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          史上最全阻火器培訓教材

          2020-10-7 22:18:37      點擊:

          1  阻火器的作用及工作原理

          1.1 阻火器的作用

          阻火器是用來阻止易燃氣體、液體的火焰蔓延和防止回火而引起爆炸的安全裝置。通常裝在輸送或排放易燃易爆氣體的儲罐和管線上。作用是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設備、管道內或阻止火焰在設備、管道間蔓延。阻火器是應用火焰通過熱導體的狹小孔隙時,由于熱量損失而熄滅的原理設計制造。阻火器的阻火層結構有礫石型、金屬絲網型或波紋型。

          石油化工裝置的設計中,阻火器是用于阻止可燃氣火焰繼續傳播的安全裝置,自1928 年首先應用于石油工業以來,由于其簡便易行而被石油及化工裝置大量采用。國內石油化工裝置中,阻火器應用已很普通,但在裝置設計中,尤其是在線(管道) 阻火器選型中的某些細節問題還容易被忽視。

          1.2 阻火器的工作原理

          關于阻火器的工作原理,目前主要有兩種觀點:一是基于傳熱作用;一是基于器壁效應。

          1、傳熱作用

          燃燒所需要的必要條件之一就是要達到一定的溫度,即著火點。低于著火點,燃燒就會停止。依照這一原理,只要將燃燒物質的溫度降到其著火點以下,就可以阻止火焰的蔓延。當火焰通過阻火元件的許多細小通道之后將變成若干細小的火焰。設計阻火器內部的阻火元件時,則盡可能擴大細小火焰和通道壁的接觸面積,強化傳熱,使火焰溫度降到著火點以下,從而阻止火焰蔓延。

          2、器壁效應

          燃燒與爆炸并不是分子間直接反應,而是受外來能量的激發,分子鍵遭到破壞,產生活化分子,活化分子又分裂為壽命短但卻很活潑的自由基,自由基與其它分子相撞,生成新的產物,同時也產生新的自由基再繼續與其它分子發生反應。當燃燒的可燃氣通過阻火元件的狹窄通道時,自由基與通道壁的碰撞幾率增大,參加反應的自由基減少。當阻火器的通道窄到一定程度時,自由基與通道壁的碰撞占主導地位,由于自由基數量急劇減少,反應不能繼續進行,也即燃燒反應不能通過阻火器繼續傳播。

          2 阻火器的分類

          2.1 按性能分類

          1、阻爆燃型阻火器:用于阻止亞聲速傳播的火焰蔓延。

          2、阻爆轟型阻火器:用于阻止聲速和超聲速傳播的火焰蔓延。

          2.2 按使用場所分類

          1、放空阻火器:安裝在儲罐(或槽車)的放空管道上,用以防止外部火焰傳入儲罐(或槽車)內,分為管端型和普通型。

          (1)管端型:一端與大氣相通,為防止灰塵和雨水進入阻火器內部,頂部安裝由溫度控制開啟的防風雨帽。管端型放空阻火器為阻爆燃型。

          (2)普通型:兩端與管道相連,通過下游管道與大氣相通。分為阻爆燃型和阻爆轟型。

          2、管道阻火器:安裝在密閉管路系統中,用以防止管路系統一端的火焰蔓延到管路系統的另一端。分為阻爆燃型和阻爆轟型。

          2.3 按結構分類

          1、充填型阻火器:又稱填料型阻火器。

          2、板型阻火器:有平行板型和多孔板型兩種。

          3、金屬網型阻火器:這種類型的阻火器熄滅火焰的能力有限,目前已很少使用。

          4、液封型阻火器:這類阻火器的特點是可以用于含有少量固體粉粒的物料體系。

          5、波紋型阻火器。

          以上5種類型的阻火器在工業實踐過程中,波紋型阻火器由于其穩定的性能而得到廣泛的應用。本規定以波紋型阻火器為例來說明阻火器的選用、安裝和維護。

          3 阻火器的設置

          3.1 放空阻火器的設置

          1、石油油品儲罐阻火器的設置按《石油庫設計規范》(GBJ74-84)規定執行。

          2、化學油品的閃點≥43℃的儲罐(和槽車),其直接放空管道(含帶有呼吸閥的放空管道)上設置阻火器。

          3、儲罐(和槽車)內物料的最高工作溫度大于或等于該物料的閃點時,其直接放空管道(含帶有呼吸閥的放空管道)上設置阻火器。最高工作溫度要考慮到環境溫度變化、日光照射、加熱管失控等因素。

