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    石油化工阻火器設計選型分析
    點擊次數:185      更新時間:2024-03-03

    石油化工阻火器設計選型分析
    阻火器又名防火器、管道阻火器,是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設備、管道內或阻止火焰在設備、管道間蔓延。它是用來阻止介質(如氫氣,氧氣等)火焰向外蔓延的安全裝置,由一種能夠通過氣體的、具有許多細小通道或縫隙的固體材料(阻火元件)所組成。在選用阻火器時,即可在設計規定使用的規范中首先查出所用可燃氣體的等級,然后根據該組氣體對應的MESG值來選擇相應的阻火元件。
        以目前市面上常見的氧氣阻火器和防爆波紋阻火器為例,傳熱作用以及器閉效應是他們的主流原理。第一種原理是降低溫度,因為所有可以燃燒的物質都是有燃點的,當溫度下降到燃點以下的時候自然就不會發生火災。第二種器閉效應的作用則比較復雜。它是根據可燃燒物質的燃燒的時候各分子之間的相互反應制作的。這種阻火器的通道比較窄,這樣就可以阻止火焰的繼續燃燒。

    GZW阻火器04.jpg

        GZW,GYW阻爆燃型管道阻火器由芯件和殼體兩部分組成,芯件是核心,是由兩層超薄的不銹鋼帶,一條被壓成波N形,另一條平面鋼帶則將它圍繞圓心緊緊纏繞而成。從而構成無數個端面,是小三角形直通流道,而且在芯件內部有一個十字結構的支架(或在表面壓上Y形架)借以增強芯件的牢靠性,避免芯件被點燃的介質所產生的爆炸壓力沖散。介質從三角形狹道中通過,阻火器也正是通過它來阻止火焰在管道中的蔓延,其原理為"器壁效應",就是火焰與器壁的碰撞進行能量轉換,降低了溫度。以此原理來設計三角形孔的高度阻止火焰的通過,再加上足夠的流道長度來吸收火焰的熱量,使其在芯件中熄滅,避免了氣體在芯件的另一端被復燃的可能性。

    GZW阻火器02.jpg

    阻火器是用來阻止和易燃液體蒸汽的火焰蔓延的安全裝置。一般安裝在輸送可燃氣體的管道中,或者通風的槽罐上,阻止傳播火焰(爆燃或爆轟)通過的裝置,由阻火芯、阻火器外殼及附件構成。
    阻火器是用來阻止和易燃液體蒸汽的火焰蔓延的安全裝置。一般安裝在輸送可燃氣體的管道中,或者通風的槽罐上,阻止傳播火焰(爆燃或爆轟)通過的裝置,由阻火芯、阻火器外殼及附件構成。

    GZW阻火器06.jpg


    石油化工阻火器設計選型分析構造和作用
    阻火器主要由殼體和阻火芯兩部分組成。殼體應具有足夠的強度,以承受爆炸產生的沖擊壓力。阻火芯是阻止火焰傳播的主要構件,常用為波紋型阻火芯。
    波紋型阻火芯用不銹鋼、銅鎳合金、鋁或鋁合金支撐。波紋型阻火器能阻止爆燃的猛烈火焰,并能承受相應的機械和熱力作用,流動阻力小,易于清洗和更換。

