FR2725008A1

FR2725008A1 - Protection of reservoir against explosion risks e.g. for protecting liquid air in transport and storage

Info

Publication number: FR2725008A1
Application number: FR9411431A
Authority: FR
Inventors: Norbert Scherrer; Philippe Gulion
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2014-09-26
Also published as: FR2725008B1

Abstract

The device safely evacuates the reservoir, if required. It includes a combustion chamber (20) mounted on the safe evacuation device (18). This creates a mixture of combustible gases ejected through the device, together with a combustible agent, which is ignited (24). Thus the gas only escapes from the reservoir after burning. The combustible may with advantage be air, to form an air/gas mixture. The combustion chamber may be cylindrical in form, with evacuation of combustion products aided by an air entry venturi effect. Start of combustion may be signalled (30) by a thermal detector controlling a visual or sound alarm. An ejectable stopper (26), flexibly tethered (28) to the reservoir (10), may protect the igniter from deterioration, in the absence of combustion. The igniter may be catalytic.

Description

DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte à une amélioration des dispositifs de sécurité dont sont équipés les réservoirs pour le transport et le stockage de fluides comprimés ou liquéfiés ou plus généralement sous pression comme de l'air liquide.TECHNICAL AREA
The present invention relates to an improvement of the safety devices with which the tanks are equipped for the transport and storage of compressed or liquefied fluids or more generally under pressure such as liquid air.

ART ANTERIEUR
Certains gaz dangereux, comme l'hydrogène liquide ou le gaz naturel liquéfié, sont stockés et/ou transportés dans des réservoirs à double enveloppe sous vide qui en assure l'isolation. Mais, en cas de perte accidentelle du vide, suite à un accident routier ou une dégradation naturelle par exemple, cette isolation se dégrade et provoque une vaporisation intense du liquide contenu dans le réservoir entraînant une élévation de sa pression interne. Cest pourquoi, les réglementations tant française qu'étrangères prévoient qu'au cas où surviennent de telles surpressions, le volume de gaz en excès doit pouvoir être évacué. Des dispositifs d'évacuation de sécurité tels que des soupapes à ouverture rapide, des disques dc rupture ou tout autre dispositif analogue sont ainsi prévus pour protéger le réservoir contre ce risque.PRIOR ART
Certain dangerous gases, such as liquid hydrogen or liquefied natural gas, are stored and / or transported in vacuum jacketed tanks which insulate them. However, in the event of an accidental loss of vacuum, following a road accident or natural degradation, for example, this insulation degrades and causes intense vaporization of the liquid contained in the tank, causing its internal pressure to rise. This is why, both French and foreign regulations stipulate that in the event of such overpressures, the volume of excess gas must be able to be evacuated. Safety evacuation devices such as quick-opening valves, rupture discs or any other similar device are thus provided to protect the tank against this risk.

Toutefois, lorsque les gaz considérés présentent un grand risque explosion, comme par exemple le gaz naturel ou plus encore l'hydrogène, un dégazage accidentel peut être à l'origine d'une détonation qui peut être particulièrement dangereuse si les gaz s'échappant du réservoir se trouvent alors confinés dans un espace restreint. En effet, il peut être estimé que pour une citerne de 50m3 d'hydrogène liquide, le débit vaporisé est de l'ordre de 300 à 500g/s, ce qui peut entraîner un dégazage d'une durée de 1 à 2 heures avec émission éventuelle de gaz très froids et donc formation d'un nuage dérivant.Dans un environnement urbain, il est admis couramment que le risque d'explosion peut survenir dans les 5 à 10 minutes après la rupture des dispositifs d'évacuation de sécurité, avec les conséquences matérielles et humaines incalculables qui en résultent et qui peuvent aller du simple bris de glaces à la destruction d'un ensemble d'habitations. However, when the gases considered present a great explosion risk, such as natural gas or even more hydrogen, accidental degassing can be the cause of a detonation which can be particularly dangerous if the gases escaping from the tank are then confined in a confined space. Indeed, it can be estimated that for a tank of 50m3 of liquid hydrogen, the vaporized flow is of the order of 300 to 500g / s, which can lead to degassing lasting 1 to 2 hours with emission possible very cold gases and therefore formation of a drifting cloud. In an urban environment, it is commonly accepted that the risk of explosion can occur within 5 to 10 minutes after the rupture of the safety evacuation devices, with the incalculable material and human consequences which result from it and which can go from the simple breaking of windows to the destruction of a whole of dwellings.

