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。
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)。
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。
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。
·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

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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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