CN101210650A - 用于可燃气体压力容器的防爆装置 - Google Patents

用于可燃气体压力容器的防爆装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于可燃气体压力容器的防爆装置，该压力容器具有罐体，该罐体下端为一体封闭端，而上端设有一法兰，该法兰的上侧设有一密封圈，该密封圈的上侧设有一防爆膜，在正常使用状态下，该防爆膜与密封圈紧密配合而形成密封，从而该可燃气体压力容器中的可燃气体通过其另外设置的出口管道而供向用气点，该防爆膜的上侧设有一顶盖，该顶盖的中央设有一贯穿孔，该贯穿孔与一消音器相连，当可燃气体压力容器中发生爆炸时该防爆膜可被破碎，从而定向释放该可燃气体压力容器内的爆破压力，保护该可燃气体压力容器的其余部分使其免于被破坏，且爆炸产生的声响被该消音器所大大削弱。

Description

用于可燃气体压力容器的防爆装置
技术领域
概括而言，本发明涉及一种防爆装置。更具体地说，本发明涉及一种用于可燃气体压力容器的防爆装置。
背景技术
在压力容器的设计、制造以及使用过程中，压力容器的安全性是一个不可忽略的方面。具体对于可燃气体压力容器而言，其安全性更是一个首要方面。
随着人类生产和生活活动的日益频繁多样，对能源的需求量越来越大。然而，随之而来的现象却是例如煤炭、石油、天然气等的矿石能源的日渐枯竭。而且，矿石能源的生产和使用对环境造成的负面影响也越来越引起广泛的关注和焦虑。可喜的是，加快开发使用清洁的非矿石能源已然成为当今有识之士的共识。“氢燃料”能源由于其制备和贮存相对容易和稳定，且使用领域相对广泛，因而其工业化应用的深度和广度在主动性意义上领先于风能、太阳能等清洁能源。
目前对氢燃料能源的推广使用造成制约的一个重大因素是：氢燃料能源的安全性问题尚未得到根本解决。氢燃料能源的一般存在方式是容纳于压力容器中的氢气，或者是容纳于压力容器中的氢气和氧气混合气体(以下称为氢氧混合气)。氢燃料能源的使用一般是将容纳于压力容器中的氢气或者氢氧混合气通过导管导向燃烧装置进行燃烧，进而对燃烧获得的热能加以直接利用，或者再对燃烧获得的热能进行相应转换而获得机械能等其它类型的能量以用于各种用途。
与容纳于压力容器中的其它可燃气体燃料的燃烧类似，氢燃料能源的燃烧也受到回火问题的困扰。这里所说的“回火”是指当容纳在可燃气体燃料的压力容器中的可燃气体燃料的压力变化或者该压力容器与燃烧装置之间的导管中的压力变化时，燃烧装置上的火焰沿逆向导入导管甚至是压力容器，导致危险甚至压力容器的爆炸。氢燃料能源的回火比其它可燃气体燃料的回火更为危险，这是因为由于氢气的易燃易爆特性以及其爆炸的剧烈性，氢燃料能源的回火一般都会酿成剧烈爆炸和各种资源(甚至包括人的生命)的重大损失。
鉴于上述情况，在现有技术中，燃气(例如乙炔气)利用装置通常使用尽可能长的燃气导管(例如，至少30米)，从而在发现回火时通过弯折燃气导管的方法来中断回火。在氢燃料能源利用装置中，还附加使用一种名为“逆火防止器”的回火防止装置，该逆火防止器一般设置于靠近氢燃料能源压力容器出口处，与导管相连接。从而，一旦发生回火，回火火焰在将要进入压力容器之前被该逆火防止器所抑制而熄灭，从而保护压力容器使之免于爆炸。
然而，上述尽可能长的燃气导管以及逆火防止器的使用并不能保证百分之百地有效。一旦其失效，仍将酿成爆炸和损失，而这是不能接受的从而也是不允许的。
发明内容
有鉴于上述现有技术领域中的困扰，本发明人把在可燃气体燃料的压力容器发生爆炸时将爆炸造成的危害降至最低作为其力图达成的目标甚至是使命。
为实现上述目标，本发明人在此提供一种用于可燃气体压力容器的防爆装置，所述可燃气体压力容器具有罐体，所述罐体的下端为一体封闭端，所述罐体的上端设有一法兰，所述法兰的上侧设有一密封圈，所述密封圈的上侧设有一防爆膜，在正常使用状态下，所述防爆膜与所述密封圈紧密配合而形成密封，从而所述可燃气体压力容器中的可燃气体通过其另外设置的出口管道而供向用气点，所述防爆膜的上侧设有一顶盖，所述顶盖的中央设有一贯穿孔，所述贯穿孔与一消音器相连，当可燃气体压力容器中发生爆炸时所述防爆膜可被破碎，从而定向地释放所述可燃气体压力容器内的爆破压力，保护所述可燃气体压力容器的其余部分使其免于被破坏，且爆炸产生的声响被所述消音器所大大削弱。
可以看出，本发明的防爆装置实际上是对爆炸进行定向疏导，将破坏局限于在可燃气体压力容器上特别设置的一个特定的可更换的可破碎零件上，从而保护所述可燃气体压力容器的其余部分(例如罐壁)，使其免于被破坏。如此，罐体部分不会由于爆炸造成变形或成碎片，从而罐体部分得以保全，而且不会形成碎片也就不会带来碎片可能形成的对周围环境甚至是人的伤害。而且，爆炸产生的声响被所述消音器所大大削弱，这使得事故对周围环境的影响进一步减小。
本发明人在此提供的用于可燃气体压力容器的防爆装置还可包括以下可选特征的一种或多种或它们的各种组合。
-在所述防爆膜的上侧还设有一个刀口环，从所述刀口环的径向剖面看，所述刀口环的下表面为平面，所述刀口环的上表面的内环区域从外到内为逐渐下行而接近所述下表面的斜面，从而所述刀口环从外边缘向内其厚度逐渐减小，在其内边缘处形成当可燃气体压力容器中发生爆炸时用于切割所述防爆膜的刀口。
-所述可燃气体为下列选项中的一种：乙炔、天然气、液化石油气、氢气、氢气和氧气的混合气。
-所述防爆膜是易碎的金属或塑胶承压薄膜，具体地说，所述金属承压薄膜的材质可以是不锈钢或者黄铜。
-所述金属或塑胶承压薄膜上形成有在可燃气体压力容器中发生爆炸时便于使所述金属或塑胶承压薄膜发生破碎的凹线或凹槽。
-所述凹线或凹槽的数量为多条，所述多条凹线沿着所述金属或塑胶承压薄膜的径向成放射状分布。在一个实施例中，该凹线为米字形或者网格形。
-所述金属或塑胶承压薄膜的厚度为0.03至1.5毫米。
-所述金属或塑胶承压薄膜的厚度优选为0.05至0.15毫米。
-所述刀口环的内边缘的直径小于所述可燃气体压力容器的内径。
-所述顶盖的内壁在径向剖面中成下宽上窄的锥形，所述锥形的母线与水平线的夹角为30至75度。
-所述顶盖的内壁在径向剖面中成下宽上窄的锥形，所述锥形的母线与水平线的夹角为35至50度。
下面结合附图和实施例，对本发明的组成、结构、工作原理以及有益效果作进一步的说明。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的用于可燃气体压力容器的防爆装置的示意图，图中的大部分内容以剖视图形式给出，小部分(消音器部分)未予剖示。
具体实施方式
图1以例示性的方式示出了本发明的用于可燃气体压力容器的防爆装置。所述压力容器的安全工作压力为＜0.35MPa。所述可燃气体压力容器具有罐体，该罐体优选是细长圆柱形的，其罐壁1绕其中心轴旋转对称。罐壁1的内径为d1。所述细长形罐体的下端(未示出)为与罐壁1一体成型的封闭端，所述罐体的上端则设有一法兰2。
所述法兰2的下侧可设有一凸缘3，该凸缘3从罐壁1的顶部向下延伸一定距离，从而可在该凸缘3的下端平面与罐壁1内表面之间进行焊接。
所述法兰2的外径可大于罐壁1的外径，从而在法兰2的下表面与罐壁1上端的外侧表面之间进行焊接。
如此，可以在法兰2与罐壁1之间形成两道焊缝，使其间的连接足够牢固。
所述法兰2的上侧可以凸伸出来一个环边21，该环边21的内侧设置有内螺纹。
所述法兰2的上侧设有一密封圈槽，一密封圈4设置在该密封圈槽中。
所述密封圈4的上侧设有一防爆膜5，该防爆膜是一圆片，其外径大于密封圈4的外径。
在所述防爆膜5的上侧还设有一个刀口环6。
从所述刀口环6的径向剖面看，所述刀口环6的下表面为平面，所述刀口环6的上表面的内环区域从外到内为逐渐下行而接近所述下表面的斜面，从而所述刀口环6从外边缘向内其厚度逐渐减小，在其内边缘处形成当可燃气体压力容器中发生爆炸时用于切割所述防爆膜5的刀口。
所述刀口环6的上侧可设置一调整环7，该调整环7为一简单环状体。
所述调整环7的上侧可设有一压紧环8，该压紧环8具有一平面部分81，该平面部分81外周的下侧可设置一向下凸伸的环边82，该环边82的外周表面设有外螺纹。
所述压紧环8的环边82的外周表面的外螺纹可以与设置在所述法兰2的上侧凸伸出来的环边21的内侧所设置的内螺纹相互配合，从而固定在法兰2上。
而且，当所述压紧环8的环边82的外周表面的外螺纹与设置在所述法兰2的环边21的内侧所设置的内螺纹相互配合而向下旋入时，所述压紧环8的平面部分81的下表面向下压紧调整环7，从而该调整环7向下压紧刀口环6，该刀口环6向下压紧防爆膜5，从而使该防爆膜5与密封圈4压紧配合，在其间形成密封。
可以在所述压紧环8的平面部分81的上表面设置若干条凹槽或者凸起，以方便所述压紧环8向下旋转的操作，并且使压紧量的控制更为方便精确。
所述压紧环8的上侧设有一顶盖9，所述顶盖9具有一裙边部分91以及与该裙边部分91的上缘相接的漏斗形部分92，该裙边部分91的内壁设有内螺纹，该裙边部分91的内壁所设置的内螺纹可与压紧环8的外壁设置的外螺纹相互螺纹连接，并从而与法兰2进而与罐体的罐壁1相连。
所述顶盖9的中央设有一贯穿孔93，所述贯穿孔与一消音器100相连。
消音器100可以类似于常规的汽车排气消音器或者其它种类的消音器，其尾部设有一排出口101。
所述顶盖9与消音器100可以是一体成型的，也可以是分体的。如果是分体的，则可通过一些常用的连接形式(如法兰连接、螺纹连接、插接连接等等)在其间连接。
在正常使用状态下，所述防爆膜5与所述密封圈4紧密配合而形成密封，从而所述可燃气体压力容器中的可燃气体通过其另外设置的出口管道而供向用气点。
当可燃气体压力容器中由于回火而发生燃烧爆炸时，所述防爆膜5可由于瞬时受压而破碎，从而释放所述可燃气体压力容器内的爆破压力，保护所述可燃气体压力容器的其余部分(例如罐壁1)，使其免于被破坏。如此，罐体部分不会爆炸而形成碎片，从而罐体部分得以保全，而且不会形成碎片也就不会带来碎片可能形成的对周围环境甚至是人的伤害。
而且，爆炸产生的声响被所述消音器所大大削弱，这使得事故对周围环境的影响进一步减小。发明人对安装了本发明的装置的可燃气体燃料的压力容器进行了多次回火爆炸试验，其声响强度仅相当于敲打三角铁(一种通常在交响乐队中使用的起装饰效果的打击乐器，其音量很小，相当于管钟型门铃的音量)的强度，远远弱于未安装本发明的装置的可燃气体燃料的压力容器在回火爆炸时所产生的震耳欲聋的声响。
可以看出，本发明的技术方案可以完美地解决氢氧混合气压力容器的回火爆炸问题。然而，本领域技术人员可以轻易了解的是，本发明的装置也可方便地适用于其它可燃气体燃料的压力容器中。所述可燃气体燃料可以是乙炔、天然气、液化石油气、氢气。
所述防爆膜5优选是易碎的金属或塑胶承压薄膜，具体地说，所述金属承压薄膜的材质可以是不锈钢或者黄铜或者其它适合的材料。其中不锈钢是优选的。
所述防爆膜5上还可以形成有在可燃气体压力容器中发生爆炸时便于使所述防爆膜5发生破碎的凹线或凹槽。
所述凹线或凹槽的数量可以为多条，所述多条凹线沿着所述防爆膜5的径向成放射状分布。在一个实施例中，凹线为米字形。在另一个实施例中，凹线为网格形。
上述凹线的设置所带来的效果是：使防爆膜5更易破碎，并进而使爆破造成的声响强度进一步减弱。
在上述受压标准(0.35MPa)下，所述防爆膜的厚度可以为0.03至1.5毫米。
所述防爆膜的厚度优选为0.05至0.15毫米。
所述刀口环6的内边缘的直径d2优选小于所述可燃气体压力容器的内径(亦即：罐壁1的内径)d1。
所述刀口环6的内边缘形成用于在可燃气体压力容器中发生爆炸时切割所述防爆膜5的刀口，该内边缘还将所述防爆膜5的可破碎区域限定在直径为d2的圆周之内。这样一来，进一步缩小了可破碎区域，使爆炸时作用于所述防爆膜5的压强更大，从而使其破碎更加迅速。
另外，该刀口与所述防爆膜5的上表面紧邻，在可燃气体压力容器中发生爆炸时，形成有放射状刻痕的防爆膜5以该刀口为枢轴呈多个花瓣状向上翻转，且容易因该刀口的切割作用而脱离防爆膜母体从而落入顶盖9中(甚至消音器100的内腔中)，使泄压效果更好。所述顶盖9的漏斗形部分92的内壁在径向剖面中成下宽上窄的锥形，所述锥形的母线与水平线的夹角A可以为30至75度。该夹角A更优选为35至50度。
由于采用上述结构，本发明的金属承压膜5在爆破破碎后被留置于顶盖9中，不会对周围环境造成进一步影响。
如图所示，在顶盖9与法兰2的环边21之间可以留有一个缝隙，在该缝隙中可以设置缓冲/密封垫圈。
虽然上述已结合一个例示性的实施方案对本发明的理念进行了例示，本领域技术人员可以理解的是，在具体实施方式中所例示的结构仅仅是可以实现本发明的目的的一个优选示例。本领域技术人员可以在本发明的实质精神的范围内作出各种等效的修改或变化。例如，顶盖9与压紧环8(甚至包括调整环7和刀口环6)可以做成一体的，从而可以减少零件的数量。防爆膜5的凹线可以是刻制出来的，也可以是与防爆膜5一体成型的。与这些修改和变化类似的修改和变化理应落入本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于可燃气体压力容器的防爆装置，所述可燃气体压力容器具有罐体，所述罐体的下端为一体封闭端，所述罐体的上端设有一法兰，所述法兰的上侧设有一密封圈，所述密封圈的上侧设有一防爆膜，所述防爆膜与所述密封圈紧密配合而形成密封，所述防爆膜的上侧设有一顶盖，所述顶盖的中央设有一贯穿孔，所述贯穿孔与一消音器相连。
2.如权利要求1所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：在所述防爆膜的上侧还设有一个刀口环，从所述刀口环的径向剖面看，所述刀口环的下表面为平面，所述刀口环的上表面的内环区域从外到内为逐渐下行而接近所述下表面的斜面，从而所述刀口环从外边缘向内其厚度逐渐减小，在其内边缘处形成当可燃气体压力容器中发生爆炸时用于切割所述防爆膜的刀口。
3.如权利要求1或2所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：所述可燃气体为下列选项中的一种：乙炔、天然气、液化石油气、氢气、氢气和氧气的混合气。
4.如权利要求1或2所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：所述防爆膜是易碎的金属或塑胶承压薄膜。
5.如权利要求4所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：所述金属或塑胶承压薄膜上形成有在可燃气体压力容器中发生爆炸时便于使所述金属或塑胶承压薄膜发生破碎的凹线或凹槽。
6.如权利要求5所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：所述凹线或凹槽的数量为多条，所述多条凹线沿着所述金属或塑胶承压薄膜的径向成放射状分布。
7.如权利要求2至6中的任一项所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：所述刀口环的内边缘的直径小于所述可燃气体压力容器的内径。
8.如权利要求1所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：所述顶盖的内壁在径向剖面中成下宽上窄的锥形，所述锥形的母线与水平线的夹角为30至75度。
9.如权利要求1所述的用于可燃气体压力容器的防爆装置，其特征在于：所述顶盖的内壁在径向剖面中成下宽上窄的锥形，所述锥形的母线与水平线的夹角为35至50度。
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