阻火器
在易ran易bao氣體儲罐的進出口處，儲罐上的呼吸閥和泄壓安全閥出口處及其附近區(qū)域內(nèi)常常含有一定量的易ran氣體，這些氣體和空氣混合在一起就可以形成局部燃燒甚至爆炸的環(huán)境。當(dāng)遇到雷擊、明火或其他各種偶然情況產(chǎn)生的點火因素時，就有可能點燃局部預(yù)混氣，并且火焰可能會沿著未燃預(yù)混氣的分布方向傳人儲罐內(nèi)，引起貯罐內(nèi)部起火爆炸等災(zāi)難性事故。為了阻止外部可能產(chǎn)生的火焰?zhèn)魅藘拊斐晌ｋU，需要在儲罐的相關(guān)位置安裝儲罐阻火器。對于可燃氣體輸送管道，由于其所輸送的氣體中沒有氧化劑一般不會產(chǎn)生火焰。但在某些不可預(yù)料的特殊條件下，例如年久失修或意外事故，有可能造成管道的破裂，進而有可能在下游管道中形成可燃氣和空氣的預(yù)混氣。當(dāng)該預(yù)混氣達到爆炸極*就具備了回火和導(dǎo)致爆炸災(zāi)害的必要條件，國內(nèi)外產(chǎn)生的此類事故較多。如果能在輸送管道中的合適位置安裝管道阻火器，在很多情況下就可以有效地遏制這種事故的發(fā)生?？傊瑸榱朔乐乖诜钦l件下火焰沿可燃氣體的分布方向傳播，避免爆炸災(zāi)害的產(chǎn)生，工業(yè)上常使用阻火器這種安全裝置。阻火器的作用是阻止爆燃或爆轟火焰通過，但不影響氣體通過。
阻火器設(shè)計：合理地設(shè)計阻火器十分重要，一個阻火器：否有效地阻火主要取決于孔隙的大小、孔的長度(即阻火芯的厚度)和爆炸火焰的傳播度，工業(yè)上比較期望獲得具有低流阻和高阻．性能的阻火器。本節(jié)針對目前普遍使用的波：型阻火器對其設(shè)計原則做了簡要說明。阻火芯材料通常，阻火芯的材質(zhì)應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)大、熔點高的、耐腐蝕性好的材料，通常采用不銹鋼波紋板。若采用鋁或銅板當(dāng)受到強大的回火壓力時，阻火器容易變形甚至破裂，不能起到阻火作用。為此，阻火器應(yīng)選用不銹鋼波紋板制造，這樣具有一定的抗腐蝕性且不易變形，使用壽命長。
阻火器設(shè)計計算：目前，關(guān)于火焰在狹縫中的傳播和熄滅的理論研究還相對較少，對于阻火器的設(shè)計多依賴于一般的經(jīng)驗公式或半經(jīng)驗公式。波紋型阻火器所能阻止的zui大爆燃火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤砂垂?1)計算：v=0．38al/d2(1)式中，v為阻火器能夠阻止的zui大火焰?zhèn)鞑ニ俣?，a、l和d分別為有效面積比(即阻火層總面積與阻火層空隙面積之比)、阻火層厚度和阻火單元的當(dāng)量直徑。但(1)式只能應(yīng)用于爆燃火焰，對爆轟的情況誤差較大，因為爆轟的能量傳遞方式為沖擊波壓縮，與爆燃火焰以熱傳導(dǎo)為主的能量傳遞方式不同。類似地，對于丙烷一空氣爆燃火焰的實驗研究總結(jié)可得，阻爆燃型阻火器以阻止的iia類介質(zhì)與空氣混合物的zui大火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤砂垂?2)計算：v=6．833l/h2式中，v為阻火器能夠阻止的zui大火焰?zhèn)鞑ニ俣取和h分別為阻火層的厚度和阻火單元的高度，(2)式只在應(yīng)用于丙烷一空氣爆燃火焰時比較準(zhǔn)確。美國groth也在經(jīng)過實驗研究后得到了阻火層厚度與火焰速度及熄滅直徑的關(guān)系，即公式(3)：l=2vrh2式中，v為火焰?zhèn)鞑ニ俣龋琹和rh分別為阻火層的厚度和熄滅的水力半徑。公式(3)表明了火焰速度和阻火層熄滅水力半徑與阻火器所需厚度的關(guān)系。在這個厚度下，阻火器能阻止高速的火焰?zhèn)鞑ァＳ?1)(2)(3)式均可看出，燃氣火焰速度與阻火器的阻火層厚度成正比，與孔隙直徑的平方成反比。以3寸阻爆燃型阻火器為例進行計算，測試介質(zhì)為丙烷與空氣的混合氣，為iia類介質(zhì)，根據(jù)表1介質(zhì)的mesg值>0．9mm。根據(jù)國外某廠家的推薦尺寸，正三角形單元的高度取為0．8mm，阻火芯厚度取為40mm，薄片厚度取0．5mm。經(jīng)粗略估算，當(dāng)阻火芯外徑為108mm時所有空隙面積之和約等于兩端管道截面積，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取阻火芯外徑為165mm。根據(jù)公式( 1)計算得到該阻火器的zui大阻火速度為380m／s，根據(jù)公式(2)計算得到該阻火器的zui大阻火速度為427m/s。由此可以看出該阻火器可以阻止爆燃火焰的通過。
阻火器選用：1、阻火囂的分類
