Pojistka plamene je zařízení, které je namontováno na otvoru skříně nebo na spojovacím potrubí v systému skříní a které umožňuje průchod plynů, kapalin atd., ale zabraňuje přenosu plamene, aby se zabránilo většímu požáru nebo výbuchu. V technologických provozech s hořlavými plyny pomáhají tlumiče plamene zmírnit riziko šíření požáru a omezit tak dopad výbušné události. Při správném použití mohou tlumiče plamene zabránit katastrofickým škodám a ztrátám na životech. Každý, kdo se podílí na výběru a nákupu tlumičů plamene, musí pochopit, jak tyto výrobky fungují, jaké mají výhody a jaká jsou jejich výkonnostní omezení. V tomto článku se pokusíme přiblížit základy technologie a terminologie tlumičů plamene a dostupné typy.

Tlumič plamene je známý také pod názvy arrestor, deflagrační tlumič a lapač plamene.

Proč používat tlumič plamene?“

Jedním z největších nebezpečí spojených s přepravou nebo skladováním hořlavých kapalin nebo plynů je, že může dojít ke vznícení hořlavých par, což může mít za následek požár nebo v horším případě výbuch. Kdykoli se hořlavý plyn nebo pára
smísí se vzduchem/kyslíkem, může dojít k výbuchu. Náhodné vznícení hořlavé směsi bude mít za následek vznik plamene, který se bude šířit nespálenou směsí, dokud reakce nespotřebuje palivo. V uzavřeném prostoru, jako je nádoba nebo potrubí, povede výrazné zvýšení teploty směsi způsobené procesem
hoření k rychlému zvětšení objemu plynné směsi. Výsledné zvýšení tlaku vyvolá turbulentní jevy, které dále urychlí čelo plamene. Nezastavení plamene může mít za následek katastrofální poškození zařízení, ztrátu výroby, zranění osob a dokonce i ztrátu života a potenciálně velké náklady na soudní spory.

Vznik a typy plamene

Přijde-li jakákoli hořlavá směs par nebo plynu do styku se zdrojem zapálení, vznikne fronta plamene. Tento plamen bude hořet parami nebo plynem, dokud:

1. nebude spotřebována zásoba paliva (par nebo plynu).
2. nebude odvedeno teplo potřebné k udržení hoření.
3. Koncentrace kyslíku se stane buď příliš vysokou, nebo příliš nízkou na to, aby bylo možné pokračovat v hoření.

Deflagrace

Šíří-li se čelo plamene rychlostí menší, než je rychlost zvuku v páře, jedná se o tzv. deflagraci. Ta se dále dělí na dva typy.

• Neohraničená deflagrace

K neohraničené deflagraci dochází při vznícení hořlavé atmosféry mimo nádobu nebo jiné technologické zařízení. Například dýchací nebo ventilační vývod z nádrže skladující benzín může ve svém bezprostředním okolí vytvořit nekondenzovaný oblak hořlavých par. Zdroje vznícení, jako je zapálená cigareta, statický elektrický výboj nebo úder blesku, mohou tento oblak par zapálit a vzniklé čelo plamene může vniknout
do nádrže přes vývod.

• Omezená deflagrace

Omezená deflagrace nastává, když dojde ke vznícení hořlavé atmosféry uvnitř potrubí, nádoby nebo jiného technologického zařízení. Typicky k tomu může dojít v průmyslovém nebo technologickém zařízení. Například v mnoha uhelných dolech vzniká pod zemí hořlavý a jedovatý metan, který je po potrubí čerpán na povrch a poté spalován v kotli pro účely vytápění. Problémy s kotlem nebo čerpacím systémem by mohly zapálit obsah potrubí a plamen by se mohl vrátit zpět do potrubí, což by vedlo k výbuchu pod zemí.

Detonace

Detonace nastává, když se plamen šíří podél potrubí, obvykle nadzvukovou rychlostí, a je spojen s rázovou vlnou. Obvykle k tomu dochází v důsledku turbulencí vyvolaného zrychlení plamene způsobeného drsností stěn potrubí nebo přerušeními, jako jsou ohyby, ventily nebo změny průřezu potrubí. Může k ní také dojít prostým ponecháním plamene, aby pokračoval ve zrychlování podél potrubí na dostatečnou vzdálenost. Rázová vlna je charakterizována
stupňovitou změnou tlaku a hustoty, díky níž se rychlost plamene mění z podzvukové na nadzvukovou.

• Překotná detonace

Šíří-li se čelo plamene rychlostí převyšující rychlost zvuku v páře, jedná se o tzv. překotnou detonaci. Nadměrně řízená detonace je krátkodobý jev a obvykle k ní dochází při přechodu čela plamene z vysokorychlostní deflagrace do detonace.

