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化工管道阻火器核心功能與工作原理 |
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| 詳細(xì)介紹 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
化工管道阻火器核心功能與工作原理 在石油化工、天然氣輸送、制藥等工業(yè)領(lǐng)域，可燃?xì)怏w或蒸汽的管道系統(tǒng)中潛藏著爆炸風(fēng)險(xiǎn)。管道阻火器（Flame Arrester）作為一道關(guān)鍵的安全屏障，能夠有效阻斷火焰?zhèn)鞑ィ苊鉃?zāi)難性事故的發(fā)生。本文將從原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及選型維護(hù)等角度，解析這一重要安全裝置。阻火器是一種用來(lái)阻止和易燃液體蒸汽的火焰蔓延的安全裝置，它允許氣體通過(guò)而阻止火焰通過(guò)。最初被應(yīng)用在石油工業(yè)中，以后又廣泛應(yīng)用于礦山、煤礦、水運(yùn)及化學(xué)工業(yè)中。阻火器主要由殼體和濾芯兩部分組成，其中濾芯是阻止火焰?zhèn)鞑サ闹饕獦?gòu)件，按濾芯不同可分為充填型阻火器、板型阻火器、金屬網(wǎng)阻火器、波紋型阻火器及液封型阻火器等。以常見的波紋型阻火器為例，其濾芯是用薄不銹鋼波紋帶與平帶共同卷制成盤狀（圖1）,它的阻火能力僅僅取決于濾芯上由波紋形成的三角形截面孔的大小和濾芯的厚度。當(dāng)火焰通過(guò)濾芯時(shí)將被這些三角形截面孔切分成若干細(xì)小的火焰，擴(kuò)大了火焰與通道壁的接觸面積,強(qiáng)化了傳熱,使得火焰溫度降到著火點(diǎn)以下,從而阻止火焰蔓延。另外由于器壁效應(yīng)，當(dāng)燃燒的可燃?xì)馔ㄟ^(guò)阻火元件的狹窄通道時(shí)，自由基與通道壁的碰撞幾率增大,參加反應(yīng)的自由基減少。當(dāng)阻火器的通道窄到一定程度時(shí)，自由基與通道壁的碰撞占主導(dǎo)地位,由于自由基數(shù)量急劇減少,從而扼制火焰向未燃?xì)怏w傳播。
三 、化工管道阻火器核心功能與工作原理阻火器選型 在一定的條件下，合適的阻火器能起到有效阻止火焰?zhèn)鞑サ淖饔茫牵糠N阻火器都有其特定的工作范圍，超出其工作范圍,就無(wú)法保證阻火效果，因此需要對(duì)阻火器進(jìn)行選型。選型中首先需要確定阻火器的使用位置、介質(zhì)類型(爆炸級(jí)別)以及操作工況(壓力、溫度)等三項(xiàng)基本因素。然后根據(jù)阻火器的使用場(chǎng)所進(jìn)行管道/管端阻火器的劃分，根據(jù)安裝位置、介質(zhì)類型和操作工況確定燃燒工況，完成阻火器初步選型。在初步選型確認(rèn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)其他參數(shù)，諸如阻火器連接方式、阻火器通氣量、阻火器允許壓降、阻火器殼體/阻火芯材質(zhì)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、同心/偏心設(shè)計(jì)以及是否需要伴熱夾套等具體要求，最終完成阻火器選用。在以上阻火器選用涉及的參數(shù)中,工況簡(jiǎn)單的可以根據(jù)工藝直接確定，而實(shí)際工程設(shè)計(jì)中工況都比較復(fù)雜,介質(zhì)通常為氣體混合物,燃燒工況也復(fù)雜多樣,因此,阻火器的選用需要慎重考慮。這里僅介紹兩種影響因素：
1.介質(zhì)類型： GB 50058《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.4.1中規(guī)定:爆炸性氣體混合物應(yīng)按其試驗(yàn)安全間隙(MESG)或最小點(diǎn)燃電流比(MICR)分級(jí)。通常，阻火器選用過(guò)程中對(duì)介質(zhì)類型的確定一般按照介質(zhì)MESG值來(lái)劃分。根據(jù)GB 3836.11《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備第11部分:由隔爆外殼“d"保護(hù)的設(shè)備》，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件下，空腔內(nèi)所有濃度的被試驗(yàn)氣體或蒸汽與空氣的混合物點(diǎn)燃后，通過(guò)25mm長(zhǎng)的火焰通路均不能點(diǎn)燃外部爆炸性混合物的內(nèi)空腔兩部分之間的間隙。