En flammespærre er en anordning, der er monteret på åbningen i et kabinet eller på forbindelsesrørene i et system af kabinetter, og som tillader gasser, væsker osv. at passere igennem, men forhindrer overførsel af en flamme for at forhindre en større brand eller eksplosion. I processer med brændbare gasser bidrager flammespærreanordninger til at mindske risikoen for brandspredning og dermed begrænse virkningerne af en eksplosiv hændelse. Når flammesikringerne anvendes korrekt, kan de forhindre katastrofale skader og tab af menneskeliv. Alle, der er involveret i udvælgelse og køb af flammespærreapparater, skal forstå, hvordan disse produkter fungerer, hvilke fordele de har, og hvilke begrænsninger de har i ydeevne. I denne artikel vil vi forsøge at dække det grundlæggende om teknologien og terminologien i forbindelse med flammespærreanordninger og de tilgængelige typer.

En flammespærreanordning er også kendt som arrestor, deflagrationsanordning og flammefælde.

Hvorfor bruge en flammespærre?

En af de største farer i forbindelse med transport eller opbevaring af brændbare væsker eller gasser er, at der kan opstå antændelse af de brændbare dampe, hvilket kan resultere i brand eller endnu værre, en eksplosion. Når en brandfarlig gas eller damp
blandes med luft/ilt, er der risiko for en eksplosion. En utilsigtet antændelse af den brændbare blanding vil resultere i en flamme, som vil bevæge sig gennem den uforbrændte blanding, indtil brændstoffet er opbrugt af reaktionen. I et lukket rum, f.eks. en beholder eller et rør, vil den betydelige temperaturstigning i blandingen som følge af
forbrændingsprocessen føre til en hurtig forøgelse af gasblandingens volumen. Den deraf følgende trykforøgelse vil fremkalde turbulente virkninger, som vil fremskynde flammefronten yderligere. Hvis det ikke lykkes at standse en flamme, kan det resultere i katastrofale skader på udstyr, produktionstab, personskade og endda tab af menneskeliv og potentielt store sagsomkostninger.

Flammebildning og typer

Hvis en brændbar damp- eller gasblanding kommer i kontakt med en antændelseskilde, vil der udvikle sig en flammefront. Denne flamme vil brænde gennem dampen eller gassen, indtil:

1. Brændselstilførslen (damp eller gas) er opbrugt.
2. Den varme, der er nødvendig for at opretholde forbrændingen, er fjernet.
3. Syrekoncentrationen bliver enten for høj eller for lav til at tillade fortsat forbrænding.

Deflagration

Hvis en flammefront forplanter sig med en hastighed, der er mindre end lydhastigheden i dampen, kaldes det deflagration. Denne klassificeres yderligere i to typer.

• Uindskrænket deflagration

En uindskrænket deflagration opstår, når der sker en antændelse af en brandfarlig atmosfære uden for en beholder eller andet procesudstyr. F.eks. kan et udluftnings- eller ventilationsudtag fra en tank, der opbevarer benzin, frembringe en ubegrænset sky af brændbar damp i umiddelbar nærhed. Antændelseskilder som f.eks. en tændt cigaret, en statisk elektrisk udladning eller et lynnedslag kan antænde denne dampsky, og den resulterende flammefront kan trænge ind i
tanken gennem udløbet.

• Indskrænket deflagration

En indskrænket deflagration opstår, når der sker en antændelse af en brændbar atmosfære inde i en rørledning, beholder eller andet procesudstyr. Typisk kan dette forekomme i industri- eller procesanlæg. F.eks. frembringer mange kulminer brandfarlig og giftig metangas under jorden, som pumpes op til overfladen langs et rør og derefter brændes i en kedel til opvarmningsformål. Problemer med kedlen eller pumpesystemet kan antænde rørets indhold, og flammen kan bevæge sig tilbage ned ad røret og resultere i en eksplosion under jorden.

Detonation

En detonation opstår, når en flamme bevæger sig langs et rør, normalt med overlydshastigheder, og kombineres med en chokbølge. Typisk sker dette som følge af turbulensinduceret flammeacceleration forårsaget af ruheder i rørvæggene eller afbrydelser som f.eks. bøjninger, ventiler eller ændringer i rørets tværsnit. Den kan også opstå, hvis man blot lader flammen fortsætte med at accelerere langs et rør over en tilstrækkelig lang afstand. En chokbølge er kendetegnet
ved en trinvis ændring i tryk og densitet, hvorigennem flammehastigheden ændres fra at være subsonisk til supersonisk.

• Overdriven detonation

Hvis en flammefront forplanter sig med en hastighed, der overstiger lydhastigheden i dampen, kaldes det for overdreven detonation. Overdreven detonation er et kortvarigt fænomen og opstår normalt, når flammefronten overgår fra en deflagration med høj hastighed til en detonation.

