什么是阻火器及其工作原理、分类
[原创 2010-01-01 14:14:05]
阻火器(又名防火器、隔火器) 是用来阻止易燃气体和易燃液体蒸气的火焰蔓延的安全装置。早在1928 年阻火器已被应用于石油工业, 以后随着工业发展广泛用于化学工业、煤矿、水运、采油、铁路运输、煤气输送管网及油气回收系统等。
1 的阻火机理
大多数阻火器是由能够通过气体的许多细小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小, 小到能使火焰被熄灭。火焰能够被熄灭的机理是传热作用和器壁效应。
1.1 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。由于通道的传热面积大, 火焰通过通道壁进行热交换后, 温度下降, 达到一定程度火焰可以熄灭。根据英国罗卜尔(M ·Roper) 对波纹型阻火器进行的试验表明, 当把阻火器材料的导热性提高460 倍时, 其熄灭直径仅改变216%。这说明材质问题是次要的。也就是说传热作用是熄灭火焰的一种原因, 但不是主要的原因。
1.2 器壁效应
根据燃烧与爆炸连锁反应理论, 认为燃烧与爆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、化学能等) 的激发下, 使分子键受到破坏, 产生具备反应能力的分子(称为活性分子) , 这些活性分子发生化学反应时, 首先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的结果除了生成物之外, 还能产生新的自由基。这些新的自由基反复地反应, 又消耗又生成, 不断地进行下去。由此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。
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撞几率反而增加,, 这样就促使自由基反应减低。当通道尺寸减少到某一数值时, 这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件, 火焰即被阻止。因此器壁效应是阻止火焰的主要机理。
2 阻火器的选型
2.1 阻火器按用途选型:
阻火器按用途可分储罐阻火器、加油站阻火器、加热炉阻火器、火炬阻火器、放空管阻火器、煤气输送管阻火器等。
2.2 阻火器按安装位置选型
管端阻火器: 安装在排气管的端部;
管道阻火器: 安装在管道中间位置。
2.3 阻火器按阻止火焰速度选型
阻爆燃型阻火器: 能阻止以亚音速传播的爆炸火焰通过;
阻爆轰型阻火器: 能阻止以冲击波为特征、以超音速传播的爆炸火焰通过。
2.4 阻火器按气体分级选型:
适用于I 级气体的阻火器;
适用于IIA 级气体的阻火器;
适用于IIB 级气体的阻火器;
适用于IIC 级气体的阻火器( 气体分级见HGJ 21289)。
3 阻火器的分类
阻火器因结构形式不同分为:
金属网型阻火器: 以不同目数的金属丝网重叠起来组成阻火层。这种阻火器由于本身结构达不到阻火性能, 已被取代。
波纹型阻火器: 这种结构阻火器由不同的波纹板和平板缠绕成不同规格孔隙的阻火层, 阻火层上由相同尺寸的三角形孔隙阻成, 波纹的高度根据阻止火焰速度设计, 因此制造较为简单, 能阻止爆燃和爆轰火焰通过, 被广泛应用。
泡沫金属型阻火器: 阻火器的阻火层用多孔隙的泡沫金属, 其结构与多孔隙的泡沫塑料相似。其金属中铬的含量不少于15% , 不大于40% , 容重不小于015g/cm3。其优点体积小, 重量轻, 但阻力大, 易堵塞。
平行板型阻火器: 阻火器的阻火层由不锈钢薄板垂直平行排列而成, 板间隙在013～ 017mm 之间而形成许多细小的通道。这种结构能承受较猛烈的爆炸。它易于制造和清理, 但体积大, 流阻大。
多孔板型阻火器: 阻火器的阻火层用不锈钢薄板水平方向重叠而成, 板上有许多细小的缝隙或许多细小的孔眼, 而形成了许多有规律的通道。板与板之间有016mm 的间隙, 形成固定的间距, 这种阻火器的阻力小,, 但不能承受猛烈的爆炸。
水封型阻火器: 水封用于阻止、节制气流。其原理是利用水位差的性能来阻止火焰通过, 因为火焰通过水封层时吸收大量热量, 迫使火焰熄灭。适用于阻止爆燃火焰通过, 其结构简单, 体积大, 因此使用上有其局限性。
充填型阻火器: 其阻火层为充填物砾石、陶瓷环和玻璃珠等充填物、利用充填物之间的空隙阻止火焰通过。充填型阻火器结构简单, 但流阻大, 能有效阻止爆轰火焰通过。
1 的阻火机理
大多数阻火器是由能够通过气体的许多细小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小, 小到能使火焰被熄灭。火焰能够被熄灭的机理是传热作用和器壁效应。
1.1 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。由于通道的传热面积大, 火焰通过通道壁进行热交换后, 温度下降, 达到一定程度火焰可以熄灭。根据英国罗卜尔(M ·Roper) 对波纹型阻火器进行的试验表明, 当把阻火器材料的导热性提高460 倍时, 其熄灭直径仅改变216%。这说明材质问题是次要的。也就是说传热作用是熄灭火焰的一种原因, 但不是主要的原因。