不同的氣體介質(zhì)有不同的MESG值，EN ISO16852《阻火器性能要求、測(cè)試方法和使用限制》將爆炸性氣體混合物按其MESG值劃分為ⅡA1、IA、IB1、IB2、IB3、ⅡB、ⅡC等7個(gè)爆炸等級(jí)1，見表1。 不同爆炸級(jí)別的介質(zhì)危險(xiǎn)程度不同,對(duì)應(yīng)的阻火器產(chǎn)品也不同。氣體介質(zhì)的MESG值越小,相應(yīng)阻火器的使用工況越嚴(yán)苛,阻火器設(shè)計(jì)難度和成本越高。因此,在阻火器選型之前,確認(rèn)氣體介質(zhì)的MESG值尤為重要。 2.燃燒工況： 在管道足夠長(zhǎng)且燃燒足夠快的條件下，火焰會(huì)依次經(jīng)歷爆燃、不穩(wěn)定爆轟、穩(wěn)定爆轟等幾個(gè)燃燒階段(圖3)。低壓爆燃階段，速度一般可達(dá)到112m/s，壓力為0.1MPa;中壓爆燃階段，速度一般可達(dá)到20Om/s，壓力為0.4MPa;高壓爆燃階段，速度一般可達(dá)到30Om/s，壓力為2MPa;爆轟階段，速度一般可達(dá)到1900m/s,壓力為3.5MPa;過(guò)度爆轟階段,速度一般可達(dá)到2300m/s,壓力為21MPa;穩(wěn)定爆轟階段,速度一般可達(dá)到1830m/s，壓力為35MPa。這是由于燃燒過(guò)程中產(chǎn)生“壓升"現(xiàn)象，當(dāng)點(diǎn)燃充滿可燃?xì)怏w的水平管道的一端時(shí)，火焰首先傳向管壁，然后迅速向還未引燃的氣體傳播，燃燒產(chǎn)生的熱量使得燃燒氣體迅速膨脹，氣體膨脹又導(dǎo)致可燃?xì)怏w前端被壓縮，因而產(chǎn)生“壓升"。 火焰前端氣體被壓縮，密度增加，燃燒傳播速度加快，燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量增多，導(dǎo)致可燃?xì)怏w前端更劇烈地“壓升"。通常，如果阻火器距火源較遠(yuǎn)，那么火焰爆燃可能就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z火焰前端壓力增加會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的危險(xiǎn)系數(shù)大大增加，同時(shí)對(duì)阻火器的阻火和耐壓能力要求也更為嚴(yán)苛。 若選用了錯(cuò)誤的阻火器，將會(huì)成為安全生產(chǎn)的重大隱患,因此，必須嚴(yán)格根據(jù)燃燒工況選擇阻爆燃型或阻爆轟型的阻火器。不過(guò)在實(shí)際工程應(yīng)用中,由于混合介質(zhì)較為復(fù)雜,管道情況和火焰點(diǎn)位置都難以確定,無(wú)法對(duì)不同條件下的阻火器選型作出明確的規(guī)定,通常需通過(guò)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和積累的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行具體分析。 另外需要注意的是，由于管道中的彎頭對(duì)火焰?zhèn)鞑?huì)起加速作用，因此，在阻火器的選型過(guò)程中要充分考慮這一因素。當(dāng)彎頭數(shù)量超過(guò)1個(gè)時(shí),燃燒工況就變得較為復(fù)雜，需要模擬管線的真實(shí)情況，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。若無(wú)試驗(yàn)條件，為安全起見，一般要求選用爆轟型阻火器。因此，在工藝允許的條件下,應(yīng)盡量減少火源與阻火器之間的彎頭數(shù)量。
