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產品知識

阻火器原理與分類

作者: 興罡石化設備| 時間:2019-06-24 13:22:38 | 點擊次數:

 儲罐阻火器是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設備、管道內 或阻止火焰在設備、管道間蔓延。阻火器是應用火焰通過熱導體的狹小 孔隙時 , 由于熱量損失而熄滅的原理設計制造。 阻火器的阻火層結構有礫 石型、金屬絲網型或波紋型。適用于可燃氣體管道,如汽油、煤油、輕 柴油、笨、甲笨、原油等油品的儲灌或火炬系統、氣體凈化通化系統、 氣體分析系統、煤礦瓦斯排放系統、加熱爐燃料氣管網上,也可用在乙 炔、氧氣、氮氣、天然氣的管道上。阻火器可與呼吸閥配套使用 , 亦可單 獨使用。也可加裝在內浮頂儲罐的通氣管道上。

一、主要性能

1、阻爆性能合格 , 連續 13次阻爆性能試驗,每次均能阻火。

2、耐燒性能合格,耐燒試驗 1小時無回火現象。

3、殼體水壓試驗合格。

阻火器芯子采用不銹鋼材料 , 耐腐蝕易于清洗。

二、工作原理

大多數阻火器是由能夠通過氣體的許多細小、 均勻或不均勻的通道 或孔隙的固體材質所組成,對這些通道或孔隙要求盡量的小,小到只要 能夠通過火焰就可以。這樣,火焰進入阻火器后就分成許多細小的火焰 流被熄滅?;鹧婺軌虮幌绲臋C理是傳熱作用和器壁效應。

(1 傳熱作用 管道阻火器能夠阻止火焰繼續傳播并迫使火焰熄滅的 因素之一是傳熱作用。阻火器是由許多細小通道或孔隙組成的,當火焰 進入這些細小通道后就形成許多細小的火焰流。由于通道或孔隙的傳熱 面積很大,火焰通過通道壁進行熱交換后,溫度下降,到一定程度時火 焰即被熄滅。 進行的試驗表明, 當把阻火器材料的導熱性提高 460倍時, 其熄滅直徑僅改變 2.6%。說明材質問題是次要的。即傳熱作用是熄滅

火焰的一種原因,但不是主要的原因。因此,對于作為阻爆用的阻火器 來說,其材質的選擇不是太重要的。但是在選用材質時應考慮其機械強 度和耐腐蝕性能。

(2器壁效應 根據燃燒與爆炸連鎖反應理論,認為燃燒炸現象不 是分子間直接作用的結果,而是在外來能源(熱能、輻射能、電能、化 學反應能等的激發下,使分子分裂為十分活潑而壽命短促的自由基。 化學反應是靠這些自由基進行的。自由基與另一分子作用,作用的結果 除了生成物之外還能產生新的自由基。這樣自由基又消耗又生新的如此 不斷地進行下去??芍兹蓟旌蠚怏w自行燃燒(在開始燃燒后,沒有外 界能源的作用的條件是:新產生的自由基數等于或大于消失的自由基 數。當然, 自行燃燒與反應系統的條件有關, 如溫度、壓力、 氣體濃度、 容器的大小和材質等。隨著阻火器通道尺寸的減小,自由基與反應分子 之間碰撞幾率隨之減少,而自由基與通道壁的碰幾率反而增加,這樣就 促使自由基反應減低。當通道尺寸減小到某一數值時,這種器壁效應就 造成了火焰不能繼續進行的條件,火焰即被阻止。由此可知,器壁效應 是阻火器阻火焰的主要機理。由此點出發,可以設計出幾種結構形式的 阻火器,滿足工業上的需要。

三、分類

儲罐阻火器一般分為兩類:

一類是用于大型氫氣管道的阻火器。

這種阻火器采用法蘭連接。按管道的內徑來命名規格:DN15、 DN20、 DN25、 DN40、 DN50、 DN80、 DN100、 DN150、 DN200、 DN250等幾種規格。

第二類是用于氫氣瓶的阻火器。一般有三種:

第一種是接氫氣瓶的(一頭是螺紋 M16*1.5,一頭是 Φ8或 Φ10皮

接頭 ;

