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阻火器的分類/構(gòu)造/原理/特點
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『原理』
阻火器是用來阻止可燃?xì)怏w和可燃液體蒸汽的火焰向外蔓延的安全裝置。設(shè)計阻火內(nèi)件時，是根據(jù)不同混合氣體的介質(zhì)、氣體的組分、壓力降、長徑比、彎頭數(shù)量來設(shè)計MESG值并達(dá)到定阻火速度值的有規(guī)則填料。當(dāng)火焰進(jìn)入阻火器后，被有規(guī)則的阻火元件切割成許多細(xì)小的火焰流，由于傳熱的作用和器壁效應(yīng)，進(jìn)入的氣體被冷卻，使冷卻的氣體達(dá)不到著火溫度，沒有著火溫度就不能形成燃燒，zui終使火焰流猝滅，從而達(dá)到阻火目的。
『用途』
輸送可燃性氣體的管道上。
火炬系統(tǒng)。
油氣回收系統(tǒng)。
加熱爐燃料氣的管網(wǎng)上。
氣體凈化通化系統(tǒng)。
氣體分析系統(tǒng)。
煤礦瓦斯排放系統(tǒng)體達(dá)不到著火溫度，沒有著火溫度就不能形成燃燒，zui終使火焰流猝滅，從而達(dá)到阻火目的。
『技術(shù)規(guī)范』
規(guī)格尺寸:DN15-DN600;
閥體材料:碳鋼、不銹鋼;
阻火芯件材料:不銹鋼防爆阻火波紋板、不銹鋼阻火網(wǎng);
密封件材料:耐油石棉橡膠、四氟PTFE;
壓力:PN16-PN64;
溫度:工作溫度:150℃;
環(huán)境溫度:≤480;
防爆級別:BS5501:ⅡA、ⅡB、ⅡC;
1. 1 傳熱作用
燃燒所需要的必要條件之就是要達(dá)到定的溫度,即著火點。低于著火點,燃燒就會停止。依照這原理,只要將燃燒物質(zhì)的溫度降到其著火點以下,就可以阻止火焰的蔓延。當(dāng)火焰通過
阻火元件的許多細(xì)小通道之后將變成若干細(xì)小的火焰。設(shè)計阻火器內(nèi)部的阻火元件時,則盡可能擴大細(xì)小火焰和通道壁的接觸面積,強化傳熱,使火焰溫度降到著火點以下,從而阻止火焰蔓延。
1. 2 器壁效應(yīng)
燃燒與爆炸并不是分子間直接反應(yīng),而是受外來能量的激發(fā),分子鍵遭到破壞,產(chǎn)生活化分子,活化分子又分裂為壽命短但卻很活潑的自由基,自由基與其它分子相撞,生成新的產(chǎn)物,同時也產(chǎn)生新的自由基再繼續(xù)與其它分子發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)燃燒的可燃?xì)馔ㄟ^阻火元件的狹窄通道時,自由基與通道壁的碰撞幾率增大,參加反應(yīng)的自由基減少。當(dāng)阻火器的通道窄到定程度時,自由基與通道壁的碰撞占主導(dǎo)地位,由于自由基數(shù)量急劇減少,反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行,也即燃燒反應(yīng)不能通過阻火器繼續(xù)傳播。
2 阻火器的分類
目前有幾類分類方法。產(chǎn)品（阻火器）使用場合不同可分放空阻火器和管道阻火器;依阻火元件可劃分為:填充型、板型、金屬絲網(wǎng)型、液封型和波紋型等5種。其中,波紋型阻火器性能穩(wěn)定,在石油化工裝置中應(yīng)用較多。這里以波紋型阻火器為例,說明其在石油化工裝置設(shè)計中的選用。
3 阻火器構(gòu)造的選用
3. 1 zui大實驗安全間隙—MESG值
