Dispozitiv de protecție împotriva flăcărilor

Un dispozitiv de protecție împotriva flăcărilor, ortografiat și arestor, este un dispozitiv care permite trecerea gazului prin el, dar oprește flacăra pentru a preveni un incendiu sau o explozie mai mare. Există o varietate enormă de situații în care se aplică opritorii de flacără. Orice persoană implicată în selectarea opritorilor de flacără trebuie să înțeleagă cum funcționează aceste produse și care sunt limitele lor de performanță. În acest scop, acest articol oferă o introducere în tehnologia și terminologia detectoarelor de flacără și în tipurile de produse disponibile.

Istoria detectoarelor de flacără

Principiul de funcționare al detectoarelor de flacără a fost descoperit în 1815 de Sir Humphry Davy, un chimist celebru și profesor la Royal Institution din Anglia. Un comitet de siguranță din industria minieră engleză a cărbunelui l-a abordat pe Davy pentru asistență tehnică. Aveau nevoie de o modalitate de a preveni ca lămpile cu ulei ale minerilor să provoace explozii atunci când gazul inflamabil numit grisuș se infiltra în puțurile minelor. Sir Humphry a studiat gazul, care era format în principal din metan. Investigația s-a axat pe modul în care metanul arde în diferite condiții și cu diferite proporții de aer. Soluția lui Davy a fost să închidă bine flacăra lămpii cu un cilindru înalt de plasă de sârmă fin țesută, numită tifon metalic. Două dintre primele lămpi de siguranță Davy sunt prezentate în dreapta.

Suficientă lumină de lampă trece prin ecran pentru a fi utilă. Aerul pentru flacăra de ulei din jurul fitilului lămpii intră prin partea inferioară a ecranului. Gazul fierbinte de evacuare iese prin partea superioară. Când un amestec combustibil de metan pătrunde împreună cu aerul, o flacără de metan arde împotriva părții interioare a ecranului. Cu toate acestea, nici flacăra de metan și nici flacăra lămpii nu trec prin deschiderile înguste ale ecranului. Firul metalic absoarbe căldura de la flacără și apoi o radiază la o temperatură mult mai scăzută.

Apartamentele moderne de protecție împotriva flăcărilor

De pe vremea lui Sir Humphry, aparatele de protecție împotriva flăcărilor de numeroase varietăți au fost aplicate în multe industrii. Toate acestea funcționează după același principiu: îndepărtarea căldurii de la flacără în timp ce aceasta încearcă să se deplaseze prin pasaje înguste cu pereți din metal sau alt material termoconductor. De exemplu, opritorii de flacără realizați de majoritatea producătorilor folosesc straturi de panglici metalice cu ondulații ondulate.

Apartamentele de flacără sunt utilizate în numeroase industrii, inclusiv în rafinare, farmaceutică, chimică, petrochimică, celuloză și hârtie, explorare și producție de petrol, tratarea apelor uzate, depozite de deșeuri, minerit, producție de energie și transport de lichide în vrac. În unele cazuri, flăcările implică reacții exotermice (producătoare de căldură), altele decât oxidarea. Procesele care generează gaze combustibile sau reactive includ amestecarea, reacția, separarea, amestecarea, forarea și digerarea. Aceste procese implică numeroase configurații de echipamente și amestecuri de gaze.

Cum funcționează aparatele moderne de protecție împotriva flăcărilor

Aparatele de protecție împotriva flăcărilor sunt dispozitive pasive, fără părți mobile. Ei împiedică propagarea flăcării de pe partea expusă a unității pe partea protejată prin utilizarea unui element de celule de flacără de tip panglică metalică ondulată și înfășurată.
Această construcție produce o matrice de deschideri uniforme care sunt construite cu grijă pentru a stinge flacăra prin absorbția căldurii flăcării. Acest lucru asigură o barieră de stingere pentru amestecul de vapori aprins.

Canal de celule de flacără

În condiții normale de funcționare, dispozitivul de protecție împotriva flăcărilor permite un flux relativ liber de gaz sau vapori prin sistemul de conducte. Dacă amestecul se aprinde și flacăra începe să se deplaseze înapoi prin conducte, opritorul va împiedica flacăra să se deplaseze înapoi la sursa de gaz.

Aparator de flacără cu deflagrație sau detonație în linie

Celealaltă categorie majoră este formată din opritori de flacără în linie, cunoscuți și sub numele de opritori de flacără cu deflagrație și detonare. (Vorbind din punct de vedere non-tehnic, deflagrație înseamnă ardere rapidă, iar detonare înseamnă explozie). Aceste unități sunt instalate în conducte pentru a împiedica trecerea flăcărilor.

Cele mai multe aplicații ale opritorilor de flacără în linie sunt în sistemele care colectează gazele emise de lichide și solide. Aceste sisteme, utilizate în mod obișnuit în multe industrii, pot fi numite sisteme de control al vaporilor. Gazele care sunt evacuate în atmosferă sau controlate prin intermediul sistemelor de control al vaporilor sunt de obicei inflamabile. Dacă condițiile sunt de așa natură încât se produce o aprindere, ar putea rezulta o flacără în interiorul sau în exteriorul sistemului, cu potențialul de a produce daune catastrofale.