第二種是兩端帶螺紋 (M16*1.5的氫氣瓶阻火器

第三種是兩端均帶皮接頭(Φ8或 Φ10

四、維修與保養

1、為了確保阻火器的性能達到使用目的,在安裝阻火器前,須認 真閱讀廠家提供的說明書,并仔細核對標牌與所裝管線要求是否一致。

2、阻火器上的流向標記必須與介質流向一致。

3、每隔半年檢查一次。檢查阻火層是否有堵塞、變形或腐蝕等缺 陷。

4、被堵塞的阻火層應清洗干凈,保證每個孔眼暢通,對于變形或 腐蝕的阻火層應更換。

5、清洗阻火器芯件時,應采用高壓蒸汽、非腐蝕性溶劑或壓縮空 氣吹掃,不得采用鋒利的硬件刷洗。

6、重新安裝阻火層時,應更新墊片并確認密封面已清潔和無損傷, 不得漏氣。

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竄入存有易燃易 爆氣體的設備、管道內或阻止火焰在設備、管道間蔓延。阻火器是應用 火焰通過熱導體的狹小孔隙時 , 由于熱量損失而熄滅的原理設計制造。 阻 火器的阻火層結構有礫石型、金屬絲網型或波紋型。適用于可燃氣體管 道,如汽油、煤油、輕柴油、笨、甲笨、 原油等油品的儲灌或火炬系統、 氣體凈化通化系統、氣體分析系統、煤礦瓦斯排放系統、加熱爐燃料氣 的管網上,也可用在乙炔、氧氣、氮氣、天然氣的管道用品??膳c呼吸 閥配套使用 , 亦可單獨使用。

主要性能 :1、 阻爆性能合格 , 連續 13次阻爆性能試驗每次均能阻火。

2、 耐燒性能合格, 耐燒試驗 1小時無回火現象。 3、 殼體水壓試驗合格。 本產品結構合理,重量輕、耐腐蝕。易檢修,安裝方便。阻火器芯子采 用不銹鋼材料 , 耐腐蝕易于清洗。

一、阻火器簡述

阻火器是用來阻止易燃氣體、液體的火焰蔓延和防止回火而引起爆 炸的安全裝置。 通常裝在輸送或排放易燃易爆氣體的儲罐和管線上。 (作 用是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設備、 管道內或阻止火焰在 設備、 管道間蔓延。 阻火器是應用火焰通過熱導體的狹小孔隙時 , 由于熱 量損失而熄滅的原理設計制造。阻火器的阻火層結構有礫石型、金屬絲 網型或波紋型。

石油化工裝置的設計中 , 阻火器是用于阻止可燃氣火焰繼續傳播的 安全裝置 , 自 1928 年首先應用于石油工業以來 , 由于其簡便易行而被石 油及化工裝置大量采用。國內石油化工裝置中 , 阻火器應用已很普通 , 但 在裝置設計中 , 尤其是在線 (管道 阻火器選型中的某些細節問題還容易 被忽視。

1 阻火器的工作原理

關于阻火器的工作原理 , 目前主要有兩種觀點 :一是基于傳熱作用 ; 一 是基于器壁效應。

1. 1 傳熱作用

燃燒所需要的必要條件之一就是要達到一定的溫度 , 即著火點。 低于 著火點 , 燃燒就會停止。依照這一原理 , 只要將燃燒物質的溫度降到其著 火點以下 , 就可以阻止火焰的蔓延。當火焰通過

阻火元件的許多細小通道之后將變成若干細小的火焰。設計阻火器內部 的阻火元件時 , 則盡可能擴大細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

燃燒與爆炸并不是分子間直接反應 , 而是受外來能量的激發 , 分子鍵 遭到破壞 , 產生活化分子 , 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 , 生成新的產物 , 同時也產生新的自由基再繼續與 其它分子發生反應。 當燃燒的可燃氣通過阻火元件的狹窄通道時 , 自由基 與通道壁的碰撞幾率增大 , 參加反應的自由基減少。 當阻火器的通道窄到 一定程度時 , 自由基與通道壁的碰撞占主導地位 , 由于自由基數量急劇減 少 , 反應不能繼續進行 , 也即燃燒反應不能通過阻火器繼續傳播。

2 阻火器的分類

目前有幾類分類方法。產品(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、金屬絲網型、液 封型和波紋型等 5種。其中 , 波紋型阻火器性能穩定 , 在石油化工裝置中 應用較多。以波紋型阻火器為例 , 說明其在石油化工裝置設計中的選用。