1.2 器壁效应
根据燃烧与爆炸连锁反应理论, 认为燃烧与爆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、化学能等) 的激发下, 使分子键受到破坏, 产生具备反应能力的分子(称为活性分子) , 这些活性分子发生化学反应时, 首先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的结果除了生成物之外, 还能产生新的自由基。这些新的自由基反复地反应, 又消耗又生成, 不断地进行下去。由此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。
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撞几率反而增加,, 这样就促使自由基反应减低。当通道尺寸减少到某一数值时, 这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件, 火焰即被阻止。因此器壁效应是阻止火焰的主要机理。
2 阻火器的选型
2.1 阻火器按用途选型:
阻火器按用途可分储罐阻火器、加油站阻火器、加热炉阻火器、火炬阻火器、放空管阻火器、煤气输送管阻火器等。
2.2 阻火器按安装位置选型
管端阻火器: 安装在排气管的端部;
管道阻火器: 安装在管道中间位置。
2.3 阻火器按阻止火焰速度选型
阻爆燃型阻火器: 能阻止以亚音速传播的爆炸火焰通过;
阻爆轰型阻火器: 能阻止以冲击波为特征、以超音速传播的爆炸火焰通过。
2.4 阻火器按气体分级选型:
适用于I 级气体的阻火器;
适用于IIA 级气体的阻火器;
适用于IIB 级气体的阻火器;
适用于IIC 级气体的阻火器( 气体分级见HGJ 21289)。
3 阻火器的分类
阻火器因结构形式不同分为:
金属网型阻火器: 以不同目数的金属丝网重叠起来组成阻火层。这种阻火器由于本身结构达不到阻火性能, 已被取代。
波纹型阻火器: 这种结构阻火器由不同的波纹板和平板缠绕成不同规格孔隙的阻火层, 阻火层上由相同尺寸的三角形孔隙阻成, 波纹的高度根据阻止火焰速度设计, 因此制造较为简单, 能阻止爆燃和爆轰火焰通过, 被广泛应用。
泡沫金属型阻火器: 阻火器的阻火层用多孔隙的泡沫金属, 其结构与多孔隙的泡沫塑料相似。其金属中铬的含量不少于15% , 不大于40% , 容重不小于015g/cm3。其优点体积小, 重量轻, 但阻力大, 易堵塞。
平行板型阻火器: 阻火器的阻火层由不锈钢薄板垂直平行排列而成, 板间隙在013～ 017mm 之间而形成许多细小的通道。这种结构能承受较猛烈的爆炸。它易于制造和清理, 但体积大, 流阻大。
多孔板型阻火器: 阻火器的阻火层用不锈钢薄板水平方向重叠而成, 板上有许多细小的缝隙或许多细小的孔眼, 而形成了许多有规律的通道。板与板之间有016mm 的间隙, 形成固定的间距, 这种阻火器的阻力小,, 但不能承受猛烈的爆炸。
水封型阻火器: 水封用于阻止、节制气流。其原理是利用水位差的性能来阻止火焰通过, 因为火焰通过水封层时吸收大量热量, 迫使火焰熄灭。适用于阻止爆燃火焰通过, 其结构简单, 体积大, 因此使用上有其局限性。
充填型阻火器: 其阻火层为充填物砾石、陶瓷环和玻璃珠等充填物、利用充填物之间的空隙阻止火焰通过。充填型阻火器结构简单, 但流阻大, 能有效阻止爆轰火焰通过。
4 阻火器性能要求
管端阻火器的阻火性能应达到GB5908《石油储罐阻火器阻火性能和试验方法》规定: ①阻火器壳体应能承受不小于019M Pa 的水压, 无泄漏, 无裂痕或{yj}变形; ②阻火器应能连续阻爆试验13 次, 每次都能阻火; ③阻火器应能经受耐烧试验1h, 在此期间无回火。
管道阻火器的阻火性能应达到GB13347《石油气体管道阻火器阻火性能和试验方法》规定: ①阻火器壳体应能承受115 倍于设计压力的水压试验, 无渗漏,; ②阻爆燃型阻火器必须连续经受13 次阻爆燃试验, 每次必须阻止亚音速火焰通过; ③阻爆轰型阻火器必须连续经受13 次阻爆轰试验, 每次必须阻止超音速火焰通过。
管端阻火器的阻火性能应达到GB5908《石油储罐阻火器阻火性能和试验方法》规定: ①阻火器壳体应能承受不小于019M Pa 的水压, 无泄漏, 无裂痕或{yj}变形; ②阻火器应能连续阻爆试验13 次, 每次都能阻火; ③阻火器应能经受耐烧试验1h, 在此期间无回火。
管道阻火器的阻火性能应达到GB13347《石油气体管道阻火器阻火性能和试验方法》规定: ①阻火器壳体应能承受115 倍于设计压力的水压试验, 无渗漏,; ②阻爆燃型阻火器必须连续经受13 次阻爆燃试验, 每次必须阻止亚音速火焰通过; ③阻爆轰型阻火器必须连续经受13 次阻爆轰试验, 每次必须阻止超音速火焰通过。
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