    FPB天燃氣阻火器05.jpg

    石油化工阻火器設計選型分析工作原理:
    關于阻火器的工作原理,主要有兩種觀點:一是基于傳熱作用;一是基于器壁效應。
    傳熱作用:燃燒所需要的必要條件之一就是要達到一定的溫度,即著火點。低于著火點,燃燒就會停止。依照這一原理,只要將燃燒物質的溫度降到其著火點以下,就可以阻止火焰的蔓延。當火焰通過阻火元件的許多細小通道之后將變成若干細小的火焰。設計阻火器內部的阻火元件時,則盡可能擴大細小火焰和通道壁的接觸面積,強化傳熱,使火焰溫度降到著火點以下,從而阻止火焰蔓延。
    器壁效應:燃燒與爆炸并不是分子間直接反應,而是受外來能量的激發,分子鍵遭到破壞,產生活化分子,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,生成新的產物,同時也產生新的自由基再繼續與其它分子發生反應。當燃燒的可燃氣通過阻火元件的狹窄通道時,自由基與通道壁的碰撞幾率增大,參加反應的自由基減少。當阻火器的通道窄到一定程度時,自由基與通道壁的碰撞占主導地位,由于自由基數量急劇減少,反應不能繼續進行,也即燃燒反應不能通過阻火器繼續傳播。隨著阻火器通道尺寸的減小, 自由基與反應分子之間碰撞幾率隨之減少, 而自由基與通道壁的碰撞幾率反而增加, 這樣就促使自由基反應減低。當通道尺寸減少到某一數值時, 這種器壁效應就造成了火焰不能繼續傳播的條件, 火焰即被阻止。因此器壁效應是防止火焰的主要機理。

    網型管道阻火器5.jpg

    1、我們可以先了解一下“火焰傳播"的過程:
    在可燃氣體混合物中,如果產生一個電火花,由于火花的直接作用和氣體的化學反應會使混合物著火,于是就產生了一個氧化反應強烈的發光中心,此中心又稱火焰中心。它是一個熱量和化學活性粒子(自由原子和自由基)集中的源,把熱量和活性粒子供給周圍未燃的可燃混合物薄層,致使相鄰薄層著火,火焰就這樣一步一步地傳播。
    阻火器內主要由很多具有細孔的金屬網組成,這些細孔具有很強烈的散熱作用,當火焰通過網孔時,由于壁面散熱十分強烈,每通過一層金屬網,火焰的熱量就不斷地被金屬網吸收,當熱量達到不能使可燃混合氣體燃燒時,火焰就熄滅了。

    網型管道阻火器04.jpg

    2、目前主要有兩種觀點:一是基于傳熱作用;一是基于器壁效應。
    傳熱作用:燃燒所需要的必要條件之一就是要達到一定的溫度,即著火點。低于著火點,燃燒就會停止。依照這一原理,只要將燃燒物質的溫度降到其著火點以下,就可以阻止火焰的蔓延。當火焰通過阻火元件的許多細小通道之后將變成若干細小的火焰。設計阻火器內部的阻火元件時,則盡可能化擴大細小火焰和通道壁的接觸面積,強化傳熱,使火焰溫度降到著火點以下,從而阻止火焰蔓延。
    器壁效應:燃燒與爆炸并不是分子間直接反應,而是受外來能量的激發,分子鍵遭到破壞,產生活化分子,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,生成新的產物,同時也產生新的自由基再繼續與其它分子發生反應。當燃燒的可燃氣通過阻火元件的狹窄通道時,自由基與通道壁的碰撞幾率增大,參加反應的自由基減少。當阻火器的通道窄到一定程度時,自由基與通道壁的碰撞占主導地位,由于自由基數量急劇減少,反應不能繼續進行,也即燃燒反應不能通過阻火器繼續傳播。

    GZW阻火器07.jpg

    石油化工阻火器設計選型分析設備主要性能
    1、阻爆性能應符合阻火器連續13次以亞音速火焰試驗,每次都能阻止火焰的通過。
    2、耐燒性能應符合耐燒試驗1小時無回火現象。
    3、殼體水壓試驗應符合水壓試驗2.4MPa無滲漏。結構合理,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。

    FPB天燃氣阻火器04.jpg

    石油化工阻火器設計選型分析適用范圍
    適用于儲存閃點低于60℃,工作溫度低于480℃易燃易爆的石油化工產品,如汽油、煤油、輕柴油、甲苯等。根據設備性能和介質特殊性,我們主要將阻火器分為兩種型號,即阻爆轟型和阻爆燃型。

    FPA燃氣阻火器02.jpg

    石油化工阻火器設計選型分析型號規格寫法
    例如:公稱口徑為DN300 法蘭等級為PN16 防爆級別為IIB級,碳鋼的阻爆燃型管道阻火器
    一種是由兩個方向折成的波紋型的薄板材料組成,波紋之間分隔成許多小的孔隙和通道,給火焰提供了一條曲曲折折的通道。另一種由波紋薄板和平板交替纏繞在中心軸上,組成一疊帶有三角形孔隙阻火層,這種結構的阻火層可以根據設計需要生產不同直徑、不同厚度和不同孔隙的波紋阻火層。波紋結構阻火器經測試證明,阻火性能好,使用范圍廣,制造成本低,易于檢查和安裝等優點,所以這種結構的阻火器已被廣泛使用。儲罐波紋阻火器阻火層由幾層阻火層組成一個一個整體,但層與層之間不允許留有空隙,以防止火焰由間隙通過。

    FPB天燃氣阻火器03.jpg

    石油化工阻火器設計選型分析實驗方法:
    該阻火器徑中國科學技術大學與公安部天津消防科學研究所聯合測試,其性能符合GB13347-92《石油氣管道阻火體器阻火性能和實驗方法》的規定.阻火器連續13次以亞音速火焰試驗,每次都能阻止火焰的通過,可滿足各種不同工藝管道的需要.
    石油化工阻火器設計選型分析標準規范:
    1、執行標準:GB13347-92《石油氣體管道阻火器阻火性能和試驗方法》、
    2、SH/T3413-99《石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗及驗收》、
    3、HG/T20570.19-95《阻火器的設置》。

    ZGB-II抽屜阻火器04.jpg

    石油化工阻火器設計選型分析結構特點:
    1、該阻火器結構合理,重量輕,耐腐蝕,阻爆性能合格
    2、連續13次以亞音速火焰試驗每次都能阻火。
    3、易檢修,安裝方便。殼體水壓試驗合格。
    4、耐燒性能合格,耐燒試驗1小時無回火現象。
    5、阻火器芯子采用不銹鋼材料,耐腐蝕,易于清洗。
    石油化工阻火器設計選型分析選型
    GZW阻火器03.jpg石油化工阻火器設計選型分析材質

    1、殼體:A216-WCB、鑄鋁、A351-CF8(304)A351-CF3M(316L)哈氏合金及其他。

    2、阻火芯:S30408、S31608、PTFE C-276   。

    3、密封件:氟橡膠、PTFE、金屬纏繞墊、石墨復合墊 碳纖維。

    防爆級別

    根據GB 50160-2008<石油化工企業設計防火規范>我們把防爆等級按劃分并對應使用介質和型號。

    MESG分類標準NEC IEC MESG/ mm 氣體

    防爆等級

    MESG值(mm)

    適用介質類型

    阻火層形式

    阻火板間隙

    (mm)

    阻火層數量

    (片)

    阻火層厚度

    (mm)

    阻火器形式

    IIA

    ≥0.90

    丙烯

    波紋型

    0.94±0.02

    2

    ≥30

    阻爆燃/阻爆轟

    IIB1

    ≥0.85

    乙烯

    波紋型

    0.83±0.02

    2

    ≥30

    阻爆燃/阻爆轟

    IIB2

    ≥0.75

    波紋型

    0.73±0.02

    2

    ≥60

    阻爆燃/阻爆轟

    IIB3

    ≥0.65

    波紋型

    0.67±0.02

    2

    ≥60

    阻爆燃/阻爆轟

    IIB

    ≥0.50

    氫氣

    波紋型

    0.48±0.02

    2

    ≥60

    阻爆燃/阻爆轟

    IIC

    ≥0.50

    氫氣

    波紋型

    0.31±0.02

    2

    ≥60

    阻爆燃/阻爆轟


    閥體材料  碳鋼WCB、不銹鋼304、316、鋁合金
      阻火芯件材料  不銹鋼防爆阻火波紋板
      密封件材料  耐油石棉橡膠、四氟PTFE
      環境溫度  ≤480℃
      公稱壓力   0.6~5.0(MPa)
     公稱口徑  DN25-600
      防爆級別  BS5501:ⅡA、ⅡB、ⅡC


    石油化工阻火器設計選型分析儲罐阻火器尺寸:

