Corta-Chamas de Detonação Instável vs Estável

A Elmac Technologies recomenda a instalação de Corta-Chamas à prova Detonação Instável em sistemas onde uma detonação é possível, com o objetivo de proteger o processo contra o cenário de pior caso (“worst case scenario”). Sabe por que?

Como os Corta-Chamas à prova de Detonação Instável foram projetados e testados nas condições de pior caso (“worst case”) que qualquer corta-chamas é apto de operar para um determinado grupo de gás e pressão inicial, a localização de um Corta-chamas à prova de Detonação Instável na tubulação em relação à fonte de ignição não está sujeita a nenhuma restrição (exceto em locais onde uma combustão contínua pode ocorrer). Este não é o caso de um Corta-Chamas à prova de Detonação Estável que deve ser instalado em local na tubulação onde só pode ocorrer os eventos de denotação estável ou deflagração, bem como deve ser usado em combinação com outras medidas de segurança conforme ISO 16852.

Os Corta-Chamas à prova de Detonação Estável expõe os operadores a níveis de risco inaceitáveis. Em resumo, esse risco decorre dos seguintes fatores:

• As Detonações Instáveis são muito mais destrutivas do que as detonações estáveis.

• As Detonações Estáveis normalmente ocorrem apenas quando houve Detonações Instáveis.

• Uma detonação estável pode de ser desencadeada novamente em uma Detonação Instável.

• Tais eventos não são passíveis de rigorosas previsões científicas.

A figura abaixo mostra um Corta-Chamas à prova de Detonação Estável sujeito a (a) uma Detonação Estável e (b) uma Detonação Instável.

O risco pode aumentar com a possibilidade de mudanças no projeto da tubulação, o que pode tornar um Corta-Chamas à prova de Detonação Estável inadequado.

Como a determinação do local de instalação do Corta-chamas à prova de Detonação Estável ainda não é passível de rigorosos princípios de projeto científico e de engenharia, não há base para definir um local exato para o corta-chamas. É possível que, apesar dos melhores esforços, um Corta-Chamas à prova de Detonação Estável pode encontrar um evento de Detonação Instável com consequências catastróficas. Consequentemente, recomendamos que um Corta-chamas à prova de Detonação Instável seja instalado em sistemas onde uma detonação seja possível, com o objetivo de proteger o processo contra o cenário de pior caso (“worst case scenario”).

O que é DDT ("Deflagration-to-Detonation transition") ?

Uma deflagração, quando confinada em um tubo, pode acelerar como resultado da pré-compressão da mistura de combustível antes da frente da chama e passar por uma transição da deflagração para a detonação (geralmente chamado de DDT). Quando uma detonação passa por um sistema confinado sem variação significativa de velocidade e pressão, é chamada de Detonação Estável. No entanto, durante a transição da deflagração para a detonação estável, a onda de combustão passa por uma zona espacial limitada em que a velocidade da chama não é constante e em que a pressão de explosão é significativamente maior do que a pressão de detonação estável. Imediatamente após o DDT, a pressão e a velocidade da onda de detonação são significativamente maiores que os valores de detonação estáveis. Esta condição temporária é conhecida como a Detonação Instável.

Detonações Instáveis representam as condições de pior caso (“worst case”)

As fases descritas acima estão ilustradas na figura a seguir. Isso mostra a mudança da pressão / onda de choque à medida que a frente da chama avança ao longo da tubulação. Nota-se a partir desta figura que uma Detonação Instável representa uma condição mais crítica do que uma deflagração ou uma detonação estável, com um pico de pressão significativamente maior. Corta-Chamas à prova de Deflagração ou Detonação Estável não impedem necessariamente a transmissão da chama ou resistem às pressões de ondas de choque associadas a eventos de Detonação Instáveis. Na verdade, alguns corta-chamas de Detonação Estáveis disponíveis no mercado foram testados independentemente sob condições de detonação instáveis e não conseguiram evitar a propagação da chama. O DDT ocorre de forma muito subitamente, como pode ser visto a partir da figura abaixo. O tempo de transição pode ser de apenas alguns micro-segundos, pelo qual a velocidade da chama equivale a alguns diâmetros de tubulação do comprimento do tubo direto. Não é possível, com o estado atual da ciência, prever a localização exata de um potencial DDT em um sistema de tubulação, ou seja, é impossível determinar a posição ideal de um corta-chamas de detonação estável.

Detonações Instáveis são imprevisíveis

Devido ao elevado número de fatores que afetam o comprimento de aceleração do DDT, é impossível determinar a posição em um sistema ou o exato momento em que a transição DDT pode ocorrer. O conceito de prever a distância de aceleração para uma Detonação Estável ou Instável é fundamentalmente defeituosa. Além disso, no caso de a pressão do sistema reduzir, é possível que o início da transição possa atrasar-se de tal forma que uma Detonação Instável atinja o corta-chamas. Sob tais condições, um corta-chamas de Detonação Estável pode permitir que a chama se propague na tubulação.

Detonações Estáveis podem se tornar Detonações Instáveis

Um evento de Detonação Estável geralmente ocorre apenas quando ocorreu um evento de Detonação Instável. No entanto, uma Detonação Estável pode ser desencadeada de volta para uma Detonação Instável. Estudos experimentais revelaram a existência de fenômenos como as Detonações "galopantes". Sob certas condições (por exemplo, a baixas pressões iniciais ou próximos aos limites de propagação de detonação), uma onda de detonação pode ser sujeita a transições repetidas de Estável para Instável e novamente Estável com implicações catastróficas para um Corta-Chamas à prova de Detonação Estável se esse for o único dispositivo de segurança instalado.

Em um âmbito geral, normalmente os Corta-Chamas à prova de Detonação Instável disponíveis no mercado apresentam as seguintes características:

• Alta perda de carga no processo.

• Unidades maiores e mais pesadas

Estes fatores devem-se ao fato de os Corta-Chamas à prova de Detonação Instável atenderem ao processo de combustão mais crítico em tubulação e consequentemente necessitarem de um número maior de elementos corta-chamas (filtros) para evitar a propagação da chama. Mas isso não é mais o problema!!!

A Elmac Technologies desenvolveu a tecnologia patenteada HEDS™, Sistema de Dissipação de Alta Energia, e a E-Flow™ com elementos corta-chamas singulares e removíveis resultando nas seguintes vantagens:

• Reduz a pressão da onda de shock

• Dissipação de calor

• Elementos corta-chamas singulares e removíveis mais leves e eficientes

• Leader de performance no quesito Vazão x Perda de Carga

• Economia de energia operacional de mais de 30%

• Sem restrição na instalação em sistemas de tubulação

Conclusão:

• Detonações Instáveis são muito mais destrutivas que Detonações Estáveis.

• A localização de uma Detonação Instável não pode ser prevista com certeza.

• Uma Detonação Estável pode sofrer uma transição repentina para uma Detonação Instável.

O uso de um corta-chamas de Detonação Estável como única medida de segurança não é suficiente para proteger um sistema contra transmissão de chama e expõe o usuário a um risco significativo. Em qualquer sistema onde eventos de detonação são possíveis, um Corta-Chamas à prova de Detonação Instável certificado e homologado conforme normas ISO 16852 e Diretiva ATEX 2014/34/EU deve ser instalado!

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