CN112121334A - 一种复合高效阻火器 - Google Patents

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朱跃进
张彭岗
邵霞
潘振华
潘剑锋
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Abstract

本发明公开一种复合高效阻火器。阻火器壳体靠近入口内壁面衬有可压缩玻璃棉或多孔陶瓷，中部为双层阻火芯结构，依次为多孔泡沫金属和金属平板狭缝结构，狭缝结构中的平板内顺序垂直穿插有多根平行的热管；当运输可燃介质的管道中出现爆燃或爆轰火焰，火焰前方的压缩波被内壁面上的可压缩玻璃棉以及正对的多孔泡沫金属削弱。多孔金属结构和平板狭缝均增大了金属与火焰面的接触面积，可加强热传导过程，还可提高燃烧过程中自由基与壁面的碰撞几率，促进火焰淬熄。金属平板狭缝中设置的多层热管也可对流场及金属平板中的热量加以传导，进一步提高阻火效果。通过压力传感器监测流场压力信号，配合电磁阀的启闭，可以一定程度上提高管道的安全性。

Description

一种复合高效阻火器
技术领域
本发明属于工业安全领域，具体涉及一种复合高效阻火器。
背景技术
可燃性气体和液体一般是易燃易爆的，如氢气、甲烷和汽油等，它们在工业生产及日常生活中有着广泛的应用，特别是在石化、电力等行业领域。通常情况下，可燃性介质的运输和储存具有较强的危险性，容易导致火灾和爆炸等安全事故。因此，如何杜绝这类安全事故的发生是可燃性气体和液体储运的关键问题之一。
使用阻火器是解决上述问题的有效方法，它是一种用来阻止可燃性气体和液体蒸汽的火焰进行传播的安全装置，一般安装在输送可燃介质的管道中，假若可燃介质被引燃，则用以阻止火焰(爆燃或爆轰)通过。此外，阻火器也可以使用在有明火设备的管线上，以防回火事故。根据不同的燃烧工况，阻火器可分为阻爆燃型阻火器和阻爆轰型阻火器，其中阻火芯是各类阻火器的核心部件，它决定了阻火器阻火性能的强弱。
在实际工作中，阻火器的阻火过程极易受可燃介质的物化性质、环境温度和压力、阻火芯结构等因素的影响，即使已有一些研究见诸报道，但对阻火器的阻火过程研究仍存在许多不足之处，特别是在某些极端条件下，如何提高高燃烧强度下火焰的阻火成功率值得进一步探索。
发明内容
火焰传播时不断产生的压缩波可对前方的未燃介质进行压缩，提高了流场的温度和压力，有利于燃烧过程。因此，为提高阻火器中火焰淬熄的成功率和进一步改善阻火效果，本发明从上述火焰传播特性出发，结合传热学、空气动力学等理论设计了一种复合高效阻火器，可以一定程度上提高对爆燃火焰甚至爆轰火焰的阻火效果，从而增强安全性。
一种复合高效阻火器，包括阻火器壳体、可压缩玻璃棉、多孔泡沫金属、热管、金属平板狭缝结构、电磁阀；
所述阻火器壳体靠近入口一侧的内壁面内里衬有可压缩玻璃棉、多孔陶瓷、金属丝网或不锈钢纤维；所述内壁面为碗底状扩张腔，用以火焰的膨胀减速降压；可压缩玻璃棉或多孔陶瓷吸收火焰传播时前方的压缩波，起到降低流场内压力并进而削弱火焰传播的目的。
所述阻火器壳体内，中部为双层阻火芯结构，从入口到出口方向依次设有多孔泡沫金属和金属平板狭缝结构，多孔泡沫金属的结构强度较强，一方面对爆燃或爆轰火焰前方压缩波进行吸收和削弱，降低燃烧强度；另一方面，增大与火焰的接触面积，同样增加了碰撞几率，提升淬熄效果，并且泡沫金属不宜带来过大的流动损失；金属平板狭缝结构由若干平板构成，平板内顺序垂直穿插有热管，且多根热管平行设置；金属平板狭缝结构，火焰在不同平板之间形成的狭缝通道内传播时，增大了狭缝通道和火焰的接触面积，一方面增强了导热，另一方面提高了火焰燃烧过程中的自由基与壁面的碰撞几率,这样就促使自由基反应减低，提升淬熄效果。此外，狭缝通道内顺序设置了多根热管以进一步增强传热过程，以达到尽快使火焰淬熄的目的。
金属平板狭缝结构及热管通过导热率较好的固定座与阻火器壳体相连；阻火器壳体的出口处与电磁阀入口通过法兰相连的。
所述阻火器壳体靠近出口一侧的壁面安装有压力传感器，并通过压电转化器、核电荷放大器控制电磁阀的启闭工作，提高安全性。所述阻火器壳体靠近出口一侧的壁面，同样为碗底状扩张腔，用以火焰的膨胀减速降压，且右壁面安装有压力传感器，用以监测经左壁面和中部阻火结构后的流场压力。
所述金属平板狭缝结构中平板之间形成的狭缝通道为1～2mm，平板材质为碳钢或不锈钢材质。
所述热管为铜管，形状为缩口U形。
阻火器壳体的入口处通过法兰与管道连接，电磁阀出口通过法兰与管道连接。
所述阻火器壳体所用材质为碳钢或不锈钢，固定座选用导热率较好的材质。
该复合高效阻火器的工作方法如下：
当爆燃火焰进入阻火器时，其火焰前方的压缩波首先在壳体入口一侧的内壁面腔体内发生衍射，壁面上衬有的可压缩玻璃棉、多孔陶瓷、金属丝网或不锈钢纤维吸收衍射压缩波，免除其在固体壁面反射后反而增强的情况，而爆燃火焰在壳体入口一侧的内壁面这样的扩张腔体内，体积膨胀，压力也得到一定程度降低。随后，火焰正前方的压缩波冲击第一层多孔泡沫金属，多孔泡沫金属的结构强度较强，一方面对爆燃火焰前方压缩波进行吸收和削弱，降低燃烧强度；另一方面，增大与火焰的接触面积，同样增加了碰撞几率，提升淬熄效果，并且泡沫金属不宜带来过大的流动损失；随后，火焰进入第二层阻火芯，即金属平板狭缝结构。进入狭缝之后，平板狭缝增大了与火焰之间的接触面，一方面增强了导热，另一方面提高了火焰燃烧过程中的自由基与壁面的碰撞几率,这样就促使自由基反应减低，提升淬熄效果；此外，在金属平板狭缝结构中，还顺序设置了多个热管，可以进一步利用热管将流场中以及金属壁面的热量传导到壳体壁面，加速火焰区的降温，促进火焰淬熄，提高阻火效果。与此同时，通过阻火器壳体出口一侧的壁面上的压力传感器来监测流场中的压力，当压力大于达到一定阈值时，通过压电转化器、核电荷放大器控制电磁阀自动关闭。
即便对于燃烧强度更强的爆轰火焰，火焰前方强压缩波与火焰锋面已经耦合，该爆轰波同样会在阻火器壳体入口一侧的内壁面腔体内发生衍射，壁面上的可压缩玻璃棉和第一层多孔泡沫金属均可削弱强爆轰波的压力大小，从而提高阻火的成功率。需要注意的是，可燃介质流过多孔泡沫金属和平板狭缝后压力会降低，但如果此时火焰没有淬熄，火焰前方存在压缩波，流场中的压力则要高许多，因此，可通过阻火器壳体出口一侧壁面上的压力传感器来监测流场中的压力，当压力大于达到一定阈值时，通过法兰与阻火器壳体相连的电磁阀自动关闭，以保障管道安全。
本发明的有益效果为：
当运输可燃介质的管道中出现爆燃或爆轰火焰，火焰前方的压缩波可以在阻火器壳体入口一侧壁面内被内壁面上的可压缩玻璃棉、多孔陶瓷、金属丝网或不锈钢纤维以及正对的多孔泡沫金属所削弱。多孔金属结构和金属平板狭缝结构均增大了金属与火焰面的接触面积，一方面加强了热传导过程，另一方面提高了燃烧过程中自由基与壁面的碰撞几率，从而促进火焰淬熄。此外，金属平板狭缝结构中设置的多层热管也可对流场及金属平板中的热量加以传导，进一步提高阻火效果。通过压力传感器监测流场压力信号，配合电磁阀的启闭，可以一定程度上提高管道的安全性。
附图说明
图1是本发明所设计的新型高效阻火器示意图；
图2是本发明所设计的金属平板狭缝与热管部分的剖面图。
附图标记说明：1-第一法兰；2-可压缩玻璃棉；3-泡沫金属；4-热管；5-金属平板狭缝；6-压力传感器；7-压电转换器；8-电荷放大器；9-电磁阀；10-第二法兰；11-第三法兰；12-壳体；13-固定座。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种复合高效阻火器，包括三对法兰、可压缩玻璃棉2、多孔泡沫金属3、热管4、金属平板狭缝5、压力传感器6、压电转换器7、电荷放大器8、电磁阀9、阻火器壳体12。
所述阻火器壳体12靠近入口一侧的内壁面内里衬有可压缩玻璃棉2、多孔陶瓷、金属丝网或不锈钢纤维；
所述阻火器壳体12内，中部为双层阻火芯结构，从入口到出口方向依次设有多孔泡沫金属3和金属平板狭缝结构5，金属平板狭缝结构5由若干平板构成，平板内顺序垂直穿插有热管4，且多根热管4平行设置；金属平板狭缝结构5及热管4通过导热率较好的固定座13与阻火器壳体12相连；阻火器壳体12的出口处与电磁阀9入口通过法兰11相连的。
所述阻火器壳体12靠近出口一侧的壁面安装有压力传感器6，并通过压电转化器7、核电荷放大器8控制电磁阀9的启闭工作。
所述金属平板狭缝结构5中平板之间形成的狭缝通道为1～2mm，平板材质为碳钢或不锈钢材质。
所述热管4为铜管，形状为缩口U形。
所述阻火器壳体12靠近入口一侧的内壁面和靠近出口一侧的壁面均为碗底状扩张腔；阻火器壳体12的入口处通过法兰1与管道连接，电磁阀9出口通过法兰10与管道连接，阻火器壳体12的材质为碳钢或不锈钢。
当爆燃火焰或爆轰火焰进入阻火器时，火焰前方的压缩波首先在壳体入口一侧的内壁面腔体内发生衍射，壁面上衬有的可压缩玻璃棉、多孔陶瓷、金属丝网或不锈钢纤维吸收衍射压缩波，免除其在固体壁面反射后反而增强的情况，而爆燃火焰或爆轰火焰在壳体入口一侧的内壁面这样的扩张腔体内，体积膨胀，压力降低；随后，火焰正前方的压缩波冲击第一层多孔泡沫金属3，多孔泡沫金属3在削弱压缩波，降低压力的同时增大了与火焰的接触面积；随后，火焰进入第二层阻火芯，即金属平板狭缝结构5；同时，热管4加快狭缝通道内的热量传递；与此同时，通过阻火器壳体出口一侧的壁面上的压力传感器6来监测流场中的压力，当压力大于达到一定阈值时，通过压电转化器7、核电荷放大器8控制电磁阀9自动关闭。