1. Latura expusă 2. Partea protejată 3. 3. Flacără stabilizată pe elementul dispozitivului de oprire a flăcării
4. Elementul dispozitivului de oprire a flăcării absoarbe și stinge frontul de flacără 5. Conducte

O varietate de sisteme de control al vaporilor se numește sisteme de distrugere a vaporilor. Sunt incluse sistemele de flacără înălțată, sistemele de flacără închisă, sistemele de ardere și de incinerare catalitică și cazanele de gaze reziduale.

Un alt tip de sistem de control al vaporilor care utilizează opritori de flacără în linie sunt sistemele de recuperare a vaporilor. Aici sunt incluse sistemele de echilibrare a vaporilor, de refrigerare, de adsorbție, de absorbție și de compresie.

Cu toate acestea, opritorii de flacără în linie sunt uneori utilizați în aplicații de capăt de linie. De exemplu, o unitate în linie poate fi montată sub o supapă de aerisire a rezervorului pe un rezervor de stocare a lichidelor. Supapa reduce emisiile și pierderile de produs, în timp ce opritorul de flacără protejează rezervorul de flăcările din atmosferă în timpul evacuării gazelor inflamabile.

Selectarea opritorilor de flacără în linie
Diferitele stări dinamice explicate anterior pentru flăcările confinate pot fi foarte periculoase pentru un sistem de proces din cauza energiilor enorme asociate cu presiunea de detonare și viteza flăcării. Lucrurile se întâmplă rapid și pot deveni catastrofale. Aceste stări dinamice multiple sporesc provocarea de a furniza unul sau mai multe produse de oprire a flăcării care să oprească flacăra și să reziste la presiunile enorme cauzate de exploziile din interiorul conductelor confinate.

Gama foarte largă de comportamente posibile pentru o flacără confinată cauzează două probleme deosebite pentru produsele de oprire a flăcării. În primul rând, stările de deflagrație la înaltă presiune și de detonare stabilă au o cinetică de ardere foarte stabilă, iar flacăra se mișcă foarte repede. Prin urmare, dispozitivul de protecție trebuie să fie capabil să absoarbă căldura flăcării mult mai repede decât este necesar în condițiile standard de deflagrație la presiune joasă sau medie. În al doilea rând, presiunile de impuls instantanee provocate de undele de șoc ale detonării suprasolicitate supun amortizorul la forțe de până la 20995 kPa(g) (3000 psig). Astfel, dispozitivul de oprire trebuie să fie structural superior dispozitivelor standard de oprire a deflagrației la joasă presiune.

Detergător de flăcări de capăt de linie sau de aerisire către atmosferă

Detergătorii de flăcări de capăt de linie sau de aerisire către atmosferă permit aerisirea liberă în combinație cu protecția împotriva flăcării pentru aplicațiile cu aerisire verticală. Acestea împiedică propagarea flăcării prin absorbția și disiparea căldurii cu ajutorul unor celule de flacără din oțel inoxidabil cu panglică ondulată în spirală.
Dispunătoarele de flacără de capăt de linie sunt utilizate în aplicații cum ar fi gurile de aerisire ale rezervoarelor de depozitare a petrolului.

Aplicația clasică este aceea de a împiedica focul din atmosferă să pătrundă într-o incintă. În jurul anului 1920, de exemplu, opritorii de flacără au început să fie instalați pe orificiile de aerisire ale rezervoarelor de depozitare din câmpurile petroliere. Acestea împiedică rezervoarele să explodeze atunci când gazul care curge prin orificiile de aerisire este lovit de fulger.

În mod invers, unele opritori de flacără de capăt de linie împiedică focul dintr-o incintă să aprindă o atmosferă explozivă, cum ar fi într-o rafinărie. De exemplu, opritorii de flacără pot fi instalați în intrările de aer ale cuptoarelor și în coșurile de evacuare.

Imagine de la Enardo

Selectarea opritorilor de flacără de capăt de linie
Aparatoarele de flacără de deflagrație de capăt de linie sunt proiectate pentru propagarea neconfinată a flăcării, denumită și explozie atmosferică sau deflagrație neconfinată. Acestea se înșurubează sau se înșurubează pur și simplu pe conexiunea procesului sau a rezervorului. Aceste modele încorporează o tehnologie bine stabilită, dar simplă. Majoritatea utilizează un singur element de panglică metalică înfășurată și ondulată care asigură transferul de căldură necesar pentru a stinge flacăra înainte ca aceasta să treacă prin elementul dispozitivului de protecție.

Principalele puncte de interes atunci când se selectează un descărcător pentru aplicații de capăt de linie sunt următoarele:

• Denumirea grupei de pericol sau valoarea MESG a gazului
• Caracteristicile de performanță de stabilizare a flăcării ale descărcătorului în comparație cu potențialul sistemului de stabilizare a flăcării pentru perioade susținute de timp
• Temperatura gazului de proces
• Căderea de presiune prin descărcător în condiții de debit de aerisire, în raport cu presiunea și vidul maxim admisibile ale sistemului
• Materiale de construcție care îndeplinesc condițiile de mediu și de proces – de exemplu, climă extrem de rece, pulverizare salină, gaz chimic agresiv etc.
• Tipul și dimensiunea conexiunilor
• Cerințele de instrumentație

API 2000 4.5.2 Opțiuni de proiectare pentru prevenirea exploziilor spune:

.