David Gailey

Przemysł urządzeń bezpieczeństwa w Stanach Zjednoczonych kwitł przez ostatnie kilka lat, ponieważ producenci zwiększyli wysiłki w celu promowania świadomości i edukacji w zakresie bezpieczeństwa wśród użytkowników końcowych.  W ramach tego, producenci urządzeń do cięcia i podgrzewania tlenowo-paliwowego również odnieśli sukces w podnoszeniu świadomości na temat kwestii bezpieczeństwa związanych z ich sprzętem.  Jest to pozytywna tendencja, która powinna być kontynuowana.  Jednakże nawet sprzęt zabezpieczający, jeśli jest używany niewłaściwie, może stworzyć niebezpieczne warunki, które zwiększają ryzyko wypadków i/lub obrażeń.

Wiele lat doświadczeń w terenie pokazało, że palniki tlenowo-paliwowe, jeśli są używane prawidłowo, zgodnie z instrukcjami producenta, są bezpieczne i niezawodne bez użycia dodatkowych urządzeń zabezpieczających, takich jak zawory zwrotne i przerywacze ognia. Należy jednak podkreślić, że bezpieczna obsługa urządzeń tlenowo-paliwowych wymaga przeszkolenia i staranności ze strony użytkownika końcowego. W dzisiejszym szybkim tempie pracy, łatwo jest pominąć pewne praktyki bezpieczeństwa, takie jak oczyszczanie linii węża podczas uruchamiania / wyłączania lub upewniając się, że wszystkie przejścia gazu są czyste i wolne od brudu, oleju i gruzu. 

Zdając sobie z tego sprawę, większość producentów, jako minimum, instaluje zawory zwrotne na palnikach, a niektórzy nawet robią zawory zwrotne i przerywacze błysku integralną częścią palnika.  Wszystko to jest dobre i słuszne, ale wysiłki producentów mające na celu promowanie bezpieczeństwa sprzętu nigdy nie mogą zastąpić odpowiedzialności użytkownika za stosowanie bezpiecznych technik operacyjnych.  Jeśli użytkownik końcowy zaniedba lub zignoruje zalecenia producenta dotyczące bezpieczeństwa i konserwacji, osoba ta będzie czekać na wypadek, a żadne dodatkowe urządzenie zabezpieczające nie zapobiegnie wszystkim możliwym wypadkom. Jako osoba, która przez ostatnie kilka lat zajmowała się sprawami sądowymi dotyczącymi wypadków, mogę jednoznacznie stwierdzić, że większość wypadków z użyciem paliw tlenowych nie jest spowodowana wadliwym działaniem sprzętu, ale zaniedbaniem użytkownika, jego niecierpliwością lub brakiem doświadczenia w bezpiecznym użytkowaniu sprzętu.

Ograniczniki cofania się płomienia

Zapobiegacze cofania się płomienia (FBA) są powszechnie stosowanymi urządzeniami zabezpieczającymi, które zatrzymują lub utrudniają postęp frontu płomienia przed punktem wprowadzenia.  Prawdopodobnie 90% wszystkich ograniczników FBA stosowanych w palnikach do cięcia i podgrzewania paliwowo-tlenowego to konstrukcje z elementami ze spiekanej stali nierdzewnej. Pozostała część to konstrukcje, które wykorzystują zwijane rurki do gaszenia ciepła związanego z płomieniem zapłonowym. Elementy te gaszą czoło płomienia podczas jego propagacji z powrotem w kierunku palnika i/lub regulatora.  FBA's są generalnie niezawodne w wykonywaniu zamierzonej funkcji, tak długo jak urządzenie jest używane zgodnie z instrukcją producenta.

Istnieją dwa rodzaje ograniczników z elementami spiekanymi.  Jeden z nich montowany jest na wylocie regulatorów, a drugi na wlocie palników. Ograniczniki do regulatorów są zazwyczaj większe i mają wyższą wydajność przepływu niż modele do palników, ponieważ element spiekany ma większą powierzchnię, co pozwala na większy przepływ.  Rozmiary ograniczników montowanych na pochodniach są ograniczone, aby pochodnia nie była zbyt kłopotliwa w obsłudze.  Preferowane są ograniczniki pochodni, ponieważ ich położenie jest idealne do zapobiegania cofaniu się przepływu do węży.  Jeżeli stosowane są ograniczniki montowane na regulatorze, w wężach nadal mogą wystąpić uderzenia wsteczne, które mogą spowodować obrażenia.  Ograniczniki montowane na regulatorze są stosowane, gdy wymagane są wyższe przepływy i chronią one regulatory i butle przed skutkami cofania się płomienia.

Odbłyski i długotrwałe cofanie się płomienia
Tlenowe palniki do cięcia i podgrzewania są narażone na trzy rodzaje zjawisk: Backfireres, Sustained Backfireres i Flashbacks.  Ważne jest, aby rozumieć te terminy i być w stanie zidentyfikować te reakcje w przypadku ich wystąpienia.  Niestety, producenci i dystrybutorzy palników tlenowo-paliwowych nie wykonali dokładnej pracy wyjaśniając swoim klientom, co dokładnie oznaczają te terminy.  Wynikiem tego jest ogólne niezrozumienie wśród użytkowników końcowych.  

Płomień wsteczny.  Zapłon wsteczny definiuje się jako chwilowe cofnięcie się płomienia do końcówki palnika. Użytkownik słyszy "pop" i płomień zostaje zgaszony.  Płomień może zostać ponownie zapalony, jeśli w pobliżu znajduje się źródło zapłonu lub konieczne może być użycie ręcznego zapalnika.  Nie jest to zwykle problem bezpieczeństwa i w rzeczywistości wielu producentów wywołuje cofanie się płomienia podczas testów projektowych i produkcyjnych, aby zapewnić integralność płomienia palników i końcówek.

Utrzymujący się ogień wsteczny.  Jest to definiowane jako utrzymujące się spalanie płomienia z powrotem wewnątrz palnika, zazwyczaj przy mieszalniku, ale w odpowiednich warunkach może również wystąpić dalej w górę palnika.  Często towarzyszy temu syczący lub piszczący dźwięk i/lub dymiący, ostro zakończony płomień.  Użytkownik powinien natychmiast zamknąć wszystkie zawory palnika, aby uniknąć uszkodzeń lub obrażeń.  Jeśli utrzymujący się ogień wsteczny będzie się palił bez zamknięcia zaworów palnika, może to spowodować poważne uszkodzenie palnika oraz zwiększone ryzyko pożaru.  Większość podtrzymywanych ognisk wstecznych może być zatrzymana wewnątrz palnika do momentu, gdy użytkownik może zamknąć przepływ gazu i nie przedostanie się na zewnątrz.  Istnieją jednak palniki o cienkich ściankach konstrukcyjnych, w przypadku których płomień może w krótkim czasie naruszyć ściankę i wylać ogień oraz stopiony metal.

Rozbłysk.  Cofnięcie płomienia jest chwilowym lub długotrwałym cofnięciem się płomienia przed mieszalnikiem, zazwyczaj w palniku lub w wężach.  Jest to potencjalnie niebezpieczna sytuacja, szczególnie jeśli płomień dotrze do węży, gdzie nastąpi eksplozja powodująca pęknięcie lub rozdzielenie węża.  Powodem cofania się płomienia jest zazwyczaj wsteczny przepływ gazów do węży lub innych urządzeń.  Ten przepływ wsteczny jest zwykle wynikiem 1) niewłaściwych procedur wyłączania i/lub uruchamiania lub 2) dopuszczenia do zbyt niskiego ciśnienia w butlach lub 3) nieprawidłowo działającego zaworu zwrotnego. 

Ograniczniki cofania się płomienia są zwykle bardzo odpowiednie w zapobieganiu cofania się płomienia, jednakże nie zapobiegają one trwałemu cofaniu się płomienia, ani nie były przeznaczone do takiego działania.  W rzeczywistości, ograniczniki FBA mogą przyczynić się do zwiększenia prawdopodobieństwa wystąpienia długotrwałego cofania się płomienia.  Oto jak:  Mieszalniki gazów tlenowo-paliwowych są zaprojektowane tak, aby rozprowadzać odpowiednie ilości tlenu i gazu paliwowego do kanału mieszania lub końcówki.  Ponadto, prawidłowo zaprojektowany mieszalnik zapewni odpowiednią prędkość wylotową mieszanego gazu na końcówce, aby zapobiec długotrwałemu cofaniu się płomienia.  Wszystko to dzieje się bez incydentów, gdy podjęte są normalne środki ostrożności, a ciśnienie jest ustawione zgodnie z zaleceniami producenta.  W palnikach FBA, w których zastosowano elementy spiekane, powstają drastyczne spadki ciśnienia przez element spiekany i do palnika.  Oznacza to, że ciśnienia w mieszalniku są również niższe.  Niższe ciśnienia w mieszalniku oznaczają niższe prędkości wylotowe mieszanego gazu na końcówce lub dyszy.  Może to prowadzić do długotrwałego cofania się płomienia, jeśli palnik znajdzie się zbyt blisko przedmiotu obrabianego.  Ciężkie zastosowania grzewcze są szczególnie narażone na to zdarzenie, ponieważ końcówki grzewcze zużywają duże ilości gazu i są bardzo podatne na cofanie się płomienia, który może się utrzymywać, jeśli ciśnienie w mieszalniku jest zbyt niskie. 

Jednym ze sposobów uniknięcia niebezpieczeństwa związanego z długotrwałym cofaniem się płomienia jest kompensacja spadku ciśnienia podczas stosowania przerywaczy cofania się płomienia.  Większość producentów ograniczników dostarcza wraz z produktami wykresy spadku ciśnienia (patrz Rys. 1).  Wykresy te powinny być ściśle przestrzegane podczas ustawiania ciśnienia w systemach, w których zastosowano przerywacze ognia.  Wykresy te odczytuje się w następujący sposób:

Określić natężenie przepływu i zalecane ciśnienie wymagane w oparciu o używaną końcówkę lub dyszę (można to uzyskać kontaktując się z producentem lub poprzez literaturę producenta).

Ponieważ większość wykresów wykorzystuje powietrze lub azot jako gaz testowy, należy skorygować natężenie przepływu dla gęstości faktycznie używanego gazu (np. tlen i acetylen, propan, gaz ziemny itp.).

Znajdź spadek ciśnienia, który byłby oczekiwany przy danym natężeniu przepływu i ciśnieniu na wykresie.  Oto przykład na podstawie poniższego wykresu: jeśli końcówka lub dysza wymaga 400 scfh przy 80 psig, to spadnie na krzywej Dp=10 psig, a ciśnienie na regulatorze powinno być dostosowane do 90 psig.

Jeśli te wykresy spadku ciśnienia są przestrzegane przez użytkowników końcowych, zapewni to utrzymanie odpowiedniego ciśnienia na końcówce i zmniejszy prawdopodobieństwo długotrwałych pożarów wstecznych.  Istnieją jednak pewne zastosowania, w których przepływy są tak duże, że niepraktyczne byłoby stosowanie przerywaczy płomienia montowanych na palniku.  Na przykład, niektóre końcówki do ciężkiego ogrzewania produkowane przez Harris Calorific wymagają do 1600 scfh tlenu i 400 scfh propanu.  Spadki ciśnienia na tych końcówkach byłyby tak drastyczne, że nie należy stosować ograniczników montowanych na palniku.  Należy raczej użyć ograniczników montowanych na regulatorach wysokiego przepływu, upewniając się, że odpowiednie ciśnienia są kompensowane w celu dostarczenia odpowiedniego przepływu do końcówki. 

Dodatkowe informacje na temat stosowania przerywaczy ognia w urządzeniach tlenowo-paliwowych można znaleźć w dwóch (2) publikacjach Compressed Gas Association: SB-16 Use of High Flow Oxy-Fuel Gas Heating Torch Apparatus i TB-3 Hose Line Flashback Arrestors, dostępnych na stronie internetowej (www.cganet.com). 

Podsumowując, użytkownicy powinni zawsze postępować zgodnie z zalecanymi przez producenta procedurami bezpieczeństwa i konserwacji.  Nikt nie wie lepiej niż producent, jak bezpiecznie obsługiwać i konserwować sprzęt.  Nie należy również sądzić, że dodatkowe urządzenia zabezpieczające uodporniają sprzęt na wszelkie wypadki.  Może to wywołać fałszywe poczucie bezpieczeństwa i prowadzić do nieostrożności.  I wreszcie, należy zachować szczególną ostrożność przy stosowaniu przerywaczy ognia w ciężkich zastosowaniach grzewczych.  Jeśli są one stosowane, bardzo ważne jest, aby ogranicznik był modelem wysokoprzepływowym, prawdopodobnie montowanym na regulatorze, oraz aby przestrzegane były odpowiednie wykresy kompensacji ciśnienia.  Powinno to zaowocować bezpiecznym i bezwypadkowym użytkowaniem sprzętu oxy-fuel.

David Gailey jest menadżerem ds. produktów specjalnych w Harris Products Group, A Lincoln Electric Co. Pracuje w Harris od 27 lat i był w przeszłości przewodniczącym Komitetu CGA Industrial Gas Apparatus Committee.