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      行業常識

      阻火器設備的位置對阻火器選型的影響

      化工行業標準《阻火器的設置》HG/T20570.19.95中提出了阻火器的選用步驟之一是要“確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器”。在第4.0.1.2條款中指出,“火焰波在管道內的傳播速度不僅與介質種類,所在管道的溫度、壓力有關,還與阻火器與點火源(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”。對條款中關于阻火器設置的位置對阻火器選型的影響,我們是這樣理解的:

      1、阻火器設置的位置對阻火器選型的影響

      阻火器設置的位置對阻火器選型的影響,是指由于火源(亦稱點火源)與阻火器之間存在位置的差別(不在同一點上的各種位置),因其距離不同,而造成不同的阻火器選型。在某一部位設置阻火器后,當有火源產生時,在工況(壓力、溫度)下,火焰波沿著管道傳到阻火器,由于阻火器與火源之間的管道存在距離,配管上有彎管、直管、管件、閥門和儀表、設施的存在,會引起爆炸氣體的氣體速度(即火焰速度,亦稱火焰回火速度)加速。通常,當到達阻火器的火焰速度低于聲速(亞聲速),選用阻爆燃型阻火器就可以達到阻火目的;到達阻火器的火焰速度等于和高于聲速超聲速),就需要選用阻爆轟型阻火器才能達到阻火作用。

      阻爆燃型阻火器與阻爆轟型阻火器的阻火元件結構和尺寸是完全不同的,且阻爆轟型阻火器的價格要比阻爆燃型阻火器的價格高很多。由于火焰在管道中蔓延到阻火器的速度高于聲速,有的介質(如氫氣)、有些工況條件下(如管道很長、管徑大、管道上管件多),爆炸后的氣體到達阻火器時的速度(即火焰速度)也可能高于聲速很多。對于不同的速度值,阻爆轟型阻火器也有不同的類型,速度越高,阻火元件結構和尺寸就越復雜,其價格就更昂貴。因此,阻火器要設在合適的部位,這樣既可保證安全,也可降低阻火器的價格,達到安全和經濟的目的。

      1.1放空型阻火器

      (1放空型阻火器后沒有放空管(直接安裝在管端)

      放空型阻火器后沒有放空管,設備或管道的放空氣體經阻火器后直接排空,此放空阻火器稱為管端型阻火器?;鹪词菑耐饨纾ù髿猓﹣淼?,因為火源就在阻火器旁邊,距阻火器很近,所以管端型阻火器是阻爆燃型阻火器。

      (2放空型阻火器后接有放空管

      放空型阻火器后接有放空管,設備或管道的放空氣體經阻火器后還需經過接在阻火器上的一根放空管道再排空。這種放空阻火器因為有放空管,稱為普通型阻火器,有時在放空管道上還設置有閥門和管件?;鹪词菑耐饨纾ù髿猓﹣?,火焰(回火火焰)經放空管蔓延到阻火器,到達阻火器時的速度是多少需要進行測試。測試得出規律,對這類阻火器可以根據放空管道的長度、管件設置數量進行計算得出速度的估算值,由此可來確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器。

      1.2管道阻火器

      管道阻火器安裝在密閉管路系統中,以阻止管路系統一端的火焰蔓延到管路系統的另一端。

      (1)單向阻火

      單向阻火作用的管道阻火器安裝的系統是火焰只會在阻火器的某一端發生和蔓延過來,這種阻火器設計時,阻火元件只起到隨一個方向來的火焰的阻火作用。安裝時,要注意其“爆轟波吸收器”應朝向有可能產生爆轟的方向。到達阻火器時的爆炸氣體速度是多少需要進行測試和計算得出,根據工況和火源至阻火器的距離和管道情況,確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器。

      (2雙向阻火

      雙向阻火作用的管道阻火器安裝的系統是火焰可能從阻火器的二端發生和蔓延過來,這種阻火器設計時,阻火元件要起到隨二個方向來的火焰的阻火作用,到達阻火器時的爆炸氣體速度是多少需進行測試和計算得出,這類工況和火源至阻火器的管道情況,通常將確定采用阻爆轟型阻火器,并可以確定阻火元件的結構和尺寸。

