Детонация или дефлаграция: какой пламегаситель вам нужен?
Самым важным фактором при выборе пламегасителя является то, может ли в защищаемой системе возникнуть дефлаграция или а детонация. В этой статье объясняется, как детонация и дефлаграция различие, почему скорость распространения пламени и рост давления так значительно различаются в этих двух случаях, и как именно это различие определяет, какой пламегаситель — и какая сертификация — необходимы.
Ошибка в этом вопросе не сводится к незначительному снижению эффективности. Ограничитель, рассчитанный на дефлаграцию, установленный в месте, где возможна детонация, просто не сработает, и пламя распространится в защищаемый объём.
Дефлаграция: дозвуковое горение
Дефлаграция — это волна горения, распространяющаяся с дозвуковой скоростью относительно не сгоревшего газа, находящегося перед ней. Пламя движется за счёт теплопередачи и молекулярной диффузии, а не под действием ударной волны. Типичные характеристики:
- Скорость распространения пламени: несколько метров в секунду (часто 0,5–3 м/с в открытых системах, выше — в трубах с турбулентностью).
- Повышение давления: небольшой — как правило, несколько бар в закрытой емкости, в частично открытых системах — меньше.
- Размножение: Несгоревший газ нагревается и сжимается перед пламенем, но не подвергается ударному сжатию.
Возгорание на открытом конце вентиляционного отверстия резервуара или вспышка внутри короткой трубы приводит к дефлаграции. Это состояние, при котором пламегаситель для предотвращения дефлаграции на конце линии для чего он разработан и сертифицирован.
Детонация: сверхзвуковое горение с образованием ударной волны
Детонация — это волна горения, связанная с передней ударной волной, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью. Ударная волна одновременно сжимает и воспламеняет газ, поэтому пламя распространяется быстрее, чем скорость звука в несгоревшей смеси. Типичные характеристики:
| Недвижимость | Дефлаграция | Детонация |
|---|---|---|
| Режим размножения | Дозвуковой | Сверхзвуковой |
| Скорость распространения пламени | ~0,5–3 м/с (до десятков при турбулентности) | ~1 500–2 500 м/с |
| Повышение давления | Скромный (несколько тактов) | До 20–30 раз превышающее начальное давление |
| Приводной механизм | Теплопередача / диффузия | Ударное сжатие |
| Состояние | Открытые концы, короткие пути | Узкие, длинные трассы с препятствиями |
Пик давления при детонации является ключевым показателем. Детонация может вызвать волну давления, превышающую начальное давление в 20–30 раз — это значительно превышает пределы прочности, на которые рассчитан элемент устройства подавления дефлаграции. Устройство подавления дефлаграции, подвергшееся воздействию детонации, будет механически разрушено, и пламя прорвется через него.
Как дефлаграция превращается в детонацию
В трубопроводе или замкнутой системе пламя, возникающее в виде дефлаграции, может ускоряться. По мере его продвижения турбулентность, создаваемая стенками трубы и, в особенности, препятствиями (клапанами, изгибами, коленями), увеличивает скорость горения, а эффект “предварительного сжатия” приводит к повышению давления перед пламенем. Помимо критического расстояния — длины разгона — происходит переход пламени из дефлаграции в детонацию (DDT), и волна превращается в детонацию.
Именно поэтому решающим вопросом часто является расстояние. В коротком открытом вентиляционном канале дефлаграция является наиболее вероятным наихудшим сценарием. В длинных трубопроводах — линиях рекуперации паров, факельных коллекторах, длинных перекачивающих линиях — пламя имеет пространство для ускорения, поэтому требуется детонационный прерыватель.
Типы пламегасителей и области их применения
| Тип разрядника | Защищает от | Типичное применение |
|---|---|---|
| Устройство подавления дефлаграции в конце линии | Внешнее зажигание на открытом конце | Трубы вентиляции резервуаров, вентиляционные отверстия резервуаров |
| Встроенный (докомпрессорный) устройство предотвращения дефлаграции | Дефлаграция в коротких трубопроводах | Короткие соединительные трубопроводы |
| Устройство предотвращения детонации | Детонация (и дефлаграция) | Длинные трубопроводы, системы рекуперации паров, факельные трубопроводы |
| Комбинированное устройство PVRV + разрядник | Взрыв в вентиляционном отверстии резервуара | Резервуары для хранения легковоспламеняющихся жидкостей |
Сертификация: ISO 16852, ATEX и условия эксплуатации
Стандарт ISO 16852 определяет методы испытаний пламегасителей как на защиту от дефлаграции, так и от детонации, при этом устройство сертифицируется для конкретных условий, испытания в которых оно прошло. Из этого вытекают два правила:
- Ограничитель, сертифицированный для работы в условиях дефлаграции нельзя не следует использовать в местах, где возможен взрыв.
- Ограничитель, сертифицированный для взрыва, как правило, более прочный и зачастую может использоваться в условиях дефлаграции (при условии проверки пропускной способности и перепада давления), однако обратное никогда не верно.
Для установок в странах ЕС помимо типовых испытаний в соответствии с ISO 16852 требуется сертификация ATEX (2014/34/EU). В случае сомнений относительно возможности возникновения детонации в системе безопасным инженерным решением является выбор устройства с более высоким номиналом — но только после подтверждения того, что его перепад давления по-прежнему позволяет вентиляционному каналу пропускать требуемый расход при давлении в резервуаре или системе, предусмотренном проектом.
Практическое правило выбора
Используйте эту логику принятия решений в качестве отправной точки, а затем сверьтесь с требованиями стандарта ISO 16852 и особенностями конкретной установки:
- Открытый вентиляционный патрубок резервуара, возгорание на открытом конце: устройство предотвращения дефлаграции на конце линии.
- Короткая труба между двумя точками, без значительных препятствий: встроенный устройство предотвращения дефлаграции.
- Длинная труба или любая труба, в которой пламя может ускоряться (система рекуперации паров, факел, длинная перепускная труба): устройство предотвращения детонации.
- Ограниченный объём с источником возгорания и предполагаемой турбулентностью: устройство предотвращения детонации.
Компания Wanan Technology поставляет конечные и встроенные устройства подавления дефлаграции и детонации, сертифицированные в соответствии со стандартами ISO 16852 и ATEX, а также готова проконсультировать вас по выбору подходящего типа устройства для ваших задач. См. ассортимент пламегасителей или обратитесь к нашим инженерам.
Часто задаваемые вопросы
В чём заключается разница между дефлаграцией и детонацией?
Дефлаграция — это дозвуковое распространение пламени, обусловленное теплопередачей, при котором типичная скорость пламени составляет несколько метров в секунду, а повышение давления — незначительное. Детонация — это сверхзвуковое распространение пламени, обусловленное ударной волной, со скоростью пламени от 1 500 до 2 500 м/с и скачками давления, достигающими 20–30-кратного превышения над начальным давлением. Эти два явления требуют использования пламегасителей различной конструкции.
Какой пламегаситель мне нужен для вентиляционного отверстия резервуара?
Для вентиляционного отверстия резервуара (открытого конца) обычно достаточно пламегасителя дефлаграции, установленного на конце трубопровода, поскольку случайное возгорание на открытом конце приводит к дефлаграции. Детонационные пламегасители требуются на трубопроводах, где пламя может ускоряться на расстоянии и перейти в детонацию.
В каких случаях требуется установка детонационного прерывателя?
Детонационный (или линейный) пламегаситель необходим в длинных трубопроводах и замкнутых системах, где дефлаграция может перейти в детонацию из-за большого расстояния, препятствий или предварительного сжатия. Предохранители от детонации широко используются на линиях рекуперации паров и факельных линиях, где распространение пламени по длинной трубе может привести к переходу от дефлаграции к детонации.
Охватывает ли стандарт ISO 16852 как дефлаграцию, так и детонацию?
Да. Стандарт ISO 16852 определяет процедуры испытаний пламегасителей как на защиту от дефлаграции, так и от детонации, и устройство сертифицируется для конкретных условий эксплуатации, в которых оно прошло испытания. Пламегаситель, сертифицированный для защиты от дефлаграции, запрещается использовать в условиях, где возможна детонация, и наоборот. Всегда необходимо убедиться, что сертификация охватывает фактические условия эксплуатации.
Можно ли использовать детонационный прерыватель в условиях дефлаграции?
Устройство подавления детонации, сертифицированное для работы в условиях детонации, как правило, более прочное и зачастую может использоваться в условиях дефлаграции при условии проверки перепада давления и пропускной способности, однако обратное неверно. Устройство защиты от дефлаграции ни в коем случае не должно использоваться там, где возможна детонация. В случае каких-либо сомнений более безопасным инженерным решением будет выбор устройства с более высокими номинальными характеристиками.
Нужна помощь в подборе оборудования для вашего объекта? Компания Wanan Technology является производителем систем отбора проб и оборудования для обеспечения безопасности резервуаров, сертифицированным по стандарту ASME U-Stamp, и поставляет свою продукцию на нефтеперерабатывающие заводы, химические предприятия и нефтебазы в более чем 40 странах, в том числе таким компаниям, как Sinopec, PetroChina, ExxonMobil, «Лукойл» и BASF. Свяжитесь с нашей инженерной командой для проведения технической экспертизы или скачать каталог продукции.
English
Russian
Arabic
Spanish
Portuguese
Chinese