火焰通過阻火元件的細(xì)小通道并在通道內(nèi)降溫。當(dāng)火焰被分割小到定程度時,經(jīng)通道移走的熱量足以將溫度降到可燃物燃點以下,使火焰熄滅?；蛴善鞅谛?yīng)解釋,當(dāng)通道窄到定程度時,自由基與管道壁的碰撞占主導(dǎo)地位,自由基大量減少,燃燒反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行。因此,把在定條件下(0. 1 MPa ,20 ℃) 剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為“zui大實驗安全間隙"(MESG,Maximum Experimental Safe Gap) 。阻火元件的通道尺寸是決定阻火器性能的關(guān)鍵因素,不同氣體具有不同的MESG值。因此,在選擇阻火器時, 應(yīng)根據(jù)可燃?xì)怏w的組成確定其MESG值。在具體選擇時,又根據(jù)MESG值將氣體劃分為幾個等級。目前上經(jīng)常采用兩類方法。是美國全國電氣協(xié)會(NEC) 的分類法,它根據(jù)氣體的MESG值將氣體分為四個等級(A ,B ,C ,D) ;另類是電工協(xié)會( IEC) 的方法,它也將氣體分為四個等級( IIC , IIB , IIA 及I) 。兩種標(biāo)準(zhǔn)劃分的各類氣體的MESG 值及測試氣體如表1所示。
表1 兩種MESG分類標(biāo)準(zhǔn)
NEC IEC MESG/ mm 測試氣體
A IIC 0. 25 乙炔
B IIC 0. 28 氫氣
C IIB 0. 65 乙烯
D IIA 0. 90 丙烯
G M I 1. 12 甲烷
這樣,在選用阻火器時,即可在設(shè)計規(guī)定使用的規(guī)范中首先查出所用可燃?xì)怏w的等級,然后根據(jù)該組氣體對應(yīng)的MESG 值來選擇相應(yīng)的阻火元件。
3. 2 混合氣體MESG值的確定
在化工裝置設(shè)計中,經(jīng)常會遇到混合可燃性氣體。在這種情況下,可根據(jù)混合氣體的具體組成來確定選用依據(jù)。表2 給出不同的可燃性氣體混合后可能出現(xiàn)的幾種情況以及選用建議。
表2 混合氣體MESG值
混合氣體 化學(xué)反應(yīng) 選用建議 舉例
屬NEC/ IEC分類相同類別(如全部為IIA) 不易發(fā)生 以混合氣體中MESG值 zui小者為設(shè)計依據(jù) 甲烷、乙烷與丁烷 采用MESG= 1. 12
可能發(fā)生 實驗確定 乙炔與氫氣
屬NEC/ IEC 分類不同類別 不易發(fā)生 以混合氣體中MESG值zui小者為設(shè)計依據(jù) 乙烯與丙烯 采用MESG= 0. 65
可能發(fā)生 實驗確定 乙烯與氫氣
對于混合可燃?xì)怏w選取MESG時,應(yīng)更加慎重。當(dāng)可燃混合氣體的組分之間有可能發(fā)生反應(yīng)時,zui安全的方法是將氣體組成及操作條件提供給專業(yè)制造廠, 由制造廠根據(jù)模擬實驗確定MESG值。另外,雖然理論上選用所有可燃?xì)怏w中MESG值zui小的阻火器可能是安全的,但在實際應(yīng)用中,還要考慮整個管路系統(tǒng)(尤其是管道阻火器) 是否對該元件有壓力降要求。因為MESG值越小,通過阻力越大,有可能需要擴大阻火器直徑以達(dá)到工藝要求。
阻火器選擇得當(dāng),就會在定的條件下起到阻止火焰?zhèn)鞑サ淖饔谩５?每種阻火器都有其特定的工作范圍,只能在定的條件下起到安全保護(hù)作用,并不是任何情況下都能阻止火焰的
傳播。每種阻火器都應(yīng)標(biāo)出其阻火元件的通道尺寸,它只能用于MESG值大于該值的氣體,否則會*失效;每種阻火器在特定的條件下都有定的阻火時間,當(dāng)火焰端燃燒時間超過其阻火時間時,阻火器也會失效;對于在線型阻火器的選用更要注意由于安裝位置不同而引起的選型變化,否則可能會因起不到預(yù)想的效果而埋下安全隱患。綜上所述,在阻火器的選型過程中,在按照規(guī)范計算MESG值的同時,還要十分注意影響選型的各種因素,根據(jù)實際工況,確定適宜的阻火器,只有這樣才能達(dá)到既確保安全又經(jīng)濟實用的目的。
