플레어 또는 배기 버너로 전송되는 가스 속도가 플레어 노즐 또는 소각로의 연소 속도보다 낮으면 화염은 반대 방향, 즉 공정 소스를 향해 이동합니다. 가스 속도가 연소 속도보다 약간만 낮으면 화염은 역류로 천천히 움직일 것입니다. 그러나 긴 파이프에서는 가스 속도가 0이면 화염이 가속되어 고속으로 역화됩니다. 흐름이 0이면 화염 전파가 극도로 격렬해질 수 있습니다. 모든 화염 방지기 제품은 제조업체가 정적(제로) 흐름 조건에서 검사하여 화염 방지기가 가장 어려운 화염 전파 조건(플래시백)에서 작동할 수 있는지 확인해야 합니다.

IOP의 영향을 받는 두 번째 요소는 에너지입니다. 이는 화염을 진압하기 위해 어레스터가 흡수해야 하는 가스의 단위 부피당 에너지입니다. 공정 시스템의 압력이 증가함에 따라 단위 부피당 화염에 의해 방출되는 에너지도 증가합니다. 그러면 화염방지기가 화염의 온도를 완전히 낮추려면 더 많은 열을 흡수해야 한다는 의미입니다. 그러나 화염방지기의 열전달 능력은 확실하기 때문에 화염방지기가 이 작업을 완수하는 것은 어렵다. IOP가 화염 방지기의 설계 압력이나 테스트 압력보다 높으면 화염 방지기가 화염을 진압할 수 없습니다. 따라서 화염 방지기가 올바르게 선택되고 시스템 설계 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 제조업체는 화염 방지기가 처리할 수 있는 다양한 가연성 가스 혼합물의 최대 초기 작동 압력(IOP)을 명시해야 합니다. 각 화염 방지기 제품은 일반적인 가스 혼합물에 대한 IOP 성능 한계를 결정하기 위해 다양한 증가하는 압력에서 테스트되어야 합니다. 예를 들어, 표준 저압 폭연 화염 방지기의 최대 허용 IOP는 일반적으로 대기압의 5% 또는 106.0KPa(15.4psig) 이상입니다. 방폭형 화염방지기는 160KPa(23psig)입니다.

화염 안정화에는 노출형과 밀폐형의 두 가지 유형이 있습니다. 특정 가연성 혼합물이 밀폐된 공간에서 특정 속도로 배출될 때 가스에 의해 생성된 노출된 화염은 고정되어 있으며 이는 노출되지 않은 안정적인 화염입니다. 예를 들어, 화염이 타오르고 있을 때 화염 꼭대기에 고정된 화염이 노출되지 않은 화염 안정성입니다. 어떤 이유로 공정 흐름의 속도가 가스의 연소 속도보다 느리면 화염이 플레어 스택 쪽으로 이동하기 시작하고 화염 방지 시설이나 파이프 어딘가에 정착할 수 있습니다. 이러한 상황을 국부적 화염 안정화라고 합니다(그림 18 참조). 프로세스 흐름의 속도가 0이면 불꽃은 토치쪽으로 이동하지 않지만 역화를 가속화하여 폭발할 수 있습니다. 플래시백 중에 안정적인 불꽃이 시스템에 나타날 가능성은 없지만 때로는 나타납니다.

그림 18 화염방지기의 안정된 화염 원리, 오른쪽에서 왼쪽으로 흐름

화염 안정성과 관련하여 각 유형의 화염 방지기는 화염 방지 요소의 자료실 유형 및 품질로 인해 다르게 사용됩니다. 사용자는 해당 제품이 화염 안정성을 어떻게 처리하는지 알아보려면 화염 방지기 제조업체에 문의해야 합니다. 화염이 안정적이기 때문에 역화에 대처하는 좋은 방법은 화염방지기의 노출된 면에 온도 감지 장치를 설치하는 것입니다. 화염의 열을 안정시키고, 자동제어를 작동시키며, 화염을 소멸시킵니다.

앞에서 언급한 것처럼 가연성 가스와 공기의 혼합 비율은 화염이 연소되는 방식에 큰 영향을 미치며, 화염의 속도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 열 강도, 점화 에너지, 자동 점화 온도, 압력 형성 등에 영향을 미칩니다.

·MESG(최대 테스트 안전 격차)

·화염온도

·화염속도

·자연온도

·폭발하한계부터 폭발상한계까지의 범위

표준 실내 조건에서 장비는 테스트 가스와 공기의 화학양론적 혼합물에 담근 다음 전기 스파크를 사용하여 구형의 혼합물을 점화합니다. 두 플랜지 사이의 간격을 점차적으로 늘리고 구 외부의 혼합 가스가 점화될 때까지 테스트를 반복하십시오. 최대 실험 안전 간격(MESG)은 화염이 플랜지를 통과할 수 없는 최대 거리입니다. 가스 위험이 클수록 최대 테스트 안전 간격은 작아집니다. 화염 방지기는 산업용 가스의 MESG 값에 따라 설계되어야 합니다.

