Pára-chamas

A Pára-chamas também é um dispositivo que permite a passagem de gás através dele, mas que pára uma chama a fim de evitar um incêndio ou explosão maior. Existe uma enorme variedade de situações em que os Pára-chamas são aplicados. Qualquer pessoa envolvida na seleção de protetores contra chamas precisa entender como esses produtos funcionam e suas limitações de desempenho. Para isso, este artigo fornece uma introdução à tecnologia e terminologia dos corta-chamas e os tipos de produtos disponíveis.

História dos corta-chamas

O princípio de funcionamento dos corta-chamas foi descoberto em 1815 por Sir Humphry Davy, um famoso químico e professor da Royal Institution na Inglaterra. Um comitê de segurança da indústria inglesa de mineração de carvão havia se aproximado de Davy para obter assistência técnica. Eles precisavam de uma maneira de evitar que as lâmpadas de petróleo dos mineiros causassem explosões quando gás inflamável chamado firedamp penetrasse nos poços da mina. Sir Humphry estudou o gás, que consistia principalmente de metano. A investigação centrou-se em como o metano queima sob várias condições e com várias proporções de ar. A solução de Davy foi fechar firmemente a chama da lâmpada com um cilindro alto de tela metálica finamente tecida chamada gaze metálica. Duas das primeiras lâmpadas de segurança Davy são mostradas à direita.

Suficiente luz de lamparina passa através da tela para ser útil. Ar para a chama de óleo ao redor do pavio da lâmpada entra através da parte inferior da tela. O gás de escape quente escapa através da parte superior. Quando uma mistura combustível de metano flui com o ar, uma chama de metano arde contra o interior da tela. No entanto, nem a chama de metano nem a chama da lâmpada passam através das aberturas estreitas da peneira. O fio metálico absorve o calor da chama e depois o irradia a uma temperatura muito mais baixa.

Pára-chamas modernas

Desde a época de Sir Humphry, foram aplicados pára-chamas de numerosas variedades em muitas indústrias. Todos eles operam com o mesmo princípio: remover o calor da chama ao tentar passar por passagens estreitas com paredes de metal ou outro material condutor de calor. Por exemplo, os corta-chamas fabricados pela maioria dos fabricantes empregam camadas de fitas metálicas com ondulações crimpadas.

Os corta-chamas são usados em muitas indústrias, incluindo refinação, farmacêutica, química, petroquímica, celulose e papel, exploração e produção de petróleo, tratamento de esgoto, aterros sanitários, mineração, geração de energia e transporte de líquidos a granel. Em alguns casos, as chamas envolvem outras reações exotérmicas (produtoras de calor) além da oxidação. Os processos que geram os gases combustíveis ou reactivos incluem mistura, reacção, separação, mistura, perfuração e digestão. Estes processos envolvem numerosas configurações de equipamentos e misturas de gases.

Como funcionam os modernos Pára-chamas

Os pára-chamas são dispositivos passivos sem partes móveis. Eles impedem a propagação da chama do lado exposto do aparelho para o lado protegido pelo uso de elementos de célula de chama tipo fita metálica enrolada.
Esta construção produz uma matriz de aberturas uniformes que são cuidadosamente construídas para apagar a chama através da absorção do calor da chama. Isto fornece uma barreira extintora para a mistura de vapor inflamado.

Flame Cell Channel

Em condições normais de operação o protetor contra chamas permite um fluxo relativamente livre de gás ou vapor através do sistema de tubulação. Se a mistura for inflamada e a chama começar a retornar através da tubulação, o protetor irá proibir a chama de retornar à fonte de gás.

Pára-chamas de deflagração ou detonação em linha

A outra categoria principal consiste de pára-chamas em linha, também conhecidos como pára-chamas de deflagração e detonação. (Falando de forma não técnica, deflagração significa queima rápida, e detonação significa explosão). Estas unidades são instaladas em tubulações para evitar a passagem de chamas.

A maioria das aplicações de corta-chamas em linha são em sistemas que coletam os gases emitidos por líquidos e sólidos. Estes sistemas, comumente utilizados em muitas indústrias, podem ser chamados de sistemas de controle de vapor. Os gases que são ventilados para a atmosfera ou controlados através de sistemas de controle de vapor são tipicamente inflamáveis. Se as condições são tais que a ignição ocorre, uma chama dentro ou fora do sistema pode resultar, com o potencial de causar danos catastróficos.

