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阻火器原理与分类

作者: 兴罡石化设备| 时间:2019-06-24 13:22:38 | 点击次数:

 储罐阻火器是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内 或阻止火焰在设备、管道间蔓延。阻火器是应用火焰通过热导体的狭小 孔隙时 , 由于热量损失而熄灭的原理设计制造。 阻火器的阻火层结构有砾 石型、金属丝网型或波纹型。适用于可燃气体管道,如汽油、煤油、轻 柴油、笨、甲笨、原油等油品的储灌或火炬系统、气体净化通化系统、 气体分析系统、煤矿瓦斯排放系统、加热炉燃料气管网上,也可用在乙 炔、氧气、氮气、天然气的管道上。阻火器可与呼吸阀配套使用 , 亦可单 独使用。也可加装在内浮顶储罐的通气管道上。

一、主要性能

1、阻爆性能合格 , 连续 13次阻爆性能试验,每次均能阻火。

2、耐烧性能合格,耐烧试验 1小时无回火现象。

3、壳体水压试验合格。

阻火器芯子采用不锈钢材料 , 耐腐蚀易于清洗。

二、工作原理

大多数阻火器是由能够通过气体的许多细小、 均匀或不均匀的通道 或孔隙的固体材质所组成,对这些通道或孔隙要求尽量的小,小到只要 能够通过火焰就可以。这样,火焰进入阻火器后就分成许多细小的火焰 流被熄灭。火焰能够被熄灭的机理是传热作用和器壁效应。

(1 传热作用 管道阻火器能够阻止火焰继续传播并迫使火焰熄灭的 因素之一是传热作用。阻火器是由许多细小通道或孔隙组成的,当火焰 进入这些细小通道后就形成许多细小的火焰流。由于通道或孔隙的传热 面积很大,火焰通过通道壁进行热交换后,温度下降,到一定程度时火 焰即被熄灭。 进行的试验表明, 当把阻火器材料的导热性提高 460倍时, 其熄灭直径仅改变 2.6%。说明材质问题是次要的。即传热作用是熄灭

火焰的一种原因,但不是主要的原因。因此,对于作为阻爆用的阻火器 来说,其材质的选择不是太重要的。但是在选用材质时应考虑其机械强 度和耐腐蚀性能。

(2器壁效应 根据燃烧与爆炸连锁反应理论,认为燃烧炸现象不 是分子间直接作用的结果,而是在外来能源(热能、辐射能、电能、化 学反应能等的激发下,使分子分裂为十分活泼而寿命短促的自由基。 化学反应是靠这些自由基进行的。自由基与另一分子作用,作用的结果 除了生成物之外还能产生新的自由基。这样自由基又消耗又生新的如此 不断地进行下去。可知易燃混合气体自行燃烧(在开始燃烧后,没有外 界能源的作用的条件是:新产生的自由基数等于或大于消失的自由基 数。当然, 自行燃烧与反应系统的条件有关, 如温度、压力、 气体浓度、 容器的大小和材质等。随着阻火器通道尺寸的减小,自由基与反应分子 之间碰撞几率随之减少,而自由基与通道壁的碰几率反而增加,这样就 促使自由基反应减低。当通道尺寸减小到某一数值时,这种器壁效应就 造成了火焰不能继续进行的条件,火焰即被阻止。由此可知,器壁效应 是阻火器阻火焰的主要机理。由此点出发,可以设计出几种结构形式的 阻火器,满足工业上的需要。

三、分类

储罐阻火器一般分为两类:

一类是用于大型氢气管道的阻火器。

这种阻火器采用法兰连接。按管道的内径来命名规格:DN15、 DN20、 DN25、 DN40、 DN50、 DN80、 DN100、 DN150、 DN200、 DN250等几种规格。

第二类是用于氢气瓶的阻火器。一般有三种:

第一种是接氢气瓶的(一头是螺纹 M16*1.5,一头是 Φ8或 Φ10皮

接头 ;

第二种是两端带螺纹 (M16*1.5的氢气瓶阻火器

第三种是两端均带皮接头(Φ8或 Φ10

四、维修与保养

1、为了确保阻火器的性能达到使用目的,在安装阻火器前,须认 真阅读厂家提供的说明书,并仔细核对标牌与所装管线要求是否一致。

2、阻火器上的流向标记必须与介质流向一致。

3、每隔半年检查一次。检查阻火层是否有堵塞、变形或腐蚀等缺 陷。

4、被堵塞的阻火层应清洗干净,保证每个孔眼畅通,对于变形或 腐蚀的阻火层应更换。

5、清洗阻火器芯件时,应采用高压蒸汽、非腐蚀性溶剂或压缩空 气吹扫,不得采用锋利的硬件刷洗。

6、重新安装阻火层时,应更新垫片并确认密封面已清洁和无损伤, 不得漏气。

阻火器原理作用

阻火器又名防火器,阻火器的作用是防止外部火焰窜入存有易燃易 爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延。阻火器是应用 火焰通过热导体的狭小孔隙时 , 由于热量损失而熄灭的原理设计制造。 阻 火器的阻火层结构有砾石型、金属丝网型或波纹型。适用于可燃气体管 道,如汽油、煤油、轻柴油、笨、甲笨、 原油等油品的储灌或火炬系统、 气体净化通化系统、气体分析系统、煤矿瓦斯排放系统、加热炉燃料气 的管网上,也可用在乙炔、氧气、氮气、天然气的管道用品。可与呼吸 阀配套使用 , 亦可单独使用。

