Liekinpysäyttäjä

Liekinpysäyttäjä, joka myös kirjoitetaan pysäyttäjäksi, on laite, joka päästää kaasun läpi, mutta pysäyttää liekin estääkseen suuremman tulipalon tai räjähdyksen syntymisen. On olemassa valtava määrä erilaisia tilanteita, joissa liekinpysäyttimiä käytetään. Liekinpysäyttimien valintaan osallistuvien henkilöiden on ymmärrettävä, miten nämä tuotteet toimivat ja mitkä ovat niiden suorituskyvyn rajoitukset. Tätä tarkoitusta varten tässä artikkelissa esitellään liekinpysäyttimien tekniikkaa ja terminologiaa sekä saatavilla olevia tuotetyyppejä.

Liekinpysäyttimien historia

Liekinpysäyttimien toimintaperiaatteen löysi vuonna 1815 Sir Humphry Davy, kuuluisa kemisti ja englantilaisen Royal Institutionin professori. Englannin hiilikaivosteollisuuden turvallisuuskomitea oli kääntynyt Davyn puoleen saadakseen teknistä apua. He tarvitsivat keinon, jolla estettäisiin kaivostyöläisten öljylamppujen aiheuttamat räjähdykset, kun kaivoskuiluihin tihkuu syttyvää kaasua, niin sanottua firedampia. Sir Humphry tutki kaasua, joka koostui pääasiassa metaanista. Tutkimuksessa keskityttiin siihen, miten metaani palaa eri olosuhteissa ja eri ilmamäärissä. Davyn ratkaisu oli sulkea lampun liekki turvallisesti korkealla sylinterillä, joka koostui hienosti kudotusta lankaverkosta, jota kutsutaan metalliharsoksi. Kaksi varhaisinta Davyn turvalamppua on esitetty kuvassa oikealla.

Lampun valoa kulkeutuu riittävästi läpi suojuksen, jotta siitä olisi hyötyä. Ilmaa lampun sydänlankaa ympäröivää öljyliekkiä varten kulkeutuu seulan alaosan läpi. Kuuma pakokaasu poistuu yläosan kautta. Kun palava metaaniseos virtaa sisään ilman mukana, metaaniliekki palaa seulan sisäpuolta vasten. Metaaniliekki tai lampun liekki ei kuitenkaan läpäise seulan kapeita aukkoja. Metallilanka imee lämpöä liekistä ja säteilee sen sitten pois paljon alhaisemmassa lämpötilassa.

Nykyaikaiset liekinsammuttimet

Sir Humphryn ajoista lähtien liekinsammuttimia, joita on ollut lukuisia eri lajikkeita, on sovellettu monilla teollisuuden aloilla. Kaikki ne toimivat samalla periaatteella: ne poistavat lämpöä liekistä, kun se yrittää kulkea kapeiden kanavien läpi, joiden seinämät ovat metallia tai muuta lämpöä johtavaa materiaalia. Esimerkiksi useimpien valmistajien valmistamissa liekinsulkijoissa käytetään metallinauhakerroksia, joissa on puristettuja aallotuksia.

Liekkinsulkijoita käytetään monilla teollisuudenaloilla, kuten jalostusteollisuudessa, lääketeollisuudessa, kemianteollisuudessa, petrokemianteollisuudessa, sellu- ja paperiteollisuudessa, öljynetsinnässä ja -tuotannossa, jäteveden käsittelyssä, kaatopaikoilla, kaivosteollisuudessa, sähköntuotannossa ja irtotavaranesteiden kuljetuksessa. Joissakin tapauksissa liekit sisältävät muita eksotermisiä (lämpöä tuottavia) reaktioita kuin hapettumista. Palavia tai reaktiivisia kaasuja tuottavia prosesseja ovat muun muassa sekoittaminen, reagoiminen, erottaminen, sekoittaminen, poraaminen ja mädättäminen. Näihin prosesseihin liittyy lukuisia laitekokoonpanoja ja kaasuseoksia.

