Un sistem de protecție împotriva flăcărilor este un dispozitiv montat pe deschiderea unei incinte sau pe țevile de legătură dintr-un sistem de incinte și care permite trecerea gazelor, lichidelor etc., dar împiedică transmiterea unei flăcări pentru a preveni un incendiu sau o explozie mai mare. În operațiunile de procesare cu gaze combustibile, opritorii de flacără ajută la atenuarea riscului de propagare a incendiului și, astfel, limitează impactul unui eveniment exploziv. Atunci când sunt utilizate în mod corespunzător, opritorii de flacără pot preveni daune catastrofale și pierderi de vieți omenești. Orice persoană implicată în selectarea și achiziționarea de opritori de flacără trebuie să înțeleagă modul în care funcționează aceste produse, avantajele și limitele lor de performanță. În acest articol vom încerca să acoperim elementele de bază ale tehnologiei și terminologiei detectoarelor de flacără și tipurile disponibile.

Un detector de flacără mai este cunoscut și sub numele de opritor, opritor de deflagrație și capcană de flacără.

De ce să folosiți un opritor de flacără?

Unul dintre cele mai mari pericole implicate de transportul sau depozitarea lichidelor sau gazelor inflamabile este acela că se poate produce o aprindere a vaporilor inflamabili, ceea ce poate duce la un incendiu sau, mai rău, la o explozie. Ori de câte ori un gaz sau vapori inflamabili
se amestecă cu aer/oxigen, există posibilitatea producerii unei explozii. Aprinderea accidentală a amestecului inflamabil va duce la apariția unei flăcări care se va deplasa prin amestecul nears până când combustibilul este consumat de reacție. Într-un spațiu închis, cum ar fi un vas sau o țeavă, creșterea semnificativă a temperaturii amestecului cauzată de procesul de
combustie va duce la o creștere rapidă a volumului amestecului de gaze. Creșterea de presiune rezultată va induce efecte turbulente care vor accelera și mai mult frontul flăcării. Incapacitatea de a opri o flacără poate avea ca rezultat deteriorarea catastrofală a echipamentelor, pierderea producției, rănirea persoanelor și chiar pierderea vieții și costuri de litigii potențial mari.

Generarea și tipurile de flăcări

Dacă orice amestec inflamabil de vapori sau gaze intră în contact cu o sursă de aprindere, se va dezvolta un front de flacără. Această flacără va arde prin vapori sau gaze până când:

1. Se consumă rezerva de combustibil (vapori sau gaze).
2. Se elimină căldura necesară pentru a susține combustia.
3. Concentrația de oxigen devine fie prea mare, fie prea mică pentru a permite continuarea arderii.

Deflagrație

În cazul în care un front de flacără se propagă cu o viteză mai mică decât viteza sunetului în vapori, se numește deflagrație. Aceasta se clasifică în continuare în două tipuri.

• Deflagrație neconfinată

O deflagrație neconfinată are loc atunci când există o aprindere a unei atmosfere inflamabile în afara unui container sau a unui alt echipament de proces. De exemplu, o ieșire de respirație sau de ventilație de la un rezervor care stochează benzină poate produce un nor neconfinat de vapori inflamabili în imediata sa vecinătate. Surse de aprindere, cum ar fi o țigară aprinsă, o descărcare electrică statică sau o lovitură de trăsnet, ar putea aprinde acest nor de vapori, iar frontul de flacără rezultat poate intra
în rezervor prin ieșire.

• Deflagrație confinată

O deflagrație confinată are loc atunci când există o aprindere a unei atmosfere inflamabile în interiorul unei conducte, al unui container sau al unui alt echipament de proces. În mod obișnuit, acest lucru ar putea avea loc în instalații industriale sau de procesare. De exemplu, multe mine de cărbune generează gaz metan inflamabil și otrăvitor sub pământ, care este pompat la suprafață de-a lungul unei conducte și apoi ars într-un cazan pentru încălzire. Probleme la cazan sau la sistemul de pompare ar putea aprinde conținutul conductei, iar flacăra ar putea să se deplaseze înapoi în conductă, ducând la o explozie sub pământ.

Detonare

O detonare are loc atunci când o flacără se deplasează de-a lungul unei conducte, de obicei la viteze supersonice și este combinată cu o undă de șoc. De obicei, acest lucru se produce ca urmare a accelerării flăcării induse de turbulențe cauzate de rugozitatea pereților conductei sau de întreruperi, cum ar fi curbe, supape sau schimbări de secțiune a conductei. De asemenea, se poate produce pur și simplu permițând flăcării să continue să accelereze de-a lungul unei conducte pe o distanță suficientă. O undă de șoc este caracterizată
de o schimbare în trepte a presiunii și densității prin care viteza flăcării se schimbă de la subsonică la supersonică.

• Detonarea suprasolicitată

Dacă un front de flacără se propagă cu o viteză mai mare decât viteza sunetului în vapori, se numește detonare suprasolicitată. Detonarea excesivă este un fenomen de scurtă durată și apare, de obicei, atunci când frontul de flacără face tranziția de la o deflagrație de mare viteză la o detonare.

