氫氣阻火器

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氫氣阻火器概述

ZHQ氫氣管道阻火器是用來阻止氫氣火焰向外蔓延的安全裝置。它由一種能夠通過氣體的、具有許多細小通道或縫隙的固體材料（阻火元件）要求阻火元件的縫隙或通道盡量小，因而當火焰進入阻火器后，被阻火元件分成許多細小的火焰流，由于傳熱作用（氣體被冷卻）和器壁效應(yīng)，火焰流猝滅。采用四片不銹鋼阻火波紋板，比普通管道阻火器多兩片，具有耐腐蝕、耐磨損等特點。

阻火器是一種適用于封閉空間開口處或管道中的安全設(shè)備，其允許流體通過的同時，又能阻止因回火而引起火焰向管道傳播、蔓延。主要由阻火層、殼體、墊片、連接件組成。實現(xiàn)阻火器阻火性能的核心是阻火元件，由不銹鋼平面鋼帶和波紋帶相互纏繞而成。按照不同的設(shè)計要求，阻火元件的直徑、數(shù)量及三角形孔隙的直徑各不相同。

氫氣阻火器參數(shù)

公稱通徑：DN15-DN800(1/2"-32")		公稱壓力：1.0Mpa-4.0Mpa(150LB-300LB)
適用溫度：-20℃~180℃		適用介質(zhì)：氫氣
閥門材質(zhì)：碳鋼、不銹鋼		阻火芯層：不銹鋼
密封圈：金屬墊片、聚四氟乙烯、石墨復(fù)合墊		螺栓螺母：45#、不銹鋼
連接方式：法蘭連接(GB/HG/SH/JB/ANSI/DIN)		GB5908-86《石油儲罐阻火器阻火性能和試驗方法》
可經(jīng)過第三方檢測機構(gòu)阻火性能及流量壓降試驗		GB/T13347：2010《石油氣體管道阻火器》
HG/T20570.19-95《阻火器的設(shè)置》		ISO16852：2016《國際阻火器測試標準》
SH/T3413-99《石油化工石油氣管道組獲取選用檢驗及驗收》		GB13347-92《石油氣體管道阻火器阻火性能和試驗方法》

氫氣阻火器選型

阻火器選型時應(yīng)明確以下因素：
- 阻火器公稱通徑、材質(zhì)、壓力、法蘭標準
- 使用位置：確定選擇管端還是管道阻火器
- 燃燒傳播類型或安裝位置：確定選擇阻爆燃還是阻爆轟阻火器
- 介質(zhì)組別：依照最大試驗安全間隙值(MESG)進行分類(如下表)，確定與該介質(zhì)組別對應(yīng)的阻火器
- 許用壓降：考慮壓降對流體輸運的影響(每個阻火器都有其對應(yīng)的流量-壓降曲線)，選擇經(jīng)濟的阻火器系列

結(jié)構(gòu)形式	普通型	防/阻爆燃型	防/阻爆轟型
最大試驗安全間隙mm	MESG≥0.9	0.5＜MESG＜0.9	MESG≤0.5
阻火級別	II A	II B	II C
使用場所	儲罐、管端放空	放空管、燃氣管道	爆轟管道

最大試驗安全間隙：火焰通過阻火元件的細小通道并在通道內(nèi)降溫。當火焰被分割小到一定程度時，經(jīng)通道移走的熱量足以將溫度降到可燃物燃點以下，使火焰熄滅�；蛴善鞅谛���(yīng)解釋，當通道窄到一定程度時，自由基與管道壁碰撞占主導(dǎo)地位，自由基大量減少，燃燒反應(yīng)不能繼續(xù)進行。因此，把在一定條件下(0.1Mpa,20℃)剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為"最大試驗安全間隙"。

氫氣阻火器原理

阻火器由能夠通過氣體的許多細小通道孔隙所組成。這些通道或孔隙要求盡量小，小到能使火焰被熄滅。阻火器的原理是傳熱作用和器壁效應(yīng)。
①傳熱作用：燃燒所需要的必要條件之一就是要達到一定的溫度，即著火點。低于著火點，燃燒就會停止。依照這一原理，只要將燃燒物質(zhì)的溫度降到其著火點以下，就可以阻止火焰的蔓延。當火焰通過阻火元件的許多細小通道之后將變成若干細小的火焰。設(shè)計阻火器內(nèi)部的阻火元件時，則盡可能擴大細小火焰和通道壁的接觸面積，強化傳熱，使火焰溫度降到著火點以下，從而阻止火焰蔓延。
②器壁效應(yīng)：燃燒與爆炸并不是分子間直接反應(yīng)，而是受外來能量的激發(fā)，分子鍵遭到破壞，產(chǎn)生活化分子，活化分子又分裂為壽命短但卻很活潑的自由基，自由基與其它分子相撞，生成新的產(chǎn)物，同時也產(chǎn)生新的自由基再繼續(xù)與其它分子發(fā)生反應(yīng)。當燃燒的可燃氣通過阻火芯的狹窄通道時，自由基與通道壁的碰撞幾率增大，參加反應(yīng)的自由基減少。當阻火器的通道窄到一定程度時，自由基與通道壁的碰撞占主導(dǎo)，由于自由基數(shù)量急劇減少，反應(yīng)不能繼續(xù)進行，即燃燒反應(yīng)不能通過阻火器繼續(xù)傳播。

氫氣阻火器性能特點

1、耐燒性能合格，耐燒試驗1小時無回火現(xiàn)象。 2、阻爆性能合格，連續(xù)13次阻爆性能試驗每次均能阻火。

氫氣阻火器流通量及壓降曲線

注：流量圖是在經(jīng)過權(quán)威機構(gòu)認證和標定的流量試驗裝置上所數(shù)據(jù)繪制，介質(zhì)取標立空氣，密度1.29kg/m3，PN=0.1013Mpa。表中值為參考值，具體準確壓降需根據(jù)用戶提供數(shù)據(jù)要求重新計算。

氫氣阻火器阻火元件

阻火層是通過猝火的方式將火焰撲滅的防火組合元件，由纏繞的波紋狀扁平金屬帶制成，組件分為芯件、芯殼、芯件壓環(huán)或支承桿。阻火層有兩種類型，一個由兩個波紋狀的條帶組成，另一個由波紋狀的條帶和扁平條帶交替纏繞成卷組成。
a)芯件是由不銹鋼的平帶或波紋帶卷制而成的圓形盤，可由單盤、雙盤或多個圓形盤組成。
b)芯殼是對芯件定位和提高其機械強度的部件。
c)芯件壓環(huán)(或支承桿)是用于加強芯件強度，防止芯件被爆炸沖擊波破壞的部件。

阻火層阻火元件	阻火層心軸厚度測試	阻火層心軸直徑測試
阻火芯框架厚度測試	阻火芯元件直徑測試	阻火芯元件厚度測試

氫氣阻火器尺寸

DN	25	32	40	50	65	80	100	150	200	250	300
A	160	170	170	175	185	200	210	250	290	320	360
B	130	165	165	200	220	240	280	370	430	480	540
kg	5.5	8	8	9	12	14	17	31	45	55	68