Miten nykyaikaiset liekinsammuttimet toimivat

Liekkinsammuttimet ovat passiivisia laitteita, joissa ei ole liikkuvia osia. Ne estävät liekin etenemisen laitteen alttiilta puolelta suojatulle puolelle käyttämällä kelattua, puristettua metallinauhatyyppistä liekkikennoelementtiä.
Tämä rakenne tuottaa yhtenäisten aukkojen matriisin, joka on huolellisesti rakennettu sammuttamaan liekki absorboimalla liekin lämpöä. Tämä muodostaa sammutusesteen syttyneelle höyryseokselle.

Liekkisolukanava

Normaaleissa käyttöolosuhteissa liekinestin sallii kaasun tai höyryn suhteellisen vapaan virtauksen putkiston läpi. Jos seos syttyy ja liekki alkaa kulkea takaisin putkiston läpi, liekinestin estää liekkiä liikkumasta takaisin kaasulähteeseen.

Linjan sisäinen deflagraatio- tai detonaatioliekinestin

Toisen pääluokan muodostavat linjan sisäiset liekinestimet, joita kutsutaan myös deflagraatio- ja detonaatioliekinestimiksi. (Deflagraatio tarkoittaa nopeaa palamista ja detonaatio räjähdystä). Nämä yksiköt asennetaan putkiin estämään liekkien kulkua.

Useimmat in-line-liekinestimien sovellukset ovat järjestelmissä, jotka keräävät nesteistä ja kiinteistä aineista vapautuvia kaasuja. Näitä monilla teollisuudenaloilla yleisesti käytettyjä järjestelmiä voidaan kutsua höyrynhallintajärjestelmiksi. Kaasut, jotka johdetaan ilmakehään tai joita ohjataan höyrynohjausjärjestelmien avulla, ovat tyypillisesti syttyviä. Jos olosuhteet ovat sellaiset, että syttyminen tapahtuu, seurauksena voi olla liekki järjestelmän sisällä tai ulkopuolella, joka voi aiheuttaa katastrofaalista vahinkoa.

1. Paljastettu puoli 2. Suojattu puoli 3. Liekki stabiloituu liekinestinelementtiin
4. Liekinestinelementti imee ja sammuttaa liekkirintaman 5. Liekki sammuu. Putkisto

Yksi höyrynhallintajärjestelmien lajiksi kutsutaan höyrynhävitysjärjestelmiä. Näihin kuuluvat korotetut soihtujärjestelmät, suljetut soihtujärjestelmät, polttimet ja katalyyttiset polttojärjestelmät sekä savukaasukattilat.

Toinen höyrynhallintajärjestelmän tyyppi, jossa käytetään liekinsammuttimia, on höyryn talteenottojärjestelmä. Tähän kuuluvat höyryn tasaus-, jäähdytys-, adsorptio-, absorptio- ja kompressiojärjestelmät.

Joskus in-line-liekinestimiä käytetään myös linjan loppupään sovelluksissa. Esimerkiksi in-line-yksikkö voidaan asentaa säiliön tuuletusventtiilin alle nestevarastosäiliöön. Venttiili vähentää päästöjä ja tuotehäviöitä, kun taas liekinvarmistin suojaa säiliötä ilmakehässä olevilta liekeiltä syttyvien kaasujen poiston aikana.

Liekinvarmistimien valinta in-line-liekinvarmistimiin
Aiemmin selostetut erilaiset dynaamiset tilat suljetuille liekeille voivat olla hyvin vaarallisia prosessijärjestelmälle detonaatiopaineeseen ja liekkien nopeuteen liittyvien valtavien energioiden vuoksi. Asiat tapahtuvat nopeasti ja voivat muuttua katastrofaalisiksi. Nämä useat dynaamiset tilat lisäävät haastetta tarjota liekinestintuote tai -tuotteita, jotka pysäyttävät liekin ja kestävät räjähdysten aiheuttamat valtavat paineet suljetussa putkistossa.