    HGS07網型阻火器04.jpg

    公稱口徑
    (mm)
    重量
    (KG/臺)
    安裝尺寸(mm)
    LHDKN-d
    255.5130150115854*14
    328           15551701301004*18
    4081551701451104*18
    5091701801601254*18
    65121901851801454*18
    80142202001951608*18
    100172402102151808*18
    150293202502802408*22
    200433702703352958*22
    2505544030039535012*22
    3006850034046541012*22

    石油化工阻火器設計選型分析結構圖:

    GZW阻火器13.jpg

    石油化工阻火器設計選型分析尺寸:GB PN1.6MPa

    公稱口徑
    DN(mm)
    重量(K
    G/臺)
    外形尺寸(mm)
    LHDKn-d
    15512514295654*14
    205125142105754*14
    256130155115854*14
    3281501681351004*18
    409.51701801501104*18
    50121902001651254*18
    6515.52052101801458*18
    80192202202001608*18
    100222402402201808*18
    1253228026024520108*18
    150413302852852408*22
    2005838032534029512*22
    2508045036540535512*26
    30012052040046041012*26
    350-59542052047016*26
    400-64545058052516*30
    450-71048064058520*30
    500-78052071565020*33
    600-89555084077020*36

    石油化工阻火器設計選型分析美標法蘭尺寸:ANSI、API、ASME 可供JIS標準

    規格安裝尺寸(mm)
    DKLHN-d
    3/4"98701301604×15
    110879.51351604×15
    5/4"117891551804×15
    3/2"12798.51702004×15
    2"152120.51952204×19
    5/2"178139.52202204×19
    3"190152.52502504×19
    4"229190.52952608×19
    5"2542163603008×22
    6"279241.54303608×22
    8"343298.55204208×22

    石油化工阻火器設計選型分析的位置設置

    襯PO阻火器06.jpg

    阻火器和呼吸閥是至關重要的安全和環保設備,其本質安全是實現安全生產的重要環節。一般而言,根據爆炸風險評估以及工程實踐,應在儲罐、容器等非機械類設備、機械類設備,以及連接管道設置阻火器,其中這些阻火器位置設置對VOCs治理工程實踐具有重大參考作用。

    一張圖可以生動解釋阻火器常見設置位置:

    襯PO阻火器8.jpg


    石油化工阻火器設計選型分析具體位置可包括:

    1)甲B、乙類可燃液體常壓儲罐,以及甲A 類可燃液體(包括液態烴,液化天然氣等)低溫儲罐的通氣口和呼吸閥進、出口;此方面涉及罐區大小呼吸逸散氣(高濃度VOCs)的冷凝回收治理工程;

    2)燃燒設備(火炬,焚燒爐,氧化爐等)的入口;涉及用到RTO、RCO、TO、CO等工藝VOCs治理工程方面;

    3)有持續點燃源和0 區的機械設備(風機,真空泵,壓縮機等)進、出口;

    4)近海/ 鉆井平臺、碼頭、鐵路、公路、裝卸可燃液體或氣體的終端站,以及裝卸可燃化學品的槽船、槽罐車的呼吸閥和氣體置換/ 返回管線;涉及VOCs冷凝回收管路;

    5)沼氣系統、污水處理和垃圾填埋氣系統的中間氣體儲罐的呼吸閥以及氣體總管;涉及涉VOCs類易燃易爆管道的安全配置;

    6)加工可燃化學品并聯設備(如反應器)系統、可燃溶劑回收系統、可燃氣體或蒸汽回收系統、可燃尾氣處理系統的單臺設備或系統的氣體或蒸汽出口,以及集合總管進入可能有點燃源的處理設備(如火炬、焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽、儲罐等)的進口;

    7)可能發生失控放熱反應、自燃反應、自分解反應的反應器或容器至大氣或不耐爆炸壓力的容器的出口;

    8)輸送可能發生爆燃或爆轟的爆炸性氣體或蒸汽的管道;

    9)可燃氣體或蒸汽在線分析設備的放空總管;

    10)進入爆炸性氣體環境危險區域的內燃發動機的排氣總管。

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