Een vlamdover is een apparaat dat aan de opening van een behuizing of aan het verbindingspijpleidingwerk in een systeem van behuizingen wordt aangebracht en dat gassen, vloeistoffen, enz. doorlaat, maar de transmissie van een vlam verhindert om een grotere brand of explosie te verhinderen. Bij procesverrichtingen met brandbare gassen helpen vlamdovers het risico van branduitbreiding te beperken en zo de gevolgen van een explosie te beperken. Wanneer vlamdovers correct worden gebruikt, kunnen zij catastrofale schade en verlies van mensenlevens voorkomen. Iedereen die betrokken is bij de selectie en aankoop van vlamdovers moet begrijpen hoe deze producten werken, wat hun voordelen zijn en wat hun prestatiebeperkingen zijn. In dit artikel zullen we proberen de basis van de technologie en de terminologie van vlamdovers en de beschikbare types te behandelen.

Een vlamdover is ook bekend als arrestor, deflagratie arrestor en vlamdover.

Waarom een vlamdover gebruiken?

Een van de grootste gevaren bij het vervoer of de opslag van brandbare vloeistoffen of gassen is dat de brandbare damp kan ontbranden, wat kan leiden tot brand of erger nog, een explosie. Wanneer een ontvlambaar gas of ontvlambare damp
wordt gemengd met lucht/zuurstof, bestaat de kans op een explosie. Onbedoelde ontsteking van het brandbare mengsel zal resulteren in een vlam die zich door het onverbrande mengsel zal verplaatsen totdat de brandstof door de reactie is verbruikt. In een afgesloten ruimte, zoals een vat of een pijp, zal de aanzienlijke temperatuurstijging van het mengsel als gevolg van het
verbrandingsproces leiden tot een snelle toename van het volume van het gasmengsel. De resulterende drukverhoging zal turbulente effecten teweegbrengen die het vlamfront verder zullen versnellen. Het niet stoppen van een vlam kan resulteren in catastrofale schade aan apparatuur, productieverlies, letsel aan mensen en zelfs verlies van leven en potentieel hoge proceskosten.

Vlamvorming en -types

Als een brandbaar damp- of gasmengsel in contact komt met een ontstekingsbron, zal zich een vlamfront ontwikkelen. Deze vlam brandt door de damp of het gas totdat:

1. de brandstofvoorraad (damp of gas) is verbruikt.
2. de warmte die nodig is om de verbranding in stand te houden is verwijderd.
3. De zuurstofconcentratie wordt te hoog of te laag om verdere verbranding mogelijk te maken.

Deflagratie

Als een vlamfront zich voortplant met een snelheid die lager is dan de geluidssnelheid in de damp, is er sprake van deflagratie. Deze wordt verder ingedeeld in twee typen.

• Oningevulde deflagratie

Een oningevulde deflagratie treedt op wanneer een ontvlambare atmosfeer buiten een vat of andere procesapparatuur ontbrandt. Zo kan bijvoorbeeld een ademhalings- of ventilatieopening van een tank waarin benzine is opgeslagen, in de onmiddellijke omgeving daarvan een niet-geïsoleerde wolk van brandbare damp produceren. Ontstekingsbronnen zoals een brandende sigaret, een statische elektrische ontlading of een blikseminslag kunnen deze dampwolk ontsteken en het resulterende vlammenfront kan via de uitlaat de tank binnendringen.

• Gesloten deflagratie

Een ingesloten deflagratie doet zich voor wanneer een ontvlambare atmosfeer binnen een pijpleiding, container of andere procesapparatuur tot ontsteking wordt gebracht. Dit kan typisch gebeuren in een industriële of procesinstallatie. Veel kolenmijnen produceren bijvoorbeeld brandbaar en giftig methaangas onder de grond, dat via een pijp naar de oppervlakte wordt gepompt en vervolgens in een ketel wordt verbrand voor verwarmingsdoeleinden. Problemen met de ketel of het pompsysteem kunnen de inhoud van de pijp doen ontbranden en de vlam kan langs de pijp terug naar beneden gaan, met een explosie onder de grond tot gevolg.

Detonatie

Een detonatie doet zich voor wanneer een vlam zich langs een pijp verplaatst, gewoonlijk met supersonische snelheden en gepaard gaat met een schokgolf. Gewoonlijk gebeurt dit als gevolg van een door turbulentie veroorzaakte vlamversnelling die wordt veroorzaakt door ruwheid in de pijpwanden of onderbrekingen zoals bochten, kleppen of veranderingen in de doorsnede van de pijp. Het kan ook eenvoudig voorkomen door de vlam over een voldoende afstand langs een pijp te laten versnellen. Een schokgolf wordt gekenmerkt
door een stapsgewijze verandering in druk en dichtheid waardoor de vlamsnelheid verandert van subsonisch naar supersonisch.

• Overdreven detonatie

Als een vlamfront zich voortplant met een snelheid die hoger is dan de geluidssnelheid in de damp, is er sprake van overdreven detonatie. Overgedreven detonatie is een kortstondig verschijnsel en doet zich gewoonlijk voor wanneer het vlamfront overgaat van een deflagratie met hoge snelheid naar een detonatie.