Suljetun liekin hyvin laaja käyttäytymismahdollisuuksien kirjo aiheuttaa kaksi erityistä ongelmaa liekinestintuotteille. Ensinnäkin, korkeassa paineessa tapahtuvilla deflagraatio- ja stabiileilla detonaatiotiloilla on hyvin stabiili palamisen kinetiikka, ja liekki liikkuu hyvin nopeasti. Tämän vuoksi palonsuojaimen on kyettävä absorboimaan liekin lämpö paljon nopeammin kuin mitä tavanomaiset matalan ja keskipaineen deflagraatiotilat edellyttävät. Toiseksi yliohjatun räjähdyksen paineaaltojen aiheuttamat hetkelliset impulssipaineet altistavat sulkimen jopa 20995 kPa(g):n (3000 psig) voimille. Näin ollen palonsuojan on oltava rakenteellisesti parempi kuin tavanomaisten matalapaineisten deflagraatiopidättimien.

Linjan päästä ilmakehään -palonsuoja

Linjan päästä ilmakehään -palonsuojat mahdollistavat vapaan ilmanpoiston yhdistettynä liekinsuojaukseen pystysuuntaisissa ilmanpoistosovelluksissa. Ne estävät liekin leviämisen absorboimalla ja haihduttamalla lämpöä käyttämällä spiraalimaisesti kierrettyjä, puristettuja nauhamaisia ruostumattomasta teräksestä valmistettuja liekkikennoja.
Johdon loppupään liekinestimiä käytetään sovelluksissa, kuten öljysäiliöiden tuuletusaukoissa.

Klassinen käyttökohde on ilmakehän tulipalon leviämisen estäminen koteloon. Esimerkiksi vuoden 1920 tienoilla liekinsulkimia alettiin asentaa öljysäiliöiden varastosäiliöiden tuuletusaukkoihin. Ne estävät säiliöitä räjähtämästä, kun salama iskee tuuletusaukoista virtaavaan kaasuun.

Käänteisesti jotkin loppupään liekinsulkijat estävät kotelon tulipaloa sytyttämästä räjähdyskelpoista ilmakehää, kuten jalostamossa. Liekinpysäyttimiä voidaan asentaa esimerkiksi uunien ilmanottoaukkoihin ja poistoputkiin.

Kuva Enardolta

Liekinpysäyttimien valinta
Liekinpysäyttimet deflagraatioliekinpysäyttimet on suunniteltu rajoittamatonta liekkien etenemistä varten, johon viitataan myös nimellä ilmakehäräjähdys tai rajoittamaton deflagraatio. Ne yksinkertaisesti pultataan tai ruuvataan kiinni prosessi- tai säiliöliitäntään. Näissä malleissa käytetään vakiintunutta mutta yksinkertaista tekniikkaa. Useimmissa tekniikoissa käytetään yksittäistä puristettua metallinauhaa, joka tuottaa lämmönsiirron, jota tarvitaan liekin sammuttamiseen, ennen kuin se pääsee pysäytinelementin läpi.

Tärkeimmät huolenaiheet valittaessa sulkulaitetta linjan loppupään sovelluksiin ovat seuraavat:

• Gaasun vaararyhmämerkintä tai MESG-arvo
• Suojaimen liekin stabilointisuorituskykyominaisuudet verrattuna järjestelmän potentiaaliin liekin stabiloimiseksi pitkäkestoisesti
• Prosessikaasun lämpötila
• Painehäviö suojaimen poikki poistovirtausolosuhteissa, suhteessa järjestelmän suurimpaan sallittuun paineeseen ja alipaineeseen
• Rakennusmateriaalit, jotka täyttävät ympäristö- ja prosessiolosuhteet – esimerkiksi erittäin kylmä ilmasto, suolasuihku, kemiallisesti aggressiivinen kaasu jne.
• Kytkentätyyppi ja -koko
• Instrumentointivaatimukset

API 2000 4.5.2 Räjähdyssuojauksen suunnitteluvaihtoehdot kertoo: