阻火器型式试验性能测试方法研究样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。阻火器型式试验性能测试方法研究刘刚沈阳特种设备检测研究院摘要:阻火器作为一类安全设备,其特种设备生产许可证申领需要阻火器型式试验合格判定作为依据。由于中国在阻火器型式试验研究方向起步较晚,致使在相关的测试试验中存在一些问题,这些问题直接影响阻火器的性能合格判定。针对以上问题,结合相关试验过程提出包括:阻爆测试、耐烧测试、流量测试的三个方面测试问题及解决办法,以提高中国在这一领域的检测水平,推动国内阻火器性能完整检测技术的完善。关键词:阻火器、型式试验、阻爆测试、耐烧测试、流量测试1介绍阻火器是用来阻止在装置运行过程中发生火灾等意外情况下火焰向源头传播而引起爆炸的安全装置。因此阻火器广泛应用于储存石油及石油产品的储罐;储存化工原料及化工产品的储罐;输送可燃气体的管道等。作为可燃油气输送管线及生产装置的重要安全部件,当前国内阻火器性能测试方法也不完善,降低了阻火器在使用过程中的可靠性。2国内外阻火器性能测试国外阻火器研究开展的较早,理论与检测方法也很完善。上个世纪60年代开始,Palmer和Tonkin[1]较早研究了丙烷-空气爆燃火焰经过波纹板阻火器时的淬熄规律,并给出了火焰传播速度与阻火芯厚度及三角形孔径关系的计算公式。Palmer和Rogowski[2]对石油贮罐用的呼吸阀阻火器的安全阻火性能作了实验研究。Rogowski和Ames[3,4]研究了波纹板阻火器表面的驻定火焰燃烧现象,即阻火器的耐烧实验,给出了在一定燃气流量下阻火芯表面温升与时间的关系.Rogowski[5]对各类阻火器及其测试方法、测试程序作了较好的综述。Thomas和Oakley[6]对于应用英国标准BS7244来测试阻火器方面遇到的技术上和理论上的困难作了研究,并提出了测试方法上的改进意见。欧洲标准EN12874、国际标准ISO16852对阻火器的型式试验要求更加细致准确了。国内阻火器相关研究开展得较晚。研究主要集中在一些高校和科研院所,如:中国科技大学、大连理工大学、公安部天津消防研究所等单位都对对可燃性气体爆炸特性的测试做了大量研究。但在阻火器测试标准上与国外差距很大。相对于国外标准而然,国内标准技术滞后,更新的周期长,体系不完善不配套,甚至有的还自相矛盾。国内标准多是阻爆燃或者阻爆轰的管道管端阻火器。3阻火器阻火机理分析当前阻火器阻火机理的解释主要是:传热作用和器壁效应,而实际的火焰及燃烧波(包括爆燃冲击波和爆轰波)在阻火单元上的传播是一个复杂的过程,爆炸过程伴随有火焰和冲击波(爆轰波)的传播,很多时候由于燃烧波经过阻火单元,造成火焰重燃,因此阻火器的阻火过程不单纯是阻火的问题,还包括降低燃烧波能力的过程。阻火模型如图1所示。图1阻火器阻火模型示意图4性能测试试验方法研究阻火器的性能参数包括外观检测、材料检测、腐蚀性检测、强度检测、压力测试、流量测试、泄漏测试、阻爆性测试、耐烧测试等主要测试项目。其中最重要的测试有三项:阻爆性能(阻爆燃和阻爆轰)、耐烧性能、流量测试;4.1阻爆性测试由于管道内爆炸受环境因素影响很大,比如管道的结构、形状,以及温度,压力和试验介质及浓度等等。如何判定一个阻火器是否是合格的爆燃或者爆轰阻火器,既需要有准确统一的试验约束条件,也需要考虑到实际应用的工况。在中国的相关标准中,对管道阻火器的爆炸测试是这样规定的:如果因为保护侧管段长度不够而影响阻火速度的提高,能够将尾端打开再点火起爆。为了增大火焰加速度,允许在火焰引爆侧设置扰动装置。这里面就出现了一个问题,管道阻火器一般是连接在密闭的管路里的,很少有一端直接接触外部环境的,同时由于密闭管路爆炸,火焰传播是伴随着压力的变化。因此不能单单仅追求火焰速度而舍弃压力波在火焰传播中的作用。特别是对于爆轰测试,对于爆轰而言不但是一个流体动力学过程,还包括复杂的化学反应动力学过程。对燃料/空气混合物,典型的最大爆轰压力为初始压力的15－19倍,对燃料/氧气混合物,为初始压力的25－30倍。湍流能使这些压力升高非常大。很多时候,爆轰阻火器能够阻止火焰经过阻火单元,但压力波很快传播过去,同样能把受保护段的燃气混合气体引燃。这说明压力测试在阻爆测试中十分的重要,因此准确的实验条件应该是密闭管道。另外增加扰动装置实际上就是增大湍流形成的条件,这样做能够提高火焰传播的速度。由于火焰加速受容器几何特征和重复布置的障碍物的存在影响非常大,因而使该问题变得非常复杂。建议谨慎使用扰动装置,如果需要增加火焰的速度能够适当的增加管道长度。经过我们长时间的试验,结合中国现行的检测标准认为,只要管道规格与阻火器规格匹配;试验介质满足标准要求,如丙烷-空气混合气体的浓度为4.2±0.2%;管道长度在标准要求的范围内,阻火器阻爆性能试验就能够实现其爆燃或爆轰的合格判定。这里不必担心阻火速度是否低于试验介质中的声速问题。4.2耐烧试验根据ISO16852-的规定,并不是所有的阻火器(包括管道阻火器)都需要进行耐烧试验。耐烧测试就是在阻火器的一端点燃可燃混合气体,由于阻火器的存在,阻止回火的发生。可是并不是所有的阻火器都需要进行耐烧测试。原因很简单,就是很多阻火器并不是耐烧用途的,如果强行对不具备耐烧条件的阻火器进行耐烧测试,结果只能是回火的发生。所谓的耐烧阻火器,结构上与一般的阻火器基本相同,只是在阻火单元间隙增加了一定厚度的隔热垫片,这种垫片增加了阻火器的流阻,因此对不需要考虑耐烧性能的阻火器不适宜选用。根据中国GB/T13347-和ISO16852-中对耐烧试验的规定,都是在最快升温流量下,进行2个小时的燃烧试验。在耐烧试验中,受保护侧与未受保护侧都有温度传感器,以检测耐烧试验过程中阻火单元的耐烧性。对于一般的管道阻火器如果火焰直接接触到阻火单元,那么几分钟的时间里就会过火因此,有必要区分阻火器是否具有耐烧的性质,而不是所有的阻火器都需要进行2小时的耐烧试验,即使经过认证的管道爆轰型阻火器也不耐烧,试验证明很短时间内阻火器就会被击穿。如果管道阻火器安非常靠近火源(焚烧炉,火炬)建议安装温度探头。4.3流量试验阻火器内装有致密的阻火芯它会对经过的气流产生一定的压降。阻火器的压降大小和它的结构及气体流量有关。因此有必要测试阻火器阻火性能的同时,也要进行流量的测试。当前,国内进行流量—压力损失方法仅对样品阻火器进行一定流量下的静压测试。由于国内标准里没有合格判定的依据,因此此项试验没有实现检测的意义。另外,阻火器进行了阻火试验后,其结构空间可能发生变化,该阻火单元的介质流通能力变化情况同样需要测试。当前国外的标准中规定阻火试验前后流量—压力损失变化不能超过20%,中国也应有自己的合格判定依据。5、结论对于阻火器的研究中国已经有了一定的基础,包括一些理论研究和试验性的研究,在阻火器性能测试方面取得了一些很好地研究成果。可是,针对阻火器型式试验工作还有很多工作要做,例如,相对于国外标准而然,国内标准技术滞后,更新的周期长,体系不完善不配套,甚至有的还自相矛盾。对比国内标准与国外标准,在阻火器性能要求、测试方法、使用限制等方面都有很大的不同,总体表现为国内标准对于阻火器检测试验项目和手段尚不完善,主要说明如下:(1)在ISO16852中,明确了阻火器的分类以及不同分类对应的检测项目要求和方法,这一点国内标准中没有明确提出,仅对静态阻火器的检测方法做了一些说明。(2)在阻火性能测试中,国外标准对阻火器必须要进行的阻火性能测试要求详细,静态阻火器包括:阻爆燃测试、阻爆轰测试、短时燃烧测试、耐烧测试等检测项目,而且对于每一项检测的装置和方法都有明确的要求;国内阻火性能测试仅对阻火器的阻爆性和耐烧性做了测试要求,而且试验手段也不完善。(3)