Un Arresto di Fiamma è un dispositivo montato sull’apertura di un recinto o sulle tubazioni di collegamento in un sistema di recinti e che permette il passaggio di gas, liquidi, ecc. ma impedisce la trasmissione di una fiamma al fine di prevenire un incendio o un’esplosione più grande. Nelle operazioni di processo con gas combustibili, gli arrestatori di fiamma aiutano a mitigare il rischio di diffusione dell’incendio e quindi a limitare l’impatto di un evento esplosivo. Se usati correttamente, gli arrestatori di fiamma possono prevenire danni catastrofici e perdite di vite umane. Chiunque sia coinvolto nella selezione e nell’acquisto di arrestatori di fiamma deve capire come funzionano questi prodotti, i loro vantaggi e i loro limiti di prestazione. In questo articolo cercheremo di coprire le basi della tecnologia e della terminologia degli arrestatori di fiamma e i tipi disponibili.

Un arrestatore di fiamma è anche conosciuto come arrestatore, arrestatore di deflagrazione e trappola di fiamma.

Perché usare un arrestatore di fiamma?

Uno dei maggiori pericoli legati al trasporto o allo stoccaggio di liquidi o gas infiammabili è che l’accensione del vapore infiammabile può avvenire, causando un incendio o peggio, un’esplosione. Ogni volta che un gas o un vapore infiammabile
viene mescolato con aria/ossigeno, c’è il potenziale per un’esplosione. L’accensione accidentale della miscela infiammabile provocherà una fiamma che attraverserà la miscela incombusta fino a quando il combustibile non sarà consumato dalla reazione. In uno spazio chiuso, come un recipiente o un tubo, il significativo aumento di temperatura della miscela causato dal processo di
combustione porterà ad un rapido aumento del volume della miscela di gas. L’aumento di pressione risultante indurrà effetti turbolenti che accelereranno ulteriormente il fronte della fiamma. Il mancato arresto di una fiamma può provocare danni catastrofici alle attrezzature, perdita di produzione, lesioni alle persone e persino la perdita della vita e costi di contenzioso potenzialmente elevati.

Generazione e tipi di fiamma

Se qualsiasi miscela infiammabile di vapore o gas viene a contatto con una fonte di accensione, si svilupperà un fronte di fiamma. Questa fiamma brucerà attraverso il vapore o il gas fino a quando:

1. La fornitura di combustibile (vapore o gas) è consumata.
2. Il calore necessario per sostenere la combustione è rimosso.
3. La concentrazione di ossigeno diventa o troppo alta o troppo bassa per permettere di continuare a bruciare.

Deflagrazione

Se un fronte di fiamma si propaga ad una velocità inferiore alla velocità del suono nel vapore, si parla di deflagrazione. Questa è ulteriormente classificata in due tipi.

• Deflagrazione non confinata

Una deflagrazione non confinata si verifica quando c’è un’accensione di un’atmosfera infiammabile fuori da un contenitore o altre attrezzature di processo. Per esempio, un’uscita di respirazione o di ventilazione da un serbatoio che contiene benzina può produrre una nuvola non confinata di vapore infiammabile nelle sue immediate vicinanze. Fonti di accensione come una sigaretta accesa, una scarica elettrica statica o un fulmine potrebbero accendere questa nube di vapore e il fronte di fiamma risultante potrebbe entrare nel serbatoio attraverso l’uscita.

• Deflagrazione confinata

Una deflagrazione confinata si verifica quando c’è un’accensione di un’atmosfera infiammabile all’interno di una tubazione, un contenitore o altre attrezzature di processo. Tipicamente questo potrebbe verificarsi in un impianto industriale o di processo. Per esempio, molte miniere di carbone generano gas metano infiammabile e velenoso sotto terra che viene pompato in superficie lungo un tubo e poi bruciato in una caldaia per il riscaldamento. Problemi con la caldaia o il sistema di pompaggio potrebbero incendiare il contenuto del tubo e la fiamma potrebbe viaggiare indietro lungo il tubo provocando un’esplosione sotto terra.

Detonazione

Una detonazione avviene quando una fiamma viaggia lungo un tubo, di solito a velocità supersonica e si combina con un’onda d’urto. Tipicamente questo avviene come risultato dell’accelerazione della fiamma indotta dalla turbolenza causata dalla rugosità delle pareti del tubo o da interruzioni come curve, valvole o cambiamenti di sezione del tubo. Può anche verificarsi semplicemente permettendo alla fiamma di continuare ad accelerare lungo un tubo per una distanza sufficiente. Un’onda d’urto è caratterizzata
da un cambiamento di pressione e densità attraverso il quale la velocità della fiamma passa da subsonica a supersonica.

• Detonazione sovralimentata

Se un fronte di fiamma si propaga a una velocità superiore alla velocità del suono nel vapore, si parla di detonazione sovralimentata. La detonazione sovralimentata è un fenomeno di breve durata e di solito si verifica quando il fronte di fiamma sta passando da una deflagrazione ad alta velocità a una detonazione.

