Kst ≤ 100 bar · m/s. Dla przebadanego pyłu skrobi ziemniaczanej system znacznie redukuje ciśnienie wybuchu do wartości akceptowalnej. Układ charakteryzuje się także krótkim czasem reakcji, a wyładowanie proszku gaśniczego następuje w czasie poniżej 100 ms, co jest wartością satysfakcjonującą. Wnioski: Badania przeprowadzono dla skrobi ziemniaczanej i likopodium. Zjawisko spalania wybuchowego zachodzące w mieszaninie likopodium i powietrza charakteryzuje się większą dynamiką niż w przypadku skrobi. Różnica ta pozwoliła na zidentyfikowanie ograniczenia, jakim jest gaszenie wybuchów pyłowych w niewielkiej kubaturze. Ponadto w badaniach zidentyfikowano problematykę związaną z zastosowanym źródłem zapłonu w postaci główek pirotechnicznych, których zastosowanie narzuca konieczność nastawienia wysokiego progu ciśnienia aktywującego system HRD. Skutkuje to opóźnioną reakcją systemu w przypadku zapłonu mieszanin pyłowych o wysokiej wartości parametru Kst.

Słowa kluczowe

EN

HRD; explosion suppression system; dust explosion

PL

HRD; system tłumienia wybuchu; wybuch pyłu

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Safety & Fire Technology
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 53, iss. 1
• Strony: 46--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Lesiak Piotr

• Scientific and Research Centre for Fire Protection-National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Bąk Damian

• Scientific and Research Centre for Fire Protection-National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Małozięć Daniel

• Scientific and Research Centre for Fire Protection-National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Grabarczyk Marcin

• NASK – Research and Academic Computer Network – National Research Institute / Naukowa i Akademicka Sieć Komputerowa Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kołaczkowski Andrzej

• „ Anko” Przedsiębiorstwo Produkcyjno- Usługowe Andrzej Kołaczkowski

Bibliografia

• [1] Moore P.E., Suppressants for the control of industrial explosions, “Journal of Loss Prevention in the Process Industries” 1996, 9, 1, 119–123, https://doi.org/10.1016/0950-4230(95)00045-3.
• [2] Taveau J., Vingerhoets J., Suppression of metal dust deflagrations, „Journal of Loss Prevention in the Process Industries” 2015, 36, 244–251, https://doi.org/10.1016/j.jlp.2015.02.011.
• [3] Sun Y., Yuan B., Chen X., Li K., Wang L., Yun Y., Fan A., Suppression of methane/air explosion by kaolinite-based multi-component inhibitor, „Powder Technology” 2019, 343, 279–286, https://doi.org/10.1016/j. powtec.2018.11.026.
• [4] Song Y., Zhang Q., Quantitative research on gas explosion inhibition by water mist, „Journal of Hazardous” 2019, 363, 16-25, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.09.059.
• [5] Oleszczak P., Klemens R., Mathematical modelling of dust–air mixture explosion suppression, „Journal of Loss Prevention in the Process Industries” 2006, 19(2–3), 187–193, https://doi.org/10.1016/jjlp.2005.05.013.
• [6] Wang B., Rao Z., Xie Q., Wolański P., Rarata G., Brief review on passive and active methods for explosion and detonation suppression in tubes and galleries, „Journal of Loss Prevention in the Process Industries” 2017, 49, Part B, 280–290, https://doi.org/10.1016/j.jlp.2017.07.008.
• [7] Klemens R., Szatan B, Gieras M., Wolański P., Maranda P., inni, Suppression of dust explosions by means of different explosive charges, „Journal of Loss Prevention in the Process Industries” 2000, 13, 265–275, https://doi.org/10.1016/s0950-4230(99)00050-9.
• [8] Klemens R., Gieras M., Kalużny M., Dynamics of dust explosions suppression by means of extinguishing powder in various industrial conditions, „Journal of Loss Prevention in the Process Industries” 2007, 20, 664–674, https://doi.org/10.1016/j.jlp.2007.04.021. Safety & Fire Technology 65
• [9] Gieras M., Klemens R., Effectiveness of an active dust and gas explosion suppression system, „Journal of Power Technologies” 2012, 92 (1), 1–11.
• [10] Barton J., Dust explosion prevention and protection: A practical guide, Gulf Professional Publishing 2002, https://doi.org/10.1021/op020041a.
• [11] Eckhoff R. K., Dust explosions in the process industries, Elsevier Science, 2003.
• [12] Bartknecht W., Explosions, Course, prevention, protection, Springer Verlag, Berlin – Heidelberg – New York 1981.
• [13] Bartknecht W., Dust explosions, Course, prevention, protection, Springer Verlag, Berlin – Heidelberg – New York 1989.
• [14] Cross J., Farrer D., Dust explosions, Plenum Press, New York 1982, https://doi.org/10.1007/978-1-4615-6869-8_7.
• [15] Eckhoff K., Dust explosions in the process industries, 3-th edition, Elsevier Science, 2003, https://doi.org/10.1016/b978-075067602-1/50003-2.
• [16] Abbasi A., Dust Explosions-Cases, causes, consequences and control, Center for Pollution Control and Energy Technology, Pondicherry University, Pondicherry 605014, India, 2006.
• [17] Siwek R., 2nd WORLD SEMINAR on the Explosion Phenomenon and on the Application of Explosion Protection Techniques in Practice, European Institute for Explosion Safety and Related Risks, 1996.
• [18] PN-EN 14034-1+A1:2011 – Oznaczanie charakterystyk wybuchowości obłoków pyłu. Część 1: Oznaczanie maksymalnego ciśnienia wybuchu Pmax obłoków pyłu.
• [19] PN-EN 14034-2+A1:2011 – Oznaczanie maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt)max obłoków pyłu.
• [20] PN-EN 14373:2006 – Systemy tłumienia wybuchu.