3. 3 選擇阻火器類型的影響因素
3. 3. 1 火源距離的影響
火焰在充滿可燃?xì)怏w管道中的傳播速度隨火焰的傳播有很大的變化。如果點燃充滿可燃?xì)怏w的水平管道的端,火焰首先傳向管壁,然后迅速向還末引燃的氣體傳播,燃燒產(chǎn)生的熱量使得燃燒氣體迅速膨脹,氣體膨脹又導(dǎo)致可燃?xì)怏w前端被壓縮,產(chǎn)生“壓升"(pressure piling) 現(xiàn)象。火焰前端氣體被壓縮,密度增加,燃燒傳播速度加快,燃燒時產(chǎn)生的熱量增多,導(dǎo)致可燃?xì)怏w前端更劇烈的“壓升"。由于火焰在管道中傳播的這特性,使得火焰的傳播速度可以從零加速至聲速甚至超聲速,火焰前端壓力也可增至約20 MPa 。因此,火源點距阻火器的距離對阻火器的選擇有很大影響。如果阻火器距火源較遠(yuǎn),那么燃燒就有了定的加速距離,可能會由爆燃轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z,火焰前端壓力的增加,對阻火元件耐壓能力提出了更為嚴(yán)格的要求。不同制造商的產(chǎn)品可能會有不同。
對同種可燃?xì)怏w,在相同工況下,僅僅因安裝位置不同,在阻火器制造強度和阻火時間的選擇上就會有很大差異。因此在選用在線阻火器時,要十分注意安裝位置的影響,在滿足工藝條件的情況下,應(yīng)盡可能使之靠近火源點,以降低對阻火器的制造要求,在保證安全的前提下,提高經(jīng)濟性。
阻火器選擇得當(dāng),就會在定的條件下起到阻止火焰?zhèn)鞑サ淖饔?。但?每種阻火器都有其特定的工作范圍,只能在定的條件下起到安全保護(hù)作用,并不是任何情況下都能阻止火焰的
傳播。每種阻火器都應(yīng)標(biāo)出其阻火元件的通道尺寸,它只能用于MESG值大于該值的氣體,否則會*失效;每種阻火器在特定的條件下都有定的阻火時間,當(dāng)火焰端燃燒時間超過其阻火時間時,阻火器也會失效;對于在線型阻火器的選用更要注意由于安裝位置不同而引起的選型變化,否則可能會因起不到預(yù)想的效果而埋下安全隱患。綜上所述,在阻火器的選型過程中,在按照規(guī)范計算MESG值的同時,還要十分注意影響選型的各種因素,根據(jù)實際工況,確定適宜的阻火器,只有這樣才能達(dá)到既確保安全又經(jīng)濟實用的目的。
『阻火器系列主要產(chǎn)品』
「法蘭式阻火器」「焊接式阻火器」「內(nèi)螺紋阻火器」「碳鋼阻火器」「不銹鋼阻火器」「ZGB-1儲罐波紋阻火器」「ZH-1抽屜式阻火器」「GYW、GZW阻爆燃型管道阻火器」「HGS.07管道網(wǎng)型阻火器」「HGS07-203礫石管道阻火器」「HF-4、HF-2、HF-1乙炔管道阻火器」「ZG-B沼氣阻火器 」「ZHQ-B氫氣阻火器」「ZHQ-A氣體阻火器」「ZJH夾套保溫阻火器」「FP、FPV氧氣阻火器」「FPB器」。
『主要材質(zhì)』
鑄鋼、不銹鋼304、316。
『主要標(biāo)準(zhǔn)』
ISO標(biāo)準(zhǔn)、API、ANSI美標(biāo)標(biāo)標(biāo)、JIS、JPI日標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、DIN德標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、GB、JB、HG國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn);
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