Przerywacz płomienia jest urządzeniem zamontowanym w otworze obudowy lub w rurze łączącej w systemie obudów, które pozwala gazom, cieczom itp. przechodzić przez nie, ale zapobiega przenoszeniu płomienia, aby zapobiec większemu pożarowi lub eksplozji. W procesach technologicznych, w których występują gazy palne, przerywacze ognia pomagają zmniejszyć ryzyko rozprzestrzeniania się ognia, a tym samym ograniczyć skutki zdarzenia wybuchowego. Przy właściwym zastosowaniu przerywacze płomienia mogą zapobiec katastrofalnym zniszczeniom i utracie życia. Każdy, kto zajmuje się wyborem i zakupem przerywaczy ognia musi rozumieć sposób działania tych produktów, ich zalety i ograniczenia wydajności. W tym artykule postaramy się omówić podstawy technologii i terminologii przerywaczy ognia oraz dostępne typy.

Przerywacz płomienia jest również znany jako ogranicznik, ogranicznik deflagracji i pułapka płomieniowa.

Dlaczego warto używać przerywacza płomienia?

Jednym z największych niebezpieczeństw związanych z transportem lub przechowywaniem łatwopalnych cieczy lub gazów jest możliwość zapalenia się łatwopalnych oparów, co może spowodować pożar lub co gorsza eksplozję. Zawsze, gdy palny gaz lub opary
zmieszane są z powietrzem/tlenem, istnieje możliwość wybuchu. Przypadkowy zapłon mieszaniny łatwopalnej spowoduje powstanie płomienia, który będzie się przemieszczał przez niespaloną mieszaninę, aż paliwo zostanie zużyte w wyniku reakcji. W zamkniętej przestrzeni, takiej jak zbiornik lub rura, znaczny wzrost temperatury mieszaniny spowodowany procesem
spalania doprowadzi do szybkiego wzrostu objętości mieszaniny gazowej. Wynikający z tego wzrost ciśnienia wywoła efekty turbulentne, które dodatkowo przyspieszą czoło płomienia. Niepowodzenie w zatrzymaniu płomienia może spowodować katastrofalne uszkodzenie sprzętu, straty w produkcji, obrażenia ludzi, a nawet utratę życia i potencjalnie duże koszty sądowe.

Generowanie i rodzaje płomienia

Jeśli jakakolwiek palna mieszanina pary lub gazu wejdzie w kontakt ze źródłem zapłonu, rozwinie się front płomienia. Płomień ten będzie się palił w oparach lub gazie do momentu:

1. Zużycia paliwa (oparów lub gazu).
2. Usunięcia ciepła niezbędnego do podtrzymania spalania.
3. Stężenie tlenu staje się zbyt wysokie lub zbyt niskie, aby umożliwić kontynuowanie spalania.

Deflagracja

Jeśli front płomienia rozchodzi się z prędkością mniejszą niż prędkość dźwięku w oparach, jest to określane jako deflagracja. Jest ona dalej klasyfikowana w dwóch typach.

• Deflagracja niezamknięta

Deflagracja niezamknięta występuje w przypadku zapłonu atmosfery palnej na zewnątrz zbiornika lub innego urządzenia procesowego. Na przykład, wylot oddechowy lub wentylacyjny ze zbiornika przechowującego benzynę może wytworzyć niezamkniętą chmurę łatwopalnych oparów w jego bezpośrednim sąsiedztwie. Źródła zapłonu takie jak zapalony papieros, statyczne wyładowanie elektryczne lub uderzenie pioruna mogą spowodować zapłon tej chmury pary, a powstały w ten sposób front płomienia może dostać się do zbiornika przez wylot.

• Deflagracja ograniczona

Deflagracja ograniczona występuje w przypadku zapłonu atmosfery palnej wewnątrz rurociągu, zbiornika lub innego urządzenia procesowego. Zwykle może to mieć miejsce w zakładzie przemysłowym lub przetwórczym. Na przykład, wiele kopalni węgla wytwarza pod ziemią łatwopalny i trujący metan, który jest pompowany na powierzchnię rurociągiem, a następnie spalany w kotle w celach grzewczych. Problemy z kotłem lub systemem pompowania mogą spowodować zapłon zawartości rury, a płomień może przemieszczać się z powrotem w dół rury, powodując eksplozję pod ziemią.

Detonacja

Detonacja występuje, gdy płomień przemieszcza się wzdłuż rury, zwykle z prędkością ponaddźwiękową i jest połączony z falą uderzeniową. Zazwyczaj następuje to w wyniku przyspieszenia płomienia wywołanego turbulencjami, spowodowanego chropowatością ścian rury lub przerwami, takimi jak zakręty, zawory lub zmiany przekroju rury. Może to również nastąpić po prostu przez umożliwienie płomieniowi dalszego przyspieszania wzdłuż rury na wystarczającą odległość. Fala uderzeniowa charakteryzuje się
stopniową zmianą ciśnienia i gęstości, poprzez którą prędkość płomienia zmienia się z poddźwiękowej na naddźwiękową.

• Detonacja przesterowana

Jeśli front płomienia rozprzestrzenia się z prędkością przekraczającą prędkość dźwięku w oparach, jest to znane jako detonacja przesterowana. Detonacja przesterowana jest zjawiskiem krótkotrwałym i zwykle występuje, gdy front płomienia przechodzi od deflagracji z dużą prędkością do detonacji.

