RTO催化燃燒系統(tǒng)的被動(dòng)安全設(shè)備-阻火器

近年來(lái)，在廢氣治理領(lǐng)域，阻火器作為RTO系統(tǒng)中的一種必不可少的標(biāo)配被動(dòng)安全設(shè)備，逐漸被重視起來(lái)，在石油化工安全領(lǐng)域的重要作用使得它的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。但是就目前的環(huán)保市場(chǎng)而言，仍然有大量的現(xiàn)場(chǎng)未配置或者未配置符合規(guī)范的阻火器或者阻火設(shè)備，可能極大的原因還是源于人們對(duì)阻火設(shè)備的不了解，本文通過(guò)對(duì)阻火器的原理、分類、試驗(yàn)以及性能分析等進(jìn)行介紹，希望對(duì)相關(guān)學(xué)習(xí)者和從業(yè)者有一定幫助并引起重視。

在與客戶交流以及對(duì)客戶現(xiàn)場(chǎng)的走方案中發(fā)現(xiàn)，阻火設(shè)備在一定程度上雖然引起客戶的重視，但是未被正確選擇和使用是目前存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。例如有一些人認(rèn)為洗滌塔配置絲網(wǎng)可以阻火、選擇一些價(jià)廉質(zhì)劣絲網(wǎng)管道阻火器等等，這些都是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/span>

管道阻火器定義：安裝在輸送可燃?xì)怏w管道長(zhǎng)，阻止傳播火焰（爆燃或爆轟）通過(guò)的裝置，由阻火芯、阻火器外殼及附件構(gòu)成。

一、原理：
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。板式換熱器墊片。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)。

1.1傳熱作用
    管道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。

1.2器壁效應(yīng)
    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，滿足工業(yè)上的需要。
二、阻火器的形式和分類
2.1、按阻火器阻火性能可分為：
（A）阻爆燃型阻火器
（B）阻爆轟型阻火器
（C）耐燒型阻火器
阻爆燃型阻火器：能阻止爆燃傳播的阻火器。爆燃是指以熱傳導(dǎo)和擴(kuò)散方式、相對(duì)于前方介質(zhì)以亞音速傳播的燃燒反應(yīng)形式
阻爆轟型阻火器：能阻止爆轟傳播的阻火器。爆轟是以激波壓縮方式、相對(duì)于前方介質(zhì)以超音速傳播的燃燒反應(yīng)形式。
耐燒型阻火器：在耐燒過(guò)程中及耐燒后能阻止火焰?zhèn)鞑サ淖杌鹌鳌?br /> 2.2、按阻火器阻火芯的結(jié)構(gòu)可分為：
（A）波紋板式；
（B）金屬絲網(wǎng)式；
（C）平行板式；
（D）充填式；
（E）多孔板式。
2.3、按阻火器適用氣體介質(zhì)分為：
（A）適用于IIA1級(jí)（MESG≥1.14mm）氣體的阻火器；
（B）適用于IIA級(jí)（MESG>0.9mm）氣體的阻火器；
（C）適用于IIB1級(jí)（MESG≥0.0.85mm）氣體的阻火器；
（D）適用于IIB2級(jí)（MESG≥0.75mm）氣體的阻火器；
（E）適用于IIB3級(jí)（MESG≥0.65mm）氣體的阻火器；
（F）適用于IIB級(jí)（MESG≥0.5mm）氣體的阻火器；
（G）適用于IIC級(jí)（MESGmm<0.5mm）氣體的阻火器。
MESG：最大實(shí)驗(yàn)安全間隙：在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下（0.1MPa，20℃），剛好使火焰不能通過(guò)的狹縫寬度（狹縫長(zhǎng)為25mm）。
注：MESG的定義是國(guó)際統(tǒng)一的，取自標(biāo)準(zhǔn)的MESG實(shí)驗(yàn)裝置。
三、阻爆試驗(yàn)
3.1、安全阻火速度試驗(yàn)
試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1,兩側(cè)管端用盲板密封。應(yīng)采用安裝在側(cè)壁上的火花塞作點(diǎn)火源

