阻爆轟型阻火器的選用

1、如何合理使用阻爆轟型阻火器阻爆轟型阻火器的實際應(yīng)用阻爆轟型阻火器廣泛應(yīng)用于易燃液體、蒸氣和氣體處理領(lǐng)域的防爆。人們常常認為阻爆轟型阻火器能提供全面的保護，這種誤解會導(dǎo)致具有潛在危險的安裝。轉(zhuǎn)變這種錯誤的認識，關(guān)鍵要理解兩種阻爆轟型阻火器（穩(wěn)定和非穩(wěn)定）之間的根本區(qū)別。合理設(shè)計防爆和防護系統(tǒng)，并且遵守嚴格的操作和維護程序，應(yīng)能避免在很多工藝中產(chǎn)生易燃氣體/蒸氣和空氣混合物，更不可能著火。然而，在儲罐通風和蒸氣收集系統(tǒng)中，這種風險要大得多，因此合理使用阻爆轟型阻火器是確保設(shè)備在使用壽命中安全性的最重要因素。圖1 阻火器安裝在管路中示意圖什么是爆轟？爆轟發(fā)生在具有長管道的開放或封閉管道系統(tǒng)（例如通風

2、管或蒸氣收集系統(tǒng)）中。當氣體/空氣混合物在管道內(nèi)著火，燃燒混合物體積因而增加，導(dǎo)致其前方的未燃混合物被預(yù)先壓縮且火焰鋒隨著燃燒率的升高而加快。該過程的早期階段稱為爆燃，這時火焰速度為亞音速且壓力波遙遙領(lǐng)先于火焰鋒；通常，對于在環(huán)境條件下引發(fā)的爆炸，火焰速度小于100 m/s且壓力低于0.1MPa.g，但若轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z，則火焰速度和壓力可分別達到 200300m/s以及1MPa.g。由于燃燒過程進一步加快，最后火焰鋒和壓力波相遇，在“爆燃轉(zhuǎn)爆轟（DDT）”區(qū)形成高壓沖擊波，該沖擊波靠近火焰鋒前方。圖2 管道長度對火焰速度和爆炸壓力的影響DDT 區(qū)的另一個特征是超壓爆轟或不穩(wěn)定爆轟，其猛烈的沖擊波壓

3、縮可帶來15 MPa.g 以上的瞬時壓力以及 3000 m/s以上的火焰速度。這些沖擊波迅速消散，爆轟波變得穩(wěn)定，同時壓力約為 23 MPa.g，火焰速度通常為16002000 m/s。爆轟只會在特定的氣體/蒸氣濃度范圍內(nèi)發(fā)生，通常濃度都在所涉及材料的正?？扇挤秶鷥?nèi)。接近稀/濃極限時，會出現(xiàn)馳振爆轟現(xiàn)象?；鹧嫠俣扔捎诠艿婪较蚋模◤濐^等）而臨時衰減為爆燃區(qū)的速度時，也會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。這主要說明火焰鋒可通過 DDT/不穩(wěn)定爆轟區(qū)在爆燃和穩(wěn)定爆轟之間反復(fù)變化，而這是極其危險的。穩(wěn)定爆轟只會發(fā)生在不穩(wěn)定爆轟后，強調(diào)這一點很重要。在很大程度上，穩(wěn)定和不穩(wěn)定爆轟的出現(xiàn)取決于管道直徑、管道配置、管道類型（

4、例如，滑順焊接、帶法蘭接頭的粗焊接）、氣體/蒸氣類型、空氣中的氣體/蒸氣濃度、工作溫度和工作壓力。只有在帶化學計量試驗氣體的受控實驗室條件下，才有可能預(yù)測出現(xiàn)這些現(xiàn)象的位置。在工藝裝置中，處理氣體/蒸氣（濃度接近可燃性稀/濃極限且位于包含無數(shù)彎頭、閥門等的管道中）的可能性比標準試驗氣體（丙烷、乙烯或氫氣）高。這些因素會影響防爆措施（尤其是阻爆轟型阻火器）的應(yīng)用。阻爆轟型阻火器的工作原理阻火匣式阻爆轟型阻火器使用小阻火匣與最佳阻火匣長度來提供大量熱傳播表面積。來自燃燒氣體的熱量通過阻火匣內(nèi)的邊界層消散，最終冷卻到其自燃溫度以下。所需阻火匣大小取決于實際氣體/蒸氣，且可使用所有易燃氣體/蒸氣的基本

5、屬性“最大試驗安全間隙 (MESG)”來定義。表1 典型 MESG 和氣體組別（根據(jù) ISO16852:2008）材料MESG氣體組別(ISO16852:2008)乙酸1.69 mmIIA1甲烷1.14 mmIIA1丙酮1.04 mmIIA己烷0.93 mmIIA乙醇0.89 mmIIB1四氫呋喃0.87 mmIIB1二甲醚0.84 mmIIB2乙烯0.65 mmIIB3環(huán)氧乙烷0.59 mmIIB氫氣0.29 mmIIC所需的阻火匣長度通過試驗確定，基本上是火焰速度的函數(shù)由于阻爆轟型阻火器的高火焰速度，其阻火匣長度通常比阻爆燃型阻火器大。一般，不穩(wěn)定阻爆轟型阻火器的阻火匣長度比穩(wěn)定阻爆轟型阻

6、火器大，但更重要的是，它需要更堅固的元件支撐架來承受不穩(wěn)定事件帶來的更大作用力。通過使用整體逆流減震器，爆轟也可在到達元件前衰減為爆燃。穩(wěn)定阻爆轟型阻火器雖然穩(wěn)定阻爆轟型阻火器已在德國普遍使用并經(jīng)ISO16852:2008認可，但由于它完全忽略 DDT/不穩(wěn)定爆轟和馳振爆轟的存在且似乎僅依賴于已接受的風險級別，所以存在根本缺陷。而且，這種裝置的制造商不需要明確告知用戶使用“阻爆轟型”阻火器的風險。若認為將氣體/空氣濃度維持在爆炸下限 (LEL) 的25% 為根本防爆技術(shù)，則依此類推，可認為將其維持在爆炸上限 （UEL）以上 25% 也同樣可以接受。然而，由于可能需要穿過整個可燃范圍來實現(xiàn)這種維

7、持，一般不推薦這種做法。ISO16852:2008（7.4.4、11.1h 和附件 D）試圖通過不允許單獨使用穩(wěn)定阻爆轟型阻火器以及 0、1 和 2 區(qū)（以德國 TRbF 20 規(guī)范為代表）的相關(guān)防護級別來克服該問題。實際上，若會發(fā)生爆轟，就不會注意到是否在 0、1 和 2 區(qū)，最終結(jié)果也相同。穩(wěn)定阻爆轟型阻火器的構(gòu)建標準低于不穩(wěn)定阻爆轟型阻火器。另外，當位于 DDT/不穩(wěn)定區(qū)時，由于給不穩(wěn)定爆轟施加了極高動負荷（設(shè)計環(huán)節(jié)未考慮這一點），穩(wěn)定阻爆轟型阻火器通常會出現(xiàn)機械損壞（請參見下文的“工藝管道的安全度”部分）。圖5 嚴重損壞的元件圖不穩(wěn)定阻爆轟型阻火器全球大部分地區(qū)都只認可不穩(wěn)定阻爆轟型阻

8、火器，例如，美國海岸警衛(wèi)隊標準規(guī)定，只允許使用在穩(wěn)定和不穩(wěn)定爆轟下都證實可靠的不穩(wěn)定阻爆轟型阻火器。由于爆轟事件在實踐中的不可預(yù)見性，沒有其他裝置可在無需考慮可能位置及使用其他防護系統(tǒng)的情況下提供全面保護。不穩(wěn)定爆轟試驗的一個缺陷是其固有的不可預(yù)見性以及廣泛的火焰速度和壓力范圍（可通過對比穩(wěn)定爆轟試驗來測量。在穩(wěn)定爆轟試驗中，這些參數(shù)可根據(jù)理論原理計算）。然而，考慮到所執(zhí)行的試驗次數(shù)，這顯然是比冒險采用低性能的穩(wěn)定阻爆轟型阻火器更健全的解決方案。畢竟，永遠也不可能用阻爆燃型阻火器代替阻爆轟型阻火器，因為發(fā)生爆轟的可能性很小。與穩(wěn)定阻爆轟型阻火器相比，不穩(wěn)定阻爆轟型阻火器可能有更大的壓力降。然而

9、，考慮到穩(wěn)定阻爆轟型阻火器可能需要成對使用或與阻爆燃型阻火器搭配使用，這就不成問題。由于需要在工藝設(shè)計階段考慮的某些因素（例如，流量和壓力降）總在事后才想起，因而導(dǎo)致了不必要的實踐和成本問題。只遭遇爆燃的阻爆轟型阻火器使用阻爆轟型阻火器并不意味著它總是遭遇爆轟，事實上，可以考慮稀/濃蒸氣/空氣混合物著火后，爆燃會引起的效果。除非經(jīng)過嚴格試驗，否則遭遇爆燃火焰鋒時，阻爆轟型阻火器仍有可能發(fā)生故障。USCG 和 ISO16852:2008 試驗協(xié)議都允許試驗帶受限出口的阻爆轟型阻火器USCG 在這方面有強制規(guī)定，ISO16852:2008將其作為可選項，導(dǎo)致大量不必要的阻爆轟型阻火器類型。受限出口

