阻火器管道阻火器的选用

阻火器的选用

（天津市精凯阀门制造有限公司）

工程师：李志强

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。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。