3.1.1、試驗(yàn)管路的規(guī)格應(yīng)與阻火器規(guī)格一致。引爆側(cè)管段和保護(hù)側(cè)管段長(zhǎng)度L1 和L2 應(yīng)根據(jù)管徑和待測(cè)阻火器設(shè)計(jì)阻火速度值設(shè)置。如果因?yàn)楸Ｗo(hù)側(cè)管段長(zhǎng)度不夠而影響火焰速度的提高，可以將尾端打開(kāi)再點(diǎn)火起爆。為了增大火焰加速度，允許在火焰引爆側(cè)設(shè)置擾動(dòng)裝置。
3.1.2、在引爆側(cè)應(yīng)安裝4支火焰?zhèn)鞲衅骷耙恢毫鞲衅?頻率≥100kHz)監(jiān)測(cè)阻火速度及爆轟壓力 其中L3=200mm±50mm;L4≥3D 且不小于100mm;L5≥500mm。阻火器端面距最遠(yuǎn)端傳感器的距離不小于30D
3.1.3、壓力應(yīng)通過(guò)安裝在引爆側(cè)的壓力傳感器(頻率≥100kHz)測(cè)量,傳感器的安裝位置距阻火器，接口的長(zhǎng)度應(yīng)為200mm±50mm。
3.1.4、打開(kāi)空氣閥門,開(kāi)啟循環(huán)泵,清掃試驗(yàn)管段內(nèi)的氣體。關(guān)閉空氣閥門,向試驗(yàn)裝置內(nèi)通入試驗(yàn)氣體)直至Pi≥P0 為止(P0 為適用介質(zhì)最高工作壓力的生產(chǎn)單位公布值)。開(kāi)啟起爆器,點(diǎn)燃預(yù)混氣。共進(jìn)行3次連續(xù)試驗(yàn)。在保護(hù)側(cè)用火焰?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)是否成功阻火,所有13次阻火試驗(yàn)應(yīng)全部阻火成功。每次試驗(yàn)的火焰速度值不低于設(shè)計(jì)的安全阻火速度值。
3.1.5、在連續(xù)13次試驗(yàn)中,有一次火焰速度小于安全阻火速度生產(chǎn)單位設(shè)計(jì)值,則應(yīng)補(bǔ)做試驗(yàn),使火焰速度大于或等于安全阻火速度生產(chǎn)單位設(shè)計(jì)值，否則安全阻火速度值贏降低到13次試驗(yàn)中火速度最小的值。若連續(xù)13次試驗(yàn)中有一次阻火失敗,并且火焰速度接近設(shè)計(jì)的安全阻火速度值,則認(rèn)為該阻火器阻火性能不合格。
3.1.6、試驗(yàn)應(yīng)記錄如下數(shù)據(jù):
（a）最大爆炸壓力；
（b）試驗(yàn)管規(guī)格；
（c）試驗(yàn)介質(zhì)；
（d）試驗(yàn)介質(zhì)濃度。
3.2適用介質(zhì)試驗(yàn)
3.2.1實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1，實(shí)驗(yàn)程序見(jiàn)以上安全阻火速度試驗(yàn)
2.2.2對(duì)于爆燃試驗(yàn)：試驗(yàn)管路的規(guī)格應(yīng)與阻火器規(guī)格一致。
試驗(yàn)管路管長(zhǎng)L1 應(yīng)不小于10D 且不超過(guò)50D(碳?xì)浠衔?空氣混合氣體-ⅡA、ⅡB1、ⅡB2、ⅡB3);
試驗(yàn)管路管長(zhǎng)L1 應(yīng)不小于10D 且不超過(guò)30D(氫氣/空氣混合氣體-ⅡB、ⅡC)。L2值應(yīng)為50D(碳?xì)浠衔?空氣混合氣體-ⅡA、ⅡB1、ⅡB2、ⅡB3);
L2 值應(yīng)為30D(氫氣/空氣混合氣體-ⅡB、ⅡC)。
3.2.3對(duì)于穩(wěn)定爆轟試驗(yàn):引爆側(cè)的管路應(yīng)足夠長(zhǎng),并且管端應(yīng)裝配盲板或防爆容器(安裝點(diǎn)火源)。管路中還應(yīng)安裝火焰加速器以減小管路長(zhǎng)度。保護(hù)側(cè)管路長(zhǎng)度L2 為10D,且不小于3m。管端應(yīng)能耐受爆轟。
3.2.4向試驗(yàn)裝置內(nèi)通入試驗(yàn)氣體直至Pi≥Po為止（Po為適用介質(zhì)最高工作壓力的生產(chǎn)單位公布值）。試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)為生產(chǎn)單位規(guī)定適用介質(zhì)，試驗(yàn)步驟見(jiàn)3.1.4.
3.2.5共進(jìn)行13次連續(xù)試驗(yàn)。在保護(hù)側(cè)用火焰?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)是否成功阻火,所有13次阻火試驗(yàn)應(yīng)全部阻火成功。試驗(yàn)記錄應(yīng)符合3.1.6的規(guī)定。
四、阻爆性能
阻爆性能應(yīng)滿足應(yīng)滿足a）或b）的規(guī)定
（A）按2.1規(guī)定的方法進(jìn)行阻爆試驗(yàn)，阻火器應(yīng)每次都能阻火。試驗(yàn)后外殼不應(yīng)出現(xiàn)永久變形及損壞。阻火速度不應(yīng)低于生產(chǎn)單位規(guī)定值
（B）按2.2規(guī)定的方法進(jìn)行阻爆試驗(yàn)，采用生產(chǎn)單位規(guī)定的適用介質(zhì)（適用介質(zhì)分類見(jiàn)1.3）進(jìn)行試驗(yàn)，阻火器應(yīng)每次都能阻火。試驗(yàn)后外殼應(yīng)不出現(xiàn)永久變形及損壞。
以上關(guān)于阻火器的分類及阻火器的性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為石油氣體管道阻火器中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13347-2010。在廢氣治理系統(tǒng)驚醒設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮并選擇帶有依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)GB/T13347-2010或者國(guó)際ISO16852-2016標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)的委托試驗(yàn)報(bào)告的阻火器，可靠的防止發(fā)生回火或者高溫氣體回流時(shí)蔓延到阻火器前端設(shè)備和車間。
另外，在進(jìn)行RTO系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮阻火器被動(dòng)措施以外，還要考慮與主動(dòng)安全措施一起配合使用，比如應(yīng)急系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、LEL在線分析系統(tǒng)、氧分析儀以及其他氣體分析儀，水（液）封罐、單向閥、氮封閥等等，阻火器需要安裝在不易產(chǎn)生積液的位置，需要定期清理和吹掃維護(hù)等等。
參考文獻(xiàn)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13347-2010

來(lái)源：環(huán)保