Flamskydd

En flamskydd är en anordning som tillåter gas att passera genom den men stoppar en flamma för att förhindra en större brand eller explosion. Det finns en enorm mängd olika situationer där flamskydd används. Alla som deltar i valet av flamskydd måste förstå hur dessa produkter fungerar och vilka begränsningar deras prestanda har. Därför ger den här artikeln en introduktion till tekniken och terminologin för flamskydd och de typer av produkter som finns tillgängliga.

Flamskyddets historia

Flamskyddets funktionsprincip upptäcktes 1815 av Sir Humphry Davy, en berömd kemist och professor vid Royal Institution i England. En säkerhetskommitté inom den engelska kolgruveindustrin hade vänt sig till Davy för att få teknisk hjälp. De behövde ett sätt att förhindra att gruvarbetarnas oljelampor orsakade explosioner när brännbar gas som kallas gruvgas sipprade in i gruvschakten. Sir Humphry studerade gasen, som till största delen bestod av metan. Undersökningen var inriktad på hur metan brinner under olika förhållanden och med olika proportioner av luft. Davys lösning var att omsluta lamplågan säkert med en hög cylinder av en finvävd trådduk som kallas metallduk. Två av Davys tidigaste säkerhetslampor visas till höger.

Tillräckligt mycket lampljus passerar ut genom skärmen för att vara användbart. Luften till oljelågan runt lampveken kommer in genom den nedre delen av skärmen. Heta rökgaser släpps ut genom den övre delen. När en brännbar blandning av metan strömmar in med luften brinner en metanflamma mot skärmens insida. Varken metanlågan eller lamplågan passerar dock genom skärmens smala öppningar. Metalltråden absorberar värmen från lågan och strålar sedan bort den vid en mycket lägre temperatur.

Moderna flamskydd

Sedan Sir Humphrys tid har flamskydd i många olika varianter tillämpats inom många industrier. Alla fungerar enligt samma princip: de tar bort värmen från lågan när den försöker ta sig genom smala passager med väggar av metall eller annat värmeledande material. Flamskydd som tillverkas av de flesta tillverkare använder till exempel lager av metallband med räfflad korrugering.

Flamskydd används inom många branscher, bland annat raffinering, läkemedelsindustri, kemisk industri, petrokemisk industri, massa- och pappersindustri, oljeprospektering och oljeproduktion, rening av avloppsvatten, deponier, gruvdrift, kraftproduktion och transport av vätskor i bulk. I vissa fall innebär lågorna exoterma (värmeproducerande) reaktioner utöver oxidation. Processer som genererar brännbara eller reaktiva gaser är bland annat blandning, reaktion, separation, blandning, borrning och rötning. Dessa processer inbegriper många utrustningskonfigurationer och gasblandningar.

Hur moderna flamskydd fungerar

Flamskydd är passiva anordningar utan rörliga delar. De förhindrar flammans utbredning från den exponerade sidan av enheten till den skyddade sidan genom att använda ett lindat, krusat metallband av flamcellstyp.
Denna konstruktion ger en matris av enhetliga öppningar som är noggrant konstruerade för att släcka flamman genom att absorbera flammans värme. Detta ger en släckningsbarriär för den antända ångblandningen.

Flamcellskanal

Under normala driftsförhållanden tillåter flamskyddet ett relativt fritt flöde av gas eller ånga genom rörsystemet. Om blandningen antänds och lågan börjar röra sig tillbaka genom rörledningarna, hindrar flamavskiljaren lågan från att röra sig tillbaka till gaskällan.

Inlineflamavskiljare för deflagration eller detonation

Den andra stora kategorin består av inlineflamavskiljare, även kallade deflagrations- och detonationsflamavskiljare. (Icke-teknisk sett betyder deflagration snabb förbränning och detonation explosion). Dessa enheter installeras i rör för att förhindra att flammor passerar.

De flesta tillämpningar av in-line flamskydd finns i system som samlar upp gaser som avges av vätskor och fasta ämnen. Dessa system, som är vanliga inom många industrier, kan kallas ångkontrollsystem. De gaser som avges till atmosfären eller kontrolleras via ångkontrollsystem är vanligtvis brandfarliga. Om förhållandena är sådana att antändning inträffar kan en flamma inom eller utanför systemet uppstå, vilket kan orsaka katastrofala skador.

