阻火器殼體的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)  學(xué)生姓名:岳芙蓉學(xué) 號(hào)：學(xué) 院:化工與環(huán)境學(xué)院 專(zhuān) 業(yè):安全工程 題 目:阻火器殼體的設(shè)計(jì)（一） 指導(dǎo)教師： 徐文崢 職稱(chēng): 碩士生導(dǎo)師 2010年6月28中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2016/2017 學(xué)年第 1 學(xué)期  學(xué) 院：化工與環(huán)境學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：安全工程學(xué) 生 姓 名：岳芙蓉學(xué) 號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目：阻火器殼體的設(shè)計(jì)（一） 起 迄 日 期: 2016年12月19 日 2016年12月31日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):03105H指 導(dǎo) 教 師:徐文崢系主任：曹雄&#

2、160;  下達(dá)任務(wù)書(shū)日期: 2016年12 月 19日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)1設(shè)計(jì)目的： 爆炸阻隔是爆炸防護(hù)技術(shù)的主要措施之一，通過(guò)本設(shè)計(jì)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)防火防爆的基本理論知識(shí)，了解機(jī)械阻火器的特點(diǎn)、工作原理，掌握阻火器殼體設(shè)計(jì)原理、參數(shù)計(jì)算等。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：    2.1 了解機(jī)械阻火器的工作原理2.2. 計(jì)算阻火器殼體的各種參數(shù)2.3. 設(shè)計(jì)阻火器殼體（殼體直徑為300mm）。     3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文

3、)、圖紙、實(shí)物樣品等： 3.1. 阻火器殼體的設(shè)計(jì)包括管道公稱(chēng)直徑、阻火層距離前后阻火器殼體長(zhǎng)度。 3.2 給出上述各參數(shù)的計(jì)算過(guò)程3.3 繪制出阻火器殼體簡(jiǎn)易圖3.4. 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)4主要參考文獻(xiàn)：l        要求按國(guó)標(biāo)GB 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書(shū)寫(xiě)，例：1 傅承義，陳運(yùn)泰，祁貴中.地球物理學(xué)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，1985     5設(shè)計(jì)成果形式及要求： 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份  6工作計(jì)劃及

4、進(jìn)度：08年 6 月15日 6月17日 布置題目，查閱資料，鞏固理論知識(shí) 6月18日 6月22日 計(jì)算和分析，初步方案設(shè)計(jì)6月23日 6月25日 詳細(xì)方案設(shè)計(jì)6月26日 6 月27日 可行性分析，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6月28日 答辯或成績(jī)考核系主任審查意見(jiàn)：  簽字： 年 月 日目錄1引言11.1防爆技術(shù)的基本理論11.2引發(fā)火災(zāi)的三個(gè)條件12 阻火器的工作原理及分類(lèi)12.1 阻火器的工作原理12.2 阻火器的種類(lèi)33 機(jī)械阻火器特點(diǎn)34 防火防爆阻火器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝計(jì)算44.1 防火防爆阻火器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44.2 阻火器殼體材料的選擇54.3 安裝計(jì)算54.3.1 阻火器殼體尺寸

5、的大小直接關(guān)系到對(duì)流體的阻力54.3.2阻火器滅火能力的計(jì)算64.3.3 阻火器殼體厚度的計(jì)算74.4 阻火器殼體的直徑及相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)75阻火器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)86課程設(shè)計(jì)總結(jié)96.1阻火器的測(cè)試96.2機(jī)械阻火器主要應(yīng)用場(chǎng)所9參考文獻(xiàn)101 引言：防爆技術(shù)原理 1.1防爆技術(shù)的基本理論 從防爆技術(shù)原理看，防止物理或化學(xué)爆炸發(fā)生條件同時(shí)出現(xiàn)，是預(yù)防爆炸事故發(fā)生的根本技術(shù)措施。從爆炸事故破壞力形成看，一般應(yīng)同時(shí)具備以下五個(gè)條件：（1）可燃物；（2）助燃劑；（3）可燃物與助燃劑均勻混合；（4）爆炸性混合物處于相對(duì)封閉空間內(nèi)；（5）足夠能量的點(diǎn)火源 。1.2引發(fā)火災(zāi)的三個(gè)條件 引發(fā)火災(zāi)的三個(gè)條件是：可燃

6、物、氧化劑和點(diǎn)火能源同時(shí)存在，相互作用。引發(fā)爆炸的條件是：爆炸品（內(nèi)含還原劑和氧化劑）或可燃物（可燃?xì)?、蒸氣或粉塵）與空氣混合物和起爆能源同時(shí)存在、相互作用。如果我們采取措施避免或消除上述條件之一，就可以防止火災(zāi)或爆炸事故的發(fā)生，這就是防火防爆的基本原理。 在制定防火防爆措施時(shí)，可以從以下四個(gè)方面去考慮： （1）預(yù)防性措施。這是最基本、最重要的措施。我們可以把預(yù)防性措施分為兩大類(lèi)：消除導(dǎo)致火爆災(zāi)害的物質(zhì)條件（即點(diǎn)火可燃物與氧比劑的結(jié)合）及消除導(dǎo)致火爆災(zāi)害的能量條件（即點(diǎn)火或引爆能源），從而從根本上杜絕發(fā)火（引爆）的可能性。 （2）限制性措施。即一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。限制其蔓延擴(kuò)大及減少其損失的

7、措施。如安裝阻火、泄壓設(shè)備，設(shè)防火墻、防爆墻等。 （3）消防措施。配備必要的消防措施，在萬(wàn)一不慎起火時(shí)，能及時(shí)撲滅。特別是如果能在著火初期將火撲滅，就可以避免發(fā)生大火災(zāi)或引發(fā)爆炸。從廣義上講，這也是防火防爆措施的一部分。 （4）疏散性措施。預(yù)先采取必要的措施，如建筑物、飛機(jī)、車(chē)輛上設(shè)置安全門(mén)或疏散樓梯、疏散通道等。當(dāng)一旦發(fā)生較大火災(zāi)時(shí)，能迅速將人員或重要物資撤到安全區(qū)，以減少損失。2 阻火器的工作原理及分類(lèi)2.1 阻火器的工作原理關(guān)于阻火器的工作原理，目前主要有兩種觀點(diǎn)：一種是基于傳熱作用；一是器壁效應(yīng)。（1）傳熱作用 阻火器能夠阻止火焰?zhèn)鞑ゲ⑵仁够鹧嫦?。燃燒所需要的必要條件之一就是要達(dá)到一

8、定的溫度，即著火點(diǎn)。低于著火點(diǎn)，燃燒就會(huì)停止。依照這一原理，只要將可燃物的溫度降到著火點(diǎn)以下，可以使火焰熄滅，就可以阻止火焰的蔓延。阻火器是由許多細(xì)小的空隙和通道組成。當(dāng)火焰通過(guò)阻火元件的許多細(xì)小通道之后將變成若干細(xì)小的火焰流，由于通道或空隙的傳熱面積很大，火焰通過(guò)時(shí)即進(jìn)行熱交換，當(dāng)火焰溫度下降到一定溫度時(shí)火焰即熄滅。在設(shè)計(jì)阻火器的內(nèi)部阻火元件時(shí)盡可能擴(kuò)大細(xì)小火焰和通道壁的接觸面積，強(qiáng)化傳熱，使火焰溫度降低到著火點(diǎn)以下，達(dá)到阻止火焰蔓延的目的。根據(jù)英國(guó)羅貝爾對(duì)阻火器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表明：傳熱作用對(duì)阻火器熄滅火焰不是主要的，而是器壁效應(yīng)起主要作用。（2）器壁效應(yīng) 根據(jù)燃燒與爆炸連鎖反應(yīng)理論，認(rèn)為燃燒與爆

9、炸現(xiàn)象的產(chǎn)生并不是分子直接作用的結(jié)果，而是受外來(lái)能源（熱能輻射能電能光能化學(xué)反應(yīng)能等）的激發(fā)，分子鍵受到破壞，產(chǎn)生具備反應(yīng)能的分子（稱(chēng)為活化分子），這些活化分子在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，首先分裂出十分活躍而生命短促的自由基?；瘜W(xué)反應(yīng)就是靠這些自由基進(jìn)行的。自由基與其他分子相撞，生成新的產(chǎn)物，同時(shí)也產(chǎn)生新的自由基再繼續(xù)與其他分子發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)燃燒的可燃?xì)怏w通過(guò)阻火元件的狹窄通道時(shí)，自由基與通道壁的碰撞幾率增大，參加反應(yīng)的自由基減少。當(dāng)阻火器的通道窄到一定程度時(shí)，自由基與反應(yīng)分子之間的碰撞幾率隨之減少，自由基與通道壁的碰撞幾率增大，當(dāng)自由基與通道壁的碰撞占主導(dǎo)地位，由于自由基數(shù)量急劇減少，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)自由基銷(xiāo)

10、毀速率大于產(chǎn)生速率時(shí)，反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)通道尺寸減少到一定程度時(shí)，這種器壁效應(yīng)就造成了火焰不能繼續(xù)傳播的條件，火焰即被阻止，也即燃燒反應(yīng)不能通過(guò)阻火器繼續(xù)傳播1。但是在大多數(shù)情況下，阻火器的傳熱效應(yīng)和碰撞效應(yīng)同時(shí)存在?；鹧姘l(fā)生淬熄的過(guò)程如圖1所示,爆燃火焰在狹縫中淬熄主要是由于火焰面的化學(xué)反應(yīng)放熱與散熱條件不匹配引起的?；鹧嬉运俣冗M(jìn)入狹縫時(shí),火焰面內(nèi)靠近狹縫冷壁處作為化學(xué)反應(yīng)活化中心的自由基和自由原子與冷壁相碰撞放出其能量,這相當(dāng)于反應(yīng)區(qū)的熱量流向冷壁邊界,從而當(dāng)火焰面到達(dá)一定距離時(shí),在壁面附近產(chǎn)生了熄滅層。隨著火焰面的運(yùn)動(dòng),熄滅層厚度不斷增大,以至于自由基進(jìn)入熄滅層內(nèi)就被復(fù)合成分子并放出能

11、量,而僅有少量自由基能穿透熄滅層與冷壁相撞。在后續(xù)進(jìn)程中,火焰在該狹縫內(nèi)完全淬熄。能使火焰發(fā)生淬熄的通道直徑稱(chēng)為淬熄直徑,用D來(lái)表示?；鹧嬖诰哂写阆ㄖ睆紻的通道上傳播到熄滅之前的那段距離稱(chēng)為淬熄長(zhǎng)度,用L來(lái)表示。 圖1 燃燒火焰淬熄原理模型2.2 阻火器的種類(lèi) 1.按阻火器阻止火焰速度分類(lèi)可分為阻爆燃型阻火器和阻爆轟型阻火器。 2.按阻火器安裝位置分類(lèi)可分為管端阻火器(安裝在管子頂端)和管中阻火器(安裝在管子中間)。 3.按阻火器用途分類(lèi)可分為油罐阻火器、加油站阻火器、車(chē)用阻火器、加熱爐用阻火器、火炬阻火器、排風(fēng)導(dǎo)管阻火器、船用阻火器、乙炔阻火器、氫氣阻火器等。 4.按阻火器結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為金屬

12、網(wǎng)型阻火器(已淘汰)、波紋型阻火器、平行板型阻火器、多孔板型阻火器、泡沫金屬型阻火器、充填型阻火器、水封型阻火器等。 5.按阻火器使用氣體介質(zhì)分類(lèi)可分為級(jí)氣體阻火器、A級(jí)氣體阻火器、B級(jí)氣體阻火器、C級(jí)氣體阻火器。3 機(jī)械阻火器特點(diǎn) 1阻火器是用來(lái)阻止易燃?xì)怏w和易燃液體蒸氣的火焰蔓延的安全裝置。 2.當(dāng)爆炸性混合氣體或爆炸性液體形成的蒸汽與空氣的混合物的火焰經(jīng)過(guò)足夠小的斷面或狹縫時(shí)，由于壁面的冷卻效應(yīng)和碰撞效應(yīng)，導(dǎo)致自由基或活性分子的復(fù)合消失，破壞了化學(xué)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件，因而不能形成連續(xù)燃燒薄膜或燃燒通路，火焰在其中傳播一段距離后便會(huì)自動(dòng)熄滅。 3.機(jī)械阻火器常由大量只允許火焰通過(guò)的細(xì)小通道或空

13、隙固體材料組成。工業(yè)阻火器分為機(jī)械阻火器、液封阻火器和料封阻火器等類(lèi)型，主要用于阻隔燃燒和爆炸初期的火災(zāi)火焰地蔓延；主動(dòng)式隔爆裝置通過(guò)傳感器探測(cè)到的爆炸型號(hào)實(shí)施致動(dòng)；被動(dòng)式隔爆裝置則依靠爆炸波本身來(lái)引發(fā)致動(dòng)。 4.阻火器的作用是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設(shè)備、管道內(nèi)或阻止火焰在設(shè)備、管道間蔓延。阻火器是應(yīng)用火焰通過(guò)熱導(dǎo)體的狹小孔隙時(shí),由于熱量損失而熄滅的原理設(shè)計(jì)制造。阻火器的阻火層結(jié)構(gòu)有礫石型、金屬絲網(wǎng)型或波紋型。4 防火防爆阻火器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝計(jì)算防火防爆阻火器由殼體、器芯兩大部件組裝而成。其中關(guān)鍵部件是器芯，而阻火層又是器芯設(shè)計(jì)的重中之重。但由于本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的重點(diǎn)是阻火器

14、的殼體，但事實(shí)上在阻火器的應(yīng)用和實(shí)際工作中，阻火層的設(shè)計(jì)才是阻火器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。4.1 防火防爆阻火器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管道阻火器就是根據(jù)小孔淬熄原理設(shè)計(jì)的。其結(jié)構(gòu)如圖2所示,它由外殼1和阻火芯2組成,可以通過(guò)法蘭3與管道或其它設(shè)備連接,也可以有其它各種連接方式，如管道和阻火器的自密封螺紋副等形式連接。阻火器外殼應(yīng)有較大的強(qiáng)度,能承受爆燃(或轟爆)引起的動(dòng)高壓，阻火器殼體應(yīng)耐腐蝕，可以用鑄鐵、鑄鋁、鑄鋼、不銹鋼等材料制成。在阻火器內(nèi)部或與其他設(shè)備組裝時(shí)不得用動(dòng)物皮革或植物纖維制作的墊片。阻火器殼體應(yīng)能承受1.8MPa壓力的水壓試驗(yàn)，殼體在水壓試驗(yàn)中，一分鐘之內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)滲漏，并不能有永久變形3。如圖2所

15、示。1.外殼2.阻火芯3.法蘭圖2管道阻火器結(jié)構(gòu)4.2 阻火器殼體材料的選擇 對(duì)于阻火器的材料選用，以上三種基本上都能滿足普通條件下強(qiáng)度要求，完成阻火器殼體應(yīng)該具備的功能。據(jù)資料顯示鑄鐵、鑄鋁、鑄鋼、不銹鋼價(jià)格依次升高，在條件允許即能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的各項(xiàng)功能并保證一定安全裕量前提下，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),可以?xún)?yōu)先選用鑄鐵、鑄鋁；由于殼體材料對(duì)于塑性材料制成的阻火器，殼體厚度計(jì)算公式為： Sb=P*D/(2.3*T-P) +C 3.2 公式中：Sb 殼體的厚度（） D 殼體中腔的最大內(nèi)徑（） T 材料允許拉應(yīng)力（Pa） P 設(shè)計(jì)壓力（Pa）C 裕量（）4.3 安裝計(jì)算4.3.1 阻火器殼體尺寸的大小

16、直接關(guān)系到對(duì)流體的阻力。(1)透氣管路的阻力計(jì)算 洞庫(kù)油罐透氣管路一般較長(zhǎng)，為安全作業(yè)，確保油罐安全，防止事故發(fā)生，在安裝阻火器之前需進(jìn)行阻力計(jì)算。a、 比摩阻R=入*V 2* r /(2*g*D ) 3.3.1.1式中 入 摩阻系數(shù)，V 風(fēng)管流速，m/s(根據(jù)進(jìn)油最大流量確定V)，O 管徑，m，R 汕蒸氣容重，kg/m3，g 重力加速度，m/s2，V 2 r /2g 動(dòng)壓Pa。b、 局部阻力損失 Z1=CV 2 r /2g 3.3.1.2.式中 C局部阻力系數(shù)，其余符號(hào)同前。c、 管路總損失 h=R*L+Z1+ Z2 3.3.1.3式中L透氣管實(shí)際長(zhǎng)度，m;Z:不同通徑阻火器阻力，參考阻火器

17、說(shuō)明書(shū)，Pa(mmH2O).在收油時(shí)，立式拱頂油罐正壓為1960Pa(200mmH2O)。當(dāng)h1960Pa(200mmH2O)時(shí)，收油是安全的。但發(fā)油時(shí)候油罐進(jìn)氣不經(jīng)過(guò)透氣管道，故不考慮負(fù)壓要求6。4.3.2阻火器滅火能力的計(jì)算阻火器殼體在設(shè)計(jì)過(guò)程中還必須考慮使用的管線或外界條件或儲(chǔ)罐中氣體或蒸汽本身爆炸性能、特征的不同。經(jīng)工程經(jīng)驗(yàn)和阻火器失效或破壞導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故統(tǒng)計(jì)分析，可作以下近似計(jì)算。對(duì)其他外界影響、管線本身使用條件影響，采取理想化處理。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式予以近似計(jì)算?，F(xiàn)以干式阻火器滅火能力的計(jì)算：火焰在細(xì)小的孔道中的熄滅作用，有其熱力學(xué)特性，可由彼得列準(zhǔn)數(shù)(Peclet number)Pe

18、來(lái)衡量，對(duì)于給定的阻火器和給定的可燃混合物: Pe=(Uf*d*Cp*P)/(R*T*入) 3.3.2 公式中：Uf 火焰法向速度 d 阻火元件的孔道直徑 Cp 可燃物恒壓熱容 P 可燃混合物壓力T 可燃混合物初始溫度入 可燃混合物的熱導(dǎo)率當(dāng)Pe65時(shí)，則阻火器不適用于給定的可燃混合物，若Pe65時(shí)，則阻火器能滿足要求，通常為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，一般應(yīng)滿足Pe65/N ,取N=27。4.3.3 阻火器殼體厚度的計(jì)算在沒(méi)有進(jìn)一步對(duì)殼體設(shè)計(jì)做進(jìn)一步要求的情況下，殼體厚度可按照 公式3.2.進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果偏安全。經(jīng)檢核，符合以上三個(gè)條件即經(jīng)過(guò)公式3.2、3.3.1.1、3.3.1.2、3.3.1.3、3

19、.3.2檢驗(yàn)都符合條件才能進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)，否則，必須反算調(diào)整，直到符合要求為止。4.4 阻火器殼體的直徑及相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)（1）通常情況下，阻火器的殼體直徑(D)約為其配合使用管道的公稱(chēng)直徑(d)的4倍即D4 d. 3.4.1 則可得： d=D/4 3.4.2則將D=300帶入公式，得：與阻火器配合使用管道的公稱(chēng)直徑 ： d=300/4=75（2）阻火器阻火層距離阻火器前半部距離長(zhǎng)度為： L1(0.51.0)D 3.4.3則將D=400帶入公式,得：L1(0.51.0)D=（150300）阻火器阻火層距離阻火器后半部距離長(zhǎng)度為：L2(0.51.5)D 3.4.4則將D=50帶入公式,得：L2(0.51.5)D=（150450）關(guān)于波紋型阻火器殼體外形參考尺寸，見(jiàn)表1表1 波紋型阻火器殼體外形參考尺寸管道公稱(chēng)直徑/mm殼體直徑/mm殼體總長(zhǎng)度/mm155010020801302510015040150200502002507025030080300450管道間蔓延。阻火器是應(yīng)用火焰通過(guò)熱導(dǎo)