Przerywacze płomienia Zasada działania

Przerywacze płomienia działają na zasadzie usuwania ciepła z płomienia, gdy próbuje on przejść przez wąskie przejścia o ściankach z metalu lub innego materiału przewodzącego ciepło.

Przerywacze płomienia są pasywnymi urządzeniami mechanicznymi, które są montowane w zbiorniku lub w systemie rurociągów procesowych. W normalnym trybie pracy, mieszanina oparów w rurze jest kierowana przez przerywacz płomienia. Przerywacz płomienia składa się głównie z obudowy, elementu i połączeń służących do zamocowania go do rurociągu lub urządzenia. Element jest urządzeniem, które gasi płomień i jest głównie formą „filtra”, który zapewnia małe otwory, przez które przepływa gaz procesowy, ale zapobiega przenoszeniu płomienia. Czoło płomienia jest rozbijane w „filtrze” na mniejsze płomyczki, które są chłodzone przez dużą pojemność cieplną elementu i w ten sposób płomień jest gaszony.

Materiały używane do produkcji elementu „filtrującego” obejmują karbowane taśmy metalowe, tkane gazy druciane, materiały spiekane i materiały typu plaster miodu. Ze względu na swoją konstrukcję, element spowoduje spadek ciśnienia lub utrudnienie w przepływie procesu. W celu złagodzenia tego zwiększonego oporu przepływu, powierzchnia elementu jest zazwyczaj większa niż powierzchnia przekroju poprzecznego rurociągu. Większe elementy mają również większą pojemność cieplną.

Types of Flame Arrestors

Wszystkie przerywacze ognia są zaprojektowane tak, aby umożliwić gazom lub cieczom przejście przez nie, jednocześnie zapobiegając płomieniom lub iskrom z tworzenia eksplozji lub rozszerzania się w większy pożar. Jednakże ich styl i rozmiar jest bardzo różny, aby dopasować się do każdego zastosowania.

End-of-Line Flame Arrestor

End-of-line Flame arrestors są montowane na końcu linii rurowej lub wyjścia do zbiornika, aby zapobiec przedostawaniu się płomieni, a nie, jak się czasem uważa, aby zapobiec wydostawaniu się płomienia z rury lub zbiornika. Bez kaptura chroniącego przed wpływami atmosferycznymi mogą być montowane w niemal dowolnej orientacji, ale nie zaleca się montażu w pozycji odwróconej, ponieważ zwiększa to ryzyko uwięzienia ciepła, co może spowodować cofnięcie się płomienia. Z wbudowanym kapturem pogodowym powinny być montowane w konwencjonalnej orientacji pionowej i używane na zewnątrz narażone na deszcz i śnieg.

In-Line Flame Arrestor

In-line Flame arrestors są montowane w systemach rurociągów w celu ochrony urządzeń znajdujących się za nimi. Układ pokazany poniżej jest typowy, chociaż jest również możliwe, że źródło zapłonu może spowodować, że płomień będzie się przemieszczał wraz z przepływem gazu. Jeżeli płomień może pochodzić z dowolnego kierunku, wówczas wymagany jest dwukierunkowy przerywacz ognia. W zależności od warunków, w jakich mają być stosowane, liniowe przerywacze ognia mogą być typu deflagracyjnego lub detonacyjnego. Orientacja rur zwykle nie stanowi problemu, chyba że w przepływie gazu znajduje się ciecz, która ma tendencję do gromadzenia się w przerywaczu. W takich sytuacjach można zamontować mimośrodową obudowę przerywacza płomienia, aby umożliwić zbieranie i odprowadzanie cieczy.

Pre-Volume Flame Arrestor

Nazywa się je tak, ponieważ są przeznaczone do ochrony systemów, w których płomień może rozpocząć się w zbiorniku, którego powierzchnia przekroju poprzecznego jest nieco większa niż element przerywacza płomienia lub rura odpowietrzająca, a celem jest uniemożliwienie opuszczenia zbiornika przez płomień. Może to być zwykły element, przerywacz ognia na końcu przewodu lub przerywacz w przewodzie. Rozważając taką sytuację należy zachować szczególną ostrożność, ponieważ nie można przewidzieć warunków, z jakimi będzie musiał sobie poradzić przerywacz ognia, gdyż objętość gorących gazów przechodzących przez przerywacz będzie większa niż objętość wytwarzana w przypadku konwencjonalnych testów płomieniowych przerywaczy liniowych. Chociaż warunki będą miały tendencję do wytwarzania ograniczonej deflagracji, możliwe jest, że ogranicznik, który został zadowalająco przebadany w warunkach ograniczonej deflagracji określonych w normie wyrobu, nie będzie zadowalający. Dlatego jedynym rozwiązaniem zapewniającym całkowite zaufanie do określonego produktu jest przetestowanie go w rzeczywistych lub symulowanych warunkach operacyjnych.

Hydrauliczny przerywacz ognia

Płynne przerywacze ognia zatrzymują część cieczy przepływającej w rurze, tak że gazy mogą przez nią przenikać, ale płomień jest gaszony. Ograniczniki hydrauliczne zawierają wodę, której poziom jest automatycznie utrzymywany. Podobnie gazy mogą przez nią przenikać, ale płomień zostaje ugaszony. Technika ta jest szczególnie przydatna w przypadku przepływu brudnego gazu z porwanymi cząstkami stałymi.

.