CN108905019B - 粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置 - Google Patents

粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，包括设置在粉尘管道上的抑爆粉尘仓，抑爆粉尘仓的底部的抑爆剂出口上盖设有粉尘仓底盖，粉尘仓底盖与抑爆剂出口铰接形成铰接点，且粉尘仓底盖下方设有使其盖合在抑爆剂出口上的挡板，挡板一端支撑在粉尘仓底盖下方形成第一支撑点，另一端支撑在粉尘管道的侧壁上形成第二支撑点，在第一支撑点或第二支撑点上设有一旋转轴，挡板在与气流方向平行或近似平行的平面内可绕旋转轴转动，且转动方向与气流方向相反，转动时挡板脱离第一支撑点或第二支撑点。本发明利用粉尘初次爆炸产生的强大反向气流冲击开关进行抑爆，具有操作便捷的优势，避免了传感监测过程中的时间延迟弊端。

Description

粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置
技术领域
本发明涉及粉尘抑爆装置技术领域，特别是涉及一种粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，可对管道内粉尘爆炸事故作出快速反应预防二次爆炸发生。
背景技术
工业粉尘70％以上具有可燃性，绝大多数具有可爆性，而且随着尺寸的减小、比表面积增大，粉尘悬浮时与空气接触面积变大，与点火源接触后燃烧变得剧烈，压力在较短时间内迅速增加而形成爆炸。集尘系统初次爆炸的火焰和冲击波向四周传播，粉尘层扬起扩散成粉尘云，点燃后引发大规模的系统爆炸即二次爆炸。粉尘爆炸事故中，冲击波卷扬使粉尘云紊流度更高，层状粉尘二次爆炸的危险半径一般是整个车间乃至巷道，而且其点火源为初次爆炸火焰，能量更大，危害和损失更巨大。在工业生产中，为避免“二次爆炸”事故的发生，或安装有水喷淋系统，或有惰性气体或粉尘抑爆及控制系统，此类防爆措施要么定时启动造成运行负担，要么初次爆炸之后中控系统指令的信息收集和发送过程存在时间延迟，无法针对冲击波的快速传递及时中止多米诺爆炸后果，因而不能科学、快速、高效抑制粉尘二次爆炸发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，该装置能有效预防工业管道内粉尘二次爆炸，该装置无需额外的传感器对管道爆炸进行监测，利用对粉尘初次爆炸产生的强大反向气流进行抑爆，具有反应快、效率高的优势，便于推广，能有效地解决目前工厂所存在的实际问题。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，包括设置在粉尘管道上的抑爆粉尘仓，所述抑爆粉尘仓的底部延伸至粉尘管道的内部，且端部设有抑爆剂出口，所述抑爆剂出口上盖设有粉尘仓底盖，所述粉尘仓底盖与抑爆剂出口铰接形成铰接点，且所述粉尘仓底盖下方设有使其盖合在抑爆剂出口上的挡板，所述挡板一端支撑在所述粉尘仓底盖下方形成第一支撑点，另一端支撑在粉尘管道的侧壁上形成第二支撑点，在所述第一支撑点或第二支撑点上设有一旋转轴，所述挡板在与气流方向平行或近似平行的平面内可绕旋转轴转动，且转动方向与气流方向相反，转动时挡板脱离第一支撑点或第二支撑点。
本发明主要是利用粉尘一次爆炸时的冲击力来打开抑爆装置，爆炸时的冲击力冲击到挡板上，可以使挡板绕旋转轴转动，从而撤去粉尘仓底盖上的支撑力，使粉尘仓底盖在抑爆粉尘仓内部压力或者自身重力的作用下打开，从而释放抑爆粉尘仓内的抑爆剂到粉尘管道内，达到抑制粉尘二次爆炸的目的。
优选的，为了便于粉尘仓底盖的打开以及抑爆剂的释放，所述抑爆粉尘仓沿重力方向设置。在重力作用下粉尘仓底盖和抑爆剂可以自由下落至粉尘管道内部，简化了抑爆装置的结构。