Principiul de funcționare al opritorilor de flacără

Aparatoarele de flacără funcționează pe principiul eliminării căldurii de la flacără în timp ce aceasta încearcă să se deplaseze prin pasaje înguste cu pereți de metal sau alt material termoconductor.

Aparatoarele de flacără sunt dispozitive mecanice pasive care sunt montate pe un rezervor sau într-un sistem de conducte de proces. În timpul funcționării normale, amestecul de vapori din țeavă este dirijat prin opritorul de flacără. Un opritor de flacără constă, în principal, dintr-o carcasă, un element și conexiuni pentru a-l fixa la conducte sau echipamente. Elementul este dispozitivul care stinge flacăra și, în principal, este o formă de „filtru” care oferă mici deschideri prin care gazul de proces va curge, dar va împiedica transmiterea flăcării. Frontul flăcării este descompus în „filtru” în flamelets mai mici care sunt răcite de capacitatea termică mare a elementului, stingând astfel flacăra.

Materialele folosite pentru elementul „filtru” includ panglici metalice ondulate, tifon din sârmă țesută, materiale sinterizate și materiale în formă de pieptene de miere. Din cauza construcției sale, elementul va provoca o cădere de presiune sau o obstrucție a fluxului de proces. Pentru a atenua această rezistență crescută la curgere, suprafața elementului este de obicei mai mare decât suprafața secțiunii transversale a țevilor. Elementele mai mari au, de asemenea, o capacitate termică mai mare.

Tipuri de opritori de flacără

Toate opritorii de flacără sunt concepuți pentru a permite trecerea gazelor sau a lichidelor, împiedicând în același timp ca flăcările sau scânteile să creeze o explozie sau să se extindă într-un incendiu mai mare. Cu toate acestea, gama lor de stiluri și dimensiuni variază foarte mult pentru a se potrivi fiecărei aplicații.

Detergător de flăcări de capăt de linie

Detergătorii de flăcări de capăt de linie sunt montați la capătul unei conducte sau la ieșirea dintr-un recipient pentru a împiedica flăcările să intre și nu, așa cum se crede uneori, pentru a împiedica flacăra să iasă din conductă sau recipient. Fără capotă de protecție împotriva intemperiilor, acestea pot fi montate în aproape orice orientare, dar nu se recomandă montarea inversă, deoarece crește riscul de captare a căldurii și, prin urmare, de reaprindere a flăcării. Cu o capotă de protecție încorporată, acestea ar trebui montate într-o orientare verticală convențională și utilizate în exterior, expuse la ploaie și zăpadă.

Detergător de flacără în linie

Detergătorii de flacără în linie sunt montați în sistemele de conducte pentru a proteja echipamentele din aval. Dispunerea prezentată mai jos este tipică, deși este de asemenea posibil ca sursa de aprindere să determine flacăra să se deplaseze odată cu fluxul de gaz. Dacă flacăra ar putea proveni din ambele direcții, atunci este necesar un opritor de flacără bidirecțional. Dispozitivele de oprire a flăcării în linie pot fi fie de deflagrație, fie de detonare, în funcție de condițiile în care urmează să fie utilizate. Orientarea țevilor nu reprezintă de obicei o problemă, cu excepția cazului în care lichidul este antrenat în fluxul de gaz și ar avea tendința de a se aduna în descărcător. În astfel de situații, poate fi montată o carcasă excentrică a dispozitivului de oprire a flăcării pentru a permite colectarea și scurgerea lichidului.

Dispozitiv de oprire a flăcării cu preaplin

Acestea sunt denumite astfel deoarece sunt concepute pentru a proteja sistemele în care o flacără poate porni în interiorul unui recipient a cărui secțiune transversală este ceva mai mare decât elementul dispozitivului de oprire a flăcării sau decât conducta de aerisire, iar dorința este de a împiedica flacăra să părăsească recipientul. Acestea pot fi un simplu element, un opritor de capăt de linie sau un opritor în linie. Trebuie să se acorde o atenție extremă atunci când se ia în considerare o astfel de situație, deoarece nu este posibil să se prevadă condițiile pe care va trebui să le gestioneze opritorul de flacără, deoarece volumul gazelor fierbinți care trec prin opritor va depăși volumele produse pentru testarea flăcărilor din opritorul în linie convențional. Deși condițiile vor tinde să producă o deflagrație confinată, este posibil ca un descărcător care a fost testat în mod satisfăcător în condiții de deflagrație confinată stabilite într-un standard de produs să nu fie satisfăcător. Prin urmare, singura soluție pentru a asigura o încredere totală în produsul specificat este testarea acestuia în condiții de funcționare reale sau simulate.

Apartaj de flacără hidraulic

Apartajatorul de flacără cu produs lichid reține o parte din lichidul care curge într-o țeavă, astfel încât gazele pot bolborosi prin el, dar orice flacără este stinsă. Amortizoarele hidraulice conțin apă al cărei nivel este menținut automat. În mod similar, gazele pot bolborosi prin ea, dar orice flacără ar fi stinsă. Această tehnică este deosebit de potrivită pentru un flux de gaze murdare cu particule antrenate în el.

.