가스 혼합물을 실험하는 것은 비현실적입니다. 업계 표준인 화염 방지기는 혼합물의 최악의 가스 조성을 기준으로 설계되었습니다. 이 접근 방식은 최악의 시나리오에 대한 것이며 지나치게 보수적입니다. NFPA497은 새로운 범주 분류 방법을 제공합니다. 각 가연성 가스 구성 요소의 최대 테스트 안전 격차(MESG)를 기반으로 Lechatelier 관계를 사용하여 효과적인 최대 테스트 안전 격차(MESG)를 계산합니다. 가스 혼합물의 구성을 제공할 수 있는 경우 BasCo가 계산에 도움을 드릴 수 있습니다.

560° C, 에틸렌은 425° C입니다. 화염 방지기의 기능은 가스를 자동 점화 온도 이하로 냉각시키는 것입니다. 따라서 공정의 작동 온도가 가스의 자연 발화 온도에 가까우면 초기 열이 화염 방지기의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 화염 방지기를 선택할 때 제조업체에 작동 온도를 알려주는 것이 중요합니다.

종횡비(L/D)

위에서 화염전파의 다양한 과정을 설명하였다. 각 과정은 발화원으로부터 일정 거리 내에서 발생합니다. 이 거리는 직경 12인치 파이프에 지정되고 지정됩니다. 이는 거리가 직경에 비례한다는 것을 보여줍니다. 핵심은 점화원으로부터의 실제 거리가 아니라 직경에 대한 상대적인 거리의 길이를 직경으로 나눈 값입니다. 이 상대적 거리를 종횡비 또는 L/D 비율이라고 합니다. 예를 들어, 실내 조건에서 화학양론적 공기-프로판 혼합물의 경우 저압 폭발은 L/D 비율이 10 미만인 경우 발생하고 안정적인 폭발은 L/D 비율이 60보다 큰 경우 발생합니다. 안정화된 폭발 유형을 제외한 모든 화염 방지 장치에는 L/D 성능 제한이 있습니다.

모든 화염 방지기 설계는 테스트되고 문서화되었지만 테스트에는 엘보우와 제한 장치가 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있습니다. 엘보나 제한 장치가 있는 시스템에 화염 방지 장치를 설치하기 전에 항상 제조업체에 문의하십시오.

점화 에너지는 특정 가연성 가스 혼합물을 점화하는 데 필요한 에너지를 나타냅니다. 에너지의 양은 가스 유형과 공기-가스 혼합 비율에 따라 다릅니다. 공기 대 가스 비율이 화학량론에 가까울수록 점화 에너지는 낮아집니다. 그림 19에 나와 있습니다. 그림에서 화학양론적 메탄을 점화하는 데 필요한 에너지는 0.2줄이라는 것을 알 수 있습니다.

그림 19 점화 범위 및 점화 에너지

화염방지기 선택에 있어서 가장 중요한 변수인 발화원은 화염방지기로부터의 거리를 측정하는 출발점이다. 따라서 사용자는 화염 방지 장치와 관련된 모든 잠재적 점화원의 위치를 ​​알고 있어야 합니다.

고에너지 점화는 화염이 전파되는 방식을 변경하므로 화염 방지기 제품 선택 규칙도 변경됩니다. 예: 20피트 높이의 굴뚝과 그룹 "D" 가스에 적합한 표준형 폭연 화염 방지기(플레어 바닥 근처에 화염 방지 장치가 설치됨). 공정 흐름의 속도가 플레어 팁 가스의 연소 방지 속도보다 낮으면 역화가 발생할 수 있습니다. 토치 헤드(점화원)에서 화염 방지 장치까지의 파이프 길이가 짧고 화염의 힘이 중압 폭연보다 강하지 않으므로 폭연 화염 방지 장치가 화염을 진압할 수 있습니다. 그러나 공정 흐름의 유속이 발화 방지 속도보다 낮고 토치가 번개에 맞으면(고에너지 점화) 화염이 화염 방지 장치에 도달할 때 화염이 매우 격렬해 고압 폭연 또는 과도한 폭발이 발생할 수 있습니다. 이 경우 화염방지기는 고압 폭연이나 폭발용으로 설계되지 않았고 이에 적합하지 않기 때문에 작동하지 않을 수 있습니다. 고에너지 점화가 가능한 곳에서는 표준 폭연 방지기 대신 불안정한 폭발 방지기를 사용해야 합니다.

대부분의 증기 제어 시스템에서 가연성 혼합물의 산소 공급원은 주변 공기입니다. 그러나 일부 공정에서는 표준 공기-가스 혼합물보다 산소 함량이 더 높습니다.