天然氣阻火器傳熱作用

天然氣阻火器能夠阻止火焰繼續(xù)傳播并迫使火焰熄滅的因素之一是傳熱作用。我們知道，阻火器是由許多細(xì)小通道或孔隙組成的，當(dāng)火焰進(jìn)入這些細(xì)小通道后就形成許多細(xì)小的火焰流。由于通道或孔隙的傳熱面積很大，火焰通過(guò)通道壁進(jìn)行熱交換后，溫度下降，到一定程度時(shí)火焰即被熄滅。進(jìn)行的試驗(yàn)表明，當(dāng)把阻火器材料的導(dǎo)熱性提高460倍時(shí)，其熄滅直徑僅改變2.6%。這說(shuō)明材質(zhì)問(wèn)題是次要的。即傳熱作用是熄滅火焰的一種原因，但不是主要的原因。因此，對(duì)于作為阻爆用的阻火器來(lái)說(shuō)，其材質(zhì)的選擇不是太重要的。但是在選用材質(zhì)時(shí)應(yīng)考慮其機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕等性能。

關(guān)于阻火器的工作原理:一是基于傳熱作用;一是基于器壁效應(yīng) 。

1.傳熱作用 燃燒所需要的必要條件之一就是要達(dá)到一定的溫度,即著火點(diǎn)。低于著火點(diǎn),燃燒就會(huì)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(diǎn)以下,就可以阻止火焰的蔓延。當(dāng)火焰通過(guò)

阻火元件的許多細(xì)小通道之后將變成若干細(xì)小的火焰。設(shè)計(jì)阻火器內(nèi)部的阻火元件時(shí),則盡可能擴(kuò)大細(xì)小火焰和通道壁的接觸面積,強(qiáng)化傳熱,使火焰溫度降到著火點(diǎn)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(lái)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(shí)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(dāng)燃燒的可燃?xì)馔ㄟ^(guò)阻火元件的狹窄通道時(shí),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(dāng)阻火器的通道窄到一定程度時(shí),自由基與通道壁的碰撞占主導(dǎo)地位,由于自由基數(shù)量急劇減少,反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行,也即燃燒反應(yīng)不能通過(guò)阻火器繼續(xù)傳播。

3.最大實(shí)驗(yàn)安全間隙-MESG值 火焰通過(guò)阻火元件的細(xì)小通道并在通道內(nèi)降溫。當(dāng)火焰被分割小到一定程度時(shí),經(jīng)通道移走的熱量足以將溫度降到可燃物燃點(diǎn)以下,使火焰熄滅?；蛴善鞅谛?yīng)解釋,當(dāng)通道窄到一定程度時(shí),自由基與管道壁的碰撞占主導(dǎo)地位,自由基大量減少,燃燒反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行。因此,把在一定條件下(0. 1 MPa ,20 ℃) 剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為"最大實(shí)驗(yàn)安全間隙"(MESG,Maximum Experimental Safe Gap) 。阻火元件的通道尺寸是決定阻火器性能的關(guān)鍵因素,不同氣體具有不同的MESG值。因此,在選擇阻火器時(shí), 應(yīng)根據(jù)可燃?xì)怏w的組成確定其MESG值。在具體選擇時(shí),又根據(jù)MESG值將氣體劃分為幾個(gè)等級(jí)。國(guó)際上采用兩類(lèi)方法。一是美國(guó)全國(guó)電氣協(xié)會(huì)(NEC) 的分類(lèi)法,它根據(jù)氣體的MESG值將氣體分為四個(gè)等級(jí)(A ,B ,C ,D) ;另一類(lèi)是國(guó)際電工協(xié)會(huì)( IEC) 的方法,它也將氣體分為四個(gè)等級(jí)( IIC , IIB , IIA 及I) 。兩種標(biāo)準(zhǔn)劃分的各類(lèi)氣體的MESG 值及測(cè)試氣體如表1所示。

