Flame arrestor

در صورت بکارگیری مناسب، شعله گیر مانع از انتشار و انتقال شعله در محیط‌هایی که مخلوطی از بخار قابل اشتعال و هوا یا گاز وجود دارد می‌شود. در این مقاله در مورد نحوه گسترش جبهه شعله توضیح داده شده است. همچنین به اهمیت دسته‌بندی‌های مختلف مواد شیمیایی قابل اشتعال اشاره شده است. نحوه عملکرد یک شعله گیر و پارامترهای اصلی در انتخاب و سایزینگ آن بررسی و اصطلاحات و تعاریف مورد استفاده در مورد Flame arrestor آورده شده است.

Damoon Flame Arrestor Sample

نمونه ای از یک Flame arrester

اصطلاحات مربوط به شعله گیر

المنت شعله گیر (Arrester Element)

بخشی از شعله گیر متشکل از صفحات موازی با فاصله معین است که مانع مکانیکی و سد راه شعله را فراهم می سازد و در داخل محفظه شعله گیر قرار میگیرد.

محفظه شعله گیر (Arrester Housing)

در واقع همان بدنه شعله گیر است که المنت شعله گیر در داخل آن قرار میگیرد. و همچنین اتصال فلنجی و یا رزوه ای شعله گیر بروی آن قرار دارد.

مایع قابل اشتعال (Flammable Liquid)

مایعی که دارای فلش پوینت پایین تر از 100°F باشد.

مایع قابل احتراق (Combustible Liquid)

مایعی که دارای فلش پوینت بالا تر یا برابر با 100°F باشد.

Confined Deflagration

یک Deflagration منتشر شونده در محیطی که محصولات انبساطی احتراق حبس می شوند. شعله ای که در یک لوله در حال حرکت است را میتوان یک Confined Deflagration پنداشت.

Deflagration

جبهه شعله ای پیش رونده در گاز یا بخار قابل اشتعال که با سرعتی کمتر از سرعت صوت در همان محیط گاز یا بخار است.

Detonation

جبهه شعله ای پیش رونده در گاز یا بخار قابل اشتعال که با سرعتی برابر با سرعت صوت در همان محیط گاز یا بخار است.

Detonation Arrester

شعله گیری که برای جلوگیری از انتشار deflagration های مبحوس و غیر مبحوس و detonations ها طراحی می شود.

End of Line flame Arrestor

شعله گیری است که در انتهای خط لوله نصب می شود ( با اتصال رزوه یا فلنجی) که مستقیما به خلا تهویه میشود. این شعله گیر برای متوقف کردن deflagration های غیر مبحوس طراحی میشود.

رنج انفجاری (Explosive Range)

محدوده بین حد پایینی (LEL) و حد بالایی انفجار (UEL) برای هر مخلوطی از هوا/بخار

فلش پوینت (Flashpoint)

حداقل دمایی که در آن یک مایع غلظت کافی بخار از خود متصاعد میکند تا با هوا یک مخلوط قابل اشتعال در مجاورت سطح مایع ایجاد کند.

حد پایینی انفجاری (Lower Explosive Limit)

کمترین غلظت حجمی (به صورت درصد) یک بخار قابل اشتعال در هوا که توانایی حفظ و انتقال یک شعله در مخلوط بخار در فشار و دمای معین را دارد. مخلوط های پایین تر از LEL برای سوختن خیلی ضعیف عمل میکنند.

VentLine/ InLine Flame Arrester

VentLine/ InLine Flame Arrester شعله گیری است که در بالادست شیر تنفسی یا در فاصله زیادی از تخلیه خط لوله به اتمسفر قرار میگیرد. این نوع شعله گیرها برای مواردی که نیاز به جلوگیری از deflagration مبحوسی در حال انتشار نیاز است مورد استفاده قرار میگیرد.

تشکیل جبهه شعله (Flame Front Generation)

هر نوع مخلوط قابل اشتعالی از بخار یا گاز در صورت تماس با منبع جرقه تولید جبهه شعله میکند و این شعله در میان بخار یا گاز می سوزد تا زمانیکه:
1. منبع سوخت (بخار یا گاز) مصرف شود
2. حرارت مورد نیاز برای حفظ احتراق از بین برود
3.غلظت اکسیژن خیلی زیاد یا خیلی کم شود.

Damoon Flame Arrestor Diagram

نمودار شماتیک سرعت شعله به طول لوله

اگر شعله ای با سرعتی کمتر از سرعت صوت در بخار منتشر شود آنرا شعله deflagration و شعله ای با سرعتی برابر سرعت صوت در بخار detonation (پایدار) میگویند. یک overdriven detonation شعله ای در حال انتشار با سرعتی بیشتر از سرعت صوت در بخار است. Deflagration میتواند در یک محیط باز (unconfined deflagration) و یا در یک محیط بسته مانند خط لوله (confined deflagration) به وجود آید.در سیستم های خط لوله بسته بیشتر Detonations و overdriven detonations وجود دارد.

unconfined deflagration سبب ایجاد شعله به نسبت با سرعت کم میشود و در واقع افزایش فشاری تولید نمیکند.