Princip činnosti tlumičů plamene

Tlumiče plamene pracují na principu odvádění tepla z plamene, který se snaží projít úzkými průchody se stěnami z kovu nebo jiného teplovodivého materiálu.

Tlumiče plamene jsou pasivní mechanická zařízení, která se montují do nádrže nebo do systému procesního potrubí. Při běžném provozu je směs par v potrubí vedena přes tlumič plamene. Tlumič plamene se skládá především z pouzdra, prvku a přípojek pro upevnění k potrubí nebo zařízení. Prvek je zařízení, které tlumí plamen, a hlavně je to forma „filtru“, který poskytuje malé otvory, jimiž bude procesní plyn proudit, ale zabrání přenosu plamene. Čelo plamene se ve „filtru“ rozkládá na menší plamínky, které jsou ochlazovány velkou tepelnou kapacitou prvku, čímž plamen uhasí.

Mezi materiály používané pro „filtrační“ prvek patří lisované kovové pásky, tkaná drátěná gáza, spékané materiály a materiály s medovými plásty. Vzhledem ke své konstrukci způsobí prvek pokles tlaku nebo překážku v průtoku procesu. Za účelem zmírnění tohoto zvýšeného odporu proti proudění je plocha prvku obvykle větší než plocha průřezu potrubí. Větší prvky mají také větší tepelnou kapacitu.

Typy tlumičů plamene

Všechny tlumiče plamene jsou navrženy tak, aby umožnily průchod plynů nebo kapalin a zároveň zabránily vzniku výbuchu nebo rozšíření plamene nebo jisker do většího požáru. Jejich styl a velikost se však velmi liší, aby vyhovovaly jednotlivým aplikacím.

Oddělovací pojistky plamene

Oddělovací pojistky plamene se montují na konec potrubí nebo na výstup z nádoby, aby zabránily vniknutí plamene, a ne, jak se někdy předpokládá, aby zabránily výstupu plamene z potrubí nebo nádoby. Bez krytu proti povětrnostním vlivům mohou být namontovány v téměř libovolné orientaci, ale nedoporučuje se montáž v obrácené poloze, protože se tím zvyšuje riziko zachycení tepla, které může způsobit zpětný záblesk. Se zabudovaným krytem proti povětrnostním vlivům by měly být namontovány v běžné svislé orientaci a měly by být používány venku vystavené dešti a sněhu.

In-Line Flame Arrestor

In-line plamenové pojistky se montují do potrubních systémů za účelem ochrany navazujících zařízení. Níže uvedené uspořádání je typické, i když je také možné, že zdroj vznícení způsobí, že se plamen bude pohybovat s proudem plynu. Pokud by plamen mohl vycházet z obou směrů, je nutná obousměrná pojistka plamene. Řadové pojistky plamene mohou být buď deflagrační, nebo detonační, v závislosti na podmínkách, za kterých mají být použity. Orientace potrubí obvykle nepředstavuje problém, pokud není do proudu plynu přiváděna kapalina, která by měla tendenci se v omezovači shromažďovat. V takových situacích může být namontováno excentrické pouzdro pojistky plamene, které umožňuje shromažďování a odvádění kapaliny.

Předřadná pojistka plamene

Tyto pojistky se tak nazývají proto, že jsou určeny k ochraně systémů, v nichž může plamen vzniknout v nádobě, jejíž průřez je o něco větší než prvek pojistky plamene nebo odvzdušňovací potrubí, a snahou je zabránit tomu, aby plamen opustil nádobu. Může se jednat o jednoduchý prvek, koncovou pojistku nebo pojistku v potrubí. Při zvažování takové situace je třeba dbát mimořádné opatrnosti, protože není možné předvídat podmínky, které bude muset tlumič plamene zvládnout, protože objem horkých plynů procházejících tlumičem plamene bude přesahovat objemy, které vznikají při běžných in-line zkouškách tlumiče plamene. Přestože podmínky budou směřovat ke vzniku omezené deflagrace, je možné, že tlumič, který byl uspokojivě zkoušen za podmínek omezeného deflagračního tlumiče stanovených v normě výrobku, nebude vyhovující. Proto jediným řešením, jak zajistit naprostou důvěru ve stanovený výrobek, je zkoušet jej za skutečných nebo simulovaných provozních podmínek.

Hydraulický tlumič plamene

Tlumiče plamene kapalných výrobků zachycují část kapaliny proudící v potrubí, takže plyny jím mohou probublávat, ale jakýkoli plamen je uhašen. Hydraulické pojistky obsahují vodu, jejíž hladina je automaticky udržována. Podobně jí mohou probublávat plyny, ale jakýkoli plamen by byl uhašen. Tato technika je vhodná zejména pro proudění znečištěných plynů, v nichž jsou zachyceny pevné částice.

.