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阻火器技术应用

2020/10/7 22:13:56      点击:

阻火器是一种可允许气体通过但却可阻止火焰的装置,可防止大火或爆炸。需使用阻火器的情况多种多样。选用阻火器的任何人员,都需要了解这些产品的工作原理及其性能极限。为此,本文对有关阻火器的技术进行了介绍,同时还介绍了有关阻火器的术语以及现有阻火器产品的类型。


利用狭窄的通道阻止火焰

1815年,英国科学研究所著名的化学家和教授,Sir Humphry Davy发现了阻火器的操作原理。英国采煤业安全委员会与Davy接洽,请求技术帮助。他们需要找到一个方法,防止称为沼气的可燃气体渗入矿井,致使矿工的油灯引起爆炸。Sir Humphry对这种气体进行了研究,发现其主要成分是甲烷。研究的核心集中在,甲烷在不同的条件下与各种比例的空气如何燃烧。Davy的解决方案是,用细细编织的金属网筛(叫做金属丝网)做成的一个高筒,把油灯的火焰封闭起来。最早的三种样式的达维安全气油灯如图1所示。

图1.最早的阻火器:矿工使用的达维安全气油灯

透过筛子的灯光足够用了。灯芯周围有火焰所需的空气,通过筛子的下部进入,而热的废气则从上部泄漏出去。如空气中混入甲烷易燃混合气,甲烷火焰在筛子的里面燃烧。无论是甲烷火焰还是油灯火焰,都无法通过筛子的狭窄开孔。金属丝吸收火焰热量,然后辐射出去,这样温度已变得非常低了。


现代的阻火器

自Sir Humphry时代开始,多种多样的阻火器便已在许多行业中使用了。所有的阻火器都是以相同的工作原理操作的,那就是,在火焰试图通过金属壁或其它传热材料时,除去火焰的热量。例如,我司的阻火器,利用的是有波纹的金属带层,如图2所示。



阻火器用在大约22个行业中,包括炼油、医药、化学、石油化工、造纸、采油、污水处理、废物处理、采矿、发电和散装液体运输。某些情况下,火焰会造成发热反应但却非氧化反应。可产生可燃或反应气体的过程包括:调和、反应、分离、混合、钻孔和消化过程。这些过程涉及到多种设备并产生多种气体混合气。

管末端型、排空型阻火器

根据阻火器的应用和构造,阻火器大致可分为两大类。一种为管末端阻火器,也称为排空型阻火器(图3)


阻火器最典型的应用是,防止大气中的火焰进入一个封闭的空间。例如,在1920年左右,开始在油田储罐的泄放口处安装阻火器。当受雷电的影响,气体从泄放口外泄时,阻火器可防止储罐爆炸(图4)。



相反地,某些管端阻火器,是为了防止某个封闭空间内的火焰,使某个爆炸性环境发生爆燃,比如在炼厂中。例如,可将阻火器安装在加热炉的空气进口处和排气烟囱上。达维安全油灯则是另外一种应用实例。

管道阻火器、防爆燃型或防爆轰型阻火器

另外一种则是管道阻火器,也称为防爆燃和防爆轰型阻火器。(非技术性地说,爆燃系指快速燃烧,而爆轰系指爆炸。)在管道中安装这些装置,可防止火焰通过,如图5所示。


大多数管道阻火器都用在气体收集系统中。在许多行业中都使用了气体收集系统,用来收集液体和固体物质排放的气体,也可称为蒸气控制系统。这些泄放气体或经由蒸气控制系统控制的气体都是可燃性的。万一具备了被点燃的条件,系统内部或外部就会产生火焰,造成灾难性的损失。

有一种蒸气控制系统称为蒸气焚烧系统,包括高空火炬系统(图6)、封闭式火炬系统、燃烧器和催化焚烧系统和废气锅炉。


另外一种使用管道阻火器的蒸气控制系统是蒸气回收系统,包括蒸气平衡、制冷、吸附、吸收和压缩系统。

但是,管道阻火器有时也用在管道末端。例如,可在液体储罐(图7)的呼吸阀下面安装一个管道阻火器装置。呼吸阀可以减少排放和产品损失,而阻火器,在可燃气体泄放过程中,保护储罐,以免大气环境中的火焰进入储罐。随着世界范围内技术的复杂化,为了满足新的要求,安全产品也在不断地发展,尤其是阻火器,在二十世纪最后的十年间发生了巨大变化。正如我们在下文中将说明的那样,管道中的火焰,其速度和压力要比开放环境中高得多。因此,在此基础上,管道阻火器又可细分为三类。此外,又根据火焰的危险程度(也在下文中说明),对三种主要气体组-NEC B、C 和D 组,做了具体的规定。于是,便有了12 种不同类型的阻火器,具体如下:

1. 管端, B 组

2. 管端, C 组

3. 管端, D 组

4. 管道内,中低压力,防爆燃型,B 组

5. 管道内,中低压力,防爆燃型,C 组

6. 管道内,中低压力,防爆燃型,D 组

7. 管道内,高压防爆燃型,B 组

8. 管道内,高压防爆燃型,C 组

9. 管道内,高压防爆燃型,D 组

10. 管道内防爆轰型, B 组

11. 管道内防爆轰型, C 组

12. 管道内防爆轰型, D 组

使用阻火器时,应记住这些防爆装置是被动的,他们经常与主动的防爆装置一起使用。用于火焰安全的主动防爆装置包括水(液)封、隔断阀、氮封阀(提供惰性气体包层或富气(燃料气)包层),气体分析仪,氧分析仪。与主动防爆装置不同,被动防爆装置,如阻火器,不依赖于动力源,没有移动部件,除了需要定期清理之外,不需要牵扯人的精力。

例如, 蒸气控制系统的主要防爆设备通常是主动的,如液体密封和氧分析仪,如前面图6 所示。但是,主动防爆装置会因能源损失、机械部件故障、电子通讯故障或人为的失误而失效。反过来对阻火器而言,对系统提供二次保护或失效保护;换句话说, 如果主动的、主要防爆装置故障, 被动的、二次防爆装置将会是最后的防线。