Damoon Flame Arrestor scheme

شکل شماتیک انتشار یک شعله در خط لوله (بالا بدون شعله گیر – پایین با استفاده از شعله گیر)

اما confined deflagration که برای مثال در خط لوله اتفاق می افتد با سرعت و فشار پایین آغاز شده و با پیشروی سرعت و فشار آن افزایش می یابد. در لوله طولانی یا پیچیده شعله شتاب گرفته تا از حالت overdriven detonation به stable detonation تبدیل میشود. در یک مخلوط 4.3 درصد حجمی پروپان و هوا سرعت stable detonation برابر 5800 فوت بر ثانیه و فشار متناظر نیز 300-400 SIG است. شعله گیرها در رنج های گسترده برای جلوگیری از این نوع شعله ها موجود هستند.

دسته بندی بخار/گازهای قابل اشتعال (Flammable Vapor/Gas Classification)

مواد شیمیایی قابل اشتعال معمول را بر اساس مشخصات سوختن و انفجار را در گروه هایی دسته بندی میکنند. در کد ملی مواد شیمیایی (NEC) در چهار گروه A,B,C و D قرار میگیرند.

گروه D شامل مواد شیمیایی با کمترین میزان فراری هستند. و در سایر گروه ها این میزان به نسبت افزایش می یابد. در سیستم کمیسیون بین المللی الکترونیکال (International Electrotechnical Commission) این چهار گروه با نمادهای IIA, IIB, IIC نشان داده میشود که IIA معادل گروه D است. پروپان/هوا در گروه D (IIA) قرار میگیرد. اتیلن/هوا در گروه C (IIB) و هیدروژن در گروه B (IIC) قرار دارند. و تنها عضو گروه A استیلن است. این دسته بندی در انتخاب نوع شعله گیر اهمیت فراوانی دارد.

Flame arrestor تجهیزات مکانیکی غیر فعالی است که به صورت اتصال رزوه ای یا فلنجی روی مخازن ویا خطوط لوله نصب میشود. در شرایط نرمال، بخار از طریق شعله گیر هدایت میشود. شعله گیر شامل دو جز بدنه و المنت گیرنده است.

جزء المنت شعله گیر در ساختارهای گوناگونی (ورق های فلزی مستطیلی موازی،ورق های کریمپ، ورقهای گرد موازی) وجود دارد. اصل مشترک در تمام شعله گیرها این است که هنگام گذر بخار از شعله گیر، باید از این منافذ ریز عبور کند. سایز و طول این منافذ بسته به نوع شعله گیر متغیر است. با سوختن بخار قابل اشتعال شعله به سمت شعله گیر حرکت میکند. هنگامیکه شعله قصد عبور از المنت را دارد بدلیل تماس با دیواره فلزی منافذ، سرد شده و سرعت آن پایین می آید و تا زمانی که احتراق متوقف شود حرارت به المنت منتقل میشود و در نتیجه شعله توسط شعله گیر متوقف میشود.

سایزینگ و مشخصات شعله گیر

هدف از بکار گیری یک شعله گیر محافظت سیستم در برابر شعله ای منتشر شده است. با این وجود شعله گیرها باید توانایی عبور بخار/هوا را از درون منافذ خود به طوریکه تخلیه فشار یا خلا و هدایت نرمال بخار در سیستم صورت گیرد، داشته باشند. مقاوت در مقابل عبور به سایز و ساختار منافذ شعله گیر بستگی دارد. شعله گیر باید به گونه ای طراحی شود که نرخ جریان مورد نیاز در مقاومت (افت فشار) قابل قبولی بدست آید.

همچنین محل بهینه شعله گیر باید مشخص شود. شعله گیرهای اِند لاین روی فلنج خروجی نصب و مستقیما به اتمسفر تهویه میشوند. شعله گیرهای این لاین در فاصله زیادی از محل تهویه لوله (تعیین شده توسط سازنده) نصب میشوند. Detonation arrestors به گونه ای طراحی میشوند که بتوان از آن ها در هر جایی از سیستم پایپینگ استفاده کرد. در واقع اغلب محدوده محل مورد استفاده شعله گیر توسط سازنده آن مشخص میشود.

شعله گیرها برای استفاده در برابر گروه های بخار مواد شیمیایی که توسط کد ملی الکتریکی و کمیسیون بین المللی الکترونیکال تعریف شده اند بکار میرود. فشار و دمای اولیه بخار موجود در سیستم نیز از عوامل مهم دیگر هستند که باید مدنظر قرار داد. طبق استاندارد باید سازگاری شعله گیر با گروه خاصی از این بخارات تایید شود. جنس ماده ای که شعله گیر از آن ساخته میشود باید سازگار و مقاوم با جنس بخار شیمیایی سیستم باشد. همچنین باید احتمال خوردگی قطعات شعله گیر و آلودگی مواد فرایندی به حداقل ممکن برسد.

متریال شعله گیر ها

شعله گیر ها در رنج وسیعی از مواد شامل آلومینیوم، استنلس استیل، چدن نشکن تولید میشوند. متریال سازگار با شرایط کاری را میتوان در هندبوک های خوردگی و مواد شیمیایی یافت.

 

توصیه می‌کنیم مطالب زیر را نیز مطالعه نمایید:

شیر تنفسی
راپچر دیسک