La demande de brevet FR 2 160 012 apporte une solution à ce problème en prévoyant, couplé au dispositif d'évacuation de sécurité, un dispositif d'extinction (à poudre chimique par exemple) commandé à partir d'un capteur de pression sensible à l'élévation de pression dans le réservoir. Toutefois, le dispositif décrit nécessite une électronique de commande complexe dont la fiabilité peut être prise à défaut dans certaines conditions extrêmes de transport et de stockage. De plus, l'introduction de l'agent chimique d'extinction dans le réservoir a pour conséquence de rendre inutilisable son contenu, ce qui n'est pas sans causer des dommages économiques appréciables lorsque ce réservoir est de très grande capacité (comme dans le cas d'un transport ferroviaire par exemple). Patent application FR 2 160 012 provides a solution to this problem by providing, coupled with the safety evacuation device, an extinguishing device (with chemical powder for example) controlled from a pressure sensor sensitive to the pressure rise in the tank. However, the device described requires complex control electronics, the reliability of which can be taken in default under certain extreme conditions of transport and storage. In addition, the introduction of the chemical extinguishing agent into the tank has the consequence of rendering its contents unusable, which is not without causing appreciable economic damage when this tank is of very large capacity (as in the rail transport for example).

DEF1NITION ET OBJET DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet de réaliser un dispositif de protection contre les risques d'explosion de réservoirs consécutifs à une mise en action de leurs dispositifs d'évacuation de sécurité résultant d'une augmentation accidentelle de pression dans ces réservoirs, dispositif qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et notamment soit particulièrement fiable et de conception simple.DEF1NITION AND OBJECT OF THE INVENTION
The object of the present invention is to provide a device for protecting against the risk of explosion of tanks resulting from the actuation of their safety evacuation devices resulting from an accidental increase in pressure in these tanks, a device which does not have not the disadvantages of the prior art and in particular is particularly reliable and simple in design.

Ce but est atteint par un dispositif de protection d'un réservoir contre le risque d'explosion suite à une mise en oeuvre d'un dispositif d'évacuation de sécurité dont il est muni, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de combustion montée sur le dispositif d'évacuation de sécurité de telle sorte qu'il puisse se créer un mélange entre le gaz combustible éjecté au travers du dispositif d'évacuation et un comburant admis dans la chambre, et un moyen d'allumage du mélange air/ gaz ainsi créé de telle sorte que le gaz s'échappe du réservoir en brûlant. Avantageusement, le comburant est constitué par de l'air. This object is achieved by a device for protecting a tank against the risk of explosion following an implementation of a safety evacuation device with which it is provided, characterized in that it comprises a combustion chamber mounted on the safety evacuation device so that a mixture can be created between the combustible gas ejected through the evacuation device and an oxidizer admitted into the chamber, and a means for igniting the air / gas thus created so that the gas escapes from the tank while burning. Advantageously, the oxidizer consists of air.

Par cette structure simple, le risque d'explosion du réservoir est remplacé par un risque, beaucoup moins dangeureux et de gestion plus souple, généré par la seule combustion du mélange air/gaz. En effet, les moyens de secours à mettre en oeuvre dans ce second cas sont bien moindres que dans le précédent où des pertes humaines sont à craindre notamment lorsque le confinement du gaz échappé du réservoir est à l'origine d'une détonation à retardement. By this simple structure, the risk of explosion of the tank is replaced by a risk, much less dangerous and of more flexible management, generated by the sole combustion of the air / gas mixture. Indeed, the emergency means to be implemented in this second case are much less than in the previous case where human losses are to be feared, in particular when the confinement of the gas escaping from the tank is the cause of a delayed detonation.

Pour favoriser la combustion, la chambre de combustion présente une forme sensiblement cylindrique avec une partie en regard du dispositif d'évacuation comportant une prise d'air à effet venturi. To promote combustion, the combustion chamber has a substantially cylindrical shape with a part facing the evacuation device comprising an air intake with venturi effect.

Selon un premier mode de réalisation, le moyen d'allumage comporte un système actif de mise à feu tel qu'une bougie, un brûleur, un fil chaud ou tout autre dispositif analogue. Selon un second mode de réalisation, ce moyen comporte un système passif de mise à feu tel qu'un catalyseur ou tout autre dispositif analogue. According to a first embodiment, the ignition means comprises an active ignition system such as a candle, a burner, a hot wire or any other similar device. According to a second embodiment, this means comprises a passive ignition system such as a catalyst or any other similar device.