一、核心功能與工作原理管道阻火器的核心使命是阻止火焰通過(guò)管道蔓延。當(dāng)管道內(nèi)因意外點(diǎn)火或回火引發(fā)燃燒時(shí)，火焰會(huì)以每秒數(shù)百米的速度擴(kuò)散，引發(fā)連鎖爆炸。阻火器通過(guò)其內(nèi)部的阻火元件（通常為金屬波紋板、絲網(wǎng)或蜂窩結(jié)構(gòu)），將火焰分解為微小渦流，加速熱量散失，最終使火焰溫度降至燃點(diǎn)以下，實(shí)現(xiàn)“窒息滅火"。ZGB-1不銹鋼防爆阻火器是用來(lái)阻止、液體的火焰蔓延和防止回火而引起爆炸，從而保證儲(chǔ)罐的安全。這類阻火器內(nèi)的阻火層常用不銹鋼帶或銅鎳合金材料壓制而成的波紋狀，波紋的大小由氣體性質(zhì)和阻止火焰速度決定。它的功能是允許易燃易爆氣體通過(guò)，對(duì)火焰有阻止窒息作用。 波紋形式一種是由兩個(gè)方向折成的波紋型的薄板材料組成，波紋之間分隔成許多小的孔隙和通道，給火焰提供了一條曲曲折折的通道。另一種由波紋薄板和平板交替纏繞在中心軸上，組成一疊帶有三角形孔隙阻火層，這種結(jié)構(gòu)的阻火層可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要生產(chǎn)不同直徑、不同厚度和不同孔隙的波紋阻火層。波紋結(jié)構(gòu)阻火器經(jīng)測(cè)試證明，阻火性能好，使用范圍廣，制造成本低，易于檢查和安裝等優(yōu)點(diǎn)，所以這種結(jié)構(gòu)的阻火器已被廣泛使用。不銹鋼防爆阻火器阻火層由幾層阻火層組成一個(gè)一個(gè)整體，但層與層之間不允許留有空隙，以防止火焰由間隙通過(guò)。 實(shí)驗(yàn)方法該阻火器徑中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與，其性能符合GB13347-92《石油氣管道阻火體器阻火性能和實(shí)驗(yàn)方法》的規(guī)定.阻火器連續(xù)13次以亞音速火焰試驗(yàn)，每次都能阻止火焰的通過(guò)，可滿足各種不同工藝管道的需要. 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范1、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB13347-92《石油氣體管道阻火器阻火性能和試驗(yàn)方法》、 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、該阻火器結(jié)構(gòu)合理，重量輕，耐腐蝕，阻爆性能合格 其科學(xué)原理基于兩點(diǎn)：
二、化工管道阻火器核心功能與工作原理典型結(jié)構(gòu)與分類現(xiàn)代管道阻火器通常由三部分構(gòu)成：
根據(jù)阻火能力分為兩類：
三、化工管道阻火器核心功能與工作原理關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景
典型案例包括煉油廠加氫裝置、化工廠反應(yīng)釜排氣系統(tǒng)、LNG儲(chǔ)運(yùn)終端等。
化工管道阻火器核心功能與工作原理主要零部件
外形結(jié)構(gòu)圖
化工管道阻火器核心功能與工作原理主要外形尺寸
美標(biāo)外形尺寸ANSI、API、ASME
化工管道阻火器核心功能與工作原理維修與保養(yǎng)為了確保不銹鋼防爆阻火器的性能達(dá)到安全使用目的，對(duì)阻火器應(yīng)定期性進(jìn)行檢查，保養(yǎng)。
四、化工管道阻火器核心功能與工作原理選型與安裝要點(diǎn) 選擇阻火器需綜合考慮五個(gè)要素：
五、化工管道阻火器核心功能與工作原理維護(hù)與檢測(cè)
阻火器需定期維護(hù)以確保效能：
六、化工管道阻火器核心功能與工作原理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)隨著工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，阻火器技術(shù)正向智能化發(fā)展：
化工管道阻火器核心功能與工作原理結(jié)語(yǔ)管道阻火器雖體積小巧，卻是工業(yè)安全鏈條中不可替代的一環(huán)。其價(jià)值不僅在于阻斷火焰，更在于通過(guò)預(yù)防重大事故，保護(hù)人員生命、設(shè)備資產(chǎn)及環(huán)境安全。隨著技術(shù)進(jìn)步，阻火器正從被動(dòng)防護(hù)轉(zhuǎn)向主動(dòng)安全，持續(xù)為工業(yè)安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。 |
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