CN110496337A - 一种阻火芯及使用该阻火芯的阻火元件 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种阻火芯及阻火元件，包括由若干根耐火金属骨架构成的多孔空间结构；每根骨架的一个端部同时与N根骨架的一端以不同角度作空间发散式固定，已发散固定的M根骨架在首尾连接后构成封闭环形的阻燃通道；所述阻燃通道的孔径范围是0.42mm‑0.68mm；由阻燃通道和骨架构成阻火芯的孔隙率是92%‑97%；若干个阻燃通道封闭环形上的骨架共同围成了互相贯穿的多面体结构。而使用该阻火芯的阻火元件包括数量不低于1个的阻火芯；所有的阻火芯间隔串联排列在阻火元件的壳体内。有益效果：本发明通过彻底改变传统波纹阻火结构，提出了一种在合理尺寸范围内多孔空间结构的阻火芯，通过该阻火芯可以彻底解决现有技术中波纹阻火芯存在的问题。

Description

一种阻火芯及使用该阻火芯的阻火元件

技术领域

本发明涉及燃气运输领域，具体涉及一种阻火芯及使用该阻火芯的阻火元件。

背景技术

在石油化工行业以及油气储运等环境中，必不或缺的一个安全附件是阻火器，阻火器的核心部件是阻火元件。当前所采用的阻火元件主要是由波纹板结合平板钢带缠绕而成的阻火芯构成。其工作原理是：由于燃烧与爆炸并不是分子间直接反应。而是受外来能量的激发,分子键遭到破坏,产生活化分子,活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基,自由基与其它分子相撞,生成新的产物,同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。

当燃烧的可燃气通过传统阻火芯的狭窄通道时,自由基与通道壁的碰撞几率增大,参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时,自由基与通道壁的碰撞占主导地位,由于自由基数量急剧减少,反应不能继续进行,即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。随着波纹板通道尺寸的减小,自由基与反应分子之间碰撞几率随之减少,而自由基与通道壁的碰撞几率反而增加,这样就促使自由基反应减低。当通道尺寸减少到某一数值时,这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件,火焰即被阻止。

综上，器壁效应是波纹板式阻火芯防止火焰传播的主要机理。而波纹板式阻火原件由于其直通道的结构特点，其只能通过调整孔隙的大小来适应于不同MESG的可燃气体，因而其对于孔隙的均匀度以及材料的机械性能要求特别高。

但是，波纹板式阻火芯主要是由超薄钢带压制而成，后期不经应力消除，材料的变形程度较大，很难保证孔隙及材料的均匀度。在长期带压特别是一些具有腐蚀性介质存在的场合，传统波纹阻火芯的常见通病是：常发生堵塞或腐蚀穿孔等状况，造成系统压力降增大、阻火效能降低、安全隐患增加等，对于工艺生产过程造成严重后果。

发明内容

为了解决传统波纹阻火芯经常会遇到诸如：很难保证孔隙均匀度，常发生阻塞或腐蚀，以及阻火效能降低、安全隐患增加等问题，本发明提供一种阻火芯，可有效解决以上问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种阻火芯，其特征在于：包括由若干根耐火金属骨架构成的多孔空间结构，所述耐火金属的材质是金属镍或金属铜；每根骨架的一个端部同时与N根骨架的一端以不同角度作空间发散式固定，且M根固定的骨架在首尾连接后构成封闭环形的阻燃通道。其中，N的数量不低于3个，M的数量不低于5个。所述阻燃通道的孔径范围是0.42mm-0.68mm；由阻燃通道和骨架构成阻火芯的孔隙率是92％-97％。

其中，若干个阻燃通道封闭环的骨架共同围成了互相贯穿的多面体结构。该多面体可以为八面体结构或十二面体结构，无数个相互连接延展的多面体结构组成空间立体的多孔金属结构。

使用本发明中所述阻火芯的阻火元件，包括：数量不低于1个的阻火芯；所有的阻火芯间隔串联排列在阻火元件的壳体内。具体的设计可以让所有阻火芯的中心设有贯穿的通孔，在阻火芯通孔之间通过螺杆贯穿限位固定。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过彻底改变传统波纹阻火结构，提出了一种在合理尺寸范围内多孔空间结构的阻火芯，通过该阻火芯可以彻底解决现有技术中波纹阻火芯存在的诸如：常发生堵塞或腐蚀穿孔等状况，造成系统压力降增大、阻火效能降低、安全隐患增加等。

附图说明

图1为本发明中阻火芯的微观结构示意图；

图2为本发明阻火元件的结构示意图；

图3为本发明阻火芯的实物细节照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种阻火芯，包括由若干根耐火金属骨架构成的多孔空间结构。具体的结构可以是，每根骨架的一个端部同时与N根骨架的一端以不同角度作空间发散式固定，且M根固定的骨架在首尾连接后构成封闭环形的阻燃通道；该阻燃通道的孔径范围在0.42mm-0.68mm，并且，由这些阻燃通道和骨架构成的空间结构，其孔隙率是92％-97％。该多孔空间结构由于内部存在的中空结构，具有相当大的比表面和多通道特性，该特性让气体在经过后，可以吸收高速火焰，并且由于其自身所具有的空间网状结构，在遇到强烈冲击波时，可以迅速把局部的冲击波传导到整个过滤芯中，有利于防止局部发生形变，仅让自身发生局部发生微小的震颤。在结构上，克服了传统波纹灭火芯结构不耐冲击的缺陷。同时，由于空间多孔结构，当一个通孔堵塞后，即使堵塞物堵住了一个阻燃通道，但是其相邻的阻燃通道可以直接替代，这种结构有效的解决了因为堵塞导致压力降增大的问题。

该多孔空间结构在正常工作中，需要阻燃通道和阻火芯的孔隙率同时满足两个条件，即阻燃通道的孔径范围是0.42mm-0.68mm，孔隙率是92％-97％。

在实际测试中，阻燃通道孔径大于0.68mm时，虽然孔径最大，有利于燃气通过；但是孔径变大相应的也会起不到阻燃效果，火焰会直接穿过该阻火芯，不能实现阻燃的目的。

相应的，当孔径小于0.42mm时，此时该阻火芯的孔隙率最大，此时虽然可以很好的起到阻燃效果，但是会增加可燃气体通过后的压力，导致压力降变大，不利于实际的使用。因此需要利用孔隙率的范围约束阻火芯内部多孔空间的结构。

如图1所示，本发明在具体结构中，若干个阻燃通道封闭环形上的骨架共同围成了互相贯穿的多面体结构。在实际制作中，其孔隙大小、孔隙率及强度均可通过电化学的制造方法进行控制。其中，在使用电化学制作耐火芯时，所称的耐火金属骨架的具体材质是金属镍或金属铜，以及其他金属复合型材料等。

在具体使用中，本发明阻火芯中骨架的数量，N的数量不低于3个，M的数量不低于5个，更进一步的可以是如图1所示，N的数量是3个，M的数量是5个，构成的多孔结构为十二面体结构。

多孔空间结构阻火芯的阻火试验如下表1：

从上表1中可以看出，随着孔径的逐渐减少，其孔隙率也在相应增大，虽然其阻火效果依然存在，但是其压力降也会随之增大，这就影响阻火芯下一级气体的稳定输送。

同样的，随着孔径的增大，孔隙率也会相应减少，但是当孔径超过一定范围后，该阻火芯不具有阻火效果，不能正常工作。

而针对传统波纹板阻火元件的阻火试验如下表2：

通过上述表1和表2的对比，可以发现：

在考量阻火器性能的两个重要指标(阻火和压力降)时，可以明显发现：

首先，在同样的燃气环境下，在满足阻火性能时，使用本发明的多孔空间结构要比使用普通波纹阻火芯具有更薄的厚度，更薄的厚度也相应的获得更小的压力降，这对燃气流体的传输是有积极意义的。并且，可以在满足阻火的前提下，把压力降控制在750-900Pa的合理范围之内。

其次，在降低压力降上，空间多孔结构在一个通孔堵塞后，其他孔可以实现瞬时替换，可以避免压力降瞬间增大的情况，即便堵塞物牢牢卡进空间的多孔中，也仅仅是对局部的多孔堵塞，对阻火芯的整体而言影响甚小。

而传统波纹板在这方面的实际状况是：当阻燃通道被堵塞后，一方面会造成整条阻燃通道不能使用，在通道数量有限的情况下，阻塞通道数量越多，压力降也会变得越大。

综上，多孔空间结构阻火芯显然比传统的阻火芯用料更少，更为经济，其空间立体的多通道性，能解决传统阻火芯常发生堵塞或腐蚀穿孔、造成系统压力降增大、阻火效能降低、安全隐患增加等问题，是一种更为优良的阻火元件，且其更容易加工，形式更加多变，可以满足不同场合的使用。

在利用本发明中阻火芯用于阻火元件时，如图2所示，为了增强阻火效果以及同时满足压力降的变化不至于过大。在使用该阻火芯时，使用数量至少为1个的阻火芯，也可以是多个阻火芯并列排列；所有的阻火芯间隔串联排列在阻火元件的壳体内。这种多级阻火芯并排布置的好处是，一级阻火芯阻挡住火焰后，在一级与二级阻火芯之间会有气体的缓冲区，这种缓冲区有利于气体的压力的稳定，让最后一级阻火芯后面的气体压力降不至于过大。同时，多级阻火芯的使用对于气体的传输也具有多重保险意义。

在具体实施中，可以如图2所示，所有阻火芯的中心设有贯穿的通孔，在阻火芯通孔之间通过螺杆贯穿限位固定，并且，螺杆的两端通过螺母固定。对于阻火芯与螺杆的连接方式可以是多边形限位卡接或者其他常规固定方式。

Claims (6)

1.一种阻火芯，其特征在于：包括由若干根耐火金属骨架构成的多孔空间结构；

每根骨架的一个端部同时与N根骨架的一端以不同角度作空间发散式固定，已发散固定的M根骨架在首尾连接后构成封闭环形的阻燃通道；

所述阻燃通道的孔径范围是0.42mm-0.68mm；由阻燃通道和骨架构成阻火芯的孔隙率是92%-97%；若干个阻燃通道封闭环形上的骨架共同围成了互相贯穿的多面体结构。

2.根据权利要求1所述的阻火芯，其特征在于：所述多面体结构为八面体结构或十二面体结构。

3.根据权利要求1或2所述的阻火芯，其特征在于：N的数量不低于3个，M的数量不低于5个。

4.根据权利要求1所述的阻火芯，其特征在于：所述耐火金属的材质是金属镍或金属铜。

5.一种基于权利要求1所述阻火芯的阻火元件，其特征在于，包括：数量至少为1个的阻火芯；所有的阻火芯间隔串联排列在阻火元件的壳体内。

6.根据权利要求5所述的阻火元件，其特征在于，包括：所有阻火芯的中心设有贯穿的通孔，在阻火芯通孔之间通过螺杆贯穿限位固定。