Flammeafskærmningsanordninger Arbejdsform

Flammeafskærmningsanordninger fungerer efter princippet om at fjerne varme fra flammen, når den forsøger at bevæge sig gennem smalle passager med vægge af metal eller andet varmeledende materiale.

Flammeafskærmningsanordninger er passive mekaniske anordninger, der er monteret på en tank eller i et procesrørsystem. I normal drift ledes dampblandingen i røret gennem flammeafskærmningen. En flammeafskærmning består hovedsagelig af et hus, et element og forbindelser til fastgørelse af den til rør eller udstyr. Elementet er den anordning, der slukker flammen, og er hovedsagelig en form for “filter”, som giver små åbninger, hvorigennem procesgassen kan strømme, men som forhindrer flammeoverførsel. Flammefronten nedbrydes i “filteret” i mindre flameletter, som afkøles af elementets store varmekapacitet, hvorved flammen slukkes.

Materialer, der anvendes til “filter”-elementet, er bl.a. krøllede metalbånd, vævet trådgaze, sintrede materialer og honningkammmaterialer. På grund af sin konstruktion vil elementet forårsage et trykfald eller en hindring for processtrømmen. For at afbøde denne øgede modstand mod strømningen er elementets areal normalt større end rørets tværsnitsareal. Større elementer har også en større varmekapacitet.

Typer af flammeafskærmninger

Alle flammeafskærmninger er konstrueret til at lade gasser eller væsker passere igennem, samtidig med at de forhindrer flammer eller gnister i at skabe en eksplosion eller udvide sig til en større brand. Deres stil og størrelse varierer dog enormt for at passe til de enkelte anvendelser.

Flammespærre ved ledningsende

Flammespærre ved ledningsende monteres for enden af en rørledning eller udgang til en beholder for at forhindre flammer i at trænge ind, og ikke, som man nogle gange tror, for at forhindre flammen i at forlade røret eller beholderen. Uden en vejrhætte kan de monteres i næsten enhver retning, men omvendt montering anbefales ikke, da dette øger risikoen for, at varme bliver fanget og dermed forårsager et flash back. Med en indbygget vejrhætte bør de monteres i en konventionel lodret orientering og anvendes udendørs udsat for regn og sne.

In-line flammeafbryder

In-line flammeafbrydere monteres i rørsystemer for at beskytte udstyr i efterfølgende led. Det nedenfor viste layout er typisk, selv om det også er muligt, at antændelseskilden kan medføre, at flammen bevæger sig med gasstrømmen. Hvis flammen kan komme fra begge retninger, er der behov for en tovejsflammespærre. In-line flammeafskærmninger kan være enten deflagrations- eller detonationsafskærmninger, afhængigt af de forhold, hvorunder de skal anvendes. Rørretning er normalt ikke et problem, medmindre der er væske med i gasstrømmen, som vil have tendens til at samle sig i afskærmningen. I sådanne situationer kan der monteres et excentrisk flammespærrehus for at muliggøre opsamling og afløb af væsken.

Pre-Volume Flame Arrestor

Disse kaldes sådan, fordi de er beregnet til at beskytte systemer, hvor en flamme kan starte i en beholder, hvis tværsnitsareal er noget større end flammespærreelementet eller udluftningsrøret, og man ønsker at forhindre flammen i at forlade beholderen. De kan være et simpelt element, en end-of-line- eller en in-line-afskærmningsanordning. Der skal udvises ekstrem forsigtighed, når man overvejer en sådan situation, da det ikke er muligt at forudsige de forhold, som flammeafskærmningen skal klare, fordi mængden af varme gasser, der passerer gennem afskærmningen, vil overstige de mængder, der produceres ved konventionel flammeafprøvning af in-line-afskærmninger. Selv om forholdene vil have tendens til at frembringe en begrænset deflagration, er det muligt, at en afskærmning, som er blevet afprøvet tilfredsstillende under de betingelser for afskærmning ved begrænset deflagration, der er fastsat i en produktstandard, ikke vil være tilfredsstillende. Derfor er den eneste løsning til at sikre fuld tillid til det specificerede produkt at afprøve det under faktiske eller simulerede driftsbetingelser.

Hydraulisk flammespærre

Væskeproduktflammespærrer opfanger noget af den væske, der strømmer i et rør, således at gasserne kan boble igennem, men enhver flamme slukkes. Hydrauliske brandsikringer indeholder vand, hvis niveau automatisk opretholdes. På samme måde kan gasser boble igennem det, men enhver flamme vil blive slukket. Denne teknik er særlig velegnet til en snavset gasstrøm med medfølgende partikler.