Przerywacz płomienia

Przerywacz płomienia, pisany również jako aresztownik, jest urządzeniem pozwalającym na przejście przez niego gazu, ale zatrzymującym płomień w celu zapobieżenia większemu pożarowi lub eksplozji. Istnieje ogromna różnorodność sytuacji, w których przerywacze ognia znajdują zastosowanie. Każdy, kto zajmuje się wyborem przerywaczy ognia, musi rozumieć sposób działania tych produktów i ich ograniczenia eksploatacyjne. W tym celu niniejszy artykuł stanowi wprowadzenie do technologii i terminologii przerywaczy ognia oraz typów dostępnych produktów.

Historia przerywaczy ognia

Zasada działania przerywaczy ognia została odkryta w 1815 r. przez Sir Humphry’ego Davy’ego, słynnego chemika i profesora Royal Institution w Anglii. Komitet bezpieczeństwa w angielskim górnictwie węglowym zwrócił się do Davy’ego o pomoc techniczną. Potrzebowali sposobu, aby zapobiec eksplozjom lamp naftowych górników, gdy do szybów kopalnianych przedostawał się palny gaz zwany fedamp. Sir Humphry zbadał ten gaz, który składał się głównie z metanu. Badania koncentrowały się na tym, jak metan spala się w różnych warunkach i przy różnych proporcjach powietrza. Rozwiązanie Davy’ego polegało na bezpiecznym zamknięciu płomienia lampy za pomocą wysokiego cylindra z drobno tkanego sita z drutu zwanego gazą metalową. Dwie z najwcześniejszych lamp Davy’ego są pokazane po prawej stronie.

Wystarczająca ilość światła przechodzi przez ekran, aby być użytecznym. Powietrze do płomienia oleju wokół knota lampy wchodzi przez dolną część ekranu. Gorące spaliny wydostają się przez górną część. Gdy z powietrzem napływa palna mieszanina metanu, płomień metanu pali się o wewnętrzną stronę ekranu. Jednak ani płomień metanu, ani płomień lampy nie przechodzi przez wąskie otwory sita. Metalowy drut pochłania ciepło z płomienia, a następnie wypromieniowuje je w znacznie niższej temperaturze.

Nowoczesne przerywacze ognia

Od czasów Sir Humphry’ego w wielu gałęziach przemysłu stosuje się przerywacze ognia w wielu odmianach. Wszystkie z nich działają na tej samej zasadzie: usuwają ciepło z płomienia, gdy ten próbuje przemieszczać się przez wąskie przejścia ze ściankami z metalu lub innego materiału przewodzącego ciepło. Na przykład, przerywacze płomienia wykonane przez większość producentów wykorzystują warstwy metalowych taśm z karbowanymi pofałdowaniami.

Przerywacze płomienia są stosowane w wielu gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle rafineryjnym, farmaceutycznym, chemicznym, petrochemicznym, celulozowo-papierniczym, poszukiwaniach i produkcji ropy naftowej, oczyszczaniu ścieków, składowiskach odpadów, górnictwie, energetyce i transporcie cieczy luzem. W niektórych przypadkach w płomieniach zachodzą reakcje egzotermiczne (wytwarzające ciepło) inne niż utlenianie. Procesy, które generują palne lub reaktywne gazy obejmują mieszanie, reakcję, separację, mieszanie, wiercenie i fermentację. Procesy te obejmują liczne konfiguracje sprzętu i mieszanin gazowych.

Jak działają nowoczesne przerywacze ognia

Przerywacze ognia są urządzeniami pasywnymi, bez ruchomych części. Zapobiegają one rozprzestrzenianiu się płomienia z odsłoniętej strony urządzenia na stronę chronioną poprzez zastosowanie elementu ogniotrwałego w postaci zwiniętej metalowej wstążki.
Ta konstrukcja tworzy matrycę jednolitych otworów, które są starannie skonstruowane w celu zgaszenia płomienia poprzez pochłanianie ciepła płomienia. Zapewnia to barierę gaszącą dla zapalonej mieszaniny par.

Kanał ogniwa płomieniowego

W normalnych warunkach pracy przerywacz płomienia pozwala na względnie swobodny przepływ gazu lub pary przez system rurociągów. Jeżeli mieszanina zostanie zapalona i płomień zacznie się cofać przez rurociąg, przerywacz uniemożliwi powrót płomienia do źródła gazu.

In-line Deflagracyjny lub detonacyjny przerywacz ognia

Inna główna kategoria obejmuje in-line przerywacze ognia, znane również jako deflagracyjne i detonacyjne przerywacze ognia. (Mówiąc nietechnicznie, deflagracja oznacza szybkie spalanie, a detonacja oznacza eksplozję). Jednostki te są instalowane w rurach, aby zapobiec przechodzeniu płomieni.

Większość zastosowań liniowych przerywaczy płomienia znajduje się w systemach, które zbierają gazy emitowane przez ciecze i ciała stałe. Systemy te, powszechnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu, mogą być nazywane systemami kontroli oparów. Gazy, które są odprowadzane do atmosfery lub kontrolowane przez systemy kontroli oparów są zazwyczaj palne. W przypadku wystąpienia warunków umożliwiających zapłon, może dojść do powstania płomienia wewnątrz lub na zewnątrz układu, co może spowodować katastrofalne szkody.