10、指靠近阻爆轟型阻火器受保護端的局部關(guān)閉閥門或接頭。由于爆燃中的壓力波位于火焰鋒前方，這種限制可能在火焰鋒到達阻爆轟型阻火器之前產(chǎn)生背壓，從而導(dǎo)致氣體在更高的壓力（高于認證壓力）下燃燒且火焰將穿過阻爆轟型阻火器。重新定位阻爆轟型阻火器的閥門或接頭等元件可消除該潛在問題，但更好的方法是確保阻爆轟型阻火器允許受限出口的存在。高溫和高壓下的效果阻爆轟型阻火器常用于高于環(huán)境/大氣溫度和壓力（通常達60°C 0.01MPa.g）下的工藝操作。在這種情況下，需要確定氣體或蒸氣/空氣混合物可在給定工藝中著火的條件。例如，除非高壓排氣出口有相同壓力下的空氣，當空氣和氣體可以混合（很可能在大氣壓力下）且

11、排氣壓力減弱（允許與氣體混合）時，阻爆轟型阻火器才需要發(fā)揮作用。在高壓下，更多能量產(chǎn)生且火焰加速度加快，因此爆炸壓力更大（基本與初始著火壓力成正比）并將在更短的管道長度下到達 DDT 區(qū)。在任何情況下，若高壓和/或高溫下存在氣體/空氣，則經(jīng)測試證明任何阻爆轟型（或管道爆燃型）阻火器可在這種條件下使用至關(guān)重要。ISO16852:2008有150°C 和0.06 MPa.g的限制，但阻火器肯定可用于更高的溫度和壓力?？紤]到這種阻火器可以有更大的壓力降且更昂貴，仔細評估工藝來避免不必要的問題是關(guān)鍵。穩(wěn)定燃燒當可著火的氣體/蒸氣和空氣易燃混合物通過阻火器，且該混合物基于流速在阻火器元件表面持

12、續(xù)燃燒時，會出現(xiàn)穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象。在常壓儲罐和阻火器（用于需要防持續(xù)燃燒的情況）的不可控制通風過程中，更可能出現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，也就是說它們可承受不定期限的預(yù)混合燃燒。根據(jù) TRbF 20 等規(guī)范，使用帶通風管（長度合適）的阻爆轟型阻火器可確保阻火器元件不發(fā)生燃燒。這種阻火器的有效性尚不可靠，因為它假設(shè)阻爆轟型阻火器始終易發(fā)生爆轟，然而在實踐中，也極有可能發(fā)生爆燃。當然，管道應(yīng)用（例如蒸氣回收裝置）中也有可能出現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，且所使用的阻爆轟型阻火器必須能處理這種事件。雖然可獲得防持續(xù)燃燒阻爆轟型阻火器，其單獨使用（與所有防持續(xù)燃燒阻火器一樣）仍存在問題，因為它實際上允許未檢測到的火焰在危險區(qū)域燃燒而不采取

13、任何措施；在試驗過程中，阻火器外殼的未防護端可能燒紅，導(dǎo)致無法對危險區(qū)域的溫度進行分級。更好和更安全的方法是安裝溫度監(jiān)控設(shè)備，從而在最短時間內(nèi)采取停止燃燒的相應(yīng)措施。若阻爆轟型阻火器只能承受有限期間的燃燒且相關(guān)工藝有可能出現(xiàn)這種情況，則有必要安裝溫度傳感器。ISO16852:2008 要求在阻火器/阻爆轟型阻火器上清楚標示穩(wěn)定燃燒時間。工藝管道的安全度有一個關(guān)于普通工藝管道適用性的常見問題，即管道中是否會發(fā)生爆轟。簡單來說，沿著管道前行的火焰鋒/爆轟不是靜壓力（管道應(yīng)能承受正常靜態(tài)爆炸壓力，因此假設(shè)為環(huán)境條件下的1MPa.g 等級），而是只作用于管道壁數(shù)微秒的動態(tài)沖擊壓力。到目前為止，更大的危險是當火焰鋒/爆轟的前行受到如管道彎頭、閥門和阻火器/阻爆轟型阻火器等的阻礙時，其產(chǎn)生的動量和能量作用。當這種動量/能量轉(zhuǎn)移，除非設(shè)備有動量/能量作用力承受設(shè)計，否則它可能會產(chǎn)生災(zāi)難性故障。為此，若阻爆燃型阻火器和穩(wěn)定阻爆轟型阻火器遭遇 DDT/不穩(wěn)定爆轟，就會產(chǎn)生機械故障（以及火焰?zhèn)鬟f）。這種配件/閥門的位置必須經(jīng)過仔細考慮、提供充分支撐并有技巧地放置不穩(wěn)定阻爆轟型阻火器來