Liekinestimet ja räjähdyksenestimet kaasuille
Liekinestimet (deflagration) ja räjähdyksenestimet (detonation) ovat laitteita jotka ovat tarkoitettu pysäyttämään räjähdyksen leviäminen suljetussa tilassa. Toiminta perustuu siihen, että räjähdyksestä aiheutava lämpötila siirtyy estimen keskiossa olevaan elementtiin ja elementin poistopuolella lämpötila on alle väliaineen itsesyttymislämpötilan.
Mikä on räjähdys ja peruslähtökohta räjähdykselle
Räjähdys on erittäin nopeaa palamista, ja sitä voidaankin kuvata prosessiksi, jossa suuri määrä energiaa vapautuu hyvin lyhyessä ajassa. Rajuun ja äkilliseen energian purkautumiseen liittyy usein kaasujen nopea laajeneminen ja paineaalto, joka lisää räjähdyksen tuhoja. Nopean palamisen ja räjähdyksen välisenä erona mainitaan, että palamisen on tapahduttava niin nopeasti, että siitä kuuluu ”pamaus”.
Tulipalo vaatii kolme asiaa samanaikaisesti: Happea O2, syttymislähteen sekä palava aine. Syttymislähteenä voi olla staattisen sähkön purkaus, kipinä, hehkuva hiillos, kuuma pinta, kitkasta aiheutuva lämpö tai liekki. Palavan aineen polttoaineeksi voi olla pöly, kaasu, hönkä tai neste. Jos joku näistä poistetaan, tulipalo ei ole mahdollista. Esimerkiksi jos liekin päälle heitetään sammustuspeitto ja estetään hapen saanti, tuli sammuu.
Räjähdys suljetussa tilassa
Youtubessa on videoita missä juhannuskokko on sytytetty bensalla ja bensapilvi on aikaansaanut mahtavan räjähdyksen.
Sama ilmiö esiintyy suljetussa tilassa, esim. putkessa tai astiassa, mutta siinä on seinät vastassa ja näin ollen syttymisestä aiheutuva lämpötilan ja paineen nousu ei pääse laajentumaan. Tämän tuloksena räjähdys lähtee etenemään putkessa kasvavalla nopeudella ja paineella, muodostuu räjähdys noin 1800 m/s nopeudella ja noin 70 barin paineella.
Liekin etenemisnopeudet
Avaintekijä, joka vaikuttaa liekinestimen rakenteeseen ja suorituskykyyn on liekin nopeus putkistossa. Nopeus vaihtelee riippuen sekä
kaasusta että liekinestimen sijainnista putkistossa. Valmistajan liekinestintestilaboratorion suorittamat kokeet ovat osoittaneet, että liekkien nopeus putkistossa voi vaihdella ja että kaikki vaaratilanteet eivät ole samanlaisia. Esim. liekkien nopeus putkessa (halkaisija 50mm) 4 metrin etäisyydellä syttymispisteestä on:
| Kaasu | BS5501 Luokitus | Liekkien nopeus putkessa 4 metrin etäisyydellä syttymispisteestä |
| Propaani | Ryhmä IIA | 370 m/s |
| Etyleeni | Ryhmä IIB | 370 m/s |
| Vety | Ryhmä IIC | 3490 m/s |
Estimen valinnan kriteerit
Tärkeä tekijä estimen valinnassa on tietää kaasun räjähtävät komponentit. Niiden avulla pysytyään määrittelemään kaasukoos-tumuksen kaasuluokka. Toinen tärkeä tekijä on estimen sijoitus. Jos estin on riittävän lähellä syttymispisteen suoraa osuutta, eli IIA ja IIB kaasuilla 50xID ja IIC kaasuilla 30xD, niin voidaan käyttää liekinestintä. Jos räjähdys on jo saavuttanut liian suuren nopeuden (> äänen nopeuden, 330 m/s) niin tulisi käyttää räjähdyksenestintä. Suomessa on vieläkin asennuksia, joissa on pelkästään katsottu hintaa ja ostettu liekinestin räjähdyksenestimen tilalle ja asennettu se liian kaukas syttymispisteestä. On aina hyvä kääntyä asiantuntijan puoleen – autamme mielellämme.
Mihin liekinestin tulisi asentaa?
Liekinestimen toimintaperiaate on suodattaa liekit kaasusta. Ensin tulisi kartoittaa missä putkistossa on syttymisaltis ilma-kaasu seos Puhdas vety painelinjassa ei syty, koska ilma ei pääse sekoittumaan ylipaineistettuun vetyyn. Kipinälähteitä voivat olla esim. uunit, soihdut ja käsittelylaitokset, kuumenevat pinnat, kuten suodattimet tai laakerit sekä putkessa olevat puhaltimet ja irtoavat osat. Kaasu syttyy huomattavasti pienemällä energialla kuin pöly. Kun kohteet on kartoitettu, ruvetaan miettimään miten eristää mahdollista syttymistä ja välttää isompia vahinkoja. Voidaan esimerkiksi ajatella, että syttyminen tapahtuisi säiliöalueen ulkopuolella, jolloin eristetään alue estimellä. Jos syttyminen voisi tapahtua säiliöalueella, niin jokinen säiliö eristetään omalla estimellään.
