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阻火器,阻火器要如何设计,阻火器应该怎么来选用

点击次数:1003 发布时间:2016-08-04

阻火器

在易ran易bao气体储罐的进出口处,储罐上的呼吸阀和泄压安全阀出口处及其附近区域内常常含有一定量的易ran气体,这些气体和空气混合在一起就可以形成局部燃烧甚至爆炸的环境。当遇到雷击、明火或其他各种偶然情况产生的点火因素时,就有可能点燃局部预混气,并且火焰可能会沿着未燃预混气的分布方向传人储罐内,引起贮罐内部起火爆炸等灾难性事故。为了阻止外部可能产生的火焰传人储罐造成危险,需要在储罐的相关位置安装储罐阻火器。对于可燃气体输送管道,由于其所输送的气体中没有氧化剂一般不会产生火焰。但在某些不可预料的特殊条件下,例如年久失修或意外事故,有可能造成管道的破裂,进而有可能在下游管道中形成可燃气和空气的预混气。当该预混气达到爆炸极限时就具备了回火和导致爆炸灾害的必要条件,国内外产生的此类事故较多。如果能在输送管道中的合适位置安装管道阻火器,在很多情况下就可以有效地遏制这种事故的发生。总之,为了防止在非正常条件下火焰沿可燃气体的分布方向传播,避免爆炸灾害的产生,工业上常使用阻火器这种安全装置。阻火器的作用是阻止爆燃或爆轰火焰通过,但不影响气体通过。

阻火器设计:合理地设计阻火器十分重要,一个阻火器:否有效地阻火主要取决于孔隙的大小、孔的长度(即阻火芯的厚度)和爆炸火焰的传播度,工业上比较期望获得具有低流阻和高阻.性能的阻火器。本节针对目前普遍使用的波:型阻火器对其设计原则做了简要说明。阻火芯材料通常,阻火芯的材质应采用导热系数大、熔点高的、耐腐蚀性好的材料,通常采用不锈钢波纹板。若采用铝或铜板当受到强大的回火压力时,阻火器容易变形甚至破裂,不能起到阻火作用。为此,阻火器应选用不锈钢波纹板制造,这样具有一定的抗腐蚀性且不易变形,使用寿命长。

阻火器设计计算:目前,关于火焰在狭缝中的传播和熄灭的理论研究还相对较少,对于阻火器的设计多依赖于一般的经验公式或半经验公式。波纹型阻火器所能阻止的zui大爆燃火焰传播速度可按公式(1)计算:V=0.38aL/ d2 (1)式中,V为阻火器能够阻止的zui大火焰传播速度,a、L和d分别为有效面积比(即阻火层总面积与阻火层空隙面积之比)、阻火层厚度和阻火单元的当量直径。但(1)式只能应用于爆燃火焰,对爆轰的情况误差较大,因为爆轰的能量传递方式为冲击波压缩,与爆燃火焰以热传导为主的能量传递方式不同。类似地,对于丙烷一空气爆燃火焰的实验研究总结可得,阻爆燃型阻火器以阻止的IIA类介质与空气混合物的zui大火焰传播速度可按公式(2)计算:V=6.833L/h2式中,V为阻火器能够阻止的zui大火焰传播速度。L和h分别为阻火层的厚度和阻火单元的高度,(2)式只在应用于丙烷一空气爆燃火焰时比较准确。美国Groth也在经过实验研究后得到了阻火层厚度与火焰速度及熄灭直径的关系,即公式(3):L=2VrH2式中,V为火焰传播速度,L和rH分别为阻火层的厚度和熄灭的水力半径。公式(3)表明了火焰速度和阻火层熄灭水力半径与阻火器所需厚度的关系。在这个厚度下,阻火器能阻止高速的火焰传播。由(1)(2)(3)式均可看出,燃气火焰速度与阻火器的阻火层厚度成正比,与孔隙直径的平方成反比。以3寸阻爆燃型阻火器为例进行计算,测试介质为丙烷与空气的混合气,为IIA类介质,根据表1介质的MESG值>0.9mm。根据国外某厂家的推荐尺寸,正三角形单元的高度取为0.8mm,阻火芯厚度取为40mm,薄片厚度取0.5mm。经粗略估算,当阻火芯外径为108mm时所有空隙面积之和约等于两端管道截面积,根据结构要求取阻火芯外径为165mm。根据公式( 1) 计算得到该阻火器的zui大阻火速度为380m/s,根据公式(2)计算得到该阻火器的zui大阻火速度为427m/s。由此可以看出该阻火器可以阻止爆燃火焰的通过。

