阻火器的选用
1 阻火器的工作原理
关于阻火器的工作原理,目前主要有两种观点:一是基于传热作用;一是基于器壁效
应。
1. 1 传热作用
燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度,即着火点。低于着火点,燃烧就
会停止。依照这一原理,只要将燃烧物质的温度降到其着火点以下,就可以阻止火焰的蔓
延。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部
的阻火元件时,则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积,强化传热,使火焰温度降到
着火点以下,从而阻止火焰蔓延。
1. 2 器壁效应
燃烧与爆炸并不是分子间直接反应,而是受外来能量的激发,分子键遭到破坏,产生
活化分子,活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基,自由基与其它分子相撞,生成
新的产物,同也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过阻火
元件的狭窄通道时,自由基与通道壁的碰撞几率增大,参加反应的自由基减少。当阻火器
的通道窄到一定程度时,自由基与通道壁的碰撞占主导地位,由于自由基数量急剧减少,
反应不能继续进行,也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。
2 阻火器的分类
目前有几类分类
方法
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。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。
3 阻火器的选用
3. 1 最大实验安全间隙—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,经
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“最大实验安全间隙”(MESG,Maxi 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其MESG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,
它根据气体的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 及I) 。
3. 2 混合气体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。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,最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
值最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。
3. 3 选择阻火器类型的影响因素
3. 3. 1 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”
(pressure piling) 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
20 MPa 。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。不同制造商的产品可能会有不同,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,在保证安全的
前提下,提高经济性。
3. 3. 2 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,
表
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4 以ENARDO 公司生产的阻火器为例,说明弯头对阻火器选型的影响。
表4 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 无
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
在线型
IEC: ⅡB 1 个 标准在线型
多个 情况复杂,不能确定
NEC:B 无 标准在线型
IEC: ⅡC 1 情况复杂,不能确定
多个 情况复杂,不能确定
注:火源与阻火器间距离为2 m。
由表4 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,需要模拟管线的真实情况,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。
4 结束语
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。