Liekkinsammutin on laite, joka on asennettu kotelon aukkoon tai kytkentäputkistoon kotelojärjestelmässä ja joka sallii kaasujen, nesteiden jne. kulkemisen sen läpi, mutta estää liekin siirtymisen suuremman tulipalon tai räjähdyksen estämiseksi. Prosessitoiminnoissa, joissa käytetään palavia kaasuja, liekinsulkijat auttavat lieventämään palon leviämisriskiä ja siten rajoittamaan räjähdystapahtuman vaikutuksia. Oikein käytettynä liekinestimet voivat estää katastrofaaliset vahingot ja ihmishenkien menetykset. Liekinpoistolaitteiden valintaan ja hankintaan osallistuvien henkilöiden on ymmärrettävä, miten nämä tuotteet toimivat, mitkä ovat niiden edut ja suorituskyvyn rajoitukset. Tässä artikkelissa pyrimme käsittelemään liekinpysäyttimien tekniikan ja terminologian perusteita sekä saatavilla olevia tyyppejä.

Liekinpysäyttäjä tunnetaan myös nimillä pysäyttäjä, deflagraatiopysäyttäjä ja liekinloukku.

Miksi käyttää liekinestintä?

Yksi suurimmista palavien nesteiden tai kaasujen kuljetukseen tai varastointiin liittyvistä vaaroista on, että palava höyry voi syttyä ja aiheuttaa tulipalon tai pahempana räjähdyksen. Aina kun palava kaasu tai höyry
sekoittuu ilman/hapen kanssa, on olemassa räjähdysvaara. Syttyvän seoksen tahaton syttyminen johtaa liekkiin, joka kulkee palamattoman seoksen läpi, kunnes polttoaine on kulunut reaktiossa. Suljetussa tilassa, kuten astiassa tai putkessa,
palamisprosessin aiheuttama huomattava seoksen lämpötilan nousu johtaa kaasuseoksen tilavuuden nopeaan kasvuun. Tästä johtuva paineen nousu aiheuttaa turbulenttisia vaikutuksia, jotka kiihdyttävät liekkirintamaa entisestään. Epäonnistuminen liekin pysäyttämisessä voi johtaa katastrofaalisiin laitevaurioihin, tuotannon menetykseen, ihmisten loukkaantumiseen ja jopa ihmishenkien menetykseen sekä mahdollisesti suuriin oikeudenkäyntikuluihin.

Liekkien syntyminen ja tyypit

Jos mikä tahansa syttyvä höyryn tai kaasun seos joutuu kosketuksiin syttymislähteen kanssa, syntyy liekkirintama. Tämä liekki palaa höyryn tai kaasun läpi, kunnes:

1. Polttoaineen (höyryn tai kaasun) tarjonta on kulutettu.
2. Palamisen ylläpitämiseen tarvittava lämpö on poistettu.
3. Happipitoisuus nousee joko liian korkeaksi tai liian alhaiseksi, jotta palaminen voisi jatkua.

Räjähdysliekki

Jos liekkirintama etenee höyryssä äänennopeutta pienemmällä nopeudella, puhutaan deflagraatiosta. Tämä luokitellaan edelleen kahteen tyyppiin.

• Epärajoittamaton deflagraatio

Epärajoittamaton deflagraatio tapahtuu, kun syttyvä ilmakehä syttyy säiliön tai muun prosessilaitteen ulkopuolella. Esimerkiksi bensiiniä varastoivan säiliön hengitys- tai tuuletusaukko voi synnyttää sen välittömään läheisyyteen rajoittamattoman syttyvän höyryn pilven. Syttymislähteet, kuten sytytetty savuke, staattinen sähköpurkaus tai salamanisku, voivat sytyttää tämän höyrypilven, ja syntynyt liekkirintama voi päästä
säiliöön poistoaukon kautta.

• Suljettu deflagraatio

Suljettu deflagraatio syntyy, kun syttyvä ilmakehä syttyy putkiston, säiliön tai muun prosessilaitteiston sisällä. Tyypillisesti tämä voi tapahtua teollisuus- tai prosessilaitoksessa. Esimerkiksi monissa hiilikaivoksissa syntyy maan alla syttyvää ja myrkyllistä metaanikaasua, joka pumpataan putkea pitkin maanpinnalle ja poltetaan sitten lämmityskattilassa. Ongelmat kattilassa tai pumppujärjestelmässä voivat sytyttää putken sisällön, ja liekki voi kulkeutua takaisin putkea pitkin, mikä johtaa räjähdykseen maan alla.

Räjähdys

Räjähdys tapahtuu, kun liekki kulkeutuu putkea pitkin yleensä yliääninopeudella ja yhdistyy iskuaaltoon. Tyypillisesti tämä tapahtuu turbulenssin aiheuttaman liekin kiihtymisen seurauksena, joka johtuu putken seinämien karheudesta tai katkoksista, kuten mutkista, venttiileistä tai putken poikkileikkauksen muutoksista. Se voi tapahtua myös yksinkertaisesti antamalla liekin jatkaa kiihtymistään putkea pitkin riittävän pitkän matkan ajan. Iskuaallolle on ominaista
paineen ja tiheyden asteittainen muutos, jonka kautta liekin nopeus muuttuu aliäänen nopeudesta yliäänen nopeudeksi.

• Yliohjattu detonaatio

Jos liekkirintama etenee nopeudella, joka ylittää äänen nopeuden höyryssä, puhutaan yliohjatusta detonaatiosta. Yliajettu detonaatio on lyhytkestoinen ilmiö, ja se tapahtuu yleensä liekkirintaman siirtyessä suurella nopeudella tapahtuvasta deflagraatiosta detonaatioon.

