CN101198380B - 阻爆轰型阻火器 - Google Patents

Abstract

一种在气体管道(11)中的阻爆轰型阻火器(10)，其包含阻爆轰单元(12)和独立的阻爆燃单元(23)，所述阻爆轰单元包含平行的通道，所述通道具有与所述管道中的气体的爆轰胞格宽度相同数量级的典型横向尺寸。所述通道的壁具有无孔材料，所以所述通道不是连接的。所述单元(12，23)可以是隔开或者接触的。所述单元可以位于所述管道的扩张部分(17)或者所述管道本身中。

Description

阻爆轰型阻火器

技术领域

本发明涉及阻止各种爆炸，包括爆燃、稳定爆轰和非稳定(或者超驱动)爆轰的阻爆轰型阻火器。

背景技术

阻火器是允许气流，而防止火焰在气体管道和相关设备中传播的装置。阻火器大致分为两种主要类型：阻爆燃型阻火器和阻爆轰型阻火器。

根据燃烧机理，气体爆炸具有下列两种类型方面的特征：

●爆燃-其中由氧气供给到爆炸前锋面来控制燃烧速率，爆炸前锋面以亚音速在未燃烧气体中传播。传播机理是传热效应。在爆燃中，燃烧反应强烈依赖于能量释放区域中的热量和质量扩散。

●爆轰-其中燃烧由冲击波相关的压力和温度引发，在反应物中以超音速传播。传播归因于压缩效应(通过冲击压缩性加热传播前锋面前面的未反应气体)。爆轰产生高压并通常远比爆燃更具破坏性。

爆轰还可以再分为两类：

1.稳定爆轰，其发生在爆轰穿过受限系统，而速度和压力特性没有显著变化时；以及

2.不稳定爆轰，其发生在燃烧过程从爆燃转变到稳定爆轰的过程中。转变发生在受限空间区域中，在此燃烧波的速度不是恒定的，并且爆炸压力显著高于在稳定爆轰中的爆炸压力。

因此，根据易爆性和用途，有三种不同类型的阻火器：

1.阻爆燃型阻火器：被设计并测试以阻止爆燃；

2.阻稳定爆轰型阻火器：被设计并测试以阻止稳定爆轰和爆燃；

3.阻爆轰型阻火器：被设计并测试以阻止爆燃、稳定爆轰和不稳定(超驱动)爆轰。

由于爆轰波的高压力和速度，用于猝熄爆燃的设备将不适于使冲击波衰减，所述冲击波的控制需要特殊的设备。本发明适用于阻爆轰型阻火器。

当在不利的运行环境中猝熄火焰时，阻火器需要具有坚固的构造以经得起爆轰冲击波的力学效应。常规的阻爆轰型阻火器通常包含多孔介质，其典型为独立的平行通道的基体，所述多孔介质吸收冲击波的能量，并从火焰中除热。

这样的装置通常使用多孔性的单一介质，该介质导致大而重并且昂贵的阻火器，并且引入了对气流的较高阻力。

为了让阻火器实现其预期功能，常规上使可燃性气体混合物通过多孔介质，所述多孔介质是根据下列目的选择的：

1.为了阻止火焰从装置的未受保护侧传播到受保护侧-对爆燃和爆轰装置二者而言。

2.为了将在正常运行过程的条件下对流体的阻力降至最低(即，跨过装置的低压降)-对爆燃和爆轰装置二者而言。

3.为了使与爆轰相关的冲击波衰减-对爆轰装置而言。

在本领域中可获得的现有阻爆轰型阻火器通常使用多孔介质的单一形体以满足上述所有三个目的。大多数装置使用由这种多孔介质构建的阻止单元，所述阻止单元容纳于由扩张部分和缩小部分构成的管道系统的一部分中。

利用扩张部分和缩小部分，主要原因是在正常运行过程中减小穿过所述单元的流体的阻力，并且在发生事故的情况下通过冲击波稀薄化使爆轰波减弱。常规的是设计其中单元直径与管道直径的比率在2至4的范围内的阻火器，而大多数装置具有约2的比率。

如上所述，在本领域中可获得的大多数装置具有由单一类型的多孔介质构建的单元。在这些装置的大部分中，这种介质称为“波纹板阻火芯”，其是通过将扁平金属箔的层成螺旋形卷绕在起褶的箔层之间形成的。波纹板阻火芯单元在流体方向上包含许多非连接通道，其中每条通道的横截面大体上是三角形。

三角形孔的特征尺寸(孔眼尺寸)根据气流的组成和系统性质，特别是压力和温度而变化。典型地，孔眼尺寸是在爆炸条件下通过测试来确定的，并具有与气体混合物的最大试验安全间隙(MESG)相同或更小的数量级。在实践中，特征横向尺寸或者孔眼尺寸不超过0.5mm。

