阻爆轟型阻火器的爆轟分析

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。那么什么是爆轟呢？

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 200~300m/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1 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，其猛烈的沖擊波壓縮可帶來15 MPa.g以上的瞬時壓力以及3000m/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2~3MPa.g，火焰速度通常為1600~2000m/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常可燃范圍內(nèi)。接近稀/濃極限時，會出現(xiàn)馳振爆轟現(xiàn)象。火焰速度由于管道方向更改(彎頭等)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，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(xué)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。