CN108159602B - 一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，抑爆装置触发后，气体发生剂瞬间产生的氮气快速灌入抑爆装置下腔体，与预充装的氮气混合并聚压，混合后的气体温度为400‑600℃，达到上下腔体间膜片的破膜压力时，膜片呈粉碎状破碎，高温高压氮气进入上腔体，与化学活性超细粉体抑爆介质逆向流动并进行热量交换，抑爆剂粉体吸热分解，同时使得氮气温度降低；上述过程中气体发生剂仍处于产气阶段，当腔体聚压达到抑爆装置下腔体与喷头体之间膜片开启压力时，该破片呈四瓣破裂，预分解的抑爆介质在高压氮气驱动下向发生爆炸的受限空间喷射。由于抑爆介质在喷射之前发生预分解，使得爆炸抑制进程缩短，抑爆效果增强。

Description

一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置

技术领域

本发明属于爆炸抑制技术领域，具体涉及一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，当抑爆装置气体发生器触发后，形成化学活性超细粉体抑爆剂/惰性气体两相混合物的同时，高温气体向抑爆剂粉体进行热量传输，使其发生一定程度的分解，随后向发生爆炸的事故现场快速喷射。

背景技术

爆炸抑制技术是指爆炸发生初期，向爆炸火焰阵面喷洒（抛洒）抑爆介质，减缓、熄灭火焰传播进程，以控制爆炸有害效应。在其它条件一定的情形下，爆炸抑制效果与抑爆介质的抑爆机理、性能以及喷射方式密切相关，近年来以气体发生剂产气驱动化学超细粉体抑爆介质喷射的主动式爆炸抑制技术取得了突破性进展。化学活性超细粉体抑爆介质的主要爆炸抑制机理体现为，粉体抑爆剂喷射到爆炸区域后，在火焰高温的作用下所分解的中间产物能够销毁爆燃反应活性基团，从而使火焰传播得以抑制直至完全熄灭，较物理冷却为主要抑爆原理的惰性粉体相比，该类介质为化学作用抑爆，爆炸抑制效果显著提高。但现有技术在以下方面尚可进一步优化，其一是，现有技术方案必须采取辅助降温措施，对气体发生剂产生的高温惰性气体实施冷却，否则将使粉体抑爆介质烧蚀固化无法喷射，或抑爆装置出口温度高于被保护对象的最低着火温度，从而导致潜在的危险；其二是超细粉体抑爆介质必须与爆炸火焰高温相互作用发生分解之后才能发挥抑爆作用，而在此之前尽管有少量的物理吸热作用，但由于粉状抑爆介质喷射的扰动增强了湍流程度，在喷射初期反而使得爆炸火焰传播加速。

如果能在气体发生器触发产气后、抑爆介质喷射前的时间间隔内强化高温气体与抑爆介质之间的热量交换，促使抑爆介质在喷射前得到一定的预先分解，一方面可使气体发生剂产生的能量得到更加有效利用，减少辅助降温措施；同时预分解的超细粉体抑爆介质喷射后即刻就能直接销毁爆燃反应活性基团，不需要经历与爆炸火焰高温相互作用发生分解的环节，使得抑爆进程更加快捷，爆炸抑制效果进一步提高。

鉴于此，本申请人在上述方面开展了有益的探索与实际尝试，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，当抑爆装置气体发生器触发后，气体发生剂产气与抑爆装置内预充装的氮气混合，形成温度均匀的高温高压惰性气体，此后在抑爆装置内进一步形成化学活性超细粉体抑爆剂/惰性气体两相混合物，与此同时，高温气体向抑爆剂粉体进行热量传输，粉体抑爆介质在抑爆装置内预分解，该分解产物能够销毁爆燃反应活性基团，随后向发生爆炸的事故现场快速喷射，使得抑爆进程更加快捷，爆炸抑制效果进一步提高。

本发明的任务是这样来完成的，一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，所述的抑爆装置包括上腔体、下腔体和喷头体，超细粉体抑爆剂灌装在上腔体中，气体发生器与上腔体的顶部接口精密螺纹装配，结合面设有金属缠绕密封垫片，上腔体法兰、下腔体上法兰通过双头螺柱紧固，所述的上腔体法兰、下腔体上法兰之间设置有第一膜片，第一膜片装配在夹持具中，上腔体法兰、下腔体上法兰与夹持具结合面设置金属缠绕密封垫片，下腔体、喷头体之间通过高强度螺栓将下腔体下法兰、喷头体法兰紧固，所述的下腔体下法兰、喷头体法兰之间设置有第二膜片，第二膜片装配在夹持具中，所述的下腔体下法兰、喷头体法兰与夹持具结合面设置金属缠绕密封垫片，下腔体中预充装氮气，喷头体由半球形喷头、喷头基座构成，所述半球形喷头与喷头基座内螺纹连接，喷头基座外螺纹与抑爆装置安装管道紧固。

所述上腔体上布设抑爆介质灌装孔、灌装孔密封螺丝，所述下腔体上布设氮气充装孔、灌装孔密封螺丝。

进一步的，所述气体发生器导流管穿越所述的第一膜片并伸入下腔体内，所述导流管在所述下腔体的管段设有侧向排气孔，导气管底盖位于下腔体的中间部位，导气管底盖设有底部排气孔，侧向排气孔与底部排气孔净面积相等。

进一步的，所述的第一膜片为反拱粉碎形膜片，所述第一膜片在气体发生器导流管穿越部位设有双面护圈，所述第二膜片为正拱四瓣刻槽膜片，所述第一膜片的静态破膜压力为所述第二膜片静态破膜压力的三分之二。

进一步的，所述下腔体带导流锥度。

进一步的，所述半球形喷头的喷孔总面积不小于所述喷头基座的截面积。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1、抑爆装置预充装氮气，缩短了膜片破膜时间，喷射特征更加平稳，预充装氮气与粉体抑爆介质分腔储存，有效防止抑爆介质受压结块；气体发生器产生的高温惰性气体首先与预充装的氮气混合，气体温度的均匀性改善，减少了辅助降温措施。

2、第一膜片首先开启，抑爆剂粉体与高温高压惰性气体逆向流动，提高了气固两相混合特性，有利于强化换热，促进粉体抑爆介质在抑爆装置内的受热分解进程。

3、膜片采用夹持具装配，有效防止普通法兰端口可能导致的环切破膜，阻塞抑爆介质流道，确保破膜一致性；抑爆装置下腔体带导流锥度，半球形喷头喷孔总面积不小于喷头基座截面积，抑爆介质喷射阻力显著降低。

4、预先分解的抑爆剂粉体喷射到爆炸现场，其分解中间产物直接销毁爆燃反应活性基团，较现有技术相比，改进的技术方案克服了依赖爆炸火焰温度分解粉体抑爆介质而导致的滞后，爆炸抑制更加快速高效。

附图说明

图1是本发明一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置结构图。

具体实施方式

为使专利审查人员及公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人以实施例的方式对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，包括上腔体1、下腔体3和喷头体5，上腔体1的主体部分为直径100mm、壁厚15mm、高度145mm的筒体，顶部为椭球型封头，用Q345容器钢建造，下腔体3主体部分为高度90mm的锥形管道，顶部直径为100mm、底部直径为76mm，上、下腔体承压15MPa，上腔体法兰17、下腔体上法兰31为带颈高压凹面法兰，超细粉体抑爆剂15为中位粒径8μm的磷酸二氢铵粉体，灌装在上腔体1中，灌装量为800g，气体发生器14与上腔体1的顶部接口11精密螺纹装配，螺纹规格为M36×1.5，结合面采用37×2金属缠绕密封垫片13密封，上腔体法兰17、下腔体上法兰31通过双头螺柱16紧固，上腔体法兰17、下腔体上法兰31之间设置有第一膜片2，第一膜片2装配在夹持具21中，夹持具为316L不锈钢材质，上下表面均为凸面，与上腔体法兰17、下腔体上法兰31的凹面装配，上腔体法兰17、下腔体上法兰31与夹持具21结合面设置规格为118×3金属缠绕密封垫片18，下腔体3、喷头体5之间通过高强度螺栓34将下腔体下法兰35、喷头体法兰51紧固，下腔体下法兰35、喷头体法兰51为突面板式平焊法兰，下腔体下法兰35、喷头体法兰51之间设置有第二膜片4，第二膜片4装配在夹持具41中，夹持具41为316L不锈钢材质，上下表面均为平面，下腔体下法兰35、喷头体法兰51与夹持具41结合面设置规格为84×2的金属缠绕密封垫片36，下腔体3中充装氮气32，充装压力为3MPa，喷头体5由半球形喷头53、喷头基座52构成，喷头基座内径为76mm，半球形喷头53与喷头基座内螺纹521连接，喷头基座外螺纹522与抑爆装置安装管道6紧固。

前述上腔体1上布设规格M16×1.5抑爆介质灌装孔12、灌装孔密封螺丝121为高强度内六角螺丝；下腔体3上布设规格M16×1.5的氮气充装孔33、灌装孔密封螺丝331为高强度内六角螺丝。

前述气体发生器14导流管141穿越第一膜片2伸入下腔体3内，导流管141在下腔体3的管段布设侧向排气孔143，侧向排气孔布置3排，每排为6×φ4均布，导气管底盖144位于下腔体3的中间部位，导气管底盖144布设底部排气孔145，侧向排气孔143与底部排气孔145净面积相等。

作为优选的方案，第一膜片2为反拱粉碎形膜片，第一膜片2在气体发生器导流管141穿越部位布设双面护圈142，第二膜片4为正拱刻槽膜片，第一膜片2的静态破膜压力为6MPa，第二膜片4的静态破膜压力为9MPa。

作为优选的方案，半球形喷头53的喷孔总面积不小于喷头基座52的截面积。

本发明的爆炸抑制装置工作原理如下：

当抑爆装置触发后，气体发生器中的气体发生剂瞬间燃烧产生大量氮气，经气体发生器导流管侧孔、底孔快速灌入抑爆装置下腔体，该高温气体与抑爆装置下腔体中预充装的氮气混合并使下腔体聚压，混合后的气体温度为400-600℃，当压力达到上下腔体间膜片的破膜压力时，该膜片呈粉碎状破碎，抑爆装置上下腔体贯通，高温高压气体进入上腔体中，与上腔体中灌装的化学活性超细粉体抑爆介质逆向流动，一方面形成超细粉体抑爆介质/氮气的气固两相混合物，同时高温氮气与粉体抑爆介质之间进行热量交换，抑爆剂粉体吸热后发生如下分解历程：

通过上述分解反应，一方面产生了NH₃、HPO₃、P₂O₅、H₄P₂O₇等能够销毁爆燃反应活性基团（自由基）的中间产物，同时使得氮气温度降低，与此同时，气体发生剂仍处于产气阶段，致使抑爆装置上下腔体继续聚压，当压力达到抑爆装置下腔体与喷头体之间膜片开启压力时，该破片呈四瓣破裂，预分解的抑爆介质在高压氮气驱动下向发生爆炸的受限空间喷射。

与既有技术相比，由于抑爆介质在喷射之前发生预分解，产生了化学抑爆的中间产物，不依赖爆炸火焰进行高温分解，因而使得爆炸抑制进程加快，抑爆效果增强。

综上所述，本发明提供的技术方案克服了已有技术的欠缺，完成了发明任务，客观上兑现了申请人列出的有益技术效果。

Claims (4)

1.一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，所述的抑爆装置包括上腔体（1）、下腔体（3）和喷头体（5），其特征在于：超细粉体抑爆剂（15）灌装在上腔体（1）中，气体发生器（14）与上腔体（1）的顶部接口（11）精密螺纹装配，结合面设有金属缠绕密封垫片（13），上腔体法兰（17）、下腔体上法兰（31）通过双头螺柱（16）紧固，上腔体法兰（17）、下腔体上法兰（31）之间设置有第一膜片（2），所述的第一膜片（2）装配在夹持具（21）中，所述的上腔体法兰（17）、下腔体上法兰（31）与夹持具（21）结合面设置金属缠绕密封垫片（18），下腔体（3）、喷头体（5）之间通过高强度螺栓（34）将下腔体下法兰（35）、喷头体法兰（51）紧固，下腔体下法兰（35）、喷头体法兰（51）之间设置有第二膜片（4），所述的第二膜片（4）装配在夹持具（41）中，所述的下腔体下法兰（35）、喷头体法兰（51）与夹持具（41）结合面设置金属缠绕密封垫片（36），下腔体（3）中预充装氮气（32），喷头体（5）由半球形喷头（53）、喷头基座（52）构成，所述半球形喷头（53）与喷头基座内螺纹（521）连接，喷头基座外螺纹（522）与抑爆装置安装管道（6）紧固；所述气体发生器（14）导流管（141）穿越所述的第一膜片（2）伸入下腔体（3）内，所述导流管（141）在所述下腔体（3）的管段设有侧向排气孔（143），导气管底盖（144）位于下腔体（3）的中间部位，导气管底盖（144）设有底部排气孔（145），侧向排气孔（143）与底部排气孔（145）净面积相等；所述的第一膜片（2）为反拱粉碎形膜片，所述第一膜片（2）在气体发生器导流管（141）穿越部位设有双面护圈（142），所述第二膜片（4）为正拱四瓣刻槽膜片，所述第一膜片（2）的静态破膜压力为所述第二膜片（4）静态破膜压力的三分之二。

2.根据权利要求1所述的一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，其特征在于：所述上腔体（1）上布设抑爆介质灌装孔（12）、灌装孔密封螺丝（121）；所述下腔体（3）上布设氮气充装孔（33）、灌装孔密封螺丝（331）。

3.根据权利要求1所述的一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，其特征在于：所述下腔体（3）带导流锥度。

4.根据权利要求1所述的一种促进粉体抑爆介质预分解的爆炸抑制装置，其特征在于：所述半球形喷头（53）的喷孔总面积不小于所述喷头基座（52）的截面积。

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