为了将阻火器用于指定具体任务，根据它们的MESG将气体分组是合宜的。例如，将在EN12874：2001中爆燃和爆轰测试所确定的气体组与公称MESG值一起列于表1中。

表1：用于爆燃和爆轰测试的气体/空气混合物的规格

除波纹板阻火芯以外，还使用了许多种其它形式的材料来使爆轰衰减并阻止火焰通过。这些材料的一些实例包括：

1.填料床(例如，金属球、陶瓷球、砂/砾石床)

2.金属丝网(例如，编织网或者针织网填料)

3.板(例如，平行板)

4.棒和圆柱体

5.烧结金属

6.泡沫(例如，网状金属泡沫)

7.网状金属(例如处于筒状形式)

8.多孔板

9.液压(液封阻火器)(例如，水猝熄装置)

阻爆燃型和阻爆轰型阻火器还具有用于根据它们将完成的任务将它们分类的其它特征：

1.在管线中或者管线终端：阻爆燃型阻火器可以被设计成适合在管线或者管线终端用途，而阻爆轰型阻火器总是在管线中的装置。

2.持久燃烧：阻火器可以被设计成在管道系统中的火焰变得稳定的条件下运行。所述装置必须被设计成防止火焰逆燃到受保护侧，并且根据可以防止这种逆燃的时长，将所述装置(unit)分为短时间燃烧型或持久燃烧型。

3.装置可以是单向或者双向的。在前者的情况下，仔细地装配该装置以确保它在发生事故的情况下适当地运行是重要的。

存在与这些现有技术的阻爆轰型和阻爆燃型阻火器的设计相关的各种问题。例如，目前的设计对确定孔径的MESG的重要性的依赖与将单一介质体用于阻火器单元的实践结合，导致高压损耗以及大而重，随之具有高成本的阻火器。

此外，波纹板阻火芯单元优选用作多孔介质的基底将所述单元限制为圆形，这不可能总是想要的，特别是在预体积(pre-volume)的应用(例如在真空泵等中)中装配这些装置的时候。

爆燃到爆轰转变(DDT)的预测并不顺从于精确的科学分析。像气体组成和系统性质一样，DDT的开始可以被诸如管道几何形状、存在对管道系统的侵扰(例如垫圈、仪器等)的因素以及其它因素，如表面粗糙度和液体的存在(例如，来自冷凝的)所触发。

还有一些轶事般证据，即在某些情形下，被设计用于阻止快速爆燃或者稳定爆轰的装置可以允许缓慢的爆燃经由多孔介质传播。

这些因素引起了潜在的安全焦虑，即适于不稳定爆轰的装置的大尺寸和高成本导致优先指定更轻并且更便宜的阻爆燃型阻火器。

尽管这些装置被指定具有有限的起动(run-up)距离(即潜在的点火源和阻火器之间的距离)，即对烃体系为L/D＝50，并且对IIC组(氢气)体系为L/D＝30(其中L是起动距离，D是阻火器的公称孔径)，但是所述装置对于维护目的通常是难以接近的。

还有工艺条件和/或布局的变化可能使装置无效的危险，并且存在这些装置误用的客观风险。

本发明的各方面寻求克服或者减少上述问题的一个或者多个。

在美国专利申请2003/0044740中所公开的阻爆轰型阻火器包含具有圆柱形金属丝网壁的筒状灭火单元，所述金属丝网壁包含特别的填充介质。通过使其冲击筒的固体圆顶端并偏转到围绕所述筒的侧室而吸收冲击波。这需要具有显著大于相关的气体管道的横截面的构造。而且，冲击波从固体表面的反射可能是有问题的。

已经有几个阻遏气管中的爆轰的提议，包括用多孔性声学吸收材料将管壁衬里。一个实例是Evans M.W.，Given F.I.和Richeson W.E.的文章，“Effects of Attenuating Materials on Detonation Induction Distancesin Gases”，J.App.Phys.26(9)，1111-1113(1955)。

在美国专利4,975,098(Lee和Strehlow)中公开了其它提议。提供用于管道的低压降阻爆轰型阻火器的配置(arrangement)，其中管壁衬有声学吸收材料，例如多孔性材料或者金属丝网。作为选择，许多轴向延伸的通道被安置在所述管道内，每条通道的壁衬有声学吸收材料。将声学吸收段安置在两个阻火器之间并与其隔开。声学吸收段的长度是管径的多倍，典型为六倍。在实践中发现，由于声学吸收材料或者金属丝网所起的作用，所述配置限于200毫巴的初始系统压力。

从其作者之一是US 4,975,098的发明人的文章“The FailureMechanism of Gaseous Detonations：Experiments in Porous WallTubes”，Radulescu M.I.和Lee J.H.S.，Combustion and Flame131：29-46(2002)中，清楚的是这些多孔壁结构只能在较低的初始压力(在2.2和42kPa之间)下使用。在下列文章中公开了高达50.7kPa的初始压力范围：“Experimental  study of gaseous detonation propagat ion overacoustically absorbing walls”，Guo C.，Thomas G.，Li J.，和Zhang D.，Shock Waves 11：353-359(2002)。Evans等(1955)只发现，由于声学吸收壁材料延迟了爆轰的开始。实际上，实验已经表明在管道中的有声学吸收壁部分的下游，发生爆轰波的再加强或者再引发过程，包括在离吸音部分的出口处一定距离开始的超驱动爆轰。

DE-22 25 522 A1公开了一种阻爆燃型阻火器，其包含容纳直径约为1mm的许多平行通道的圆柱体。

DE-44 37 797C1公开了一种防爆轰配件，其包含阻火器和宣称降低爆轰波的流动校正器(flow rectifier)。

发明内容

本发明的方面寻求提供一种改进的阻火配置，所述阻火配置将使与爆轰或者DDT事故相关的冲击波衰减的功能与猝熄火焰/爆燃的功能分开。

本发明的其它方面寻求提供一种阻爆轰型阻火器，所述阻爆轰型阻火器可以在较高的初始压力下运行并可以经得起高的爆轰压力和速度。

本发明另外的方面寻求提供一种阻爆轰型阻火器，所述阻爆轰型阻火器比特别是具有更大公称管径的现有阻火器短很多。

本发明的方面寻求提供一种阻爆轰型阻火器，所述阻爆轰型阻火器不需要扩张部分，即直径比设置在其中的管道的其余部分更大的部分。

根据本发明的第一方面，提供一种阻爆轰型阻火器，其包含至少一个阻爆轰单元和至少一个串联设置的阻爆燃单元，所述阻爆轰单元包含许多大体上平行的通道，并且所述阻爆燃单元包含许多孔，其特征在于，所述通道没有互连，且每条通道具有大于所述孔且等于或大于0.95mm的特征横向尺寸。

所述特征横向尺寸可以是例如穿过管的通道的横截面尺寸。它可以是等效的圆直径或者水力直径或者孔尺寸。

所述阻火器的优点在于，其用来隔离气体中的爆轰，并从火焰前锋面有效地除热。

优选地，至少每条通道的内壁基本上是平滑的。据认为壁的平滑性将对气体导致更小的压缩作用(即具有更小的能量密度)，因此提高衰减性能。另一方面，由多孔壁引起的严重预压缩的气体更易受到爆轰的再引发。最近的工作“Hydraulic Resistance as a Mechanism forDeflagration-to-Detonation Transition”，Brailovsky I.和Sivashinsky G.I.Combustion and Flame 122：492-499(2000)表明通过多孔基体或者粗糙管所施加的水力阻力可能触发DDT。

在优选的配置中，阻爆轰单元的长度充分大于阻爆燃单元的长度。在优选的配置中，所述因子至少是2，并且在一些优选的配置中，所述因子至少是10。通常，可以将阻爆轰单元的长度调节至相对于阻爆燃单元长度最优的尺寸。由于爆燃单元的较小长度，尽管其孔更小，但是它不产生高压降。由于类似的原因，在包含设置在两个阻爆轰单元之间的阻爆燃单元的阻火器中获得有利的配置。这样的阻火器具有在单个装置中提供紧凑、通用的阻火器的特别的优点，从而可以用于不同气体的不同应用中。因为它可以被大量制造而获益于规模经济节约性，因此它还可以在许多场合被指定，即使其性能比所需更高也是如此，因为它提供了额外的安全因数。

根据本发明的第二方面，提供一种抑制在气体中的爆轰的方法，所述方法包括：安置至少一个包含许多孔的阻爆燃单元和至少一个包含许多大体上平行的通道的阻爆轰单元，其特征在于，每条通道具有大于所述孔且等于或小于s/π，而大于其MESG的特征横向尺寸，其中“s”是所述气体混合物的爆轰胞格宽度。

所述气体可以是各种气体的混合物。优选地，所述特征横向尺寸是s/(4π)。总体而言，所述值应该是s/π，但是对于H₂是s/2。此处所用的s/(4π)值是由于安全因素，并允许研制更短的阻爆轰单元，从而降低所述装置的总尺寸和重量。所述值可以是s/8。

根据本发明的第三方面，提供一种阻爆轰型阻火器，其包含至少一个阻爆轰单元和至少一个串联设置的阻爆燃单元，所述阻爆轰单元包含许多大体上平行的通道，并且所述阻爆燃单元包含许多孔，其特征在于，所述通道的壁是无孔的，且每条通道具有大于所述孔且等于或大于0.95mm的特征横向尺寸。

这些无孔壁是实心的，不透气。

根据本发明的第四方面，提供一种阻爆轰型阻火器，其包含至少一个阻爆轰单元和至少一个串联设置的阻爆燃单元，所述阻爆轰单元包含许多大体上平行的通道，并且所述阻爆燃单元包含许多孔，其特征在于，所述通道的壁具有声学反射材料，并且每条通道具有大于所述孔且等于或大于0.95mm的特征横向尺寸。

在优选实施方案中的阻爆轰单元的长度至少是阻爆燃单元的长度的10倍，特别是在阻爆燃单元具有烧结网压板时。然而，可以使用相似长度的阻爆轰单元，但是其至少是阻爆燃单元的长度的两倍，特别是在阻爆燃单元由波纹板阻火芯组成时。

在一个优选的实施方案中，将一些或者全部单元安置在管道的径向放大部分中。这种配置降低管道中的压降。

在另一实施方案中，所有的组件被安置在具有与相邻管道相同的直径的部分管道中。这样的配置可以节省管道周围的空间，避免在管道中引入弯管的需要，并便于在适合的情形下改进。

附图说明

现在将参照附图仅通过实施例来描述本发明的优选实施方案，其中：

图1是根据本发明的第一实施方案的阻火器的示意侧视图；

图2是第一阻火器组件(即阻爆轰单元)的一部分的横截面图；

图3是第二阻火器组件(即阻爆燃单元)的一部分的横截面图；

图4-7分别是本发明的第二、第三、第四和第五实施方案的示意截面侧视图；

图8是根据本发明的第六实施方案的阻火器的侧截面图；

图9a是图8的阻火器的主截面的左侧端视图，显示了其第一组件；

图9b是图8的阻火器的主截面的侧截面图；

图9c是图8的阻火器的主截面的右侧端视图，显示了其第二组件；以及

图10是根据本发明的第七实施方案的阻火器的侧截面图。

具体实施方式

参照附图，图1显示了根据第一实施方案的阻爆轰型阻火器10。所述阻火器串联连接在具有直径“d”的气体管道11的相邻长度(length)之间。所述阻火器位于直径D典型为“d”的两倍的管道的加宽部分17。通过轴长为b并且限定相对轴向的角度的各个锥形部分27将所述部分17连接到管道的各个相邻长度上。等于90°的角度对应管道壁中的垂直阶梯。所述阻火器包含第一组件12，所述第一组件12包含非连接的管状通道14的基体。这些通道15的横截面示于图2中。在本实施例中，所述通道14被显示为将横截面镶嵌成小方格。管的阵列孔大于在常规阻火器中使用的孔。第一组件的长度“f”是约10cm。组件12用来使与沿着管道11传播的爆轰相关的冲击波衰减。

位于由箭头18所示的气流方向的紧接组件12的下游的是第二组件23。所述组件23的多孔介质24可以采用如图3所示的曲折连接通道或者非连接通道的基体的形状。这些孔的有效直径典型地在0.10-0.15mm的范围中，并可以与在阻爆燃型阻火器中使用的那些相似。第二组件的长度1典型地是6mm；注意，图1不是按比例画出。组件23用来猝熄从组件12传播的火焰。

组件12、23的组合长度可以对照相应的单个常规组件(用于既阻止爆轰又阻止爆燃)的长度8-10cm，通常约为10cm。因此，所述组件12长于或者相似于相应的常规组件，但是组件23短得多。

当设计特定的阻火器10时，选择管15的特征横向尺寸“a”(对应于圆管的直径)，使得爆轰不能通过所述管15传播。这依赖于多种因素，包括管道11中的气体体系的性质、气体速度和气体压力，并且还应该包括安全裕度。对于在大气压下的化学计量的燃料-空气混合物，存在爆炸混合物的最小横向爆轰胞格尺寸“s”，参看表2。对于圆管，管径通常在s除以2和s除以π之间，低于该管径爆轰不能在管中传播。理论上，单头自旋爆轰的开始是极限条件，且这对应于具有与半爆轰胞格宽度s/2对应的管径的情形。在实践中，值“a”可以在MESG和s/π(或者s/2)之间的范围中选择，但是在优化的条件下。

在空气中的四种典型气体的一些数据示于表2中，其中气体是以关于使冲击波衰减的难度增加的顺序排列的。对于每一种在空气中的气体，尺寸“a”的一个实例示于表2中。尺寸“a”是重要参数，并且具有上限s/π。“f”依赖于“a”。

表2(所有尺寸以毫米为单位)

组件12的长度“f”应该足够大以在多孔介质23之前驱散冲击波。对于每种气体，“f”的一个实例示于表2中。对于更小的“a”值，需要更短的长度“f”来使冲击波衰减。

原则上，长度“f”的值不依赖于阻火器的尺寸(由管连接的公称管径“d”表示)。因此，对于更大的阻火器，新设计的总尺寸将比常规装置更小，因为这些的长度随着“d”增加而趋向于增加。

根据管道的直径“d”，在表2中给出锥形部分27的长度“b”以及部分27的较宽端和第二组件23的中心线之间的距离“c”的实例。在优选的实施方案中，管15具有在0.05至0.75mm，最优选0.10至0.25mm的范围中的壁厚。

上述尺寸是基于各种假设例如气体管道11具有在5cm至15cm的范围内的直径以及火焰速度以500～800m/s离开多孔介质12，只给出了大致的指标。由于在边界层的外缘的燃烧区中的气体粘度的不确定性，各种尺寸以及特别是衰减长度“f”应该通过试验确定。在实际的应用中，尺寸“a”和“f”应该被优化以增加猝熄效率并且使装置更紧凑。

在气体是在空气中的乙烯时的一个实例具有下列特征：

a＝5mm

f＝240mm

壁厚＝0.0762mm

组件23是烧结网压板或者波纹板金属阻火芯。

用于空气中的乙烯的另一个实例具有下列特征：

a＝2mm

f＝80mm

组件23是烧结网压板或者波纹板金属阻火芯。

在阻火器10的使用中，在箭头18的方向上传播的爆轰产生的压力或者冲击波遭遇第一组件12。考虑到上述参数，第一组件12阻止爆轰到达第二组件23。只有爆燃反应前锋到达第二组件23，并在此介质中猝熄。

根据本发明的阻火器可以被用于气体-空气和气体-氧气混合物。

上述阻火器具有多个优点。首先，跨过复合系统的流动阻力小于包含多孔介质的常规阻爆轰型阻火器的流动阻力。这基于对爆轰无需受到MESG标准的依赖性的限制的实现结果。因此，具有跨过装置的更小压降。乍看，这种更宽孔的使用看起来与直觉相悖，但是确实被爆轰物理学支持。

因此，阻火器10具有一定程度的设计自由度，即可以减小部分17的直径D，原因是存在更小的补偿压降，并且爆轰波可以通过组件12衰减。

另一个优点在于复合介质的重量和成本比在常规阻火器中通常所用的更小。对于大的系统，这具有在高位置安装的显著优点。

试验表明，与美国专利4,975,098(Lee和Strehlow)中所公开的阻火器相比，根据本发明的上述阻火器可以在高很多的初始压力(例如高达1.6巴)下运行。支持Lee和Strehlow的专利中所描述的发明的理论基础并不清晰。在该专利的一个实施方案中，他们描述了一种构造，其中“可以将声学吸收材料设置在有多孔壁的管束配置中，所述管束配置被插入管中使得管的轴平行于管的中心”。在该配置中，据认为通道壁的多孔性允许气体流动穿过相邻通道的壁，从而改变爆轰的动力学，包括相邻的通道之间的爆轰相互作用。另一方面，因为根据本发明的实施方案的通道壁不具有在通道之间的连接，所以防止了这种连接。此外，优选实施方案的通道壁基本上是平滑的，并且据认为通道中的气体被压缩得较少(即具有更低的能量密度)，因此更不易受爆轰的再引发。

在其发明的另一个实施方案中，Lee和Strehlow描述了其中管壁衬有声学吸收材料的配置。所述壁是不可渗透的，因此上述机理不能适用于这种情况。他们的发明的该实施方案可能依赖的机理是在声学吸收材料中或者通过声学吸收材料使横向波衰减。但是，在根据Radulescu和Lee(2002)的最新工作中，“横向波对爆轰的传播机理的重要作用的结论性证据仍然缺乏”。该论文还指出，对于具有规则的胞格结构的系统以及更弱的横向波，在爆轰传播机理中爆轰横向波并没有起到重要作用，即，在气体爆轰的失效机理中横向波的衰减并不总是起到重要作用。更显著且更重要的是，包括Lee的工作的试验表明，由声学吸收多孔壁所导致的爆轰波的迅速衰减受限于较低的初始压力。另一方面，在更高的初始压力下，有多孔壁的管可能导致高得多的水力阻力和更严重的气体预压缩效应。再引发爆轰的长度随着初始压力的增加而减小。此外，Lee和Strehlow所需的距离2D在本发明的实施方案中是不允许的，因为该距离将导致在离开衰减部分时再产生爆轰，且初始的C-J爆轰速度将恢复。

可以对前述配置进行各种变更。组件12内的管的横截面或通道可以具有任何适宜的形状，特别是精确或者近似的三角形、正方形、矩形、平行四边形、蜂窝、其它多边形、圆形或者其它弯曲的外形。

除波纹板阻火芯或者烧结网压板以外，组件23内的通道还可以是针织网、闭合管、填充介质的任意填充颗粒、其间具有通道的固体棒单元、或者其间具有狭缝的平行板单元的通道。金属泡沫构件可以用于提供另外的传热表面以应付爆燃。

由于只要求组件12使冲击波衰减和猝熄爆轰，所以它可以由不同于钢的材料制成，其设计必须能够经得起由冲击波导致的径向压缩负荷。可以选择的材料包括其它金属和合金、碳和其它复合材料、聚合物和其它塑料、玻璃以及陶瓷。这能够节省重量和成本，特别是在这是两个组件中的较大者时。

这些材料是以实心壁形式被安置的，但是所述表面可以用各种形式的涂层来处理以得到对化学侵蚀的抵抗力，并且经得起由冲击波所导致的机械负荷，且还得到最佳的表面状态。

另外，可以使用下列生产方法中的任何一种形成所述组件：制造(例如成型、焊接、压制、挤出)、铸造(casting)或者模塑。

在可供选择或者另外变型的阻爆轰组件12中，阻爆轰单元可以由两个或更多个部分形成，每个部分具有相同或不同的孔，并且一些或者所有通道可以倾斜于阻火器的中心纵轴。此外，单个部分内的孔的尺寸和/或形状可以变化，例如，在组件表面上基于指定的分布。

为了保护组件12的前部免受冲击波的直接冲击所致的损坏，它可以配置有薄片的波纹板金属阻火芯、多孔板、线栅或金属丝网。

已经测试了四个公称管径为50mm的阻不稳定爆轰型阻火器的原型。这些原型装置是具有不同的单元组合的不同构造的装置，其中爆轰衰减单元具有不同的孔和衰减长度(蜂窝芯的)。总体上，测试结果证实，爆轰波被阻爆轰单元有效地衰减了，并确实变成爆燃。

使用阻不稳定爆轰型阻火器的欧洲标准EN12874：2001的试验规程的体制，对于气体组IIB3(6.5％乙烯和空气)，分别在1.25巴和1.4巴的初始压力下，成功测试出双向和单向阻爆轰型阻火器两者都阻止火焰传播到受保护侧。

在试验中，根据本发明的如图10中所示的双向阻火器在对气体组IIB3(6.5％乙烯和空气)、1.25巴的初始压力下的任何爆燃和不稳定爆轰测试中成功防止了火焰传播到受保护侧，所述双向阻火器包含蜂窝芯的阻爆轰单元和烧结网压板的阻爆燃单元。

另一方面，阻爆轰型阻火器显著地减小了跨过阻火器的压降，即，它证实了比常规阻爆轰型阻火器低得多的压降，因此适用于化学、石油化学、能量输送和管道工业方面的广泛应用。

此处值得提及的是称为“压力积聚”的现象。当冲击(或者燃烧)波沿着其中存在流动限制(例如火焰阻火器)的管传播时，在紧接限制处的上游的未燃烧气体承受增加的压力。因此，尽管在即将点燃之前的管中的系统压力可能略大于大气压(例如1.4巴)，但是在即将爆轰之前的气体压力可能比这高几倍(例如～5巴)。在爆轰过程中释放的能量的量与气体压力相关，此外，这种关系不是线性的。因此，如果压力积聚作用明显，则在阻火器的入口的冲击波压力可能很明显更高，并且可能导致阻火器传播导致灾难的火焰。因此，具有其中跨过装置的压降尽可能地小以将压力积聚的影响降至最低的装置具有显著的优点。与常规装置相比，在本发明中这是通过用较大的孔通道使爆轰衰减以及较低流阻的爆燃单元来实现的。

所述阻火器的构造是灵活的，且它可以被设计成适合采用任何气体组的任务一对于所有主要的气体爆轰胞格宽度的数据是有大量文件证明的。所述构造开辟了设计用于在EN12874中确定的每一个气体组的“通用”阻火器的可能性。这致使一个产品代替存在的三个独立产品用于处理每个气体组的不稳定和稳定爆轰以及爆燃的任务。

所述设计可以适于预体积的应用-即，它不仅仅限于圆形管道系统。所述阻火器可以由使其能够在腐蚀环境中使用的材料构建。更容易清洗并且维护更廉价，制造过程更简单，并且过程控制的制造公差问题更少。另外，所述阻火器可以改进现有的阻爆燃型阻火器。。

如果需要，则部分17内的组件12、23不必处于紧密接触状态。组件12、23之间的隔体可以是金属丝网纱、线栅或者金属丝网或者任何其它类型的支持环/杆。

可以安置多于一种类型的第一和/或第二组件。例如，在图4的阻火器40中，另一个第二组件23’位于组件23的下游并与组件23隔开。这提供了额外的安全因数。

在图5的阻火器50中，单个组件23被夹在两个第一组件12、12’之间。这形成了可以在任一方向上处理气流和爆炸的双向阻火器。在一种变型中，如果需要，则可以将组件12、12’的一个或二个与组件23隔开。在另一种变型中，可以将另外的组件对增加到所述夹层结构中。

在图6的阻火器60中，在将灭火组件23保持在加宽部分17中的情况下，将第一组件12”安置在公称管径d的管道11的一部分中。尺寸“a”和长度“f”是根据与图1的实施方案相同的标准确定的。组件12”可以部分延伸到加宽部分17中。

在图7的阻火器70中，完全省去加宽部分17，且将组件12和23都安置在公称直径的管道11的一部分中。角度α(在图1中)等于0。尺寸“a”和长度“f”是根据与图1的实施方案相同的标准再次确定的。该实施方案的优点在于没有必要改变管道的直径，这意味着不需要额外的空间。如果需要，则这允许阻火器70容易被改进现有的管道。

本发明的第六实施方案是在图8和9中依比例确定而示出的。阻火器80包含第一组件12和第二组件23，所述第一组件12和第二组件23被安置成通过法兰组件81至84以及锥形部分85连接到管道11上。组件12的各个管87具有6mm的外径和5mm的内径。组件12和23彼此直接相邻地位于在具有固定翼片89的外壳88内。

本发明的第七实施方案示于图10中。位于气流18中的阻火器90包含扩张部分91，其目的在于允许阻火器单元具有比与其连接的入口管97的直径(d)更大的直径(D)。这允许跨过所述系统的压降减小至可接受的水平。所述阻火器还包含单元外壳92，所述单元外壳92实际上作为直线管，容纳有第一爆轰波衰减单元93，所述第一爆轰波衰减单元93被设计成调制所述波，并在其进入爆燃单元之前火焰速度从超音速减小到亚音速。所述阻火器还包含阻爆燃型阻火器单元94，所述阻爆燃型阻火器单元94被设计成通过从火焰前锋面至猝熄单元和支持结构的传热，或者通过除去反应中间体(例如自由基)而防止化学反应向下传播到管中，从而熄灭火焰，而阻止火焰传播。还提供一种与单元93相同(或者不同)构造的第二爆轰波衰减装置95以形成双向阻火器。

支持环或者杆96由坚固得足以经得起与火焰前锋面/冲击波相关的压力波负荷的材料构建。

缩小部分98被设计成将所述单元连接到出口管/法兰99。通过外壳92将各种组件固定在适当的位置。

基于图10的阻火器成功通过了在不稳定爆轰和爆燃条件下的火焰传播试验。图10的实施方案可以是以各种方式变更的。

单元直径与管径的比率(D/d)可以取任何值，包括“理想”情况下的值1。这是可以实现的，因为单元93可以有效地使爆轰波衰减，且还因为与本领域中可获得的其它产品相比，这种装置可以实现特惠压降。

在其中所述单元具有与管道系统相同的直径的情况下，不需要扩张部分91和缩小部分98。这些组件可以被适于管道系统自身中的设计压力的单个法兰替换。

如上所述的装置是双向的，但是只通过移除第二衰减单元95和一组支持杆96，就可以制造成单向阻火器。这具有减小尺寸、重量、成本和穿过成品装置的压降的优点。然而，它需要在所述装置上清楚地标记气流方向以避免安装中的人为错误。

所述冲击波衰减装置93和95可以与一个或多个爆燃单元94一起使用，所述爆燃单元94由包括下列的多种材料构建：

烧结网压板

波纹板金属阻火芯

烧结金属填料

各种材料的填料床

编织网/金属丝网纱/网纱层

针织网填料

金属泡沫

金属丸

陶瓷填料，和/或者

板组件(平行板和多孔板)

支持杆用作隔离单元。它们可以由金属丝网纱、线栅、金属丝网或者其它适合的材料制成。

可以改变所述支持杆96的厚度以调节不同单元之间的间隙，并在其中单元面彼此接触的情况下将其可以减小至0。重要的是以这种方式使所述间隙大小合适以避免焰锋加速回到爆轰条件，同时利用湍流效应以增加传热效率。

阻火器组件不必处于直管形式。可以将所述单元以允许出口管相对于入口(即，在阻火器中的偏心扩张和/或缩小部分或右倾斜的弯管等)在不同的空间取向上的方式来组装。所述管道系统不必是圆柱形的。可以将系统设计成其它的横截面形状，例如矩形导管或者甚至不规则的孔隙(例如，用于预体积的应用，如泵)。

可以设计装置使得冲击波衰减单元93和95位于直径与系统管相同的一段管内，但是爆燃单元94容纳于管的扩张部分中(可以或者可以不位于外壳的中间)。在将压降控制在可接受水平内，同时特别是对大尺寸的阻火器用来减小重量并削减成本方面，这可以是一个优点。

在没有第二衰减单元95或爆燃单元94的情况下构建的单向装置可以用于将现有的爆燃单元转变为爆轰装置。例如，只要简单将所述阻火器装配到在线阻爆燃型阻火器的未受保护侧上就可以实现。

还可以通过将这种普通的组件与其它爆轰调制器和/或折向板等组合改进所述装置。

由于所述装置的重量和成本与单元直径的二次幂成正比，所以在本发明的某些实施方案中将单元直径减小到与管径相同的能力对降低重量和成本具有显著的影响。

在现有技术的配置中，阻爆燃型或者阻爆轰型阻火器的性能依赖于气体混合物的性能(MESG)和初始压力。在本发明的实施方案中，没有必要将爆轰衰减单元的孔如此严格地控制在窄的公差内。

所述装置的爆轰衰减单元可以具有火焰稳定能力，特别是，所述孔接近猝熄直径。

可以在需要时将各种实施方案和实施例的特征组合或者互换。

Claims (22)

1.一种阻爆轰型阻火器(10)，其包含至少一个阻爆轰单元(12)和至少一个串联设置的阻爆燃单元(23)，所述阻爆轰单元(12)包含许多平行的通道，并且所述阻爆燃单元(23)包含许多孔，其特征在于，所述通道没有互连，并且每条通道具有大于所述孔并且等于或大于0.95mm的特征横向尺寸，所述特征横向尺寸是所述通道的横截面尺寸。

2.根据权利要求1的阻火器，其中至少每条通道的内壁是平滑的。

3.根据权利要求1或2的阻火器，其中所述尺寸等于或大于1mm。

4.根据权利要求3的阻火器，其中所述尺寸等于或大于1.5mm。

5.根据权利要求1的阻火器，其中所述阻爆轰单元(12)的长度至少是所述阻爆燃单元(23)的长度的两倍。

6.根据权利要求1的阻火器，其中所述阻爆轰单元(12)的长度至少是所述阻爆燃单元(23)的长度的十倍。

7.根据权利要求1的阻火器，其中将所述阻爆轰单元(12)和所述阻爆燃单元(23)彼此直接相邻地设置。

8.根据权利要求1的阻火器(60；90)，其中将所述阻爆轰单元(12”；93)和所述阻爆燃单元(23；94)隔开。

9.根据权利要求8的阻火器，其中通过支持元件(96)将所述阻爆轰单元(93)和所述阻爆燃单元(94)隔开。

10.根据权利要求1的阻火器(50；90)，其包含阻爆燃单元(23；94)，所述阻爆燃单元(23；94)被设置在两个阻爆轰单元(12，12’；93，95)之间。

11.气体管道，所述气体管道在其扩张部分中包括根据权利要求1至10中任一项的阻火器。

12.气体管道(11)，所述气体管道(11)包括根据权利要求1至10中任一项的阻火器，其中所述阻火器和所述管道其余部分的横截面积相同。

13.一种抑制在气体中的爆轰的方法，所述方法包括：安置至少一个包含许多孔的阻爆燃单元(23)和至少一个包含许多平行的通道的阻爆轰单元(12)，其特征在于，每条通道具有大于所述孔且等于或小于s/π，而大于其MESG的特征横向尺寸，其中“s”是所述气体混合物的爆轰胞格宽度，所述特征横向尺寸是所述通道的横截面尺寸。

14.根据权利要求13的方法，其中所述特征横向尺寸等于或大于s/(4π)。

15.根据权利要求13的方法，其中所述特征横向尺寸等于或大于s/8。

16.根据权利要求13至15中任一项的方法，其中安置的所述阻爆轰单元(12)的长度至少是安置的所述阻爆燃单元(23)的长度的两倍。

17.根据权利要求13的方法，其中将各个阻爆轰单元(12，22，93，95)安置在所述阻爆燃单元(23，94)的每一端。

18.一种使用根据权利要求1至10中任一项的阻火器抑制在气体中的爆轰的方法，其中所述气体具有爆轰胞格宽度“s”，并且所述特征横向尺寸等于或小于s/π，但是大于其MESG。

19.根据权利要求18的方法，其中所述特征横向尺寸等于或大于s/(4π)。

20.根据权利要求18的方法，其中所述特征横向尺寸等于或大于s/8。

21.一种阻爆轰型阻火器(10)，其包含至少一个阻爆轰单元(12)和至少一个串联设置的阻爆燃单元(23)，所述阻爆轰单元(12)包含许多平行的通道，并且所述阻爆燃单元(23)包含许多孔，其特征在于，所述通道的壁是无孔的，并且每条通道具有大于所述孔并且等于或大于0.95mm的特征横向尺寸，所述特征横向尺寸是所述通道的横截面尺寸。

22.一种阻爆轰型阻火器(10)，其包含至少一个阻爆轰单元(12)和至少一个串联设置的阻爆燃单元(23)，所述阻爆轰单元包含许多平行的通道，并且所述阻爆燃单元(23)包含许多孔，其特征在于，所述通道的壁具有声学反射材料，并且每条通道具有大于所述孔且等于或大于0.95mm的特征横向尺寸，所述特征横向尺寸是所述通道的横截面尺寸。

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