主要性能 :1、 阻爆性能合格 , 连续 13次阻爆性能试验每次均能阻火。

2、 耐烧性能合格, 耐烧试验 1小时无回火现象。 3、 壳体水压试验合格。 本产品结构合理,重量轻、耐腐蚀。易检修,安装方便。阻火器芯子采 用不锈钢材料 , 耐腐蚀易于清洗。

一、阻火器简述

阻火器是用来阻止易燃气体、液体的火焰蔓延和防止回火而引起爆 炸的安全装置。 通常装在输送或排放易燃易爆气体的储罐和管线上。 (作 用是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、 管道内或阻止火焰在 设备、 管道间蔓延。 阻火器是应用火焰通过热导体的狭小孔隙时 , 由于热 量损失而熄灭的原理设计制造。阻火器的阻火层结构有砾石型、金属丝 网型或波纹型。

石油化工装置的设计中 , 阻火器是用于阻止可燃气火焰继续传播的 安全装置 , 自 1928 年首先应用于石油工业以来 , 由于其简便易行而被石 油及化工装置大量采用。国内石油化工装置中 , 阻火器应用已很普通 , 但 在装置设计中 , 尤其是在线 (管道 阻火器选型中的某些细节问题还容易 被忽视。

1 阻火器的工作原理

关于阻火器的工作原理 , 目前主要有两种观点 :一是基于传热作用 ; 一 是基于器壁效应。

1. 1 传热作用

燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度 , 即着火点。 低于 着火点 , 燃烧就会停止。依照这一原理 , 只要将燃烧物质的温度降到其着 火点以下 , 就可以阻止火焰的蔓延。当火焰通过

阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部 的阻火元件时 , 则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积 , 强化传热 , 使 火焰温度降到着火点以下 , 从而阻止火焰蔓延。

1. 2 器壁效应

燃烧与爆炸并不是分子间直接反应 , 而是受外来能量的激发 , 分子键 遭到破坏 , 产生活化分子 , 活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基 , 自由基与其它分子相撞 , 生成新的产物 , 同时也产生新的自由基再继续与 其它分子发生反应。 当燃烧的可燃气通过阻火元件的狭窄通道时 , 自由基 与通道壁的碰撞几率增大 , 参加反应的自由基减少。 当阻火器的通道窄到 一定程度时 , 自由基与通道壁的碰撞占主导地位 , 由于自由基数量急剧减 少 , 反应不能继续进行 , 也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。

2 阻火器的分类

目前有几类分类方法。产品(阻火器使用场合不同可分放空阻火 器和管道阻火器 ; 依阻火元件可划分为 :填充型、板型、金属丝网型、液 封型和波纹型等 5种。其中 , 波纹型阻火器性能稳定 , 在石油化工装置中 应用较多。以波纹型阻火器为例 , 说明其在石油化工装置设计中的选用。

3 阻火器的选用

3. 1 最大实验安全间隙— MESG 值

火焰通过阻火元件的细小通道并在通道内降温。当火焰被分割小到 一定程度时 , 经通道移走的热量足以将温度降到可燃物燃点以下 , 使火焰 熄灭。或由器壁效应解释 , 当通道窄到一定程度时 , 自由基与管道壁的碰 撞占主导地位 , 自由基大量减少 , 燃烧反应不能继续进行。因此 , 把在一定 条件下 (0. 1 MPa ,20 ℃ 刚好能够使火焰熄灭的通道尺寸定义为“最大 实验安全间隙” (MESG,Maximum Experimental Safe Gap 。阻火元件的 通道尺寸是决定阻火器性能的关键因素 , 不同气体具有不同的 MESG 值。 因此 , 在选择阻火器时 , 应根据可燃气体的组成确定其 MESG 值。 在具体 选择时 , 又根据 MESG 值将气体划分为几个等级。目前国际上经常采用 两类方法。 一是美国全国电气协会 (NEC 的分类法 , 它根据气体的 MESG

