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石化装置中影响阻火器选用因素及工况

点击次数:775 发布时间:2017-02-22

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。阻火器的分类目前有几类分类方法。依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。这里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。

阻火器的选用:zui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zui大实验安全间隙”(MESG,Maxi2 mum 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MES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,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 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。

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

GM

I

1.12

甲烷

这样 在选用阻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值来选择相应的阻火元件。混合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。表2给出不同的可燃性气体 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

混合气体

化学反应

选用建议

举例说明

NEG/IEC分类相同类别(全部为IIA

不易腐蚀

以混合气体中MESGzui小值为设计依据

甲烷、乙烷、丁烷

采用MESG=1.12

可能发生

实验确定

乙烷、氢气

NEG/IEC分类不同类别

不易腐蚀

以混合气体中MESGzui小值为设计依据

乙烯、丙烯

采用MESG=0.65

可能发生

实验确定

乙烯、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zui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zui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。

选择阻火器类型的影响因素: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20MPa。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。

3火焰对阻火器选型的影响

气体种类

距离*/m

阻火时间(zui小值min

建议选用类型

NEC:D

6

5

标准在线型

IEC:IIA

18

15

高压在线阻燃型

无限制

120

阻燃轰型

NEC:C

2

4

标准在线型

IEC:IIB

不能确定影响因素

不能确定

高压在线阻燃型

无限制

15

阻爆轰型

NEC:B

1.2

2

标准在线型

IEC:IIC

6

15

高压在线阻燃型

无限制

60

阻爆轰型

注:*为阻火器至火源的管道传递距离(无弯头)

从上表可以看出即使对同种可燃气体,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,在保证安全前提下提高经济性。

弯头的影响:管道中的弯头对火焰的传播起加速作用这也是以往设计时常被忽略的事项。不同制造商的产品可能会有不同,下面就弯头对阻火器选型的影响做了简单的说明:

弯头对阻火器选型的影响

气体种类

弯头数量

选型情况

NEC:C

标准在线型

IEC:IIB

1

标准在线型

多个

不能确定

NEC:B

标准在线型

IEC:IIC

1

不能确定

多个

不能确定

:火源与阻火器间距离为 2 m

由上表可以看出弯头的影响因气体种类和火源距离而异,并且当弯头多于1个时,情况变得复杂起来,需要模拟管线的真shi情况通过试验来选定。因此在工艺允许的条件下应尽量减少火源与阻火器之间的弯头数。

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。