국부적인 화염 발생 단계에서 적절한 파이프라인 화염 방지 장치를 선택하려면 화염의 속도와 압력은 물론 파이프라인 내 예상되는 화염 강도를 기준으로 해야 합니다. ~을 통해파이프 내 화염 전파에 대한 연구에 따르면 파이프가 충분히 길고, 충분히 빠르게 연소되고, 충분한 에너지를 갖고 있는 경우 화염은 7가지 다른 단계 또는 기간을 거칩니다.
불꽃이 무한히 긴 파이프를 따라 전파될 때 불꽃의 각 지점의 속도와 압력은 그림 10에 나와 있습니다. 순간적인 압력 피크는 다음에 의해 발생할 수 있습니다.각 지점에 배치된 빠른 응답 압력 게이지가 표시됩니다. 발화점부터 시작하여 화염이 통과하는 여러 단계는 A-F로 표시됩니다.
그림 10: 점화원은 긴 파이프라인의 폐쇄된 부분에 있으며 화염 헤드의 각 지점의 압력과 속도는 개략도입니다.
저압 폭연
화염 헤드 압력이 확장 접합층에 의해 생성된 최소 압력에 있는 한, 화염은 음속 이하로 전파되는데, 이는 저압 폭연으로 알려진 상황입니다.11). 이 단계에서 속도는 일반적으로 초당 112m에 도달할 수 있으며 절대 압력(DP/Po)은 1에 비해 상대적으로 증가합니다(초기 대기압이고 게이지 압력이 100kPa(g) 미만이라고 가정). 화염 전파의 초기 상태는 짧은 파이프 섹션에서 전개됩니다. 예를 들어 프로판과 공기 혼합물의 경우 파이프 섹션의 길이는 약 3m입니다. 수소의 경우 발화점부터 약 1.0m 길이의 파이프 구간에서 수소가 저압 폭연 상태로 존재한다.
(DP/Po는 화염 방지기의 한쪽이 점화원으로 사용될 때 파이프라인 시스템에서 측정된 폭연 및 폭발 테스트의 무차원 비율입니다. 여기서 Po는 초기 시스템입니다.절대 압력의 DP는 측정된 절대 압력에서 Po를 뺀 값입니다)
중간 압력 폭연
화염이 파이프를 따라 계속 전파됨에 따라 그 강도는 중간 압력 폭연의 동적 상태까지 계속 증가합니다. 화염 속도는 더 높지만 여전히 아음속(약 200m/s)입니다.화염의 압력 펄스는 DP/Po가 10인 중간 수준에 도달합니다. 프로판과 공기 혼합물의 경우 실내 조건에서 화염은 화염이 3미터에서 10미터 거리를 통과할 때 점화점부터 중간 압력 폭연 상태에 있습니다. 이에 비해 수소는 발화점으로부터 1미터에서 2.5미터 사이의 거리에서 중압 폭연 상태에 있습니다.
고압 폭연
중압 폭연의 한계를 초과하고 전파되는 화염이 고압 폭연 상태에 도달합니다. 화염 헤드의 속도(여전히 아음속)는 300m/s에 도달하고 확장된 경계로 인해층에 의해 생성된 압력은 DP/Po를 최대 20까지 증가시킵니다. 프로판과 공기 혼합물의 경우 발화점과 고압 폭연 사이의 거리는 파이프 섹션에서 20-30미터입니다.수소와 공기 혼합물의 경우 2.5~6미터입니다.
폭연에서 폭발로의 전환
화염 헤드의 전파 속도가 음속에 도달하면 DDT라고 하는 폭연에서 폭발로의 변환 과정이 발생합니다. 불꽃 앞의 압력 펄스가 충격이 된다파동 화염 앞에서 가스 팽창 경계면에 가까운 압축 공기의 압력은 700kPa(g)에 이릅니다. 이 압축 공기는 화염과 접촉하여 폭발을 일으킵니다. 열, 속도 및 압력을 포함하여 폭발로 인해 생성된 에너지는 갈 곳이 없으므로 파이프를 따라 이동합니다. 폭발은 거대한 충격파를 발생시키며, 이는 폭연이 폭발로 바뀌는 초기 지점의 상류 및 하류에 있는 가스를 압축합니다.
폭발
폭발 과정은 화염 헤드가 음속 이상으로 움직이는 것을 말합니다. 폭발은 화염 앞의 충격파에 의해 가스의 압축을 증가시킵니다. 폭발 과정에서 화염이전파 속도는 1900m/s, 최대 펄스 압력은 3500kPa(g), DP/Po는 20에 달합니다. 프로판-공기 혼합물의 경우 이러한 화염 전파 상태는 발화점에서 약 30m 떨어진 배관 구간까지 고압 폭연 후에 발생합니다. 수소의 경우 발화점부터 파이프 구간까지 약 10m이다.
과도한(불안정한) 폭발
화염이 파이프 아래로 계속 전파됨에 따라 화염은 과도하거나 불안정한 폭발 상태에 들어갑니다. 화염 헤드는 초음속으로 움직이며, 어떤 경우에는극초음속의 속도로 움직이는 가스는 여러 충격파에 의해 격렬하게 압축됩니다. 이는 불안정하고 순간적인 상황입니다. 화염이 폭연에서 폭발로 변할 때 화염은 충격파를 축적하고 밀도를 증가시킵니다. 화염 앞의 가스는 디젤 엔진 실린더의 연료 혼합물과 마찬가지로 압축되어 발화점 이상으로 가열됩니다. 압축 가스가 스스로 점화되면 그 결과로 발생하는 폭발은 마치 초기 폭연이 폭발로 바뀌는 것처럼 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 또한 에너지는 파이프라인에 의해 제한되며 파이프라인을 따라서만 앞으로 이동할 수 있습니다. 화염의 속도는 이미 초음속이었고, 화염은 계속해서 극초음속의 속도로 가속되었습니다.
이러한 상황이 발생하는 이유는 일시적인 것인데, 화염의 속도와 압력은 화염 앞의 가스 압축에 의해 생성되는 거대한 충격파에 따라 달라지기 때문입니다. 이러한 충격파동은 폭발 직후 소멸되어 화염의 속도와 압력이 안정되었습니다. 과도한 폭발의 최고 속도는 2300m/s 범위이고 최대 펄스 압력은 약 20995KPa(g)이며 DP/Po는 130에 달합니다. 파이프 내에서 이러한 화염 전파 방식은 프로판-공기 혼합물의 경우 폭연-폭발(DDT) 이후의 거리에서 시작하여 점화원에서 약 60m, 수소의 경우 점화원에서 20m 떨어진 곳에서 끝납니다.
정상 상태 폭발
순간적인 과폭발을 넘어 전파되는 화염은 결국 안정적인 폭발 역학에 도달합니다. 화염 머리는 음속 이상으로 움직이며 앞쪽에 있습니다.충격파 압축이 발생합니다. 파이프의 반대쪽 끝까지 불꽃은 다른 변형을 겪지 않으며 항상 안정된 상태를 유지합니다. 안정적인 폭발 과정에서 화염 속도는 300m/s 범위 내에 있고 최대 펄스 압력은 3500KPa(g)이며 DP/Po는 20입니다.
이완 폭발
화염 전파 과정에서 폭발이 간헐적으로 발생하는데 이를 이완 폭발이라고 합니다. 이러한 형태의 폭발은 폭발 한계 근처의 가스 혼합물에서 관찰됩니다."희박" 한계와 "풍부한" 한계 근처의 혼합물에서 발견됩니다. 이완폭발은 폭연에서 폭연에 의해 발생하므로, 이완폭발은 관로 내 일정거리 내에 과압을 일으키는 간헐적인 과잉현상이다. 이러한 주기적인 변화 동안 충격파는 급속 폭발과 선두 충격파 사이를 오가며 짧지만 안정적인 폭발 단계인 과폭폭으로 전환됩니다.
