请输入搜索关键词!
您当前所在的位置: 首页 - 资讯 - 常见问题 -
选择管道阻火器需考虑的因素
2026-05-06
针对具体应用,选择合适的管道阻火器需要了解并考虑多个因素。了解上文中所说明的气体火焰在管道中的各种表现是考虑这些因素的基础。
当一种可燃混合气在管道中流动时,一个尤为重要的条件是回烧气体的速度;也就是在低压爆燃条件下,火焰逆流传播时,使火焰稳定的气体速度;这是指整个管道的“表观”气体平均速度 - 体积流速与流动截面积之比。如气体流速比烧回气体速度慢,火焰便可逆流传播。抗烧气体速度取决于气体类型及其空气 - 气体混合比以及温度和压力。在理想配比混合气中和标准的室内条件下,丙烷的烧回速度约为 32m/s,而氢气约为 20m/s。

如果送往火炬或废气燃烧炉中的气体速度低于火炬喷嘴或焚烧炉的烧回速度,那么火焰就会逆向运动,向工艺源方向移。如果气体速度只是稍稍低于烧回速度,火焰将缓慢地逆流运动。但是,在一条长管道中,如气体的速度为零,火焰将会加速,高速地逆燃。零流动,可使火焰传播变得极为剧烈。所有的阻火器产品,都应由制造厂家在静态(零)流动的情况下进行检验,以保证阻火器能够在最困难的火焰传播条件下(逆燃)工作。


初始操作压力
初始操作压力(IOP),是指在特定的管路系统中,可燃气体混合气的速度降到烧回速度以下时,可燃气体混合气的
绝对压力。IOP 一般低于系统的正常操作压力;例如,当某个蒸气控制系统正常工作时,因要使流动物流的速度高于工艺气体的烧回速度,那么系统压力就应在大气压力以上正常的操作压力范围内。但是,如在正常条件下或紧急条件下,关闭系统,工艺物流减速,压力也就降下来了。在速度为零之前的某个点,也可发生逆燃。在这种系统停车关闭的情况下或静态流动的情况下,系统的压力,便是此系统的 IOP 压力。
请记住,压力影响火焰:压力越高,每单位容量的火焰释放的能量越多。这相当于火焰强度越高,每单位容量的能量交换越高,火焰加速越快。一定气体的爆炸压力与初始绝对压力大致是成比例的,比如,使绝对压力加倍,等于使爆炸压力加倍。因此,在某个特定系统中,IOP 决定了两个与阻火器产品选择相关的问题。第一是与火焰在管道中传播距离相关的火焰的速度和压力。例如,某一理想配比的丙烷 - 空气混合气火焰,在大气压力下(绝对压力 101.3KPa),已传播了 10 米,火焰的速度约为 200m/s,压力大约为 800KPa(绝对压力)。如果 IOP 增加到 150.0KPa,在 10 米处火焰的速度和压力将分别为 300m/s 和 1200KPa。在这个示例中,静压力增加 50%,使得火焰头的速度和压力都增加了 50%。这一因素能够影响到点燃源和阻火器之间的距离,也就是说必须把阻火器放到距离点燃源较近的地方。也可要求使用阻火器设施而非其它。

受到 IOP 影响的第二个因素是能量,就是说为了熄灭火焰,一个阻火器必须吸收的每单位容量气体的能量。当工艺系统的压力增加时,每单位容量火焰释放的能量也增加。那么,也就意味着阻火器必须吸收更多的热量,才可充分降低火焰的温度。但因阻火器的热传递容量是一定的,这个任务阻火器很难完成。如果某处的 IOP 高于阻火器的设计或试验压力,那么阻火器便无法熄灭火焰。因此,为了保证正确选择阻火器并满足系统设计要求,制造厂家必须说明其阻火器能够处理的各种可燃气体混合气的最高初始操作压力(IOP)。每件阻火器产品,应在各种渐增压力下进行测试,以确定其对于常见的气体混合气 IOP 性能极限值。例如,标准的低压爆燃阻火器,可允许的最大 IOP,通常在大气压力的 5% 以上,或106.0KPa(15.4psig);而阻爆型阻火器则在 160KPa(23psig)。


瞬时动量压力
管路能够承受传播中的火焰产生的压力脉动,此压力脉动可能是管道最高设定压力的上千倍。这种由火焰传播产生的压力不是静压力,冲击波运动得非常快,其施加到管壁上的力量仅持续几分之一秒。而火焰压力是一种动态的冲击压力,被称为瞬时动量压力或 TMP。当冲击波经过时,气体前进的瞬时运动非常迅速,冲击波携带着巨大的动量(质量乘以速度)和动能(质量的二分之一乘以速度的平方)。任何改变动量方向的东西,如管子弯头、切断阀、鼓风机壳,或阻火设施,都通过动量传递能量。这种动量能量对设备可造成灾难性的影响。
标准阻火器,只针对低瞬时动量压力(TMPs)而设计,如果遇到很高的瞬时动量压力(TMPs),会造成阻火器的机械故障。BasCo 阻爆型阻火器,可应对任意量级的瞬时动量压力(TMPs)。