表1 兩種MESG分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

NEC IEC MESG/ mm 測(cè)試氣體

A IIC 0. 25 乙炔

B IIC 0. 28 氫氣

C IIB 0. 65 乙烯

D IIA 0. 90 丙烯

G M I 1. 12 甲烷

這樣,在選用天然氣阻火器時(shí),即可在設(shè)計(jì)規(guī)定使用的規(guī)范中首先查出所用可燃?xì)怏w的等級(jí),然后根據(jù)該組氣體對(duì)應(yīng)的MESG 值來(lái)選擇相應(yīng)的阻火元件。

大多數(shù)阻火器是由能夠通過(guò)氣體的許多細(xì)小、均勻或不均勻的通道或孔隙的固體材質(zhì)所組成，對(duì)這些通道或孔隙要求盡量的小，小到只要能夠通過(guò)火焰就可以。這樣，火焰進(jìn)入阻火器后就分成許多細(xì)小的火焰流被熄滅?；鹧婺軌虮幌绲臋C(jī)理是傳熱作用和器壁效應(yīng)。

1、阻爆性能合格,連續(xù)13次阻爆性能試驗(yàn)每次均能阻火。

2、耐燒性能合格，耐燒試驗(yàn)1小時(shí)無(wú)回火現(xiàn)象。

3、殼體水壓試驗(yàn)合格。本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，重量輕、耐腐蝕。易檢修，安裝方便。阻火器芯子采用不銹鋼材料, 耐腐蝕易于清洗

天然氣阻火器又名防火器，阻火器的作用是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設(shè)備、管道內(nèi)或阻止火焰在設(shè)備、管道間蔓延。阻火器是應(yīng)用火焰通過(guò)熱導(dǎo)體的狹小孔隙時(shí),由于熱量損失而熄滅的原理設(shè)計(jì)制造。阻火器的阻火層結(jié)構(gòu)有礫石型、金屬絲網(wǎng)型或波紋型。適用于可燃?xì)怏w管道，如汽油、煤油、輕柴油、笨、甲笨、原油等油品的儲(chǔ)灌或火炬系統(tǒng)、氣體凈化通化系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)、煤礦瓦斯排放系統(tǒng)、加熱爐燃料氣的管網(wǎng)上、也可用在乙炔、氧氣、氮?dú)狻⑻烊粴獾墓艿烙闷?。本閥可與呼吸閥配套使用,亦可單獨(dú)使用。

根據(jù)燃燒與爆炸連鎖反應(yīng)理論，認(rèn)為燃燒炸現(xiàn)象不是分子間直接作用的結(jié)果，而是在外來(lái)能源(熱能、輻射能、電能、化學(xué)反應(yīng)能等)的激發(fā)下，使分子分裂為十分活潑而壽命短促的自由基?；瘜W(xué)反應(yīng)是靠這些自由基進(jìn)行的。自由基與另一分子作用，作用的結(jié)果除了生成物之外還能產(chǎn)生新的自由基。這樣自由基又消耗又生新的如此不斷地進(jìn)行下去?？芍兹蓟旌蠚怏w自行燃燒(在開(kāi)始燃燒后，沒(méi)有外界能源的作用)的條件是:新產(chǎn)生的自由基數(shù)等于或大于消失的自由基數(shù)。當(dāng)然，自行燃燒與反應(yīng)系統(tǒng)的條件有關(guān)，如溫度、壓力、氣體濃度、容器的大小和材質(zhì)等。隨著阻火器通道尺寸的減小，自由基與反應(yīng)分子之間碰撞幾率隨之減少，而自由基與通道壁的碰幾率反而增加，這樣就促使自由基反應(yīng)減低。當(dāng)通道尺寸減小到某一數(shù)值時(shí)，這種器壁效應(yīng)就造成了火焰不能繼續(xù)進(jìn)行的條件，火焰即被阻止。由此可知，器壁效應(yīng)是阻火器阻火焰作的主要機(jī)理。由此點(diǎn)出發(fā)，可以設(shè)計(jì)出知種結(jié)構(gòu)形式的阻火器，滿(mǎn)足工業(yè)上的需要。