阻火器选用:1、阻火嚣的分类

阻火器按照安装位置的不同.可以仆为储罐阻火器和管道阻火器。前者位于储罐的顶端.后者位于输送管道中间或末端。按照所能阻止火焰的传播速度可以分为阻爆燃型阻火器和阻爆轰型阻火器,前者安装于管端和靠近管端的管道中或储罐顶部,可阻止以亚音速传播和扩散的火焰;后者安装于距管端较远处或与储罐相连的密闭管道系统端部.可阻止“超音速或与音速相当的速度传播和扩散的火焰,储罐阻火器也属于附爆燃型阻火器。按照结构类型的不同,阻火器主要分为金属网型、液封型,充填型和波纹型。金属网型阻火器熄灭火焰的能力有限.口前已很少使用;液封型阻火器体积大.而且使用上有很大的局限性;充填型阻火器结构简单,但体积大.流阻太;波纹型阻火器由于其稳定的性能得到了广泛的应用.波纹型阻火器内的阻火层常用不锈钢或铜镍合金压制成波纹状.分层组装而成,两层波纹带中间兜一层平板带使其缠绕成圆形,形成许多三角形窄隙通道.2、阻火嚣的执行标准:目前阻火器的国家标准主要有GB5908《石油储罐阻火器》和GBl3347《石油气体管道阻火器阻火性能和试验方法》.分别规定了储罐阻火器和管道阻火器的技术要求和阻火性 阻火器的选用及设计能试验方法。国外标准主要有欧洲标准EN1 2874( Flame an’ esters—Performancerequi regents。test methods and limits for use》和国际标准化组织的ISO 16852( Flameattesters—Performancerequi rements,testmethodsand limits for use》,相比之下国外标准对阻火器的分类更加细化,相应的测试方法和装置也不尽相同。目前大多数的国外知名阻火器生产厂家如Amal 、Protego等均以EN12874和ISO16852作为产品检验和测试的依据。

3、阻火器的安装:

阻火器的安装位置对阻火器选用的影响,是指由于点火源与阻火器之间距离的不同而引起的火焰传播速度的不同,进而影响阻火器的选择。储罐阻火器只适用于安装在储罐通气的短管上,它可以单独使用,也可以与呼吸阀配套使用,但阻火器与回火点的距离不应大于所选管径的5倍,同时只能用于有可燃气体而无明火的环境条件下。储罐阻火器只能阻止不大于45m/s的火焰通过,因此它的阻火性能达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。根据中国石油化工行业标准SH/T 3413《石油化工石油气管道阻火器选用、检验及验收》(适用于IIA类介质)中的规定,阻止亚音速火焰使用防爆燃型,安装位置应靠近火源;阻止音速或超音速火焰使用防爆轰型,安装位置应尽量远离火源。这是因为在实际操作条件下,管内的爆燃随着火焰的传播可能会变成很危险的爆轰。火焰在呈凸出的锥形向前传播时,其速度向着未燃烧的爆炸性混合物的方向越来越快,使未燃气体受到压缩并达到自燃温度,二者结合瞬间即形成极高的燃烧压力和火焰传播速度即所谓爆轰。为此在使用阻爆燃型阻火器时,SH/T 3413将其位置限定在管长不大于管径的20倍较为安全。而国外的相关设计资料中提出,经过大量实验的总结发现:表1部分气体的MESG值

序号

NEC

EN

GB

MESG/mm

典型气体

混合气体体积分数﹪

1

D

IIA

IIA

>O9

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

氢气

45

6

A

IIC

IIC

<050

氢气

28.5

2不同公称直径的阻爆轰型阻火器所要求的zui小管线长度:

管子公称直径DN

zui小安装距离Lm

管子公称直径DN

zui小安装距离Lm

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

之间的管线尽可能长。表2即为SH/T 3413中规定的不同公称直径的阻爆轰型阻火器所要求的号小管线长度。对表1于碳氢化合物气体阻爆燃型阻火器适用于距离点火源50倍管径之内,对于氢气则适用于30倍管径之内。SH/T 3413还规定,对于阻爆轰型阻火器它只能防止由爆炸或爆轰引起的回火,但不能防止长时间稳定燃烧的回火。因此,在安装时必须保证在操作条件下不会发生稳定燃烧,要做到这一点可使阻火器安装位置与火源因此阻火器是石油储罐和可燃气体输送管道等储运系统中的重要安全附件,对避免爆炸着火等灾害的产生有着重要的意义。