火焰稳定

火焰稳定有两种类型:无遮盖的和局限的。当某一可燃混合气,以一定的速度从密封的空间中排出,气体产生的无遮盖火焰是静止的,这就是无遮盖稳定火焰。例如,火焰燃烧时火焰顶部的静止火焰,就是无遮盖火焰稳定。如果由于某种原因,工艺物流的速度低于气体的烧回速度,火焰开始向火炬烟囱运动,然后可能会在阻火器设施处或管道的某处稳定下来,这种情况被称为局限火焰稳定(见图 18)。如果工艺物流的速度为零,火焰不会向火炬运动,而是会加速逆燃,可能引爆。逆燃过程中,系统内不太可能出现稳定的火焰,但有时也会有。



图 18 阻火器中稳定火焰的原理,从右向左流动


遇到火焰稳定性时,每种阻火器,因阻火器元件的材料类型和质量不同,其使用也不尽相同。用户应与阻火器制造厂家联系,了解其产品如何应对火焰稳定性。由于火焰是稳定的,对付逆燃的一个好的方法是,在阻火器的外露侧,安装一个感温装置。稳定火焰的热量,触动自动控制设施,熄灭火焰。


空气燃料混合比

可燃气体与空气的混合比,如前所述,对火焰如何燃烧有很大的影响,不仅影响火焰的速度,还影响到热强度、点火能量、自燃温度、压力集聚等等。


气体分组
伴随着工业过程中的产品或副产品,产生了上百种不同的可燃气体。一种气体,其与火焰传播相关的特性,与其它气体有很大的差异。为了便于安全设备和仪表等的设计,必须具备对这些气体的特性进行描述的方法。许多试验机构和管理机构,包括 NEC、IEC、NFPA 和 NTIS,根据以下要素,对可燃气体进行了分类:
·MESG(最大试验安全间隙)
·火焰温度
·火焰速度
·自然温度
·爆炸下限到爆炸上限的范围

每个试验机构或管理机构,都有其自己的体系,根据燃烧危险分组,对各种气体进行分类。分类是以爆炸的严重性为依据的,用自燃温度(AIT)低、爆炸下限到爆炸上限的范围、火焰的温度较高、火焰的速度较快,或这些特性的组合来表示。大多都直接关系到可燃气体的最大试验安全间隙(MESG)(见表 1)


最大试验安全间隙(MESG)
最大试验安全间隙(MESG)是一个标准量度,系指气体火焰通过吸热金属之间的最小的空隙。MESG 用来根据电气仪表、电气箱和阻火器设施的设计和选型,对其所使用的气体进行分类。其测定仪器,是由一个分为两半的、有一定直径的小空心金属球组成的。测定就是在这样一个标准仪器中完成的。每个半球的圆形边上,都装有一个一定宽度的金属凸缘。在仪器中,两个半球通过凸缘的平行而合在一起,但留有一个狭窄的间隙。

在标准的室内条件下,将仪器浸入由试验气体和空气混合而成的化学计量混合气中,然后用电火花点燃球体内的混合气。逐渐增大两个凸缘之间的间隙,重复进行试验,直到球体外面的混合气体被点燃。最大试验安全间隙(MESG)是火焰无法通过凸缘的最大距离。气体危险性越大,最大试验安全间隙就越小。阻火器必须按照工业气体的 MESG 值进行设计。


多种气体混合气
某些蒸汽收集系统只处理单一的、较纯的可燃气体,例如甲烷或乙炔 - 与空气的混合气。但是,大多需要阻火器的工艺过程,都涉及到多种可燃气体的混合气,每一种都有其自身的危险特性。某些气体,在混合气中,与另外一些气体相比,能更有效地消耗空气,这样会使混合气发生作用时更象一种单组分的气体。一种气体组分,可充当另一气体的催化剂,使混合气比单一的危险性气体更危险。关于可燃气体混合气的危险特性,还没有太多的试验数据。
通常,我们不知道混合气体的最大试验安全间隙(MESG)。为了获得最大试验安全间隙(MESG)值,而对所有气体

混合气进行试验,这不切实际。工业标准,已根据混合气中最坏情况的气体组分,进行阻火器设计。这种方法是针对最坏情况的,过于保守。NFPA497 提供了一种类别分类的新方法,在知道每种可燃气体组分最大试验安全间隙(MESG)的基础上,采用 Lechatelier 关系形式,计算有效的最大试验安全间隙(MESG)。如您可提供气体混合气的成分,BasCo 可帮助您进行计算。


自燃温度(AIT)
自燃温度,是某种可燃气体的理想配比混合气,在标准大气压下,点燃的温度。丙烷的自燃温度是 493° C,氢气是

560° C,乙烯为 425° C。阻火器的作用是,将气体冷却至其自燃温度以下。因此,如果工艺过程的操作温度接近气体的自燃温度,初始热量可能影响阻火器的性能。选择阻火器的时候,定要向制造商说明操作温度,这点非常重要。