          4、可燃氣體在線分析設備的放空匯總管上設置阻火器。

          5、進入爆炸危險場所的內燃發動機排氣口管道上設置阻火器。

          3.2 管道阻火器的設置

          1、輸送有可能產生爆燃或爆轟的爆炸性混合氣體的管道(應考慮可能的事故工況),在接收設備的入口處設置管道阻火器。

          2、輸送能自行分解爆炸并引起火焰蔓延的氣體物料的管道(如乙炔),在接收設備的人口或由試驗確定的阻止爆炸最佳位置上,設置管道阻火器。

          3、火炬排放氣進入火炬頭前應設置阻火器或阻火裝置。

          4、其它應設置管道阻火器的場合。

          4 阻火器的選用

          4.1 阻火器的選用步驟

          1、根據使用場所決定采用放空阻火器還是管道阻火器。

          2、確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器。

          火焰波在管道內的傳播速度不僅與介質種類、所在管道的溫度、壓力有關外,還與阻火器與點火源之間的距離、安裝位置、阻火器與點火源間的管道形狀有關。因此選用的阻火器阻火元件的通道直徑要能阻止這種情況下的火焰蔓延,這就需要確定是采用阻爆燃型還是阻爆轟型阻火器,通常由試驗或根據經驗來確定。

          3、根據介質在實際工況條件下的MESG值來選用合適規格的阻火器。

          (1)最大實驗安全間隙MESG值

          火焰通過阻火元件的細小通道并在通道內降溫。當火焰被分割小到一定程度時,經通道移走的熱量足以將溫度降到可燃物燃點以下,使火焰熄滅;蛴善鞅谛忉,當通道窄到一定程度時,自由基與管道壁的碰撞占主導地位,自由基大量減少,燃燒反應不能繼續進行。因此,把在一定條件下(0.1 MPa,20 ℃)剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為“最大實驗安全間隙”(縮寫為MESG:Maximum Experimental Safe Gap)。阻火元件的通道尺寸是決定阻火器性能的關鍵因素,不同氣體具有不同的MESG值。因此,在選擇阻火器時,應根據可燃氣體的組成確定其MESG值。在具體選擇時,又根據MESG值將氣體劃分為幾個等級。目前國際上經常采用兩類方法。一是美國全國電氣協會(NEC)的分類法,它根據氣體的MESG值將氣體分為四個等級(A、B、C、D);另一類是國際電工協會(IEC)的方法,它也將氣體分為四個等級(ⅡC、ⅡB、ⅡA及Ⅰ)。兩種標準劃分的各類氣體的MESG 值及測試氣體如表1所示。

          國標《爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求》GB 3836.1-83中,對爆炸性氣體混合物按最大試驗安全間隙(MESG)分成不同的技術安全等級,見表2。

          在選用阻火器時,即可在設計規定使用的規范中首先查出所用可燃氣體的等級,然后根據該組氣體對應的MESG 值來選擇相應的阻火元件。

          (2)混合氣體MESG值的確定

          在化工裝置設計中,經常會遇到混合可燃性氣體。在這種情況下,可根據混合氣體的具體組成來確定選用依據。表3給出不同的可燃性氣體混合后可能出現的幾種情況以及選用建議。

          對于混合可燃氣體選取MESG時,應更加慎重。當可燃混合氣體的組分之間有可能發生反應時,最安全的方法是將氣體組成及操作條件提供給專業制造廠,由制造廠根據模擬實驗確定MESG值。另外,雖然理論上選用所有可燃氣體中MESG值最小的阻火器可能是安全的,但在實際應用中,還要考慮整個管路系統(尤其是管道阻火器)是否對該元件有壓力降要求。因為MESG值越小,通過阻力越大,有可能需要擴大阻火器直徑以達到工藝要求。

          (3)阻火器的鑒定書上已注明該產品適用的MESG值。因此,選用阻火器的原則是要求介質在操作工況下的MESG值大于阻火器鑒定書上標明的MESG值。

          例如阻火器的鑒定書上標明適用的MESG值為0.65mm,這表明該產品適用于在操作工況(溫度、壓力和管徑大小、管道長度、配管形狀及安裝位置等)下的MESG值大于。65mm的介質。MESG值比0.65mm小的介質不能選用該產品。

          (4)對于有多種可燃性氣組成的混合氣,選用阻火器要進行試驗,以確定混合氣體的MESG值。若沒有試驗條件,則按混合氣各組份中最小的MES G值來確定阻火器。

          4、根據介質的火焰速度確定阻火器

          火焰速度是指阻火器入口處的速度,火焰速度與介質和操作工況(溫度、壓力和管徑大小、管道長度和形狀及安裝位置等)有關,若資料中查找不到,則需要進行實際測試。

          阻火器的鑒定書中應注明該產品能阻止的最大火焰速度。確定阻火器的原則是介質的火焰速度應小于鑒定書上注明的最大火焰速度。

          4.2 阻火器的壓力降校核

          根據初選的阻火器的型號和管內介質的流量,查閱阻火器產品資料中的“流量-壓力降曲線”,是否滿足工藝過程的要求。

          4.3 選擇阻火器類型的影響因素

          阻火器選擇得當,就會在一定的條件下起到阻止火焰傳播的作用。但是,每種阻火器都有其特定的工作范圍,只能在一定的條件下起到安全保護作用,并不是任何情況下都能阻止火焰的傳播。

          每種阻火器都應標出其阻火元件的通道尺寸,它只能用于MESG值大于該值的氣體,否則會完全失效;每種阻火器在特定的條件下都有一定的阻火時間,當火焰端燃燒時間超過其阻火時間時,阻火器也會失效;對于在線型阻火器的選用更要注意由于安裝位置不同而引起的選型變化,否則可能會因起不到預想的效果而埋下安全隱患。

          1、火源距離的影響

          火焰在充滿可燃氣體管道中的傳播速度隨火焰的傳播有很大的變化。如果點燃充滿可燃氣體的水平管道的一端,火焰首先傳向管壁,然后迅速向還末引燃的氣體傳播,燃燒產生的熱量使得燃燒氣體迅速膨脹,氣體膨脹又導致可燃氣體前端被壓縮,產生“壓升”(pressure piling)現象;鹧媲岸藲怏w被壓縮,密度增加,燃燒傳播速度加快,燃燒時產生的熱量增多,導致可燃氣體前端更劇烈的“壓升”。由于火焰在管道中傳播的這一特性,使得火焰的傳播速度可以從零加速至聲速甚至超聲速,火焰前端壓力也可增至約20 MPa。因此,火源點距阻火器的距離對阻火器的選擇有很大影響。如果阻火器距火源較遠,那么燃燒就有了一定的加速距離,可能會由爆燃轉變為爆轟,火焰前端壓力的增加,對阻火元件耐壓能力提出了更為嚴格的要求。不同制造商的產品可能會有不同。表4以ENARDO公司生產的阻火器為例,列出火源距離的影響。

          從表4可以看出,即使對同種可燃氣體,在相同工況下,僅僅因安裝位置不同,在阻火器制造強度和阻火時間的選擇上就會有很大差異。因此在選用在線阻火器時,要十分注意安裝位置的影響,在滿足工藝條件的情況下,應盡可能使之靠近火源點,以降低對阻火器的制造要求,在保證安全的前提下,提高經濟性。

          2、彎頭的影響

          管道中的彎頭對火焰的傳播起加速作用,這是設計時常被忽略的事項。不同制造商的產品可能會有不同,表5以ENARDO公司生產的阻火器為例,說明彎頭對阻火器選型的影響。

          由表5可以看出,彎頭的影響因氣體種類和火源距離而異,并且當彎頭多于1個時,情況變得復雜起來,需要模擬管線的真實情況,通過試驗來選定。因此在工藝允許的條件下,應盡量減少火源與阻火器之間的彎頭數。

          3、阻火器的殼體要能承受介質的壓力和允許的溫度,還要能耐介質的腐蝕。

          4、填料要有一定強度,且不能和介質起化學反應。

          5、阻火器主要是根據介質的化學性質、溫度、壓力來選用合適的阻火器。

          一般介質,使用壓力小于等于1.0MPa,溫度小于80℃時均采用碳鋼鍍鋅鐵絲網阻火器。特殊的介質如乙炔氣管道,特別是壓力大于0.15MPa的高壓乙炔氣管道上,采用特殊的阻火器。

          5 阻火器安裝的注意事項

          5.1 阻火器應安裝在接近點火源的部位。

          5.2 放空阻火器應盡量靠近管道末端設置,同時要考慮檢修方便。一般選用管端型放空阻火器; 如果選用普通型放空阻火器,應考慮到由于阻火器下游接管的配管長度、形狀對阻火器性能選型(阻爆燃型還是阻爆轟型)的影響,并根據介質工況和安裝條件來確定普通型放空阻火器的規格。

          5.3 安裝管道阻爆轟阻火器時,要注意其“爆轟波吸收器”應朝向有可能產生爆轟的方向,否則將失去阻爆轟的作用。見圖1所示。



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