Vlamdovers werkingsprincipe

Vlamdovers werken volgens het principe van het verwijderen van warmte van de vlam wanneer deze zich door nauwe doorgangen met wanden van metaal of ander warmtegeleidend materiaal probeert te bewegen.

Vlamdovers zijn passieve mechanische apparaten die op een tank of in een procesleidingsysteem worden gemonteerd. In normaal bedrijf wordt het dampmengsel in de leiding door de vlamdover geleid. Een vlamdover bestaat hoofdzakelijk uit een behuizing, een element en aansluitingen om hem aan het pijpwerk of de apparatuur te bevestigen. Het element is het apparaat dat de vlam afkoelt en is hoofdzakelijk een soort “filter” dat kleine openingen biedt waardoor het procesgas kan stromen, maar waardoor vlamoverdracht wordt voorkomen. Het vlamfront wordt in de “filter” opgesplitst in kleinere vlammetjes die door de grote warmtecapaciteit van het element worden afgekoeld, waardoor de vlam dooft.

Materialen die voor het “filter”-element worden gebruikt zijn onder meer geplooide metalen linten, geweven metaalgaas, gesinterde materialen en honingkammaterialen. Door zijn constructie veroorzaakt het element een drukval of een belemmering van de processtroom. Om deze verhoogde stromingsweerstand te beperken, is het oppervlak van het element gewoonlijk groter dan de dwarsdoorsnede van het pijpwerk. Grotere elementen hebben ook een grotere warmtecapaciteit.

Types van vlamdovers

Alle vlamdovers zijn ontworpen om gassen of vloeistoffen door te laten terwijl ze voorkomen dat vlammen of vonken een explosie veroorzaken of zich tot een grotere brand uitbreiden. Nochtans, varieert hun waaier van stijl en grootte enorm om elke toepassing te passen.

End-of-Line Flame Arrestor

End-of-line vlamdovers worden gepast aan het eind van een pijpleiding of uitgang aan een vat om vlammen te verhinderen binnen te gaan, en niet, zoals soms wordt verondersteld, om de vlam te verhinderen de pijp of het vat te verlaten. Zonder beschermkap kunnen ze in bijna alle richtingen worden gemonteerd, maar omgekeerde montage wordt niet aanbevolen, omdat dan het risico toeneemt dat de warmte wordt ingesloten en een vlamterugslag ontstaat. Met een beschermkap gemonteerd, moeten ze worden gemonteerd in een conventionele verticale oriëntatie en worden gebruikt buiten blootgesteld aan regen en sneeuw.

In-Line Flame Arrestor

In-line vlamdovers worden gemonteerd in leidingsystemen om stroomafwaartse apparatuur te beschermen. De hieronder getoonde lay-out is typisch, hoewel het ook mogelijk is dat de ontstekingsbron de vlam met de gasstroom mee laat bewegen. Als de vlam uit beide richtingen kan komen, is een bidirectionele vlamdover vereist. In-line vlamdovers kunnen zowel deflagratie- als detonatiedovers zijn, afhankelijk van de omstandigheden waaronder ze moeten worden gebruikt. De oriëntatie van de pijpen is gewoonlijk geen probleem, tenzij er vloeistof in de gasstroom meesleept en de neiging zou hebben zich in de arreter op te hopen. In dergelijke situaties kan een excentrische behuizing van de vlamdover worden aangebracht om het opvangen en afvoeren van de vloeistof mogelijk te maken.

Vlamdover

Deze worden zo genoemd omdat zij zijn ontworpen om systemen te beschermen waarin een vlam kan ontstaan in een vat waarvan de dwarsdoorsnede iets groter is dan het vlamdoverelement of de ontluchtingspijp en men wil voorkomen dat de vlam het vat verlaat. Het kan eenvoudigweg gaan om een element, een eindbeveiligingsinrichting of een in-line-beveiligingsinrichting. Extreme zorg moet worden genomen wanneer het overwegen van een dergelijke situatie aangezien het niet mogelijk is om de voorwaarden te voorspellen die de vlamdover zal moeten behandelen omdat het volume van hete gassen die door de dover gaan de volumes zal overschrijden die voor conventionele in-line brandtest van de dover worden geproduceerd. Hoewel de omstandigheden ertoe zullen neigen een beperkte deflagratie te veroorzaken, is het mogelijk dat een arrestor die op bevredigende wijze is getest onder beperkte deflagratievoorwaarden die in een productnorm zijn vastgelegd, niet bevredigend zal zijn. Daarom is de enige oplossing om volledig vertrouwen in het gespecificeerde product te krijgen, het testen ervan onder werkelijke of gesimuleerde bedrijfsomstandigheden.

Hydraulische vlamdover

Liquid product flame arrestors vangen een deel van de vloeistof op die in een pijp stroomt, zodat de gassen er doorheen kunnen borrelen, maar elke vlam wordt gedoofd. Hydraulische vonkenvangers bevatten water waarvan het niveau automatisch wordt gehandhaafd. Ook hier kunnen gassen doorheen borrelen, maar elke vlam wordt gedoofd. Deze techniek is bijzonder geschikt voor een vuile gasstroom met ingesloten deeltjes.