波紋阻火器的設(shè)計(jì)方法,阻火器的基本選用原則
儲(chǔ)罐波紋阻火器
化工設(shè)計(jì)中阻火器的設(shè)計(jì)和選用是重要和復(fù)雜的，直接影響化工生產(chǎn)的操作和安全。從阻火器的工作原理、分類、設(shè)計(jì)計(jì)算和選用等方面，論述阻火器在
設(shè)計(jì)和選用中應(yīng)采用的方法和應(yīng)注意的因素，以期正確設(shè)計(jì)和選用阻火器。
一、波紋阻火器的設(shè)計(jì)：
合理地設(shè)計(jì)阻火器十分重要，一個(gè)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。針對(duì)目前普遍使用的波紋型阻火器對(duì)其設(shè)計(jì)原則做了簡要說明。
1、阻火芯材料
通常阻火芯的材質(zhì)應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)大、熔點(diǎn)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(dāng)受到強(qiáng)大的回火壓力時(shí)，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(gè)原油罐區(qū)，采用了由鋁板制成的阻火器，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)由于回火壓力過大，引起阻火器鋁板破裂，火焰進(jìn)
入原油罐內(nèi)釀成原油罐爆炸的重大事故。為此阻火器應(yīng)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(guān)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(yīng)在加工條件和強(qiáng)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(yīng)的縮短三角形通道長度L，但h過小會(huì)增大氣體的流阻，L過小會(huì)導(dǎo)致阻火器阻火能力減弱。啕因此在設(shè)計(jì)阻火器時(shí)，應(yīng)綜合考慮L和h值的選取。
對(duì)于不同等級(jí)的氣體介質(zhì)，國外某廠家經(jīng)過試驗(yàn)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。憫例如對(duì)于IIA類介質(zhì)，三角形單
元的高度h應(yīng)取
0.8mm較為合適，當(dāng)口徑小于DN50時(shí)L應(yīng)取20mm，當(dāng)口徑在DN80到DN350之間時(shí)L應(yīng)取40ram，當(dāng)口徑大于DN400時(shí)L應(yīng)取80mm。
3、阻火芯的最大外徑
阻火器的外形結(jié)構(gòu)如圖4所示，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(yīng)大于或等于兩端聯(lián)接管道的橫截
面積。
4、阻火器設(shè)計(jì)計(jì)算
目前，關(guān)于火焰在狹縫中的傳播和熄滅的理論研究還相對(duì)較少，對(duì)于阻火器的設(shè)計(jì)多依賴于一般的經(jīng)驗(yàn)公式或半經(jīng)驗(yàn)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(jì)算：
V=0.38
aL
D2
但(1)式只能應(yīng)用于爆燃火焰，對(duì)爆轟的情況誤差較大，因?yàn)楸Z的能量傳遞方式為沖擊波壓縮，與爆燃火焰以熱傳導(dǎo)為主的能量傳遞方式不同。類似
地式中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(dāng)量
直徑。對(duì)于丙烷一空氣爆燃火焰的實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)可得，阻爆燃型阻火器可以阻止的IIA類介質(zhì)與空氣混合物的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤砂垂?/span>(2)計(jì)算：
V=6.833
L
H2
Groth也在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究后得到了阻火層厚度與火焰速度及熄滅直徑的關(guān)系，即公式(3)：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(yīng)用于丙烷一空氣爆燃火焰時(shí)比較準(zhǔn)確。美國
L=2Vrh2
式中V為火焰?zhèn)鞑ニ俣?，L和rh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(guān)系。在這
個(gè)厚度下阻火器能阻止高速的火焰?zhèn)鞑ァＳ?1)(2)(3)式均可看出，燃?xì)饣鹧嫠俣扰c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(jìn)行計(jì)算，測試介質(zhì)為丙烷與空氣的混合氣，為IIA類介質(zhì)，根據(jù)介質(zhì)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(dāng)阻火芯外徑為108mm時(shí)所有空隙面積之和約等于兩端管道截面積，根
據(jù)結(jié)構(gòu)要求取阻火芯外徑為165mm。根據(jù)公式(1)計(jì)算得到該阻火器的最大阻火速度為380m/s，根據(jù)公式(2)計(jì)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。
二、阻火器選用原則：
(1)所選用阻火器的安全阻火速度應(yīng)大于安裝位置可能達(dá)到的火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/span>
(2)與燃燒器連接的可燃?xì)怏w輸送管道在無其他防回火設(shè)施時(shí)應(yīng)設(shè)置阻火器：①阻止以亞音速傳播的火焰,應(yīng)使用阻爆燃型阻火器,其安裝位置宜靠近火源；
②阻止以音速或超音速傳播的火焰，應(yīng)使用阻爆轟型阻火器，要注意其爆轟波吸收器應(yīng)朝有可能產(chǎn)生爆轟的方向，否則將失去阻爆轟的作用。
(3)在寒冷地帶使用阻火器，應(yīng)選用部分或整體帶加熱套的殼體，也可采用其它伴熱方式。
(4)在特殊情況下，可根據(jù)需要選用設(shè)有沖洗管、壓力計(jì)和排污口等接口的阻火器。
(5)安裝于管端的阻火器，當(dāng)管道公稱直徑小于DN50時(shí)宜采用螺紋連接；當(dāng)管道公稱直徑大于DN50時(shí)宜采用法蘭連接。
(6)安裝于管道中的阻火器宜采用法蘭連接。
(7)安裝于管端的阻火器應(yīng)帶有可自動(dòng)開啟的防雨通風(fēng)罩。
(8)儲(chǔ)罐之間的氣相連通管道各支管上的阻火器應(yīng)選阻爆轟型阻火器。
(9)儲(chǔ)罐頂部的油氣排放管道應(yīng)在與罐頂?shù)倪B接處選用阻爆轟型阻火器。
(10)儲(chǔ)罐頂部保護(hù)性氣體及油氣排放管道的集合管上應(yīng)選阻爆轟型阻火器。緊急放空管道應(yīng)設(shè)置阻爆燃型阻火器。
(11)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)置阻爆轟型阻火器。
(12)可燃?xì)怏w放空管道在接入火炬前若設(shè)置阻火器時(shí)，應(yīng)設(shè)置阻爆轟型阻火器。
(13)阻火器的材質(zhì)選用應(yīng)滿足以下要求：
①安裝于管端的阻火器殼體應(yīng)采用鑄鐵和含鎂量不大于0.5%的鑄鋁合金，也可按設(shè)計(jì)要求采用其它材料；
②安裝于管道中的阻火器殼體應(yīng)采用鑄鐵或碳鋼焊接，也可按設(shè)計(jì)要求采用其它材料；
③阻火層芯件和安裝于管道中的阻火器芯殼及芯件壓環(huán)應(yīng)選用不銹鋼；
④安裝于管端的阻火器芯殼及芯件壓環(huán)應(yīng)采用鑄鐵或鑄鋁。- 上一篇：管道系統(tǒng)中過濾器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及各項(xiàng)要求 2017/4/17
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