1. Exponerad sida 2. Skyddad sida 3. 3. Flamman stabiliseras på avstängningselementet
4. Flamavstängningselementet absorberar och släcker flamfronten 5. Rörledningar

En variant av ångkontrollsystem kallas ångdestruktionssystem. De omfattar förhöjda fackelsystem, slutna fackelsystem, brännare och katalytiska förbränningssystem samt rökgaspannor.

En annan typ av ångkontrollsystem som använder flamskydd i linje är system för återvinning av ångor. Här ingår system för ångbalansering, kylning, adsorption, absorption och kompression.

Flamskydd i linje används dock ibland i tillämpningar i slutet av linjen. En in-line-enhet kan till exempel monteras under en tankventil på en vätskelagertank. Ventilen minskar utsläppen och produktförlusterna, medan flamskyddet skyddar tanken från flammor i atmosfären vid avluftning av brännbara gaser.

Väljning av flamskydd i linje
De olika dynamiska tillstånden som förklarats tidigare för slutna flammor kan vara mycket farliga för ett processystem på grund av de enorma energier som är förknippade med detonationstryck och flamhastighet. Saker och ting händer snabbt och kan bli katastrofala. Dessa olika dynamiska tillstånd ökar utmaningen att tillhandahålla en eller flera flamskyddsprodukter som stoppar lågan och klarar de enorma tryck som orsakas av explosioner i de instängda rören.

Det mycket breda spektrumet av möjliga beteenden för en instängd låga orsakar två särskilda problem för flamskyddsprodukter. För det första har högtrycksdeflagrationen och de stabila detonationstillstånden en mycket stabil förbränningskinetik, och lågan rör sig mycket snabbt. Därför måste avstängaren kunna absorbera flammans värme mycket snabbare än vad som krävs vid standardförhållanden för deflagration under lågt till medelhögt tryck. För det andra utsätter de momentana impulstryck som orsakas av chockvågorna vid en överdriven detonation av avledaren för krafter på upp till 20995 kPa(g) (3000 psig). Därför måste avstängaren vara strukturellt överlägsen standardavstängare för lågtrycksdeflagration.

Flamskydd i slutet av linjen eller för ventilation till atmosfären

Flamskydd i slutet av linjen eller för ventilation till atmosfären gör det möjligt med fri ventilation i kombination med flamskydd för vertikala ventilationstillämpningar. De förhindrar flamspridning genom att absorbera och avleda värme med hjälp av spiralformade, krumma band i rostfritt stål med flamceller.
Flamskydd i slutet av linjen används i tillämpningar som t.ex. ventilationsöppningar för oljelagertankar.

Den klassiska tillämpningen är att förhindra att brand i atmosfären tränger in i ett hölje. Runt 1920 började till exempel flamskydd installeras på ventiler på lagringstankar på oljefält. De hindrar tankarna från att explodera när gas som strömmar från ventilerna träffas av blixten.

Omvänt förhindrar vissa flamskydd i slutet av linjen att en brand i ett utrymme antänder en explosiv atmosfär, t.ex. i ett raffinaderi. Flamskydd kan till exempel installeras i luftintag och avgasrör i ugnar.

Bild från Enardo

Väljning av flamskydd vid linjens slut
Flamskydd vid deflagration vid linjens slut är konstruerade för okonventionell flamspridning, även kallad atmosfärisk explosion eller okonventionell deflagration. De skruvas eller bultas helt enkelt fast på process- eller tankanslutningen. Dessa konstruktioner bygger på väletablerad men enkel teknik. De flesta använder sig av ett enda element av ett pressat lindat metallband som ger den värmeöverföring som behövs för att släcka lågan innan den når genom avstängningselementet.

De viktigaste punkterna att ta hänsyn till när man väljer en avledare för tillämpningar i slutet av linjen är följande:

• Gasens beteckning för farlig grupp eller MESG-värde
• Avledarens prestandakaraktäristika för flamstabilisering jämfört med systemets potential för flamstabilisering under ihållande perioder
• Processgasens temperatur
• Tryckfall över avledaren under ventilationsflödesförhållanden, i förhållande till systemets högsta tillåtna tryck och vakuum
• Konstruktionsmaterial som uppfyller omgivnings- och processförhållandena – t.ex. extremt kallt klimat, saltspray, kemiskt aggressiv gas osv.
• Kopplingstyp och storlek
• Instrumenteringskrav

API 2000 4.5.2 Konstruktionsalternativ för explosionsförebyggande åtgärder säger: