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氢气阻火器的应用、工作原理及最大实验间隙

2017/7/12 8:21:37 点击:
                                                        不锈钢氢气管道阻火器

为了防止火焰窜入制氢装置引起火灾制氢装置各个排氢口安装氢气阻火器。本文对阻火器的工作原理、选择和维护进行讨论以期待发挥氢气阻火器在制氢装置的效能,确保现场生产设施和人员的安全。

目前我国的发电机组冷却方式几乎采用的是氢气冷却,氢气的制取由制氢站制氢装置完成。氢气是可燃气体虽然氢气在空气(或氧气)中的着火温度很高,达到560585℃但着火能量只有0.02mj。另外只要氢气在空气中的体积含量在4.0%~75.0%,或氢气在氧气中的体积含量在4.65%~94.0%都属于易爆炸范围。显然这个范围是很宽的,只要现场有轻微的摩擦或很小的火源,就可能引起着火、燃烧、爆炸。另外氢气火焰传播速度快,火焰速度可达每秒千米,并伴有很高压力的冲击波。外部火焰窜入氢气管路并随管路迅速扩散到制氢装置中,将造成重大事故。因此为了防止氢气管路中氢气的燃烧、毁坏设备和威胁生命安全,在氢气站设计过程中,必须在制氢装置上设置阻火器。

氢气阻火器工作原理

在制氢装置设置氢气阻火器其作用是防止外部火焰窜入由氢气的设备、管路、容器,从而阻止氢气及混合气体在以上设备中发生燃烧或爆炸阻火器的原理是基于传热作用和基于器壁效应。

1、传热作用

燃烧所需的必要条件之一就是要达到一定的温度(即着火点)低于着火点燃烧就会停止。依照这一原理,只要将燃烧物质的温度降到其着火点以下从而阻止火焰蔓延。

2、器壁效应

燃烧与爆炸并不是分子间直接反应而是受外来能量的激发,分子键遭到破坏,产生活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基,自由基与其它分子相撞生成新的产物,同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过阻火元件的狭窄通道时自由基与通道壁的碰撞凡率增大参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时自由基与通道壁的碰撞占主导地位,由于自由基数量急剧减少反应不能继续进行也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。

最大实验间隙

火焰通过阻火元件的细小通道并在通道内降温。当火焰被分割小到一定程度时经通道移走的热量足以将温度降到可燃物燃点以下,使火焰熄灭。或由器壁效应解释当通道窄到一定程度时自由基与管道壁的碰撞占主导地位,自由基大量减少燃烧反应不能继续进行。

1、把在一定条件下(0.1MPa20),刚好能够使火焰熄灭的通道尺寸定义为"最大实验安全间隙"(MESGMaximum Experimental Safe Gap)

2、阻火元件的通道尺寸是决定阻火器性能的关键因素不同气体具有不同的MESG值。

3、在选择阻火器时应根据可燃气体的组成确定其MESG值。

4、在具体选择时又根据MESG值将气体划分为几个等级。

目前国际上经常采用两类方法一是美国全国电气协会(NEC)的分类法,它根据气体的MESG值将气体分为四个等级(A'BCD);另一类是国际电工协会(IEC)的方法,它也将气体分为四个等级(IICIIBIIAI。两种标准划分的各类气体的MESG值及测试气体如表所示。

两种MESG分类标准

NEC

IEC

MESG/MM

B

IIC

0.28

通过上表选用阻火器时即可在设计规定使用的规范中首先查出所用可燃气体的等级然后根据该组气体对应的MESG值来选择相应的阻火元件。