フレアまたは排気バーナーに送られるガス速度がフレア ノズルまたは焼却炉のバーンバック速度よりも低い場合、火炎は反対方向、つまりプロセス源に向かって移動します。ガス速度がバーンバック速度よりわずかに低い場合、火炎はゆっくりと向流に移動します。しかし、長いパイプではガスの速度がゼロになると火炎が加速して高速で逆火してしまいます。流量がゼロになると、火炎の伝播が非常に激しくなる可能性があります。すべてのフレームアレスタ製品は、最も困難な火炎伝播条件 (フラッシュバック) の下でもフレームアレスタが動作できることを確認するために、静的 (ゼロ) 流量条件下でメーカーによって検査される必要があります。

IOP の影響を受ける 2 番目の要素はエネルギーです。これは、炎を消すために避雷器が吸収しなければならないガスの単位体積あたりのエネルギーです。プロセスシステム内の圧力が増加すると、単位体積あたりの火炎によって放出されるエネルギーも増加します。つまり、炎の温度を完全に下げるためには、フレームアレスタがより多くの熱を吸収する必要があるということになります。しかし、フレームアレスターの熱伝達能力は一定であるため、フレームアレスターだけでこの役割を全うすることは困難です。どこかの IOP がフレームアレスタの設計またはテスト圧力よりも高い場合、フレームアレスタは炎を消すことができません。したがって、フレームアレスターが正しく選択され、システム設計要件を満たしていることを確認するために、メーカーはフレームアレスターが処理できるさまざまな可燃性ガス混合物の最大初期動作圧力 (IOP) を明記する必要があります。各フレームアレスター製品は、一般的なガス混合物に対する IOP 性能限界を決定するために、さまざまな圧力を増加させてテストする必要があります。たとえば、標準的な低圧爆燃フレームアレスターの最大許容 IOP は、通常、大気圧の 5%、つまり 106.0KPa (15.4psig) を超えます。一方、防爆フレームアレスタは 160KPa (23psig) です。

火炎安定化には、カバーなしと密閉型の 2 つのタイプがあります。ある可燃性混合物が密閉空間から一定の速度で放出されると、そのガスによって生成される被覆されていない火炎は静止しており、これが被覆されていない安定した火炎である。たとえば、炎が燃えているときの炎の上部にある静止した炎は、覆われていない火炎の安定性です。何らかの理由でプロセス流の速度がガスのバーンバック速度よりも遅い場合、火炎はフレアスタックに向かって移動し始め、その後、フレームアレスター設備またはパイプ内のどこかに落ち着く可能性があり、これは局所的な火炎安定化として知られる状況です (図 18 を参照)。プロセスの流れの速度がゼロの場合、火炎はトーチに向かって移動しませんが、逆火が加速され、爆発する可能性があります。フラッシュバック中、システム内に安定した炎が現れる可能性は低いですが、時々現れることがあります。

図18 フレームアレスタにおける安定した火炎の原理、右から左への流れ

火炎安定性に関しては、フレームアレスタ要素の材料の種類と品質に応じて、各タイプのフレームアレスタが異なる方法で使用されます。ユーザーは、製品が炎の安定性をどのように処理するかを知るために、フレームアレスタの製造元に問い合わせる必要があります。炎は安定しているため、逆火に対処する良い方法は、フレームアレスタの露出側に温度検知装置を取り付けることです。炎の熱を安定させ、自動制御を作動させて消火します。

可燃性ガスと空気の混合比は、前述したように火炎の燃え方に大きな影響を及ぼし、火炎の速度に影響を与えるだけでなく、熱の強さ、点火エネルギー、自然発火温度、圧力上昇などにも影響します。

·MESG (最大テスト安全ギャップ) \\\\r

·火炎温度\\\\r

·火炎速度\\\\r

·自然温度\\\\r

・爆発下限から爆発上限までの範囲

標準的な屋内条件下では、機器はテストガスと空気の化学量論混合物に浸漬され、電気スパークを使用して球内の混合物に点火します。 2 つのフランジ間の隙間を徐々に大きくし、球の外側の混合ガスが点火するまでテストを繰り返します。最大実験安全ギャップ (MESG) は、炎がフランジを通過できない最大距離です。ガスの危険性が大きければ大きいほど、最大試験安全ギャップは小さくなります。フレームアレスタは、産業ガスの MESG 値に従って設計する必要があります。

混合ガスを使った実験は現実的ではありません。業界標準のフレームアレスターは、混合物の最悪の場合のガス組成に基づいて設計されています。このアプローチは最悪のシナリオを想定したものであり、過度に保守的です。 NFPA497 は、カテゴリ分類の新しい方法を提供します。各可燃性ガス成分の最大試験安全ギャップ (MESG) の把握に基づいて、Lechatelier 関係を使用して有効最大試験安全ギャップ (MESG) を計算します。混合ガスの組成を提供していただければ、BasCo が計算をお手伝いします。

560°C、エチレンは 425°C。フレームアレスターの機能は、ガスをその自己発火温度以下に冷却することです。したがって、プロセスの動作温度がガスの自動発火温度に近い場合、初期熱がフレームアレスタの性能に影響を与える可能性があります。フレームアレスターを選択するときは、動作温度をメーカーに示すことが重要です。

アスペクト比（L/D）

上記では、火炎伝播のさまざまなプロセスについて説明しました。各プロセスは発火源から一定の距離内で発生します。これらの距離は、直径 12 インチのパイプで指定されています。これは、距離が直径に比例することを示しています。重要なのは、発火源からの実際の距離ではなく、直径を直径で割った相対的な距離の長さです。この相対距離はアスペクト比または L/D 比と呼ばれます。たとえば、屋内条件下で化学量論的な空気とプロパンの混合気の場合、低圧爆発は L/D 比が 10 未満で発生しますが、安定した爆発は L/D 比が 60 を超えると発生します。安定化爆発タイプを除くすべてのフレームアレスタには、L/D 性能の制限があります。

すべてのフレームアレスターの設計はテストされ、文書化されていますが、テストにはエルボやリストリクターが含まれる場合と含まれない場合があります。エルボまたはリストリクターを備えたシステムにフレームアレスターを取り付ける前に、必ずメーカーに相談してください。

点火エネルギーとは、特定の可燃性ガス混合物に点火するのに必要なエネルギーを指します。エネルギー量はガスの種類と空気とガスの混合比によって異なります。空気対ガス比が化学量論に近づくほど、点火エネルギーは低くなります。図 19 に示すように、この図では、化学量論的メタンを点火するのに必要なエネルギーが 0.2 ジュールであることがわかります。

図19 発火範囲と着火エネルギー

点火源はフレームアレスタの選択において最も重要な変数であり、フレームアレスタからの距離を測定する際の出発点となります。したがって、ユーザーはフレームアレスターに関連するすべての潜在的な発火源の位置を認識しておく必要があります。

高エネルギー点火は火炎の伝播方法を変えるため、フレームアレスター製品を選択するルールも変わります。例: 標準タイプの爆燃フレームアレスタ。高さ 20 フィートの煙突およびグループ「D」ガスに適しており、フレアの基部近くにフレームアレスタが設置されています。プロセスストリームの速度がフレアチップガスの耐燃焼速度よりも遅い場合、フラッシュバックが発生する可能性があります。トーチヘッド（着火源）からフレームアレスターまでのパイプの長さが短く、炎の威力は中圧爆燃ほど強くないため、爆燃フレームアレスターで消火することができます。しかし、プロセス流の流量が抗点火速度よりも低く、トーチに落雷が発生した場合 (高エネルギー点火)、火炎がフレームアレスターに到達すると、火炎は非常に激しくなり、高圧爆燃または過剰な爆発が発生する可能性があります。この場合、フレームアレスタは高圧爆燃または爆発用に設計されておらず、これには適していないため、機能しない可能性があります。高エネルギー点火が可能な場合は、標準の爆燃防止装置の代わりに不安定な爆発防止装置を使用する必要があります。

ほとんどの蒸気制御システムでは、可燃性混合物中の酸素源は周囲空気です。ただし、一部のプロセスでは、標準的な空気とガスの混合物よりも酸素含有量が多くなります。