Claims (7)

1.一种复合高效阻火器，其特征在于，包括阻火器壳体(12)、可压缩玻璃棉(2)、多孔泡沫金属(3)、热管(4)、金属平板狭缝结构(5)、电磁阀(9)；
所述阻火器壳体(12)靠近入口一侧的内壁面内里衬有可压缩玻璃棉(2)、多孔陶瓷、金属丝网或不锈钢纤维；
所述阻火器壳体(12)内，中部为双层阻火芯结构，从入口到出口方向依次设有多孔泡沫金属(3)和金属平板狭缝结构(5)，金属平板狭缝结构(5)由若干平板构成，平板内顺序垂直穿插有热管(4)，且多根热管(4)平行设置；金属平板狭缝结构(5)及热管(4)通过导热率较好的固定座(13)与阻火器壳体(12)相连；阻火器壳体(12)的出口处与电磁阀(9)入口通过法兰(11)相连的。
2.如权利要求1所述的一种复合高效阻火器，其特征在于，所述阻火器壳体(12)靠近出口一侧的壁面安装有压力传感器(6)，并通过压电转化器(7)、核电荷放大器(8)控制电磁阀(9)的启闭工作。
3.如权利要求1所述的一种复合高效阻火器，其特征在于，所述金属平板狭缝结构(5)中平板之间形成的狭缝通道为1～2mm，平板材质为碳钢或不锈钢材质。
4.如权利要求1所述的一种复合高效阻火器，其特征在于，所述热管(4)为铜管，形状为缩口U形。
5.如权利要求1所述的一种复合高效阻火器，其特征在于，所述阻火器壳体(12)靠近入口一侧的内壁面和靠近出口一侧的壁面均为碗底状扩张腔。
6.如权利要求1所述的一种复合高效阻火器，其特征在于，阻火器壳体(12)的入口处通过法兰(1)与管道连接，电磁阀(9)出口通过法兰(10)与管道连接，阻火器壳体(12)的材质为碳钢或不锈钢。
7.如权利要求1所述的一种复合高效阻火器的工作方法，其特征在于，当爆燃火焰或爆轰火焰进入阻火器时，火焰前方的压缩波首先在壳体入口一侧的内壁面腔体内发生衍射，壁面上衬有的可压缩玻璃棉、多孔陶瓷、金属丝网或不锈钢纤维吸收衍射压缩波，免除其在固体壁面反射后反而增强的情况，而爆燃火焰或爆轰火焰在壳体入口一侧的内壁面这样的扩张腔体内，体积膨胀，压力降低；随后，火焰正前方的压缩波冲击第一层多孔泡沫金属，多孔泡沫金属在削弱压缩波，降低压力的同时增大了与火焰的接触面积；随后，火焰进入第二层阻火芯，即金属平板狭缝结构；同时，热管加快狭缝通道内的热量传递；与此同时，通过阻火器壳体出口一侧的壁面上的压力传感器来监测流场中的压力，当压力大于达到一定阈值时，通过压电转化器、核电荷放大器控制电磁阀自动关闭。
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