Principio di funzionamento degli arrestatori di fiamma

Gli arrestatori di fiamma funzionano sul principio della rimozione del calore dalla fiamma quando questa tenta di attraversare stretti passaggi con pareti di metallo o altro materiale termoconduttivo.

Gli arrestatori di fiamma sono dispositivi meccanici passivi che sono montati su un serbatoio o in un sistema di tubazioni di processo. In funzionamento normale, la miscela di vapore nel tubo è diretta attraverso il dispositivo di arresto della fiamma. Un arrestatore di fiamma consiste principalmente in un alloggiamento, un elemento e connessioni per fissarlo alla tubazione o all’attrezzatura. L’elemento è il dispositivo che spegne la fiamma e principalmente è una forma di “filtro” che fornisce piccole aperture attraverso le quali il gas di processo scorre ma impedisce la trasmissione della fiamma. Il fronte della fiamma si scompone nel “filtro” in flamelline più piccole che vengono raffreddate dalla grande capacità di calore dell’elemento, estinguendo così la fiamma.

I materiali usati per l’elemento “filtro” includono nastri metallici ondulati, garza di filo intrecciato, materiali sinterizzati e materiali a pettine. A causa della sua costruzione, l’elemento causerà una caduta di pressione o un’ostruzione al flusso del processo. Al fine di mitigare questa maggiore resistenza al flusso, l’area dell’elemento è solitamente più grande dell’area della sezione trasversale della tubazione. Gli elementi più grandi hanno anche una maggiore capacità termica.

Tipi di arrestatori di fiamma

Tutti gli arrestatori di fiamma sono progettati per permettere il passaggio di gas o liquidi, impedendo alle fiamme o alle scintille di creare un’esplosione o di espandersi in un incendio più grande. Tuttavia, la loro gamma di stile e dimensioni varia enormemente per adattarsi ad ogni applicazione.

Arresto di fiamma di fine linea

Gli arrestatori di fiamma di fine linea sono montati alla fine di una linea di tubi o all’uscita di un recipiente per impedire alle fiamme di entrare, e non, come a volte si crede, per impedire alla fiamma di uscire dal tubo o dal recipiente. Senza una cappa, possono essere montati in quasi tutti gli orientamenti, ma il montaggio invertito non è raccomandato perché questo aumenta il rischio di intrappolamento del calore, causando un ritorno di fiamma. Con una cappa incorporata, dovrebbero essere montati in un orientamento verticale convenzionale ed essere usati all’esterno esposti a pioggia e neve.

Arresto di fiamma in linea

Gli arrestatori di fiamma in linea sono montati nei sistemi di tubature per proteggere le attrezzature a valle. La disposizione mostrata sotto è tipica, sebbene sia anche possibile che la fonte di accensione possa far viaggiare la fiamma con il flusso del gas. Se la fiamma può provenire da entrambe le direzioni, allora è necessario un arrestatore di fiamma bidirezionale. Gli arrestatori di fiamma in linea possono essere arrestatori di deflagrazione o di detonazione a seconda delle condizioni in cui devono essere utilizzati. L’orientamento del tubo di solito non è un problema, a meno che il liquido sia trascinato nel flusso di gas e tenda a raccogliersi nell’arrestatore. In tali situazioni, un alloggiamento eccentrico dell’arrestatore di fiamma può essere montato per permettere la raccolta e il drenaggio del liquido.

Arresto di fiamma pre-volume

Sono così chiamati perché sono progettati per proteggere i sistemi in cui una fiamma può iniziare all’interno di un contenitore la cui sezione trasversale è un po’ più grande dell’elemento di arresto della fiamma o del tubo di sfiato e il desiderio è di impedire alla fiamma di lasciare il contenitore. Possono essere semplicemente un elemento, un arresto di fine linea o un arresto in linea. Occorre prestare la massima attenzione quando si considera una situazione del genere, poiché non è possibile prevedere le condizioni che il dispositivo di arresto della fiamma dovrà gestire perché il volume dei gas caldi che passano attraverso il dispositivo di arresto supererà i volumi prodotti per le prove di fiamma convenzionali di un dispositivo di arresto in linea. Anche se le condizioni tenderanno a produrre una deflagrazione confinata, è possibile che un dispositivo di arresto che è stato testato in modo soddisfacente in condizioni di arresto di deflagrazione confinata stabilite in una norma di prodotto non sia soddisfacente. Pertanto, l’unica soluzione per garantire la totale fiducia nel prodotto specificato è quella di testarlo in condizioni operative reali o simulate.

Arresto fiamma idraulico

Gli arrestatori di fiamma a prodotto liquido intrappolano parte del liquido che scorre in un tubo in modo che i gas possano gorgogliare attraverso di esso ma qualsiasi fiamma viene estinta. Gli arrestatori idraulici contengono acqua il cui livello è mantenuto automaticamente. Allo stesso modo, i gas possono passare attraverso di essa, ma qualsiasi fiamma verrebbe estinta. Questa tecnica è particolarmente adatta a un flusso di gas sporco con particolato trascinato al suo interno.