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 波紋板式管道阻火器

合理地設計阻火器十分重要，一個阻火器能否有效地阻火主要取決于孔隙的大小、孔的長度（即阻火芯的厚度）和爆炸火焰的傳播度，工業(yè)上比較期望獲得具有低流阻和高阻性能的阻火器。本節(jié)針對目前普遍使用的波紋型阻火器對其設計原則做了簡要說明。

1、阻火芯材料

通常阻火芯的材質應采用導熱系數(shù)大、熔點高的、耐腐蝕性好的材料，通常采用不銹鋼波紋板。若采用鋁或銅板當受到強大的回火壓力時，阻火器容易變形甚至破裂，不能起到阻火作用。例如國外一個原油罐區(qū)，采用了由鋁板制成的阻火器，當發(fā)生火災時由于回火壓力過大，引起阻火器鋁板破裂，火焰進入原油罐內釀成原油罐爆炸的重大事故。為此阻火器應選用不銹鋼波紋板制造，這樣具有一定的抗腐蝕性且不易變形使用壽命長。

2、阻火單元尺寸

如上圖所示即為阻火單元的關鍵尺寸示意，波紋型阻火器通常采用正三角形阻火單元。8為金屬薄片的厚度，h為正三角形單元的高度，L為阻火芯的厚度，即阻火單元的長度。阻火芯的金屬薄片應在加工條件和強度允許的條件下盡可能的薄，以充分地減小阻火器的流阻損失。根據(jù)阻火器的工作原理，阻火芯與火焰的接觸面積越大則熱量交換越充分，阻火效果越好，即三角形單元越小通道越長則降溫效率越高。因此從理論上講減小三角形高度h可以相應的縮短三角形通道長度L，但h過小會增大氣體的流阻，L過小會導致阻火器阻火能力 減弱。因此在設計阻火器時，應綜合考慮L和h值的選取。對于不同等級的氣體介質，國外某廠家經(jīng)過試驗確定了L和h的最佳尺寸組合，避免了考慮無窮多種類的阻火芯尺寸。例如對于IIA類介質，三角形單元的高度h應取0.8mm較為合適，當口徑小于DN50時L應取20mm，當口徑在DN80到DN350之間時L應取40mm，當口徑大于DN400時L應取80mm。

3、阻火芯的最大外徑

阻火器的阻火芯的最大外徑為D。從減小流阻損失的角度考慮，阻火芯所有的單元孔隙面積之和應大于或等于兩端聯(lián)接管道的橫截面積。

4、阻火器設計計算

目前關于火焰在狹縫中的傳播和熄滅的理論研究還相對較少，對于阻火器的設計多依賴于一般的經(jīng)驗公式或半經(jīng)驗公式。波紋型阻火器所能阻止的最大爆燃火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤砂垂?/span>(1)計算：

式中V為阻火器能夠阻止的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?/span>a、L和d分別為有效面積比(即阻火層總面積與阻火層空隙面積之比)、阻火層厚度和阻火單元的當量直徑。但(1)式只能應用于爆燃火焰，對爆轟的情況誤差較大，因為爆轟的能量傳遞方式為沖擊波壓縮，與爆燃火焰以熱傳導為主的能量傳遞方式不同。類似地，對于丙烷一空氣爆燃火焰的實驗研究總結可得，阻爆燃型阻火器可以阻止的IIA類介質與空氣混合物的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤砂垂?/span>(2)計算：

式中V為阻火器能夠阻止的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/span>L和h分別為阻火層的厚度和阻火單元的高度，(2)式只在應用于丙烷一空氣爆燃火焰時比較準確。美國Groth也在經(jīng)過實驗研究后得到了阻火層厚度與火焰速度及熄滅直徑的關系，即公式(3)：

式中V為火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?/span>L和rn分別為阻火層的厚度和熄滅的水力半徑。公式(3)表明了火焰速度和阻火層熄滅水力半徑與阻火器所需厚度的關系。在這個厚度下，阻火器能阻止高速的火焰?zhèn)鞑?。?/span>(1)(2)(3)式均可看出，燃氣火焰速度與阻火器的阻火層厚度成正比，與孔隙直徑的平方成反比。以3寸阻爆燃型阻火器為例進行計算，測試介質為丙烷與空氣的混合氣，為IIA類介質，根據(jù)表1介質的MESG值>0.9mm。根據(jù)國外某廠家的推薦尺寸，正三角形單元的高度取為0.8mm，阻火芯厚度取為40mm，薄片厚度取0.5mm。經(jīng)粗略估算當阻火芯外徑為108mm時所有空隙面積之和約等于兩端管道截面積，根據(jù)結構要求取阻火芯外徑為165mm。根據(jù)公式(1)計算得到該阻火器的最大阻火速度為380m/s，根據(jù)公式(2)計算得到該阻火器的最大阻火速度為427m/s。由此可以看出該阻火器可以阻止爆燃火焰的通過。