1. Lado Exposto 2. Lado Protegido 3. Pára-chamas estabilizado no elemento pára-chamas
4. Elemento pára-chamas absorve e apaga as chamas da frente 5. Tubagem

Um tipo de sistema de controle de vapor é chamado de sistema de destruição de vapor. Estão incluídos sistemas de chama elevados, sistemas de chama fechados, queimadores e sistemas de incineração catalítica, e caldeiras de gás residual.

Um outro tipo de sistema de controle de vapor usando protetores contra chamas em linha é o sistema de recuperação de vapor. Estão incluídos aqui o balanceamento de vapor, refrigeração, adsorção, absorção e sistemas de compressão.

No entanto, os corta-chamas em linha são às vezes utilizados em aplicações de fim de linha. Por exemplo, uma unidade em linha pode ser montada abaixo de uma válvula de respiro de tanque em um tanque de armazenamento de líquidos. A Válvula reduz emissões e perda de produto, enquanto o protetor contra chamas protege o tanque contra chamas na atmosfera durante a ventilação de gases inflamáveis.

Selecionando os protetores contra chamas em linha
Os vários estados dinâmicos explicados anteriormente para chamas confinadas podem ser muito perigosos para um sistema de processo devido às enormes energias associadas à pressão de detonação e velocidade de chama. As coisas acontecem rapidamente e podem tornar-se catastróficas. Estes múltiplos estados dinâmicos aumentam o desafio de fornecer um produto ou produtos pára-chamas e suporta as enormes pressões causadas por explosões dentro da tubulação confinada.

A gama muito ampla de comportamento possível para uma chama confinada causa dois problemas particulares para os produtos pára-chamas. Primeiro, a deflagração a alta pressão e os estados de detonação estáveis têm cinética de queima muito estável, e a chama está se movendo muito rapidamente. Portanto, o protetor deve ser capaz de absorver o calor da chama muito mais rapidamente do que é exigido pelas condições normais de deflagração de baixa a média pressão. Em segundo lugar, as pressões de impulso instantâneas causadas pelas ondas de choque de detonação acionada em excesso sujeitam o protetor a forças de até 20995 kPa(g) (3000 psig). Assim, o pára-raios deve ser estruturalmente superior aos pára-raios de deflagração de baixa pressão padrão.

Pára-raios de linha ou Vent-to-AtmosphereFlame Arrester

Pára-ra-raios de chama de linha ou Vent-to-Atmosphere permitem a ventilação livre em combinação com a proteção contra chamas para aplicações de ventilação vertical. Eles evitam a propagação da chama através da absorção e dissipação de calor usando células de chama de aço inoxidável com fitas espiraladas. Por volta de 1920, por exemplo, os corta-chamas começaram a ser instalados nos respiradouros dos tanques de armazenamento de petróleo. Eles impedem que os tanques explodam quando o gás que flui dos respiradouros é atingido por um raio.

Conversamente, alguns corta-chamas de fim de linha impedem que o fogo em um recinto acenda uma atmosfera explosiva, como em uma refinaria. Por exemplo, os corta-chamas podem ser instalados em entradas de ar de fornos e chaminés de exaustão.

Imagem de Enardo

Selecionando os pára-chamas de fim de linha
Pára-chamas de deflagração de fim de linha são projetados para propagação de chamas não confinadas, também referidas como explosão atmosférica ou deflagração não confinada. Eles simplesmente fixam ou parafusam no processo ou na conexão do tanque. Estes projetos incorporam tecnologia bem estabelecida, mas simples. A maioria utiliza um único elemento de fita metálica enrolada que fornece a transferência de calor necessária para apagar a chama antes que ela atravesse o elemento do protetor.

Os principais pontos de preocupação ao selecionar um protetor para aplicações de fim de linha são os seguintes:

• Designação do grupo de perigo ou valor MESG do gás
• Características de desempenho de estabilização de chama do protetor em comparação com o potencial do sistema para estabilização de chama por períodos de tempo sustentados
• Temperatura do gás de processo
• Queda de pressão através do protetor durante as condições de fluxo de ventilação, em relação à pressão e vácuo máximos admissíveis do sistema
• Materiais de construção que satisfazem as condições ambientais e de processo – por exemplo, clima extremamente frio, spray salino, gás quimicamente agressivo, etc.
• Tipo e tamanho da conexão
• Requisitos de instrumentação

API 2000 4.5.2 Opções de projeto para prevenção de explosão diz: