ALEV GERİ TEPMESİ

7/30/2019 ALEV GERİ TEPMESİ

http://slidepdf.com/reader/full/alev-geri-tepmesi 1/5

TECHNİCAL

1

Investigation of Oxygen-Acetylene Flashback Reactions in Welding Hoses

Kaynak Hortumlarındaki Oksijen-Asetilen Geri Tepmeleri

ÖZET:

Kaynak sektöründe hakim kaygılardan biri, bir oksijen-asetilen (oksiasetilen) geri tepme tepkisinin bir kaynak hortumunun içine

yayılarak oksijen-asetilen parlamasına ve hızlı toplanma basıncından dolayı patlamaya neden olmasıdır. Tanık olunan bir kaynak

hortumu yangını hangi şartlar altında kaynak hortumlarının içerisinde patlamaların olacağını ve hangi kaynak hortumlarının bu durum-

lara maruz kaldığında patlayacağını gösteren testle sonuçlanmıştır. Bu yazı kaynak hortumu yangını gözlemini, geri tepme tepkilerini

oluşturan şartları ve kazanın yeniden yapılması sırasında sıradan kaynak hortumlarının içindeki parlama-patlama geçişinin özellikleri-

ni görmek amacıyla ortaya konan analitik çalışmaları bildirmektedir. Bu yazı aynı zamanda geri tepme patlamalarından kaynaklanan

hortum yarılmalarına özgün ziksel ve kimyasal kriterleri sunmaktadır.

ANAHTAR KELİMELER: Patlama, oksiasetilen, kaynak, geri tepme, forensik yeniden yapma, ateş tepmesi, tutulan ateş tepmesi.

ABSTRACT:

A common concern in the welding industry is the development of conditions wherein an oxygen-acetylene (i.e., oxyacetylene) ash-

back reaction can propagate into a welding hose causing it to burst due to the rapid localized pressurization associated with an oxy-

gen-acetylene deagration-to-detonation transition. The investigation of a recent welding hose re resulted in testing to evaluate the

conditions under which detonations could be generated within welding hoses and the conditions in which welding hoses would burst

when exposed to these events. This paper reports on elements of the welding hose re investigation, the conditions for ashback

reactions to develop, and the analytical work performed during the accident reconstruction to characterize deagration-to-detonation

transition within typical weld-ing hoses. This paper also suggests physical and chemical criteria that are characteristic to welding hose

ruptures due to ashback detonations.

KEYWORDS: detonation, oxyacetylene, welding, ashback, backre, forensic reconstruction, backre, sustained-backre

Introduction

The authors recently investigated an oxyacetylene welding

hose rupture that led to severe burns to an operatör. The weld-

ing hose was being used with a commercial welding torch and

mixing attachment equipped with a heating tip. The re devel -

oped when the operator was attempting to light the torch af-

ter setting both the oxygen and acetylene regulators each to

15 psig. According to his statement he opened the acetylene

needle valve on the torch handle to initiate the ow of acetylene

and lit the acetylene ow normally at the tip of the torch. He in-

dicated that when he started opening the oxygen needle valve

Giriş

Yazarlar bir operatörün ciddi şekilde yanmasıyla sonuçlanan

bir oksiasetilen kaynak hortumu patlamasını araştırmışlardır.

Kaynak hortumu ticari bir kaynak torçuyla ve ısıtma uçlu bir

karıştırma ekipmanıyla kullanıldığı sırada meydana gelmiştir.

Yangın, operatör hem oksijen hem de asetilen regülatörünü 15

psig değerine ayarlayıp torçu yakmaya çalıştığı esnada mey-

dana gelmiştir. Kendi ifadesine göre asetilen akışını başlatmak

için torç sapının üzerindeki asetilen iğne valni açmış ve

asetilen akışını normal olarak torçun ucunda yakmıştır. Torç üz-

erindeki oksijen iğne valni açmaya başladığında bir “pop” sesi

VICTOR EQUIPMENT COMPANY was founded in 1913 by

L. W. Stettner. Stettner , a welder by trade, suffered the

loss of one eye from a welding accident and subsequently

set out to design and build better, safer welding products.

His designs for welding and cutting torches and regulators

were quickly accepted and VICTOR Oxy-Acetylene Weld-

ing Equipment Company grew rapidly. In the spirit of Stett-

ners emphasis on SAFETY, VICTOR engineers did co-write

this article.

Victor is represented by ÖZENSAN A.Ş. in Turkey.

Victor Ekipmanları Şirketi 1913 de L. W. Stettner tarafından

kuruldu. Aslen kaynakçı olan Stettner, bir kaynak kazasında

bir gözünü kaybetti ve ondan sonra daha güvenli kaynak

ekipmanları tasarlamak için çalışmalara girdi. Tasarladığı

kaynak ve kesme torçları ve gaz regülatörleri kısa zamanda

kabul gördü ve Victor Oksi-Asetilen Kaynak Ekipmanları

Şirketi süratle büyüdü. Victor mühendisleri bu makaleyi

Stettner’in vurgulamış olduğu güvenlik ruhu ile kaleme

aldılar.



TEKNİK

on the torch he heard a “pop” and the ame when out so he

closed both torch needle valves. He then reopened the acety -

lene needle valve and relit the acetylene ow at the torch tip.

When he started opening the oxygen needle valve the second

time the ame again regressed into the torch tip with a pop and a squealing sound. The acetylene welding hose immediately

ruptured resulting in an open-air acetylene re which severely

burned the operator.

Examination of the welding torch and the ruptured acetylene

hose (Figs. 1 and 2) revealed that the acetylene welding hose

had ruptured approximately 48.3 cm (19 in.) upstream of the

connection to the torch handle. The investigation revealed that

after the hose ruptured, a lancing acetylene-air ame at tached

to the ruptured area of the hose and burned away a segment

of the welding hose extending toward the torch, in the direction

of the acetylene ow. The photograph shown in Fig. 2 depicts

a close-up view of the welding hose near the rupture. A clear distinction was observed between the ruptured portion of the

hose and the segment of hose liner that was burned after the

initial rupture. While this paper will avoid discussing the details

of the forensic reconstruction, the testing that was performed

to evaluate ashback reactions within welding hoses will be

presented and the characteristic elements of the combustion

event will be discussed to better understand welding hose rup-

ture due to an oxy-acetylene ashback

duymuş ve alev çıktığını görmüş, bunun üzerine iki iğne valni

de kapatmıştır. Daha sonra asetilen iğne valni tekrar açmış ve

asetilen akışını torçun ucunda tekrar yakmıştır. Oksijen iğne

valni ikinci kez açmaya başladığında ateş büyük bir gürültüyle

yeniden torç ucundan içeri girmiştir. Asetilen kaynağı hortumuanında yarılarak operatörün ciddi ölçüde yaralanmasına sebep

olan açık asetilen ateşi başlamıştır.

Kaynak hortumunun ve patlayan asetilen hortumunun (Şekil

1 ve 2) incelenmesi sonucunda asetilen kaynağı hortumu-

nun torç sapı bağlantısına doğru yaklaşık 48.3 cm (19 inç)

yarıldığını görülmüştür. Araştırmaya göre hortum yarıldıktan

sonra bir asetilen-hava alevi hortumun yarılmış olan kısmından

başlayarak hortumun torça, asetilen akışının olduğu tarafa

doğru olan kısmını kesmiştir. Şekil 2’de gösterilen fotoğrafta

kaynak hortumunun üzerindeki yarık yakından görülmektedir.

Hortumun yarılmış kısmı ile ilk yarılmadan sonra yanan kısmıarasında gözle görülür bir fark vardır.

Bu yazı forensik yeniden yapmanın detaylarını tartışmaktan

kaçınırken, kaynak hortumları içindeki geri tepme tepkilerini

değerlendirmek için gerçekleştirilen test ve tutuşma olayının

karakteristik özellikleri oksiasetilen geri tepmesi sonucu

oluşan kaynak hortumu yarıklarının daya iyi anlaşılması için

sunulmuştur.

1 Vice President, R&D, Wendell Hull and Associates Inc., 1020

S. Main, Las Cruces, NM 88005.

2 Principal Engineer, Victor Equipment Company, Denton, TX.

3 Test Facility Manager, Wendell Hull and Associates, Inc.,

1020 S. Main, Las Cruces, NM 88005.

4 NASA-WSTF, Laboratories Ofce Deputy Chief, Las Cruces,

NM.

1 Başkan Yardımcısı, R&D, Wendell Hull and Associates INC,

1020 S. Main, Las Cruces, NM 88005.

2. Baş Mühendis, Victor Equipment Company, Denton, TX.

3 Test Tesisi Müdürü, Wendell Hull and Associates INC, 1020

S. Main, Las Cruces, NM 88005.

4 NASA-WSTF,Laboratuar Şef Yardımcısı, Las Cruces, NM.

Şekil 1- Torçun ve kaynak hortumunun fotoğrafı (yarılan yer belirtilmiştir).FIG. 1—Photograph of torch and welding hose (area of hoserupture is indicated).

Hortumun Yarılması ve Yanması



TECHNİCAL

3

Background

Investigators often point to an event called a ashback reaction

to explain the failure when a welding hose ruptures in a manner

similar to the one discussed here (Figs. 1 and 2). Flashback isfrequently used to describe a regression of the torch tip ame

into the torch to continue burning at the torch’s gas mixer ele-

ment, also known as sustained-backre. However, ashback

is also used to describe regression of the ame fully through

the torch and into one of the gas supply hoses. Due to these

confusing uses of the term ashback, and the simultaneous

use of other terms such as backre and sustained-backre,

agreement on what is referred to by the various terms is often

difcult.

For the sake of clarity, and as used in this paper, the authors

prefer the denitions provided by Broden et al. [1] since they distinguish clearly between the three types of events that can

develop within oxy-acetylene equipment. These denitions are

provided as follows:

Backre—”A backre implies that the ame burns back into the

torch with a sharp bang (pop). Either the ame is extinguished,

or it is reignited at the nozzle opening.” Graphically, this is il-

lustrated in Fig. 3.

Sustained Backre—”In a sustained backre the ame burns

back into the torch with continued burning in the mixer, often

at the mixing point itself. A sustained backre is characterized by an initial

Arka Plan

Araştırmacılar bir kaynak hortumu burada bahsedilenle

(Şekil 1 ve 2) benzer bir biçimde yarıldığında oluşan hatayı

açıklamak için geri tepme tepkisi denilen bir olaya dikkatçekmektedirler. Tutulan geri tepme olarak da bilinen geri

tepme torçun ucundaki alevin torçun içine girerek torçun

gaz karıştırıcısında yanmaya devam etmesini anlatmak için

kullanılmaktadır. Ancak, geri tepme aynı zamanda alevin

torçtan tamamen içeri girerek gaz tedarik hortumlarının birinin

içine girmesini anlatmak için de kullanılmaktadır. Geri tepme

teriminin bu kafa karıştırıcı kullanımları ve ateş tepmesi ve

tutulan ateş tepmesi gibi diğer terimlerle bir arada kullanılması

yüzünden bu terimlerle neyin anlatıldığına karar vermek

çoğunlukla zordur.

Anlatımın anlaşılabilir olması için bu yazıda yazar oksiasetilenekipman içinde ortaya çıkabilecek bu üç çeşit olayı birbirinden

ayıran Broden et al [1] içinde yer alan tanımları tercih etmiştir.

Bu tanımlar aşağıdaki gibidir:

Ateş tepmesi - “Ateş tepmesi torçun içine keskin bir patlamay-

la (pop) dönen alevi anlatmaktadır. Alev söndürülür ya da no-

zul ucunda yeniden yakılır.” Bu durum Şekil 3’te gösterilmiştir.

Tutulan ateş tepmesi – “Tutulan ateş tepmesinde alev torçtan

içeri girerek karıştırıcının içinde, genelde karışım noktasında

yanmaya devam eder.”

Şekil 2 – İlk yarılmanın ve hortumun devam eden yanığınınyakından görünümü.FIG. 2—Close-up view of the upstream initial rupture and theburning of the hose downstream.

Yarılma sonrası yanma

İlk yarılma



TEKNİK

Şekil 3—Torç ateş tepmesinin grak çizimi

FIG. 4—Graphic illustration of a sustained backre.Şekil 4—Torç tutulan ateş tepmesinin grak çizimi.

FIG. 5—Elements of a ashback reaction.Şekil . 5 – Geri tepme tepkisinin parçaları

• Momentary regression of ame into the torch tip accompanied by a “pop” Alevin “pop” ile torç ucuna anlık geri girmesi

• The ame eiter extinguishes or re-ignites at the tipAlev söner ya da torç ucunda yeniden başlar.

• Regression of ame into torch tip followed by sustained burning in the at the mixing chamber Alevin torçun içine girmesinden sonra karışım noktasında yanmaya devam etmesi.

“Tıslama” ya da “yüksek ses” ile olur.

• Accompanied by a “hissing” or “squealing” sound

“squeal” “yüksek ses”

Low/Depleted

Acetylene Pressure

Düşük/azaltılmış AsetilenBasıncı

Tip Plugged

or Restricted

Uç kapalı yada tıkanmış

“pop”

Oxygen

Oxygen

Oksijen

Oksijen

Ateş tepmesi -

Ters Akış - Reverse ow

Geri Tepme- Flashback

Acetylene

Acetylene

Asetilen

Asetilen

FIG. 3—Graphic illustration of a torch backre.

Tutulan Ateş Tepmesi -

Backre

Sustained Backre

Oxygen Control

Vave OPEN

Oksijen KontrolVal AÇIK

High Oxygen PressureYüksek Oksijen Basıncı

Check Valve Missing or İnoperativeKoruma Val Yok ya da Çalışmıyor

Oxygen Reverse Flow İnto Acetylene Hose

Fire Propagetes Through

Asetilen/Oksijen Karışımından AteşÇıkıyor

Flame Regresses

Into Torch Tip

Alev Torç Ucundan Geri Giriyor Flame Front Accelerates Throung Hose

Alevin Ucu Hortum Boyunca Hızlanıyor

Asetilen Hortumuna Oksijen geri Akışı

Mixed Acetylene/Oxgen

Fuel Control

Valve OPEN

Yakıt KontrolVal AÇIK



TECHNİCAL

5

TABLE 1—Calculated overpressures. TABLO 1 – Fazla basınç hesapları.

ReactantsOxygen-acetyleneOxygen-acetylene

Fuel Detonation,

Tutulan ateş tepmesinin özelliği bir ilk patlama (ateş tepmesi)

ve ardından devam eden yanmadan gelen ıslığa benzer ses-

tir. Bu durum Şekil 4’te gösterilmiştir.

bang (backre) followed by a whistling or screeching sound

from the continuous combustion.” Graphi-cally, this is illustrat-

ed in Fig. 4.

Geri tepme – “Geri tepme alevin yanarak torçun içinden gaz

kaynağına (hortuma) geri dönmesidir. Geri tepmenin temel

nedeni geri akış, yani oksijenin asetilen hortumunun içinde

girerek orada patlayıcı bir karışım oluşmasıdır. Bu karışım

daha sonra torç yakıldığında oluşan ateş tepmesiyle yanabilir.Normalde, bir kaynak hortumuna geri tepme sadece çok is-

tisnai durumlarda olur. Tecrübeler sonunda anlaşılmıştır ki,

aşağıdakiler dahil birçok gerekli koşul oluşmalıdır:

(1) Oksijen hortumunun içine asetilen ya da asetilen hortumu-

nun içine oksijen girmesi gibi bir geri gaz akışı olmalıdır.

(2) Bir geri akış oluşması için, gaz basınçlarından birinin

diğerinden daha yüksek olması gerekir. Basınçlar arasındaki fark

ne kadar büyük olursa, diğer uygun koşullar da sağlandığında

geri akış o kadar muhtemel olur.

(3) Torçta geri basınç oluşturup ters akışa sebep olmak için

karıştırıcı birim yönünde gaz akışında bir bozulma olmalıdır

(yani torç ucunu tıkayan bir cüruf, çalışılan malzemeye

bastırılması sonucu torç ucundan akışın kısıtlanması, vs.).

(4) İki iğne valf de açık olmalı ve torç kontrol valeri bulunmamalı

ya da bozuk olmalıdır ki diğer koşullar oluşmuşsa gazların biri

diğer hortumdan içeri girebilsin.

(5) Yakıt ve oksijen gazları yeterli ölçüde karışmalıdır, böylece

torçtan hortumun içine giren alevi yönlendirmek için gerekli

alev alan gaz oluşur. Bir alevin torçtan hortumların birinin içinedoğru yayılması için bir geri tepme tutucusunun olmaması ger-

ekir yoksa alev yayılması gerçekleşmez.

(6) Yanmadan patlamaya geçiş hortumun içinde olursa hortum

alevin hızlanmasından dolayı oluşan şok dalgası yüzünden

yarılabilir. Yoksa tecrübeler gösteriyor ki kaynak hortumları bir

yanmayı emebilecek kadar kuvvetlidir ancak patlamayla ortaya

çıkan enerji salınımı yüksekse (yüksek basınçla başlamışsa)

hortum yarılabilir. Patlama, çok özel bir yanma olayıdır ve sa-

dece belli şartlar altında gerçekleşir.

Geri tepme tepkisinin önemli safhaları Şekil 5 ilegösterilmiştir.

Flashback— “Flashback implies that the ame burns back

through the torch and into the gas supply (i.e., the hose). Flash-

back is mostly caused by reverse ow, e.g., ow of oxygen into

the acetylene hose so that an explosive mixture is present in

the hose. This mixture can then be ignited by a backre whichoccurs when the torch is ignited.” Normally, a ashback into a

welding hose will only occur under very exceptional circum-

stances. Experience indicates that many of the necessary con-

ditions that must be present include the following:

(1) A reverse ow of gas must occur into one of the hoses, ei -

ther the acetylene into the oxygen hose or the oxygen into the

acetylene hose.

(2) For a reverse ow to occur, one of the gas pressures must

be higher than the other. The greater the difference in the pres-

sures, the more likely that reverse ow could occur if the condi -tions are present.

(3) There must be a disruption of the gas ow downstream of

the mixing element (i.e., slag occluding the torch tip, restriction

of ow from the torch tip by pressing it into the work piece, etc.)

to create a backpressure in the torch such that a reverse ow

can develop.

(4) Both needle valves must be open and either the torch check

valves are not present or are inop-erative such that a reverse

ow of one of the gases can proceed into the other hose if the

other conditions are present.

(5) Sufcient mixing of the fuel and oxygen gases must occur

so that a premixed ammable gas is present for a ame front to

propagate from the torch into the hose that contains the mixed

gas. For a ame front to propagate from the torch into one of

the hoses, either a ashback arrestor must be absent or be

failed in a manner that will allow ame propagation.

(6) Hose rupture may occur if a deagration to detonation transi -

tion takes place within the hose due to the formation of a shock

wave from the accelerating ame front. Otherwise, experience

indicates that typical welding hoses are sufciently strong toabsorb a deagration but that the higher energy release as-

Documents

ALEV GERİ TEPMESİ