Flammeafvisere

En flammeafvisere, også stavet afvisere, er en anordning, der tillader gas at passere igennem, men som stopper en flamme for at forhindre en større brand eller eksplosion. Der findes en lang række forskellige situationer, hvor flammespærreapparater anvendes. Enhver, der er involveret i valget af flammeafvisere, skal forstå, hvordan disse produkter fungerer, og hvilke begrænsninger deres ydeevne har. Med henblik herpå giver denne artikel en introduktion til teknologien og terminologien for flammeafvisere og de tilgængelige produkttyper.

Historie om flammeafvisere

Flammeafvisernes funktionsprincip blev opdaget i 1815 af Sir Humphry Davy, en berømt kemiker og professor ved Royal Institution i England. Et sikkerhedsudvalg i den engelske kulmineindustri havde henvendt sig til Davy for at få teknisk bistand. De havde brug for en måde at forhindre minearbejdernes olielamper i at forårsage eksplosioner, når der sivede brændbar gas, der kaldes grubegas, ind i mineskakterne. Sir Humphry undersøgte gassen, som hovedsagelig bestod af metan. Undersøgelsen drejede sig om, hvordan metan brænder under forskellige forhold og med forskellige andele af luft. Davys løsning var at omslutte lampeflammen forsvarligt med en høj cylinder af fintvævet trådnet, kaldet metalgaze. To af de tidligste Davy-sikkerhedslamper er vist til højre.

Der kommer nok lampelys ud gennem skærmen til at være nyttigt. Luft til olieflammen omkring lampens væge kommer ind gennem den nederste del af skærmen. Den varme udstødningsgas slipper ud gennem den øverste del. Når en brændbar blanding af metan strømmer ind sammen med luften, brænder en metanflamme mod indersiden af skærmen. Hverken metanflammen eller lampeflammen passerer dog gennem de smalle åbninger i skærmen. Metaltråden absorberer varmen fra flammen og stråler den derefter væk ved en meget lavere temperatur.

Moderne flammeafskærmninger

Siden Sir Humphrys tid er flammeafskærmninger af mange forskellige varianter blevet anvendt i mange industrier. De fungerer alle efter det samme princip: de fjerner varmen fra flammen, når den forsøger at bevæge sig gennem snævre passager med vægge af metal eller andet varmeledende materiale. F.eks. anvender de fleste fabrikanter flammeafvisere lag af metalbånd med krøllede bølger.

Flammeafvisere anvendes i mange industrier, herunder raffinering, farmaceutiske, kemiske, petrokemiske, papirmasse og papir, olieefterforskning og -produktion, spildevandsbehandling, lossepladser, minedrift, elproduktion og transport af væsker i løs vægt. I nogle tilfælde involverer flammerne andre eksoterme (varmeproducerende) reaktioner end oxidation. Processer, der genererer de brændbare eller reaktive gasser, omfatter blanding, reaktion, separation, blanding, boring og opgravning. Disse processer involverer talrige udstyrskonfigurationer og gasblandinger.

Sådan fungerer moderne flammeafvisere

Flammeafvisere er passive anordninger uden bevægelige dele. De forhindrer flammens udbredelse fra den udsatte side af enheden til den beskyttede side ved hjælp af et viklet flammecelleelement af metalbåndstypen.
Denne konstruktion giver en matrix af ensartede åbninger, der er omhyggeligt konstrueret til at slukke flammen ved at absorbere flammens varme. Dette giver en slukningsbarriere for den antændte dampblanding.

Flammecellekanal

Under normale driftsbetingelser tillader flammeafskærmningen en forholdsvis fri strøm af gas eller damp gennem rørsystemet. Hvis blandingen antændes, og flammen begynder at bevæge sig tilbage gennem rørledningen, forhindrer afskærmningen flammen i at bevæge sig tilbage til gaskilden.

In-line deflagrations- eller detonationsflammeafskærmning

Den anden hovedkategori består af in-line flammeafskærmninger, også kendt som deflagrations- og detonationsflammeafskærmninger. (I ikke-tekniske vendinger betyder deflagration hurtig forbrænding, og detonation betyder eksplosion). Disse enheder installeres i rør for at forhindre flammer i at passere.

De fleste anvendelser af in-line flammeafvisere er i systemer, der opsamler gasser, der udsendes af væsker og faste stoffer. Disse systemer, der er almindeligt anvendt i mange industrier, kan kaldes dampkontrolsystemer. De gasser, der udledes til atmosfæren eller kontrolleres via dampkontrolsystemer, er typisk brandfarlige. Hvis forholdene er sådan, at der opstår antændelse, kan der opstå en flamme inde i eller uden for systemet med mulighed for at forårsage katastrofal skade.