En Outre, pour permettre d'alerter la personne en charge d'un réservoir considéré, le dispositif de protection de ce réservoir est muni d'un moyen de signalisation qui est actionné lors du déclenchement de la combustion. Ce moyen de signalisation comprend un détecteur thermique permettant la commande d'une alarme visuelle ou sonore. In addition, to enable the person in charge of a tank in question to be alerted, the protection device for this tank is provided with signaling means which is actuated when combustion is triggered. This signaling means comprises a thermal detector allowing the control of a visual or audible alarm.

De préférence, un moyen de protection est prévu pour empêcher une détérioration du moyen d'allumage en l'absence de combustion. Ce moyen de protection comprend un bouchon éjectable qui est avantageusement relié au réservoir par une attache souple. Preferably, a protection means is provided to prevent deterioration of the ignition means in the absence of combustion. This protective means comprises an ejectable plug which is advantageously connected to the tank by a flexible clip.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure unique montre un exemple de réalisation d'un dispositif de protection selon l'invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly from the following description, given by way of indication and without limitation, with reference to the appended drawings, in which the single figure shows an embodiment of a protection device according to the invention.

DESCRIPTION D'UN MODE PREFERENTIEL DE REALISATION
Un mode de réalisation préférentiel de l'invention est maintenant décrit au regard de la figure unique. Un réservoir 10 est muni classiquement d'un dispositif d'évacuation de sécurité, en l'espèce un disque de rupture 12, maintenu entre deux brides 14, 16 et relié à l'enveloppe externe du réservoir par une tubulure d'évacuation 18. De préférence, on choisira de fixer cette tubulure suivant un axe vertical. Bien entendu, le disque représenté ne constitue qu'un des exemples possibles des dispositifs d'évacuation de sécurité envisageables et tout autre type connu comme par exemple une soupape à ouverture rapide pourrait pareillement être utilisé.DESCRIPTION OF A PREFERENTIAL EMBODIMENT
A preferred embodiment of the invention is now described with reference to the single figure. A reservoir 10 is conventionally provided with a safety evacuation device, in this case a rupture disc 12, held between two flanges 14, 16 and connected to the external envelope of the reservoir by an evacuation pipe 18. Preferably, one will choose to fix this tubing along a vertical axis. Of course, the disc shown is only one of the possible examples of possible safety evacuation devices and any other known type such as for example a quick-opening valve could similarly be used.

Le dispositif de protection selon l'invention comporte une chambre de combustion 20 montée sur le dispositif d'évacuation 12 et solidaire de ce dernier par des fixations 22. Cette chambre présente une forme sensiblement cylindrique avec une partie en regard du dispositif d'évacuation comportant une prise d'air (ou tout autre comburant) à effet venturi et disposée concentriquement par rapport à la tubulure d'évacuation. Un moyen d'allumage 24 est disposé dans cette chambre dc combustion pour assurer le déclenchement de la combustion du mélange air/gaz qui va se former après le claquage du disque de rupture. Ce moyen d'allumage peut être de tout type connu. Il peut s'agir d'un système actif de mise à feu comme une bougie, un fil chaud, un brûleur ou tout autre dispositif analogue nécessitant une source d'énergie extérieure, ou bien un système passif sans apport d'énergie comme un catalyseur par exemple. The protection device according to the invention comprises a combustion chamber 20 mounted on the evacuation device 12 and integral with the latter by fasteners 22. This chamber has a substantially cylindrical shape with a part facing the evacuation device comprising an air intake (or any other oxidizer) with a venturi effect and arranged concentrically with respect to the evacuation pipe. An ignition means 24 is disposed in this combustion chamber to initiate the combustion of the air / gas mixture which will form after the breakdown of the rupture disc. This ignition means can be of any known type. It can be an active ignition system such as a candle, a hot wire, a burner or any other similar device requiring an external source of energy, or a passive system without energy supply such as a catalyst. for example.

Le fonctionnement du dispositif est particulièrement simple. Sous l'effet d'une rupture accidentelle du disque provoquée par une surpression dans le réservoir, l'écoulement de combustible gazeux s'échappant au travers de la tubulure d'évacuation va provoquer une aspiration de l'air dans le tube venturi et créer ainsi un mélange air/gaz enflammable immédiatement par le moyen d'allumage que l'on aura pris soin préalablement de disposer dans une zone de la chambre favorable à la combustion. The operation of the device is particularly simple. Under the effect of an accidental rupture of the disc caused by an overpressure in the tank, the flow of gaseous fuel escaping through the exhaust manifold will cause an aspiration of air in the venturi tube and create thus an immediately ignitable air / gas mixture by the ignition means which we will have taken care of beforehand to have in a zone of the chamber favorable to combustion.

De préférence, la chambre de combustion est obturée par un bouchon 26 qui sera éjecté lors de l'initiation de la combustion (une attache souple 28 reliant ce bouchon au réservoir permet d'éviter qu'il ne soit projeté) mais qui, en fonctionnement normal, remplit un rôle d'imperméabilité à la pluie, aux poussières ou autres impuretés diverses pouvant affecter l'efficacité du moyen d'allumage. Preferably, the combustion chamber is closed by a plug 26 which will be ejected during the initiation of combustion (a flexible clip 28 connecting this plug to the tank prevents it from being projected) but which, in operation normal, fulfills a role of impermeability to rain, dust or other various impurities which can affect the efficiency of the ignition means.

Lorsque le réservoir n'est pas sous une surveillance continue, il peut être intéressant de munir le dispositif de protection d'un moyen de signalisation 30, actionné lors du déclenchement de la combustion, et permettant ainsi de délivrer une information d'alerte. Ce moyen peut par exemple consister en un détecteur thermique qui commandera à distance ou non une alarme visuelle ou sonore pouvant alerter la personne ayant la charge du réservoir considéré (conducteur du train, chauffeur du transport routier, responsable du site de stockage, etc.) de la survenance d'un incident sur ce réservoir. When the tank is not under continuous monitoring, it may be advantageous to provide the protection device with a signaling means 30, actuated at the start of combustion, and thus making it possible to issue alert information. This means can, for example, consist of a thermal detector which will remotely control whether or not a visual or audible alarm that can alert the person in charge of the tank in question (train driver, road transport driver, storage site manager, etc.) the occurrence of an incident on this tank.

La présente invention est particulièrement bien adaptée au stockage comme au transport, notamment en milieu urbain, de gaz liquéfiés dangereux. En effet, la combustion imposée selon un axe vertical (sauf renversement éventuel en cas d'accident routier ou ferroviaire) générera dans un rayon d'environ 10m autour du point d'évacuation un flux thermique de l'ordre de 10kW/m2 pour une citerne de 50m3 d'hydrogène liquide. Ce niveau de chaleur qui est admissible pendant quelques minutes laissera aux personnes présentes sur le lieu de l'incident le temps nécessaire pour s'en éloigner. Le risque d'explosion, et donc de pertes de vies humaines, est ainsi évité. The present invention is particularly well suited to the storage as to the transport, in particular in an urban environment, of dangerous liquefied gases. In fact, the combustion imposed along a vertical axis (unless it is overturned in the event of a road or rail accident) will generate, within a radius of about 10m around the discharge point, a thermal flux of the order of 10kW / m2 for a tank of 50m3 of liquid hydrogen. This level of heat, which is admissible for a few minutes, will give those present at the scene of the incident the time necessary to get away from it. The risk of explosion, and therefore loss of human life, is thus avoided.

Claims

1. Device for protecting a tank against the risk of explosion following the use of a safety evacuation device with which it is provided, characterized in that it comprises a combustion chamber (20) mounted on the safety evacuation device (18) so that a mixture can be created between the combustible gas ejected through the evacuation device and an oxidizer admitted into the chamber, and an ignition means (24 ) of the air / gas mixture thus created so that the gas escapes from the tank while burning.

2. Protective device according to claim 1, characterized in that the oxidant is advantageously air.

3. Protective device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the combustion chamber (20) has a substantially cylindrical shape with a part facing the discharge device comprising an air intake venturi effect.

4. Protective device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the ignition means (24) comprises an active ignition system such as a candle, a burner, a hot wire or any other device similar.

5. Protection device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the ignition means (24) comprises a passive ignition system such as a catalyst or any other similar device.

6. Protection device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises a signaling means (30) actuated when the combustion is started.

7. Protection device according to claim 6, characterized in that the signaling means (30) comprises a thermal detector allowing the control of a visual or audible alarm.

8. Protective device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it further comprises a protective means (26) to prevent deterioration of the ignition means in the absence of combustion.

9. Protective device according to claim 8, characterized in that the protective means (26) comprises an ejectable plug.

10. Protective device according to claim 9, characterized in that the ejectable plug (26) is connected to the reservoir (10) by a flexible clip (28).