      (3多個火源采用一個阻火器

      這種情況類似于雙向作用阻火器,要根據工況和多個火源分別至阻火器的距離和管道情況來測試和經計算得出爆炸氣體達阻火器時的速度,以火焰波的共同作用來確定阻火器類型和阻火元件的結構和尺寸。這類情況特別要注意對阻火器設置的位置和數量進行比較,要使各個單元安全,亦應對阻火器能力最優化,即阻火器設置不重復,而對不同的危險區域或許要采用不至一個的阻火器或另一類阻火器。達到同樣安全目的,可以采用多個價格便宜的阻爆燃型阻火器或阻爆燃型阻火器和阻爆轟型阻火器的組合來替代一個或二個要承受很高爆炸氣體速度、價格昂貴的阻爆轟型阻火器。

      1.3 阻火器設置位置對選型的影響的實例

      1“實測”含義的說明

      爆炸氣體的火焰波沿著管道蔓延時,管道距離越長,氣體(火焰)速度將被加速;當經過管道上的管件、閥門、彎頭時,氣體速度亦被加速。本文中所指的“測試”就是要實測第一個因素所引起的氣體速度加速數值。

      按照行業標準《阻火器的設置》HG/T20570.19-95中表4.0.1物質分類,通常的“測試”工作將按ⅡA類的代表性物質丙烷、II B類的代表性物質乙烯II C類的代表性物質氫氣(按一定的氣體在空氣中濃度)來作為實測氣體,在實驗裝置中進行爆炸試驗時,分別對爆炸氣體在不同管徑、管長和由于管道上設置了閥門、管件等引起爆炸氣體速度的加速值進行實測,統計出規律。這規律就是計算的依據。

      2)實例一

      設計方案:三個可能產生點火源的管道系統合用一個阻爆轟型阻火器,如圖1所示。

      圖1  三個火源的阻火器設置

      這個設計方案的問題是阻火器距離點火源遠,回火距離過長。經計算,到達阻火器的最大(回火)火焰速度達3000m/s左右,這里設置的一般阻爆轟型阻火器只能單向阻火,因此本方案中,三個火源設一個阻火器達不到雙向阻火目的。

      合理設置:可以采取幾種方案,對一個火源設置一個阻火器加上對另二個火源設置一個阻火器,也可以對三個火源分別各設置一個阻火器。需要進行比較,那一個方案又安全并更經濟。這里采取在三個火源處(在距離火源的某處管道上),各設置一個阻爆燃型阻火器。經計算,最大(回火)火焰速度為200m/s或450m/s。三個阻火器的總價格低于原設置的一個阻爆轟型阻火器的價格。

      2實例二

      設計方案:四個可能產生火源的管道系統合用一個阻爆轟型阻火器,如圖2所示。

      這個設計方案是阻火器距離點火源遠,回火距離過長。經計算,最大(回火)火焰速度達2200m/s左右,這里設置的一般用阻爆轟型阻火器只能單向阻火。因此四個火源設一個阻火器達不到雙向阻火目的。

      圖2  四個火源的阻火器設置

      合理設備:同實例一,經過幾種方案的比較,這里采取在距各個點火源的某處,分別設置一個阻爆燃型阻火器。經計算,這四個阻火器的最大(回火)火焰速度為80m/s,最低為45m/s。設置四個價格便宜的阻爆燃型阻火器,當產生火源引起氣體爆炸時,能達到完善的阻火目的。

      2、阻火器的訂貨和選型職責

      根據國際的習慣和經驗,合格的阻火器制造廠應具備所生產的各類阻火器完整的阻火性能和數據測試報告,并有合格的檢驗及驗收證書。由于有一定的產品生產和開發能力,并積累了實際經驗,就能為用戶提出正確的阻火器選型和阻火器合理設置位置的意見。工程項目的設計單位或工廠用戶的工藝(工藝系統)專業人員提出阻火器設置位置并初選阻火器將工藝參數、條件、設置位置提給阻火器制造廠,由制造廠匯同用戶和工程項目設計單位(或有阻火器選型計算經驗的單位),按工藝要求﹑根據阻火器能力最優化和積累的經驗,確定阻火器最終的設置位置及阻火器選型。

      就目前國內的工程設計單位和阻火器生產廠來說,絕大多數設計單位和生產廠并沒有這種確定阻火器最終的設備位置及阻火器選型的能力:國內生產的阻火器產品類型也較少。阻火器的用戶單位,在阻火器訂貨時,應向制造廠索取和驗證所訂類型的阻火器測試證書等資格資料;對阻爆轟型阻火器的訂貨,要了解所能阻止的最大(回火)火焰速度和壓力降,用戶要知道設置阻火器處可能達到的爆炸氣體速度,以確認所訂阻火器產品是否是合格制造廠生產的合格產品。

      來源:化工設備設計  

      龔大偉   全國化工工藝系統設計技術中心站

      鄭學志  中石化北京設計院

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