长径比(L/D)

上文中,对火焰传播各个进程进行了说明,每一个进程都是在距离点燃源一定的距离范围内发生。这些距离,是在一条直径为 12 英寸的管子中进行规定并说明的。这说明距离与直径是成比例的;关键不在于距点燃源的实际距离,而是与直径相对的距离长度除以直径。这个相对距离被称为长径比或 L/D 比。例如,对于室内条件下理想配比的空气 - 丙烷混合气,将在 L/D 比小于 10 的范围内,发生低压爆燃;而稳定爆轰,发生在 L/D 比大于 60 的情况下。所有的阻火器,除稳定爆轰型之外,都有 L/D 性能限制。


管结构与限制
火焰的燃烧方式和传播方式,不仅受到管道长度的影响,而且还受到弯头、仪表(流量计导管、限流孔板、热电偶套管等)、管道收缩和膨胀以及阀门等的影响。可促进气体湍流的东西,都能为火焰提供更为均匀的空气 - 气体混合气,促进燃烧。另外,如前所述,瞬时动量会因管路不规则而起作用。因燃烧引起的气体膨胀,当为其提供一个可以施加膨胀力的表面时,可起到推动力的作用。火焰不能在平滑的直管上施加推力,但经过弯头或限流装置时,可在弯头或限流装置的表面上施加力,给其前进的速度和压力。

每一种阻火器设计时,都已经经过测试,且有测试证明,但测试可能包括也可能没有包括弯头和限流装置。在有弯头或限流装置系统中安装阻火器之前,请一定向厂家咨询。


点燃源与点燃能量
下述诸多情况,都可能引起意外的气体点燃:鼓风机叶轮碰击鼓风机壳体、仪表产生的静电或火花、火炬或燃烧器的引导火焰、火炬头上或燃烧器腔室內主火焰、装置内的动火作业、外部火灾和许多其它源头。这些点燃源可在工艺系统内部或外部引发火焰。

点燃能量系指点燃某种可燃气体混合气所需的能量,能量的多少取决于气体类型和空气 - 气体混合比。空气 - 气体比越接近于理想配比,点燃能量就越低。如图 19 所示。在图中,我们可注意到,点燃理想配比的甲烷所需的能量是 0.2 焦耳。

图 19 点火范围与点火能量


不同的气体,所需的点燃能量也各不相同,一些需要的少,而另外一些则几乎不可能点燃。点燃能量越低,气体对系统及其周边的危险性就越高。

点燃源,是阻火器选择最重要的变量,是测量距离阻火器距离的起始点。因此,用户必须了解与阻火器相关的,所有潜在点燃源的位置。


高能量点燃源
典型的点燃源的能量级一般都比较低,仅足以点燃可燃气体混合气。高能量点燃源,与低能量源相比,在某个给定的长度内或长径比范围内,可使火焰的传播更加猛烈。火焰甚至可以超跃低压、中压和高压爆燃状态,直接突升为爆轰。这种行为,与前文所述的火焰传播的传统理论不同,是一个例外;但还没有确定的标准可用来区分其与正常点燃能量和高能量点燃之间的不同。但是,雷击、容器爆炸和燃烧室爆炸都被认为是高能量点燃。

由于高能量点燃改变了火焰的传播方式,选择阻火器产品的规则也就随之改变了。例如:一个标准类型的爆燃阻火器,适用于 20 英尺高的烟囱和“D”组气体,阻火器安装在火炬基座附近。如果工艺物流的速度低于火炬头气体的抗烧速度,可能发生逆燃。而从火炬头(点燃源)到阻火器,管道的长度较短,火焰的动力不会比中压爆燃强烈,那么爆燃阻火器可以熄灭火焰。但是,如果在工艺物流的流速低于抗烧速度时,火炬受到雷击(高能量点燃),火焰到达阻火器的时候,火焰会非常猛烈,可能是高压爆燃或过度爆轰;在这种情况下,阻火器可能就不起作用了,因其不是针对高压爆燃或爆轰设计的,对此不适用。如可能有高能量点燃的情况,则应使用不稳定爆轰阻火器,而非标准爆燃阻火器。


富氧气体

大多蒸气控制系统中,可燃混合气中氧气源是环境空气。但有些工艺过程中的氧含量,比标准空气 - 气体混合气中的氧气含量大。


灰尘与气体
当易燃固体燃烧时,变为灰尘悬浮在空气中,或在管路中传播,发生爆炸,更像可燃气体。
资料
联系

地址:江苏徐州淮海国际港务区时代大道南侧

电话:0516-85776002/85773002

13951358169(阻火器、呼吸阀等)

13912009737(隔爆阀、无焰泄放等)

13912008906(低温阀、弯折销阀等)

13951358838(爆破片及其他)

邮箱:sales@basco.cc

Copyright © 江苏八方安全设备有限公司. All Rights Reserved 备案号:苏ICP备13023841号-3

网站地图 | 法律声明 | 隐私政策 |