优选的，由于粉尘发生爆炸时，粉尘管道内的压力会升高，因此，为了使抑爆剂能够顺利进入粉尘管道内，所述抑爆粉尘仓内的压力大于粉尘管道正常工作时的管道内部压力。抑爆粉尘仓内的压力的大小可以根据实际情况进行设定，需要综合考虑抑爆剂的多少、抑爆粉尘仓的高度、粉尘管道内正常工作时的压力等。
具体的，所述旋转轴位于所述第一支撑点处，所述粉尘管道的侧壁上设有开口朝向第一支撑点的U形支架，所述挡板一端与旋转轴转动连接，另一端置于所述U形支架的开口内，且与所述U形支架活动连接。
具体的，所述粉尘仓底盖通过合页与所述抑爆剂出口端铰接。
优选的，为了使力矩最小，所述第一支撑点位于铰接点的最远端。
优选的，由于管道内发生爆炸的位置是不确定的，因此，所述粉尘管道上设有至少一个所述抑爆装置。抑爆装置可以设置在容易发生爆炸的管道弯折或转向处。
本发明无需额外的传感器对管道爆炸进行监测，利用粉尘初次爆炸产生的强大反向气流冲击开关进行抑爆，具有操作使用便捷的优势，避免了传感监测过程中的时间延迟弊端，在测试中能及时有效地抑制粉尘二次爆炸，且应用范围较广，能高效地解决现有的实际问题。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，(1)设备反应速度快，能在粉尘初次爆炸初期扑灭火焰；(2)无需额外的传感器对管道爆炸进行监测，利用对粉尘初次爆炸产生的强大反向气流打开开关；(3)喷粉方式为纵向喷粉，其滞后时间短；(4)能准确主动喷射惰性粉尘，有效抑制二次爆炸；(5)设备简单，易于操作管理。综上所述，本发明设计巧妙，自动化程度高，反应时间短，易于操作，适合运用于工厂实际生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是图1中A的放大结构示意图；
图3是图1中抑爆装置右视图的局部放大结构示意图；
图4是本发明实施例二的结构示意图；
图中：1、U形支架；2、挡板；3、粉尘仓底盖；4、合页；5、旋转轴；6、垫片；7、抑爆粉尘仓；8、粉尘管道。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明中气流方向指除尘时，粉尘的运动方向，而反向气流指发生粉尘爆炸时，产生的冲击力的方向(如图1中箭头所示)，气流方向与爆炸时冲击力方向相反。
实施例一：
如图1-图3所示，本发明的一种粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，包括设置在粉尘管道8上的抑爆粉尘仓7，为了便于抑爆剂下落，抑爆粉尘仓7沿重力方向设置，所述抑爆粉尘仓7的底部延伸至粉尘管道8的内部，且端部设有抑爆剂出口，所述抑爆剂出口上盖设有粉尘仓底盖3，所述粉尘仓底盖3与抑爆剂出口通过合页4铰接，且形成铰接点。
所述粉尘仓底盖3下方设有使其盖合在抑爆剂出口上的挡板2，所述挡板2一端支撑在所述粉尘仓底盖3下方形成第一支撑点，另一端支撑在粉尘管道8的侧壁上形成第二支撑点，旋转轴5位于第一支撑点处，旋转轴5上端与粉尘仓底盖3固定连接，可以是一体成型也可以采用焊接连接，挡板2的端部上设有轴孔，旋转轴5从轴孔内穿过，可使挡板2绕旋转轴5转动，为了减小摩擦力，挡板2的厚度一般设置都比较薄，因此，旋转轴5不便于直接从挡板2上穿过，因此，在挡板2端部焊接一中间设有轴孔的垫片6，使旋转轴5从垫片6中穿过，减小接触面积。所述粉尘管道8的侧壁上设有开口朝向第一支撑点的U形支架1，所述挡板2另一端置于所述U形支架1的开口内，且与所述U形支架1活动连接，所述U形支架1背向气流方向的一侧设有阻挡结构，阻挡结构可以为阻挡块、阻挡条或者使挡板2单向移动的结构，例如，背向粉尘气流一侧的U形支架1的高度小于挡板2的高度的楔形结构，防止正常工作时挡板2被粉尘气流冲开。
旋转轴5设置在粉尘仓底盖3上一方面可以通过U形支架1产生支撑力，使粉尘仓底盖3盖合在抑爆剂出口上；另一方面，当挡板2沿转轴转动，从U形支架1内部脱出后，由于挡板2具有一定的惯性，在重力和惯性的作用下可以促使粉尘仓底盖3快速打开，加快抑爆剂释放的速度。
具体的，本实施例中U形支架1采用一半开口“匚”型槽，为了使U形支架1内产生的力矩最小，优选的，第一支撑点位于铰接点的最远端，本实施例抑爆剂出口为圆形，则第一支撑点和铰接点沿径向对称，第二支撑点位于第一支撑点和铰接点所在连线的延长线上，且三个点所在直线与气流方向垂直。
为了便于抑爆剂快速释放，抑爆粉尘仓7内的压力大于粉尘管道8正常工作时的管道内部压力。
本实施例中附图为示意图，抑爆装置只画出一个，但是实际应用中抑爆装置的数量可以根据需求进行设置，可以在与抑爆点连通的所有的干路和支路管道内均进行设置，这样可以避免爆炸源传播到管道的其他位置。
实施例二：
如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于旋转轴5的位置不同，本实施例中旋转轴5的位置设置在第二支撑点上，挡板2可以绕第二支撑点处的旋转轴5转动，挡板2通过杠杆原理支撑在粉尘仓底盖3下方，优选的，本实施例中为了减小粉尘仓底盖3与挡板2的接触面积，粉尘仓底盖3的形状采用球形，使其与挡板2形成近似点接触。在粉尘仓底盖3上背向气流方向的一侧设有阻挡结构，阻挡结构与实施例一中方式设置类似，防止正常工作时挡板2被粉尘气流冲开。本实施例中旋转轴5设置在U形支架1上，其实现转动连接的方式有多种，由于挡板2厚度比较薄，因此，可以在挡板2侧面焊接轴套，使旋转轴5穿过轴套后上下两端分别与U形支架1连接，这种方式中旋转轴5与U形支架1可以固定连接，也可以转动连接；另外，也可以将旋转轴5的中部直接焊接在挡板2上，然后旋转轴5上下两端通过轴承转动连接在U形支架1上。
根据上述抑爆装置进行模拟抑爆实验，粉尘管道8外径和厚度均符合GB/T17395-2012无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差的规定，所选钢管材料符合GB/T8163-2013输送流体用无缝钢管的规定。
设计所用的粉尘管道8为分段自由连接管道，管道本身由内外直径大小一样但长度不一的实验直管道、一个三通管、还有一个90°弯管所组成，每一节管道的两端由可拆卸盲板所密封，以便于按实验的需求以至于方便拆卸增长或减短，还便于开展封闭管道实验和半开口管道实验。总实验管道包括直管道、90°弯管、三通管在内一共约有10.7m长，管道外直径为135mm，内直径为125mm，管道壁厚为5mm的碳素钢无缝钢管，管道外径和厚度均符合GB/T17395-2012无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差的规定，所选钢管材料符合GB/T8163-2013输送流体用无缝钢管的规定。
一般情况下，实验管道完成爆炸实验所产生的压力都小于3MPa，但为了安全起见，将设计最大承受压力为5MPa。在实验所用管道上开有一定数量的进气孔、排气孔、压力传感器孔和真空表孔等，如果用不着孔口就用螺丝拧紧，也就是所谓的备用孔口。相连管道之间通过法兰相连接，为了具有相对较好的气密性，在相连法兰之间、每个传感器与管道连接口之间、盲板与管道之间，都用相匹配型号的聚四氟垫片6密封，在管道开孔处的连接用生料带密封。
挡板2和粉尘仓底盖3采用304不锈钢材料，为了减小摩擦挡板2的厚度一般取值都比较小，但是挡板2厚度也不能无限制的小，挡板2厚度与粉尘管道8的管径、挡板2的长宽尺寸以及不同粉尘爆炸时产生的爆炸力等参数有关，只要满足挡板2与U形支架1之间的摩擦力小于爆炸产生的最小冲击力即可。本实验中挡板2规格为40mm×20mm×1mm，挡板2厚度选择1mm，粉尘仓底盖3近似为半径6mm、壁厚2mm的圆板，计算二者总受力为7.84×10-2N；粉尘仓容积为100ml，抑爆粉尘在充满粉尘仓时重力为2.65N，则挡板2包括其自身所承受总重力约为3N。基于实验数据，爆炸产生压力为0.237MPa，即23.23N/cm2的作用力，8cm2的挡板2承受约185.84N的爆炸冲击力，远大于挡板2承受的3N的重力，完全能被爆炸冲击波推开。即P×A>G成立,其中P为爆炸压力，A为挡板2面积，G为挡板2包括其自身所承受总重力。
本发明工作原理如下：
自动喷粉抑爆技术主要是通过初次粉尘爆炸(易爆位置如图1所示，通常位于靠近管道集尘器附近)产生的强大的反向气流(如图1中箭头方向即为反向气流方向，图3和图4中带有实心点的圆即代表反向气流方向垂直于纸面向外)推动管道内的挡板2，挡板2水平旋转直到脱落，以重力作用带动粉尘仓底盖3，使粉尘仓底盖3处于开启状态，并向管道8内喷入抑爆粉尘，从而能够有效地抑制其相关二次爆炸及多米诺效应，保障管道的安全。本自动喷粉系统设计主要是在管道上进行研究的，其相关装备有半开口“匚”型槽、挡板2、粉尘仓底盖3、合页4、旋转轴5、垫片6、粉尘仓7、粉尘管道8等构成。所述半开口“匚”型槽1是侧向安装的，在粉尘管道8正常运行状态时，管道8内的正向气流能将挡板2卡在半开口“匚”型槽的内部。在管道8内发生爆炸的最初阶段，通过粉尘管道8传播的强大气流会推动挡板2，在挡板2脱离半开口“匚”型槽的支撑后，因重力作用带动相连的中空垫片6以及位于粉尘仓底盖3左侧的旋转轴5，使得粉尘仓底盖3处于开启状态，抑爆粉尘仓7在内压的作用下快速均匀的喷撒出抑爆粉剂，在粉尘管道8内形成抑爆粉剂云，利用抑爆粉剂的物理-化学性质抑制爆炸的发展，阻止爆炸沿管道继续进行扩散传播。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，其特征在于：包括设置在粉尘管道上的抑爆粉尘仓，所述抑爆粉尘仓的底部延伸至粉尘管道的内部，且端部设有抑爆剂出口，所述抑爆剂出口上盖设有粉尘仓底盖，所述粉尘仓底盖与抑爆剂出口铰接形成铰接点，且所述粉尘仓底盖下方设有使其盖合在抑爆剂出口上的挡板，所述挡板一端支撑在所述粉尘仓底盖下方形成第一支撑点，另一端支撑在粉尘管道的侧壁上形成第二支撑点，在所述第一支撑点或第二支撑点上设有一旋转轴，所述挡板在与爆炸反向气流平行或近似平行的平面内可绕旋转轴转动，且转动方向与爆炸反向气流相反，转动时挡板脱离第一支撑点或第二支撑点。
2.如权利要求1所述的粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，其特征在于：所述抑爆粉尘仓沿重力方向设置。
3.如权利要求1所述的粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，其特征在于：所述抑爆粉尘仓内的压力大于粉尘管道正常工作时的管道内部压力。
4.如权利要求1所述的粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，其特征在于：所述旋转轴位于所述第一支撑点处，所述粉尘管道的侧壁上设有开口朝向第一支撑点的U形支架，所述挡板一端与旋转轴转动连接，另一端置于所述U形支架的开口内，且与所述U形支架活动连接，所述U形支架背向气流方向的一侧设有阻挡结构。
5.如权利要求1所述的粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，其特征在于：所述粉尘仓底盖通过合页与所述抑爆剂出口端铰接。
6.如权利要求1所述的粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，其特征在于：所述第一支撑点位于第二支撑点的最远端。
7.如权利要求1-6任一项所述的粉尘二次爆炸反向气流开关抑爆装置，其特征在于：所述粉尘管道上设有至少一个所述抑爆装置。
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