值将气体分为四个等级(A ,B ,C ,D ;另一类是国际电工协会( IEC 的方 法,它也将气体分为四个等级( IIC , IIB , IIA 及 I 。 两种标准划分的各类 气体的 MESG 值及测试气体如表 1 所示。 表 1 两种 MESG 分类标准 NEC IEC MESG/ mm 测试气体 A IIC 0. 25 乙炔 B IIC 0. 28 氢气 C IIB 0. 65 乙烯 D IIA 0. 90 丙烯 G M I 1. 12 甲烷 在选用阻火器时,即可在设计规定使用的规范中首先查出所用可燃 气体的等级,然后根据该组气体对应的 MESG 值选择相应的阻火元件。 3. 2 混合气体 MESG 值的确定 在化工装置设计中,经常会遇到混合可燃性气体。在这种情况下,可 根据混合气体的具体组成来确定选用依据。 2 给出不同的可燃性气体 表 混合后可能出现的几种情况以及选用建议。 表 2 混合气体 MESG 值 混合气体 化学反应 选用建议 举例 属 NEC/ IEC 分类相同类别(如全部为 IIA 不易发生 以混合气体中 MESG 值 最小者为设计依据 甲烷、乙烷与丁烷 采用 MESG= 1. 12 可能发生 实验确定 乙炔与氢气 属 NEC/ IEC 分类不同类别 不易发生 以混合气体中 MESG 值最小者为设计依据 乙烯与丙烯 采用 MESG= 0. 65 可能发生 实验确定 乙烯与氢气 对于混合可燃气体选取 MESG 时,应更加慎重。当可燃混合气体的组分之间有可能发生反应时,最安全的方法是将气体组成及操作条件提 供给专业制造厂, 由制造厂根据模拟实验确定 MESG 值。 另外,虽然理论 上选用所有可燃气体中 MESG 值最小的阻火器可能是安全的,但在实际 应用中,还要考虑整个管路系统(尤其是管道阻火器 是否对该元件有压 力降要求。因为 MESG 值越小,通过阻力越大,有可能需要扩大阻火器直 径以达到工艺要求。 阻火器选择得当,就会在一定的条件下起到阻止火焰传播的作用。 但 是,每种阻火器都有其特定的工作范围,只能在一定的条件下起到安全保 护作用,并不是任何情况下都能阻止火焰的传播。 每种阻火器都应标出其 阻火元件的通道尺寸,它只能用于 MESG 值大于该值的气体,否则会完全 失效;每种阻火器在特定的条件下都有一定的阻火时间,当火焰端燃烧时 间超过其阻火时间时,阻火器也会失效;对于在线型阻火器的选用更要注 意由于安装位置不同而引起的选型变化,否则可能会因起不到预想的效 果而埋下安全隐患。综上所述,在阻火器的选型过程中,在按照规范计算 MESG 值的同时,还要十分注意影响选型的各种因素,根据实际工况,确定 适宜的阻火器,只有这样才能达到既确保安全又经济实用的目的。 3. 3 选择阻火器类型的影响因素 3. 3. 1 火源距离的影响 火焰在充满可燃气体管道中的传播速度随火焰的传播有很大的变 化。如果点燃充满可燃气体的水平管道的一端,火焰首先传向管壁,然后 迅速向还末引燃的气体传播,燃烧产生的热量使得燃烧气体迅速膨胀,气 体膨胀又导致可燃气体前端被压缩,产生“压升”(pressure piling 现象。 火焰前端气体被压缩,密度增加,燃烧传播速度加快,燃烧时产生的热量增 多,导致可燃气体前端更剧烈的“压升” 。由于火焰在管道中传播的这一 特性,使得火焰的传播速度可以从零加速至声速甚至超声速,火焰前端压

力也可增至约 20 MPa 。 因此,火源点距阻火器的距离对阻火器的选择有 很大影响。如果阻火器距火源较远,那么燃烧就有了一定的加速距离,可 能会由爆燃转变为爆轰,火焰前端压力的增加,对阻火元件耐压能力提出 了更为严格的要求。不同制造商的产品可能会有不同。 对同种可燃气体,在相同工况下,仅仅因安装位置不同,在阻火器制造 强度和阻火时间的选择上就会有很大差异。因此在选用在线阻火器时, 要十分注意安装位置的影响,在满足工艺条件的情况下,应尽可能使之靠 近火源点,以降低对阻火器的制造要求,在保证安全的前提下,提高经济 性。 阻火器选择得当,就会在一定的条件下起到阻止火焰传播的作用。 但 是,每种阻火器都有其特定的工作范围,只能在一定的条件下起到安全保 护作用,并不是任何情况下都能阻止火焰的传播。 每种阻火器都应标出其 阻火元件的通道尺寸,它只能用于 MESG 值大于该值的气体,否则会完全 失效;每种阻火器在特定的条件下都有一定的阻火时间,当火焰端燃烧时 间超过其阻火时间时,阻火器也会失效;对于在线型阻火器的选用更要注 意由于安装位置不同而引起的选型变化,否则可能会因起不到预想的效 果而埋下安全隐患。综上所述,在阻火器的选型过程中,在按照规范计算 MESG 值的同时,还要十分注意影响选型的各种因素,根据实际工况,确定 适宜的阻火器,只有这样才能达到既确保安全又经济实用的目的。 

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