PS：以上表中標注數(shù)據(jù)為1.6Mpa阻爆燃型。

防爆燃型阻火器和防爆轟型阻火器區(qū)別

主要看管道內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)和阻火器與火源間的距離，易燃易爆氣體根據(jù)國標《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》(GB3836.1)可分為I、IA 、IB、IC四種，根據(jù)試驗也可以得出各種易燃易爆氣體的燃燒傳播速度，燃燒速度小于音速的為阻爆燃型阻火器，反之為阻爆轟型阻火器。但燃燒速度在管道里面是隨時變化的，這個就要看阻火器與火源之間的距離了。有的氣體在燃燒時可能速度很小，只有15m/s，這個時候應(yīng)選用阻爆燃型阻火器，但如果阻火器和火源距離很遠的話，火焰在管道內(nèi)由于傳熱效應(yīng)會迅速加速，如果管道足夠長，火焰較終會以2000m/s的速度，爆炸壓力超過20公斤達到爆震條件�；鹧娴募铀俾室矔�通過彎道，T型口，障礙物和管道交叉部分的變化而增加。那這個時候防爆燃型阻火器就起不到阻燃阻爆的效果了，所以防爆燃阻火器的安裝應(yīng)盡可能靠近火源。有些特殊氣體例如LNG和氫氣燃燒傳播速度很快，超過了音速，就應(yīng)該選擇防爆轟型阻火器。
對于兩種阻火器的外形來說，區(qū)別不是特別明顯，主要的區(qū)別在于中道部分和阻火層部分。中道部分根據(jù)介質(zhì)的名稱和流量不同，設(shè)置的會有大有小，以能達到火焰淬滅的效果。另外阻火層的間隙和層數(shù)是不同的，間隙根據(jù)介質(zhì)的MESG值確定，而層數(shù)一般根據(jù)物料的爆炸級別來，像普通IA級別的氣體用雙層阻火層就可以了，而有氫氣或者天然氣的管道，就應(yīng)該用四層、六層甚至多層的阻火層了。
- 儲罐之間氣相連通管道各支管上的阻火器應(yīng)選用防爆轟型阻火器。
- 儲罐頂部的油氣排放管道，應(yīng)在與罐頂?shù)倪B接處選用防爆轟型阻火器。
- 可燃氣體放空管道在接入火炬前，若需要設(shè)置阻火器時，應(yīng)選用防爆轟型阻火器。
- 安裝在管端的阻火器應(yīng)選用阻火通氣帽，阻火通氣帽屬于防爆燃型阻火器。
- 裝卸設(shè)施的油氣排放或回收總管與各支線的氣相管道之間應(yīng)設(shè)置防爆轟型阻火器。
- 一般防爆燃型阻火器可用在管道中間和管道端部，而防爆轟型阻火器是安裝在管道中間。
- 儲罐頂部保護性氣體及油氣排放管道的集合管上應(yīng)選用防爆轟型阻火器。緊急放空管應(yīng)設(shè)置防爆燃型阻火器。

氫氣阻火器安裝使用說明

- 該圖說明了在環(huán)境壓力和溫度下，在直徑約200mm的直管段中充滿烴類氣體的情況下順暢燃燒時，火焰前沿通常會發(fā)生什么情況。
- 從圖中可以看出，火焰以緩慢的爆燃開始(火焰速度＜300m/s)，但加速為快速的爆燃(仍然以亞音速~500m/s的速度)。
- 建議將爆燃阻火器安裝在盡可能靠近點火源的位置(碳氫化合物氣體在50管徑內(nèi),氫氣在30管徑內(nèi)),對于高于大氣壓的系統(tǒng)，該距離會減小。
- 然后，火焰經(jīng)歷了從爆燃到爆轟的快速突然轉(zhuǎn)變。在這些條件下，火焰可能會加速到比初始緩慢爆燃(1600m/s)高一個數(shù)量級的速度。
- 這代表了火焰前鋒和相關(guān)壓力波的最壞情況，被稱為過驅(qū)動爆轟或不穩(wěn)定爆轟。在這種情況下，必須安裝適當設(shè)計的不穩(wěn)定阻火器。
- 隨著火焰沿管道進一步向下傳播，不穩(wěn)定的爆轟會隨著火焰在管道中的進一步傳播而降低到較不嚴重的穩(wěn)定爆轟。但是，這樣的火焰鋒可能突然經(jīng)歷進一步轉(zhuǎn)變?yōu)椴环�(wěn)定的條件。這些事件是不可預(yù)測的，可能是由可能增加系統(tǒng)內(nèi)部湍流的因素引起的。這些可能包括管道內(nèi)表面上的粗糙度，突出的墊圈或儀器端口以及由于閥門等導(dǎo)致的彎曲或收縮。由于這種不可預(yù)測性，建議在可能發(fā)生爆炸的任何管道中安裝不穩(wěn)定的阻爆轟阻火器。

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