Liekkipidättimien toimintaperiaate

Liekkipidättimet toimivat periaatteella, että ne poistavat lämpöä liekistä, kun se yrittää kulkea kapeiden kanavien läpi, joiden seinämät ovat metallia tai muuta lämpöä johtavaa materiaalia.

Liekkipidättimet ovat passiivisia mekaanisia laitteita, jotka asennetaan säiliöön tai prosessiputkistoon. Normaalikäytössä putkistossa oleva höyryseos ohjataan liekinsulkijan läpi. Liekinpidin koostuu pääasiassa kotelosta, elementistä ja liitännöistä, joilla se kiinnitetään putkistoon tai laitteeseen. Elementti on laite, joka sammuttaa liekin, ja se on pääasiassa eräänlainen ”suodatin”, joka tarjoaa pieniä aukkoja, joiden läpi prosessikaasu virtaa mutta estää liekin siirtymisen. Liekkirintama hajoaa ”suodattimessa” pienemmiksi liekkikappaleiksi, joita elementin suuri lämpökapasiteetti jäähdyttää, jolloin liekki sammuu.

”Suodatin”-elementissä käytettäviä materiaaleja ovat muun muassa puristetut metallinauhat, kudottu lankaharso, sintrattuja materiaaleja ja hunajakennomateriaalit. Rakenteensa vuoksi elementti aiheuttaa painehäviön tai estää prosessin virtauksen. Tämän lisääntyneen virtausvastuksen lieventämiseksi elementin pinta-ala on yleensä suurempi kuin putkiston poikkipinta-ala. Suuremmilla elementeillä on myös suurempi lämpökapasiteetti.

Liekkisammuttimien tyypit

Kaikki liekkisammuttimet on suunniteltu siten, että ne päästävät kaasut tai nesteet läpi ja estävät samalla liekkejä tai kipinöitä aiheuttamasta räjähdystä tai laajenemasta suuremmaksi tulipaloksi. Niiden tyyli- ja kokovalikoima vaihtelee kuitenkin valtavasti, jotta ne sopivat kuhunkin sovellukseen.

Leimansulkija

Leimansulkija asennetaan putkilinjan päähän tai astian uloskäytävään estämään liekkien pääsyä sisään, eikä, kuten joskus luullaan, estämään liekkien poistumista putkesta tai astiasta. Ilman sääsuojusta ne voidaan asentaa lähes mihin tahansa asentoon, mutta ylösalaisin asentamista ei suositella, koska se lisää riskiä, että lämpö jää loukkuun ja aiheuttaa takaisinsyttymisen. Kun sääsuoja on asennettu, ne on asennettava tavanomaiseen pystysuoraan asentoon, ja niitä on käytettävä ulkona sateelle ja lumelle alttiina.

Laitesisäiset liekinestimet

Laitesisäiset liekinestimet asennetaan putkistojärjestelmiin suojaamaan tuotantoketjun loppupäässä olevia laitteita. Alla esitetty asettelu on tyypillinen, vaikka on myös mahdollista, että syttymislähde aiheuttaa liekin kulkeutumisen kaasuvirran mukana. Jos liekki voi tulla kummastakin suunnasta, tarvitaan kaksisuuntainen liekinestin. Riviin asennettavat liekinsammuttimet voivat olla joko deflagraatio- tai detonaatiosammuttimia riippuen olosuhteista, joissa niitä on tarkoitus käyttää. Putkien suuntaus ei yleensä ole ongelma, ellei kaasuvirtauksessa ole mukana nestettä, jolla on taipumus kerääntyä sulkimeen. Tällaisissa tilanteissa voidaan asentaa eksentrinen liekinsulkukotelo, joka mahdollistaa nesteen keräämisen ja poistamisen.

Pre-Volume Flame Arrestor

Nimeltään nämä liekinsulkimet johtuvat siitä, että ne on suunniteltu suojaamaan järjestelmiä, joissa liekki voi syttyä säiliössä, jonka poikkipinta-ala on jonkin verran suurempi kuin liekinsulku-elementin tai ilmanpoistoputken poikkipinta-ala, ja joissa halutaan ehkäistä, etteivät liekit poistu säiliöstä. Ne voivat olla pelkkä elementti, linjan loppupään sulkulaite tai linjassa oleva sulkulaite. Tällaista tilannetta tarkasteltaessa on noudatettava äärimmäistä varovaisuutta, koska ei ole mahdollista ennustaa olosuhteita, joita liekinsulkimen on käsiteltävä, koska liekinsulkimen läpi kulkevien kuumien kaasujen määrä ylittää tavanomaisen riviin asennetun liekinsulkimen liekkitestauksessa tuotetut määrät. Vaikka olosuhteet pyrkivätkin tuottamaan rajoitetun deflagraation, on mahdollista, että pysäytin, joka on testattu tyydyttävästi tuotestandardissa määritellyissä rajoitetun deflagraation pysäytinolosuhteissa, ei ole tyydyttävä. Siksi ainoa ratkaisu, jolla voidaan varmistaa täysi luottamus määritettyyn tuotteeseen, on testata se todellisissa tai simuloiduissa käyttöolosuhteissa.

Hydraulinen liekinestin

Nestetuotteen liekinestimet pidättävät osan putkessa virtaavasta nesteestä niin, että kaasut voivat kuplia sen läpi, mutta mahdolliset liekit sammuvat. Hydrauliset sulkimet sisältävät vettä, jonka taso säilyy automaattisesti. Samoin kaasut voivat kuplia sen läpi, mutta liekki sammuu. Tämä tekniikka soveltuu erityisen hyvin likaiseen kaasuvirtaan, jossa on mukana hiukkasia.