Pojistka plamene

Pojistka plamene psaná také jako arrestor je zařízení, které umožňuje průchod plynu, ale zastavuje plamen, aby se zabránilo většímu požáru nebo výbuchu. Existuje obrovské množství situací, ve kterých se omezovače plamene používají. Každý, kdo se podílí na výběru omezovačů plamene, musí pochopit, jak tyto výrobky fungují a jaká jsou jejich výkonnostní omezení. Za tímto účelem poskytuje tento článek úvod do technologie a terminologie omezovačů plamene a typů dostupných výrobků.

Historie omezovačů plamene

Princip činnosti omezovačů plamene objevil v roce 1815 Sir Humphry Davy, slavný chemik a profesor Královského institutu v Anglii. Na Davyho se obrátil bezpečnostní výbor anglického uhelného průmyslu s žádostí o technickou pomoc. Potřebovali způsob, jak zabránit tomu, aby olejové lampy horníků způsobovaly výbuchy, když hořlavý plyn zvaný firedamp proniká do důlních šachet. Sir Humphry studoval plyn, který se skládal převážně z metanu. Zkoumal, jak metan hoří za různých podmínek a s různým podílem vzduchu. Davyho řešením bylo plamen lampy bezpečně uzavřít vysokým válcem z jemně tkaného drátěného síta zvaného kovová gáza. Dvě z prvních Davyho bezpečnostních lamp jsou zobrazeny vpravo.

Sítem prochází dostatečné množství světla lampy, aby bylo užitečné. Vzduch pro olejový plamen kolem knotu lampy vstupuje spodní částí stínítka. Horké spaliny unikají horní částí. Když se vzduchem proudí hořlavá směs metanu, hoří metanový plamen proti vnitřní straně stínítka. Úzkými otvory síta však neprochází ani plamen metanu, ani plamen lampy. Kovový drát pohlcuje teplo z plamene a pak ho při mnohem nižší teplotě vyzařuje pryč.

Moderní tlumiče plamene

Od dob Sira Humphryho se v mnoha průmyslových odvětvích uplatnily tlumiče plamene mnoha druhů. Všechny fungují na stejném principu: odvádějí teplo z plamene, který se snaží projít úzkými průchody se stěnami z kovu nebo jiného teplovodivého materiálu. Například tlumiče plamene vyráběné většinou výrobců využívají vrstvy kovových pásků s vlnovkami.

Tlumiče plamene se používají v mnoha průmyslových odvětvích, včetně rafinérského, farmaceutického, chemického, petrochemického, celulózového a papírenského průmyslu, průzkumu a těžby ropy, čištění odpadních vod, skládek, těžby, výroby energie a přepravy sypkých kapalin. V některých případech plameny zahrnují exotermické (teplo produkující) reakce jiné než oxidační. Mezi procesy, při nichž vznikají hořlavé nebo reaktivní plyny, patří míchání, reakce, separace, míchání, vrtání a rozklad. Tyto procesy zahrnují četné konfigurace zařízení a směsi plynů.

Jak fungují moderní omezovače plamene

Omezovače plamene jsou pasivní zařízení bez pohyblivých částí. Zabraňují šíření plamene z exponované strany zařízení na chráněnou stranu pomocí navinutého prvku plamenometu typu kovové stuhy.
Tato konstrukce vytváří matrici stejnoměrných otvorů, které jsou pečlivě konstruovány tak, aby pohlcováním tepla plamene uhasily plamen. Tím je zajištěna zhášecí bariéra pro vznícenou směs par.

Kanál plamenného článku

Za normálních provozních podmínek umožňuje zachycovač plamene relativně volný průtok plynu nebo par potrubním systémem. Pokud dojde k zapálení směsi a plamen se začne vracet zpět potrubím, pojistka zabrání pohybu plamene zpět ke zdroji plynu.

In-line deflagrační nebo detonační pojistka plamene

Druhou hlavní kategorii tvoří in-line pojistky plamene, známé také jako deflagrační a detonační pojistky plamene. (Řečeno netechnicky, deflagrace znamená rychlé hoření a detonace znamená výbuch.) Tyto jednotky se instalují do potrubí, aby zabránily průchodu plamenů.

Většina řadových pojistek plamene se používá v systémech, které zachycují plyny uvolňované kapalinami a pevnými látkami. Tyto systémy, běžně používané v mnoha průmyslových odvětvích, lze nazvat systémy pro regulaci výparů. Plyny, které jsou vypouštěny do atmosféry nebo regulovány pomocí systémů regulace par, jsou obvykle hořlavé. Pokud nastanou takové podmínky, že dojde ke vznícení, může dojít ke vzniku plamene uvnitř nebo vně systému, což může způsobit katastrofální škody.

1. Odkrytá strana 2. Chráněná strana 3. 3. Plamen stabilizovaný na prvku pojistky
4. Prvek pojistky plamene pohlcuje a tlumí čelo plamene 5. Plamen stabilizovaný na prvku pojistky
. Potrubí

Jednou z variant systémů pro regulaci výparů jsou tzv. systémy pro destrukci výparů. Patří sem systémy s vyvýšeným plamenem, uzavřené systémy s plamenem, hořákové a katalytické spalovací systémy a kotle na odpadní plyn.

Dalším typem systému regulace par, který používá in-line plamenové pojistky, jsou systémy rekuperace par. Patří sem systémy vyrovnávání par, chladicí, adsorpční, absorpční a kompresní systémy.

Někdy se však řadové pojistky plamene používají v koncových aplikacích. Řadová jednotka může být například namontována pod odvzdušňovacím ventilem nádrže na zásobníku kapaliny. Ventil snižuje emise a ztráty produktu, zatímco tlumič plamene chrání nádrž před plameny v atmosféře při vypouštění hořlavých plynů.

Výběr in-line tlumičů plamene
Různé dynamické stavy vysvětlené dříve u uzavřených plamenů mohou být pro procesní systém velmi nebezpečné kvůli obrovským energiím spojeným s detonačním tlakem a rychlostí plamene. Děje se to rychle a může to mít katastrofální následky. Tyto vícenásobné dynamické stavy zvyšují náročnost zajištění výrobku nebo výrobků pro zachycení plamene, které zastaví plamen a odolají obrovským tlakům způsobeným výbuchem v uzavřeném potrubí.

Velmi široký rozsah možného chování uzavřeného plamene způsobuje dva konkrétní problémy pro výrobky pro zachycení plamene. Za prvé, vysokotlaké deflagrační a stabilní detonační stavy mají velmi stabilní kinetiku hoření a plamen se pohybuje velmi rychle. Proto musí být zachycovač plamene schopen absorbovat teplo plamene mnohem rychleji, než vyžadují standardní nízkotlaké až středotlaké deflagrační stavy. Za druhé, okamžité impulsní tlaky způsobené rázovými vlnami při nadměrné detonaci působí na tlumič plamene silou až 20995 kPa(g) (3000 psig). Proto musí být tlumič konstrukčně lepší než standardní nízkotlaké deflagrační tlumiče.

Tlumič plamene na konci potrubí nebo z ventilace do atmosféry

Tlumiče plamene na konci potrubí nebo z ventilace do atmosféry umožňují volné odvětrání v kombinaci s ochranou proti plameni pro aplikace s vertikálním odvětráním. Zabraňují šíření plamene tím, že pohlcují a odvádějí teplo pomocí spirálovitě vinutých krimpovaných pásků z nerezové oceli.
Oddělovače plamene na konci vedení se používají v aplikacích, jako jsou odvzdušňovací otvory skladovacích nádrží na ropu.

Klasická aplikace spočívá v zabránění vniknutí požáru v atmosféře do skříně. Kolem roku 1920 se například začaly instalovat tlumiče plamene na průduchy skladovacích nádrží na ropná pole. Zabraňují tomu, aby nádrže explodovaly, když do plynu proudícího z průduchů udeří blesk.

Některé koncové pojistky plamene naopak zabraňují tomu, aby oheň v uzavřeném prostoru zapálil výbušnou atmosféru, například v rafinérii. Tlumiče plamene mohou být například instalovány na přívodech vzduchu do pecí a ve výfukových komínech.

Obrázek od společnosti Enardo

Výběr tlumičů plamene na konci vedení
Tlumiče plamene na konci vedení jsou určeny pro neohraničené šíření plamene, označované také jako atmosférický výbuch nebo neohraničená deflagrace. Jednoduše se přišroubují nebo našroubují na procesní nebo nádržovou přípojku. Tyto konstrukce využívají osvědčenou, ale jednoduchou technologii. Většina z nich používá jediný prvek z krimpované navinuté kovové pásky, která zajišťuje přenos tepla potřebného k uhašení plamene dříve, než projde prvkem zachycovače.

Hlavní body zájmu při výběru svodiče pro aplikace na konci potrubí jsou následující:

• Označení nebezpečné skupiny nebo hodnota MESG plynu
• Výkonnostní charakteristiky svodiče plamene v porovnání s potenciálem systému pro stabilizaci plamene po delší dobu
• Teplota procesního plynu
• Pokles tlaku na svodiči při podmínkách odvzdušňovacího toku, vzhledem k maximálnímu přípustnému tlaku a vakuu v systému
• Konstrukční materiály, které vyhovují okolním a procesním podmínkám – například extrémně chladné klima, solná mlha, chemicky agresivní plyn atd.
• Typ a velikost připojení
• Požadavky na přístrojové vybavení

API 2000 4.5.2 Konstrukční možnosti pro prevenci výbuchu uvádí:

.