3 阻火器的選用

3. 1 最大實驗安全間隙— MESG 值

火焰通過阻火元件的細小通道并在通道內降溫。當火焰被分割小到 一定程度時 , 經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忉?, 當通道窄到一定程度時 , 自由基與管道壁的碰 撞占主導地位 , 自由基大量減少 , 燃燒反應不能繼續進行。因此 , 把在一定 條件下 (0. 1 MPa ,20 ℃ 剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為“最大 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鍵因素 , 不同氣體具有不同的 MESG 值。 因此 , 在選擇阻火器時 , 應根據可燃氣體的組成確定其 MESG 值。 在具體 選擇時 , 又根據 MESG 值將氣體劃分為幾個等級。目前國際上經常采用 兩類方法。 一是美國全國電氣協會 (NEC 的分類法 , 它根據氣體的 MESG

值將氣體分為四個等級(A ,B ,C ,D ;另一類是國際電工協會( IEC 的方 法,它也將氣體分為四個等級( IIC , IIB , IIA 及 I 。 兩種標準劃分的各類 氣體的 MESG 值及測試氣體如表 1 所示。 表 1 兩種 MESG 分類標準 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 在選用阻火器時,即可在設計規定使用的規范中首先查出所用可燃 氣體的等級,然后根據該組氣體對應的 MESG 值選擇相應的阻火元件。 3. 2 混合氣體 MESG 值的確定 在化工裝置設計中,經常會遇到混合可燃性氣體。在這種情況下,可 根據混合氣體的具體組成來確定選用依據。 2 給出不同的可燃性氣體 表 混合后可能出現的幾種情況以及選用建議。 表 2 混合氣體 MESG 值 混合氣體 化學反應 選用建議 舉例 屬 NEC/ IEC 分類相同類別(如全部為 IIA 不易發生 以混合氣體中 MESG 值 最小者為設計依據 甲烷、乙烷與丁烷 采用 MESG= 1. 12 可能發生 實驗確定 乙炔與氫氣 屬 NEC/ IEC 分類不同類別 不易發生 以混合氣體中 MESG 值最小者為設計依據 乙烯與丙烯 采用 MESG= 0. 65 可能發生 實驗確定 乙烯與氫氣 對于混合可燃氣體選取 MESG 時,應更加慎重。當可燃混合氣體的組分之間有可能發生反應時,最安全的方法是將氣體組成及操作條件提 供給專業制造廠, 由制造廠根據模擬實驗確定 MESG 值。 另外,雖然理論 上選用所有可燃氣體中 MESG 值最小的阻火器可能是安全的,但在實際 應用中,還要考慮整個管路系統(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 徑以達到工藝要求。 阻火器選擇得當,就會在一定的條件下起到阻止火焰傳播的作用。 但 是,每種阻火器都有其特定的工作范圍,只能在一定的條件下起到安全保 護作用,并不是任何情況下都能阻止火焰的傳播。 每種阻火器都應標出其 阻火元件的通道尺寸,它只能用于 MESG 值大于該值的氣體,否則會完全 失效;每種阻火器在特定的條件下都有一定的阻火時間,當火焰端燃燒時 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,根據實際工況,確定 適宜的阻火器,只有這樣才能達到既確保安全又經濟實用的目的。 3. 3 選擇阻火器類型的影響因素 3. 3. 1 火源距離的影響 火焰在充滿可燃氣體管道中的傳播速度隨火焰的傳播有很大的變 化。如果點燃充滿可燃氣體的水平管道的一端,火焰首先傳向管壁,然后 迅速向還末引燃的氣體傳播,燃燒產生的熱量使得燃燒氣體迅速膨脹,氣 體膨脹又導致可燃氣體前端被壓縮,產生“壓升”(pressure piling 現象。 火焰前端氣體被壓縮,密度增加,燃燒傳播速度加快,燃燒時產生的熱量增 多,導致可燃氣體前端更劇烈的“壓升” 。由于火焰在管道中傳播的這一 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,那么燃燒就有了一定的加速距離,可 能會由爆燃轉變為爆轟,火焰前端壓力的增加,對阻火元件耐壓能力提出 了更為嚴格的要求。不同制造商的產品可能會有不同。 對同種可燃氣體,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,提高經濟 性。 阻火器選擇得當,就會在一定的條件下起到阻止火焰傳播的作用。 但 是,每種阻火器都有其特定的工作范圍,只能在一定的條件下起到安全保 護作用,并不是任何情況下都能阻止火焰的傳播。 每種阻火器都應標出其 阻火元件的通道尺寸,它只能用于 MESG 值大于該值的氣體,否則會完全 失效;每種阻火器在特定的條件下都有一定的阻火時間,當火焰端燃燒時 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,根據實際工況,確定 適宜的阻火器,只有這樣才能達到既確保安全又經濟實用的目的。 

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