1. Strona narażona 2. Strona chroniona 3. Płomień ustabilizowany na elemencie przerywacza
4. Element przerywacza płomienia pochłania i gasi czoło płomienia 5. Rurociąg

Jedną z odmian systemów kontroli oparów są systemy niszczenia oparów. Obejmują one podwyższone systemy pochodni, zamknięte systemy pochodni, palnikowe i katalityczne systemy spalania oraz kotły na gaz odpadowy.

Innym rodzajem systemów kontroli oparów wykorzystujących przerywacze płomienia pracujące w linii są systemy odzyskiwania oparów. Zalicza się tu równoważenie par, systemy chłodnicze, adsorpcyjne, absorpcyjne i kompresyjne.

Jednakże liniowe przerywacze płomienia są czasami używane w zastosowaniach końcowych. Na przykład, jednostka in-line może być zamontowana poniżej zaworu odpowietrzającego zbiornika na zbiorniku magazynowym cieczy. Zawór ogranicza emisje i straty produktu, podczas gdy przerywacz płomienia chroni zbiornik przed płomieniami w atmosferze podczas odpowietrzania gazów palnych.

Wybór przerywaczy płomienia
Różne stany dynamiczne wyjaśnione wcześniej dla zamkniętych płomieni mogą być bardzo niebezpieczne dla systemu procesowego z powodu ogromnych energii związanych z ciśnieniem detonacji i prędkością płomienia. Sytuacje dzieją się szybko i mogą mieć katastrofalne skutki. Te liczne stany dynamiczne zwiększają wyzwanie, jakim jest zapewnienie produktu lub produktów przerywających płomień, które zatrzymują płomień i wytrzymują ogromne ciśnienia spowodowane eksplozjami w zamkniętym rurociągu.

Bardzo szeroki zakres możliwych zachowań zamkniętego płomienia powoduje dwa szczególne problemy dla produktów przerywających płomień. Po pierwsze, wysokociśnieniowa deflagracja i stabilne stany detonacji mają bardzo stabilną kinetykę spalania, a płomień porusza się bardzo szybko. Dlatego ogranicznik musi być w stanie absorbować ciepło płomienia znacznie szybciej niż jest to wymagane w standardowych warunkach deflagracji przy niskim i średnim ciśnieniu. Po drugie, chwilowe ciśnienia impulsowe wywołane falami uderzeniowymi w wyniku przesterowanej detonacji poddają ogranicznik siłom o wartości do 20995 kPa(g) (3000 psig). Dlatego ogranicznik musi być strukturalnie lepszy od standardowych niskociśnieniowych ograniczników deflagracji.

End of Line or Vent-to-AtmosphereFlame Arrester

End of line or vent-to-atmosphere flame arresters allow free venting in combination with flame protection for vertical vent applications. Zapobiegają one rozprzestrzenianiu się płomienia poprzez pochłanianie i rozpraszanie ciepła za pomocą spiralnie zwijanych, karbowanych wstęgowych ogniw płomieniowych ze stali nierdzewnej.
Ograniczy płomienia typu koniec linii używa się w takich zastosowaniach jak odpowietrzniki zbiorników magazynowych ropy naftowej.

Klasycznym zastosowaniem jest zapobieganie przedostawaniu się ognia z atmosfery do obudowy. Około 1920 roku, na przykład, przerywacze płomienia zaczęły być instalowane na odpowietrznikach zbiorników magazynowych na polach naftowych. Utrzymują one zbiorniki przed eksplozją, gdy gaz płynący z otworów wentylacyjnych jest uderzany przez piorun.

Odwrotnie, niektóre przerywacze płomienia na końcu linii zapobiegają zapaleniu się atmosfery wybuchowej w obudowie, takiej jak w rafinerii. Na przykład, przerywacze płomienia mogą być instalowane we wlotach powietrza do pieca i w kominach wydechowych.

Obraz z Enardo

Wybieranie przerywaczy płomienia końca linii
Ochraniacze płomienia deflagracji końca linii są przeznaczone do rozprzestrzeniania się niezamkniętego płomienia, zwanego również wybuchem atmosferycznym lub niezamkniętą deflagracją. Wystarczy je przykręcić lub przykręcić do przyłącza procesowego lub zbiornika. Konstrukcje te wykorzystują dobrze znaną, ale prostą technologię. Większość z nich wykorzystuje pojedynczy element z karbowanej taśmy metalowej, który zapewnia wymianę ciepła potrzebną do ugaszenia płomienia, zanim przedostanie się on przez element ograniczający.

Główne punkty zainteresowania przy wyborze ogranicznika do zastosowań na końcu linii są następujące:

• Oznaczenie grupy niebezpiecznej lub wartość MESG gazu
• Charakterystyka działania ogranicznika w zakresie stabilizacji płomienia w porównaniu z potencjałem systemu w zakresie stabilizacji płomienia w dłuższych okresach czasu
• Temperatura gazu procesowego
• Spadek ciśnienia przez ogranicznik w warunkach przepływu odpowietrzającego, w stosunku do maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia i podciśnienia w systemie
• Materiały konstrukcyjne, które spełniają warunki otoczenia i procesu – na przykład, ekstremalnie zimny klimat, mgła solna, chemicznie agresywny gaz, itp.
• Typ i rozmiar przyłączy
• Wymagania dotyczące oprzyrządowania

API 2000 4.5.2 Opcje projektowe dotyczące zapobiegania wybuchom mówi:

.