1. Udsat side 2. Beskyttet side 3. 3. Flammen stabiliseres på afskærmningselement
4. Flammeafskærmningselement absorberer og slukker flammefronten 5. Flammeafskærmningselementet absorberer og slukker flammefronten Rørføring

En af varianterne af dampkontrolsystemer kaldes dampdestruktionssystemer. De omfatter forhøjede fakkelanlæg, lukkede fakkelanlæg, brænder- og katalytiske forbrændingssystemer og røggaskedler.

En anden type dampkontrolsystem, der anvender in-line flammeafvisere, er dampgenvindingssystemer. Hertil hører dampbalancerings-, køle-, adsorptions-, absorptions- og kompressionssystemer.

Derimod anvendes in-line flammeafvisere undertiden i end-of-line-applikationer. F.eks. kan en in-line-enhed monteres under en tankudluftningsventil på en væskelagertank. Ventilen reducerer emissioner og produkttab, mens flammeafviseren beskytter tanken mod flammer i atmosfæren under udluftning af brændbare gasser.

Valg af in-line-flammeafvisere
De forskellige dynamiske tilstande, der er forklaret tidligere for indesluttede flammer, kan være meget farlige for et processystem på grund af de enorme energier, der er forbundet med detonationstryk og flammehastighed. Tingene sker hurtigt og kan blive katastrofale. Disse mange dynamiske tilstande øger udfordringen med at levere et eller flere flammeafskærmningsprodukter, som stopper flammen og modstår det enorme tryk, der forårsages af eksplosioner i de indesluttede rørledninger.

Den meget brede vifte af mulig adfærd for en indesluttet flamme medfører to særlige problemer for flammeafskærmningsprodukter. For det første har højtryksdeflagrationen og de stabile detonationstilstande en meget stabil forbrændingskinetik, og flammen bevæger sig meget hurtigt. Derfor skal afskærmningsanordningen være i stand til at absorbere flammens varme meget hurtigere, end det kræves under standardbetingelser for deflagration ved lavt til middelhøjt tryk. For det andet udsætter de øjeblikkelige impulstryk, der forårsages af chokbølgerne ved overdreven detonation, afskærmningen for kræfter på op til 20995 kPa(g) (3000 psig). Afspærringsanordningen skal derfor være strukturelt overlegen i forhold til standardafspærringsanordninger til lavtryksdeflagration.

Flammespærre ved ledningsafslutning eller ved udluftning til atmosfære

Flammespærre ved ledningsafslutning eller ved udluftning til atmosfære giver mulighed for fri udluftning i kombination med flammebeskyttelse ved vertikale udluftningsanordninger. De forhindrer flammeudbredelse ved at absorbere og bortlede varme ved hjælp af spiralformede, krympede flammeceller af rustfrit stål.
Flammespærreanordninger anvendes i applikationer som f.eks. udluftninger til olietanke.

Den klassiske anvendelse er at forhindre brand i atmosfæren i at trænge ind i et kabinet. Omkring 1920 begyndte man f.eks. at installere flammeafvisere på udluftningsventiler på lagertanke på oliefelter. De forhindrer tankene i at eksplodere, når den gas, der strømmer ud af ventilationsåbningerne, rammes af lynnedslag.

Omvendt forhindrer nogle flammeafvisere i slutningen af en linje, at brand i et rum antænder en eksplosiv atmosfære, som f.eks. i et raffinaderi. Der kan f.eks. installeres flammeafvisere i ovners luftindtag og udstødningsskorstene.

Billede fra Enardo

Valg af flammeafvisere i slutningen af linjen
Flammeafvisere med deflagrationsafvisning i slutningen af linjen er konstrueret til ubegrænset flammeudbredelse, også kaldet atmosfærisk eksplosion eller ubegrænset deflagration. De skal blot boltes eller skrues fast på proces- eller tanktilslutningen. Disse konstruktioner omfatter veletableret, men enkel teknologi. De fleste anvender et enkelt element af et krympet viklet metalbånd, der giver den varmeoverførsel, der er nødvendig for at slukke flammen, før den når gennem afskærmningselementet.

De vigtigste punkter, der er af betydning ved valg af en afskærmning til end-of-line-applikationer, er følgende:

• Gassens betegnelse for farlig gruppe eller MESG-værdi
• Afskærmningsanlæggets egenskaber med hensyn til flammestabiliseringspræstationer sammenlignet med systemets potentiale for flammestabilisering i længerevarende perioder
• Procesgassens temperatur
• Trykfald over afskærmningsanlægget under udluftningsstrømsforhold, i forhold til systemets maksimalt tilladte tryk og vakuum
• Konstruktionsmaterialer, der opfylder omgivelses- og procesbetingelserne – f.eks. ekstremt koldt klima, saltstøv, kemisk aggressiv gas osv.
• Anslutningstype og -størrelse
• Instrumenteringskrav

API 2000 4.5.2 Konstruktionsmuligheder for eksplosionsforebyggelse siger: