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          氫氣阻火器的構造和原理維修和保養

          2020-10-7 23:26:41      點擊:
          一、阻火器構成





          阻火器是用來阻止易燃氣體和易燃液體蒸汽的火焰蔓延的安全裝置。一般安裝在輸送可燃氣體的管道中,或者通風的槽罐上,阻止傳播火焰(爆燃或爆轟)通過的裝置,由阻火芯、阻火器外殼及附件構成。



          二、阻火器原理





          阻火器分上下兩個殼體,兩個殼體中間設置阻火芯。殼體由鋁合金鑄造而成,應有足夠的強度以防微爆產生的沖擊壓力。波紋型阻火器的阻火芯是用薄不銹鋼波紋帶與平帶共同卷制成盤裝,它的阻火能力僅僅取決于阻火芯上由波紋形成的三角形截面孔的大小和阻火層的厚度。


          目前,機械阻火器的工作原理有兩種理論。一種是熱理論,機械阻火器常由大量只允許氣體,但不允許火焰通過的細小通道或孔隙固定材料組成,當火焰進入這些細小通道后就會形成許多細小火焰流,由于通道或孔隙傳熱面積相對增大,火焰通過時加速了熱交換,使溫度迅速下降到著火點以下而使火焰熄滅。另一種是連鎖反應理論,可燃氣體在外界能源激發作用下,會因分子鍵受到破壞而產生活化分子,這些具有反應能力的活化分子發生化學反應時,首先分裂成自由基,這些自由基與反應分子碰撞幾率隨阻火器通道尺寸減小而下降,當通道尺寸減小到火焰最大熄滅直徑時,這種器壁效應就為阻止火焰繼續傳播創造了條件。



          三、阻火器分類





          1.根據性能
          (1)阻爆燃性阻火器:用于阻止亞聲速傳播的火焰蔓延。(2)阻爆轟性阻火器:用于阻止聲速和超聲速傳播的火焰蔓延。2.根據使用場所(1)放空阻火器:安裝在站場或閥室的放空管道上,用以防止外部火焰傳入管道,分為管端型和普通型。管端型:一端與大氣相通,為防止灰塵或雨水進入阻火器,頂部安裝防風雨帽,管端型放空阻火器為阻爆燃型。


          普通型:兩端與管道相連,通過下游管道與大氣相通,根據安裝位置可以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。根據安裝位置可以分為阻爆燃型和阻爆轟型。



          四、阻火器的性能及選用





          1.阻火性能參數

          a)氣體熄滅直徑。使火焰不能繼續傳播的阻火器的最大通道直徑稱為氣體熄滅直徑。氣體熄滅直徑大小取決于氣體種類,并直接關系到阻火器的阻火性能。在設計阻火器時,應根據可燃氣體燃燒速度選取熄滅直徑,一般以丙烷為設計參考,這種估算方法對大多數飽和烴和易燃氣體適用,但不適用燃燒速度更快的易燃氣體。一般來說,阻火層通道或孔隙直徑可按氣體熄滅直徑來選取,但由于爆燃火焰速度遠快于標準燃燒速度,因此,在實際設計中,阻火層通道或孔隙直徑按半氣體熄滅直徑選取,當然也可通過增加阻火層厚度來提高阻火器效能。阻火層的孔隙大小是影響阻火效能的重要因素,易燃氣體熄滅直徑大小直接關系到阻火層的孔隙尺寸。熄滅直徑可以通過實驗來測定,也可以通過熄滅間隙來近似估算,即:

          式中:d0—熄滅間隙,mm;Emin—最小點火能,mJ;D0—熄滅直徑,mm。   實驗表明,對于波紋型和金屬網型阻火器的阻火層,其波紋高度和孔網直徑一般不得超過熄滅直徑的一半,即:

          式中:hm—波紋(形狀為等腰或等邊三角形)高度或網孔直徑,mm。   經計算,甲烷—空氣混合氣的標準燃燒速度為0.365m/s,其熄滅直徑為3.65mm。用于天然氣放空系統的波紋型或金屬網型阻火器的阻火層,其波紋高度或孔網直徑不得大于1.82mm。b)點火距離。在一端開口的管道內,點火方式可以分為靠近開口端點火、靠近閉口端點火或靠近阻火器處點火等3種情形。無論何種點火方式,阻火器內火焰傳播速度均取決于可燃氣體的性質和點火點與阻火器之間的距離(即點火距離)。在相同的點火距離下,不同性質氣體的火焰傳播速度并不相同,同一種氣體的火焰傳播速度隨點火距離的增大而迅速提高。因此,為降低火焰傳播速度,應盡可能縮短點火距離。一般來說,點火距離應不超過10m,在某種特殊情況下需要超過10m時,則管道和阻火器應能承受3.5MPa以上的壓力,并設有泄爆孔。c)阻火層厚度。對于金屬網型和多孔板型阻火器,阻火層能有效阻止火焰傳播的最大速度可按以下經驗公式進行估算:                      

          式中:vm—阻火器能阻止火焰傳播的最大速度,m/s;a—有效面積比,即阻火層實際面積與阻火層空隙面積之比;y—阻火層厚度, cm;dm—阻火層孔眼直徑,cm。用于圓形孔眼, dm表示直徑;用于方形孔眼, dm表示寬度;用于三角形孔眼波紋型阻火層,dm表示水力直徑,并可按下式進行估算:

          式中:Str—三角形孔眼的面積,cm2;Ptr—三角形孔眼的周長,cm。從式(3)可以估算一個設計好的阻火器的臨界阻火速度,也可以根據瓦斯燃燒火焰傳播的最大速度,設計瓦斯抽放系統中阻火器的阻火層厚度。放空系統阻火器的安裝位置及阻火器的規格還要從火焰傳播規律、放空管網的特點、安裝檢修方便等方面來綜合考慮。
          2.選用2.1使用場所根據使用場所決定采用放空阻火器還是管道阻火器。2.2性能火焰波在管道內的傳播速度不僅與介質種類、溫度、壓力有關,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。2.3MESG值(1)國標《爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求》(GB3836.1—83)中,對爆炸性氣體混合物按最大安全間隙(MESG)分成不同的技術安全等級,見表1。 表1 最大安全間隙(MESG)的分級
          級別 最大安全間隙(MESG), mm 阻火元件的間隙不大于,mm
          IIA  MESG≥0.9 0.9
          IIB  0.5<MESG<0.9 0.5
          IIC  MESG≤0.5 ≤MESG
           各種介質的MESG值與工作壓力、工作溫度及安裝位置距點火源的距離和配管情況有關,但標準狀況(1bar, 20℃)下由標準試驗裝置測得的MESG值可在有關資料中查到。
          乙炔、氫氣、二硫化碳等氣體的爆炸火焰穿越間隙時傳爆能力很強,即其最大試驗安全間隙值較小,如氫氣MESG是0.29mm,甲烷等烷類物質的傳爆能力較弱,其相應的MESG值較大,如甲烷MESG是1.14,丁烷是0.98mm,乙烯是0.65。

          (2)阻火器的鑒定書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0.65mm的介質。MESG值比0.65mm小的介質不能選用該產品。(3)對于有多種可燃氣體組成的混合氣,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,則按混合氣各組分中最小的MESG值來選用阻火器。2.4火焰速度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、管徑大小、管道長度、配管形狀及安裝位置等)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。2.5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流量-壓力曲線是否滿足工藝過程的要求。測試方法詳見《石油氣體管道阻火器 GB/T13347-2010 。


          五、阻火器在燃氣管道的安裝





          1.阻爆燃型阻火器的安裝位置宜靠近火源;阻爆轟型阻火器的安裝位置應遠離火源。不同公稱直徑的阻爆轟型阻火器,所要求的距火源最小安裝距離見表3。表3  阻爆轟型阻火器距火源最小安裝距離
          公稱直徑DNmm 最小安裝距離m 公稱直徑DNmm 最小安裝距離m 公稱直徑DNmm 最小安裝距離m
          15 0.5 40 3.0 100 10.0
          20 1.0 50 4.0 125 10.0
          25 1.5 65 6.0 150 10.0
          32 2.0 80 8.0 200 10.0
          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,應考慮到由于下游接管的配管長度、形狀對阻火器選型(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。3.安裝管道阻爆轟型阻火器時,要注意其爆轟波吸收器應朝有可能產生爆轟的方向,否則將失去阻爆轟的作用。4.阻火器與管道的連接一般為法蘭形式,小直徑的管道采用螺紋連接。


          六、結語





          不同類型的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。因此在阻火器的選用過程中,應該清楚阻火器的阻火原理及分類方法,根據可燃氣體類型和實際工況,確定適宜的阻火器,從而保證燃氣設施設備的安全。
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