阻火器按照安裝位置的不同．可以仆為儲罐阻火器和管道阻火器。前者位于儲罐的頂端．后者位于輸送管道中間或末端。按照所能阻止火焰的傳播速度可以分為阻爆燃型阻火器和阻爆轟型阻火器，前者安裝于管端和靠近管端的管道中或儲罐頂部，可阻止以亞音速傳播和擴散的火焰；后者安裝于距管端較遠處或與儲罐相連的密閉管道系統(tǒng)端部．可阻止“超音速或與音速相當(dāng)?shù)乃俣葌鞑ズ蛿U散的火焰，儲罐阻火器也屬于附爆燃型阻火器。按照結(jié)構(gòu)類型的不同，阻火器主要分為金屬網(wǎng)型、液封型，充填型和波紋型。金屬網(wǎng)型阻火器熄滅火焰的能力有限．口前已很少使用；液封型阻火器體積大．而且使用上有很大的局限性；充填型阻火器結(jié)構(gòu)簡單，但體積大．流阻太；波紋型阻火器由于其穩(wěn)定的性能得到了廣泛的應(yīng)用．波紋型阻火器內(nèi)的阻火層常用不銹鋼或銅鎳合金壓制成波紋狀．分層組裝而成，兩層波紋帶中間兜一層平板帶使其纏繞成圓形，形成許多三角形窄隙通道．2、阻火囂的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：目前阻火器的國家標(biāo)準(zhǔn)主要有g(shù)b5908《石油儲罐阻火器》和gbl3347《石油氣體管道阻火器阻火性能和試驗方法》．分別規(guī)定了儲罐阻火器和管道阻火器的技術(shù)要求和阻火性阻火器的選用及設(shè)計能試驗方法。國外標(biāo)準(zhǔn)主要有歐洲標(biāo)準(zhǔn)en1 2874( flame an’ esters—performancerequi regents。test methods andlimits for use》和標(biāo)準(zhǔn)化組織的iso 16852( flameattesters—performancerequi rements，testmethodsandlimits for use》，相比之下國外標(biāo)準(zhǔn)對阻火器的分類更加細化，相應(yīng)的測試方法和裝置也不盡相同。目前大多數(shù)的國外阻火器生產(chǎn)廠家如amal、protego等均以en12874和iso16852作為產(chǎn)品檢驗和測試的依據(jù)。
3、阻火器的安裝：
阻火器的安裝位置對阻火器選用的影響，是指由于點火源與阻火器之間距離的不同而引起的火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊牟煌?，進而影響阻火器的選擇。儲罐阻火器只適用于安裝在儲罐通氣的短管上，它可以單獨使用，也可以與呼吸閥配套使用，但阻火器與回火點的距離不應(yīng)大于所選管徑的5倍，同時只能用于有可燃氣體而無明火的環(huán)境條件下。儲罐阻火器只能阻止不大于45m／s的火焰通過，因此它的阻火性能達不到管道阻火器阻火性能要求，所以不能代替管道阻火器使用。根據(jù)中國石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sh／t 3413《石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗及驗收》(適用于iia類介質(zhì))中的規(guī)定，阻止亞音速火焰使用防爆燃型，安裝位置應(yīng)靠近火源；阻止音速或超音速火焰使用防爆轟型，安裝位置應(yīng)盡量遠離火源。這是因為在實際操作條件下，管內(nèi)的爆燃隨著火焰的傳播可能會變成很危險的爆轟?；鹧嬖诔释钩龅腻F形向前傳播時，其速度向著未燃燒的爆炸性混合物的方向越來越快，使未燃氣體受到壓縮并達到自燃溫度，二者結(jié)合瞬間即形成*的燃燒壓力和火焰?zhèn)鞑ニ俣燃此^爆轟。為此在使用阻爆燃型阻火器時，sh／t3413將其位置限定在管長不大于管徑的20倍較為安全。而國外的相關(guān)設(shè)計資料中提出，經(jīng)過大量實驗的總結(jié)發(fā)現(xiàn)：表1部分氣體的mesg值
序號
nec
en
gb
mesg/mm
典型氣體
混合氣體體積分數(shù)﹪
1
d
iia
iia
>o．9
丙烷
4.2
2
c
iib1
iib
≥.085
乙烯
5.0
3
c
iib2
iib
≥0.75
乙烯
5.5
4
c
iib3
iib
≥0.65
乙烯
6.5
5
b
iib
iic
≥0.5
氫氣
45
6
a
iic
iic
<0．50
氫氣
28.5
表2不同公稱直徑的阻爆轟型阻火器所要求的zui小管線長度:
管子公稱直徑dn
zui小安裝距離l／m
管子公稱直徑dn
zui小安裝距離l／m
15
0.5
65
6.0
20
1.0
80
8.0
25
1.5
100
10.0
32
2.0
125
10.0
40
3.0
150
10.0
50
4.0
200
10.0
之間的管線盡可能長。表2即為sh／t 3413中規(guī)定的不同公稱直徑的阻爆轟型阻火器所要求的號小管線長度。對表1于碳氫化合物氣體阻爆燃型阻火器適用于距離點火源50倍管徑之內(nèi)，對于氫氣則適用于30倍管徑之內(nèi)。sh／t 3413還規(guī)定，對于阻爆轟型阻火器它只能防止由爆炸或爆轟引起的回火，但不能防止長時間穩(wěn)定燃燒的回火。因此，在安裝時必須保證在操作條件下不會發(fā)生穩(wěn)定燃燒，要做到這一點可使阻火器安裝位置與火源因此阻火器是石油儲罐和可燃氣體輸送管道等儲運系統(tǒng)中的重要安全附件，對避免爆炸著火等災(zāi)害的產(chǎn)生有著重要的意義。