防爆安全裝置是為阻止火災(zāi)蔓延和爆炸,預(yù)防火災(zāi)事故所設(shè)置的各種防護(hù)、檢測(cè)、控制、聯(lián)鎖、報(bào)警等儀表和裝置的總稱。從作用上對(duì)其進(jìn)行分類可以分為檢測(cè)儀器(如壓力表、真空計(jì)、物位計(jì)、溫度計(jì)、流量計(jì)、酸度計(jì)、密度計(jì)及超壓報(bào)警裝置等)、阻火裝置(如阻火器、安全液封、回火防止器、蒸汽幕、水幕、惰性氣體幕等)、防爆泄壓裝置(如安全閥、呼吸閥、爆破片、放空管、通氣孔等)、聯(lián)鎖裝置(如緊急切斷閥、止逆閥等)、緊急制動(dòng)、組分控制裝置(如氣體組分控制裝置、危險(xiǎn)氣體自動(dòng)檢測(cè)裝置等)等。防爆安全裝置是保證安全生產(chǎn)、正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
阻火裝置包括安全液封、水封井、阻火器、單向閥等,其作用是防止外部火焰躥入有著火爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備、管道、容器內(nèi)或防止火焰在設(shè)備和管道間擴(kuò)展蔓延。
安全液封阻止火災(zāi)蔓延的原理是讓液體在進(jìn)出氣管之間,此時(shí)在液封兩側(cè)的任意一側(cè)著火后,火焰無(wú)法繼續(xù)傳播,會(huì)在液封處被熄滅。通常安全液封分為兩種,分別是敞開式和封閉式。
安全液封的管理使用要求:
(1)液封介質(zhì)在冬季有可能結(jié)凍,應(yīng)采取防凍措施,如加設(shè)保溫管、添加防凍液等方法。止逆閥要采用防銹蝕金屬制造,且材質(zhì)不能與液體反應(yīng),水封外殼表面也應(yīng)防止銹蝕。
(2)安全液封內(nèi)的液位應(yīng)根據(jù)設(shè)備內(nèi)的壓力保持規(guī)定高度,使用中要經(jīng)常檢查液位。
(3)在封閉式安全液封中的氣體流動(dòng)與敞開式安全液封大概相同,只是與大氣不相互連通。
水封井的原理是利用介質(zhì)密度不同或封隔區(qū)域內(nèi)外壓力差異達(dá)到隔離目的,其作用主要有兩方面;其一是隔離封堵,防止隔離介質(zhì)漫流或外部介質(zhì)混入,以達(dá)到防止環(huán)境污染或防火防爆作用:其二是起到安全保護(hù)的作用,相當(dāng)于安全閥。為防止火勢(shì)在工業(yè)下水道內(nèi)蔓延擴(kuò)大,各生產(chǎn)車間、裝置、單元、建構(gòu)筑物、罐組、管溝及電纜溝等下水道出口處,工業(yè)生產(chǎn)裝置的圍堰下水道出口及下水道的支管與干管連接處均應(yīng)設(shè)置安全水封井:油罐組的水封井應(yīng)設(shè)在防火堤外;建筑物內(nèi)由于防火防爆的要求不同而分隔開不同的房間時(shí),每個(gè)房間的下水道出口應(yīng)單獨(dú)設(shè)置水封井。
阻火器是用來(lái)阻止易燃?xì)怏w和易燃液體蒸氣火焰蔓延的一種安全裝置。一般安裝在輸送可燃?xì)怏w的管道中,或者通風(fēng)的槽端上。主要是由能夠通過(guò)氣體的許多細(xì)小、均勻(或不均勻)的通道(或孔隙)的不燃性固體材料組成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便,造價(jià)低廉,因此應(yīng)用比較廣泛。
阻火器主要由殼體和濾芯兩部分組成。殼體應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度,以承受爆炸產(chǎn)生的沖擊壓力。濾芯是阻止火焰?zhèn)鞑サ闹饕獦?gòu)件,常用的有金屬網(wǎng)型濾芯和波紋型濾芯兩種。金屬網(wǎng)型濾芯用直徑0.23 ~0.315mm的不銹鋼網(wǎng)或銅網(wǎng)多層重疊組成。國(guó)內(nèi)的阻火器通常采用16~22目金屬網(wǎng),有4~12層。陰火器一般采用鑄鐵和含鐵量不大于0.5%的鑄鋁合金制成,也可按設(shè)計(jì)要求采用其他材料:安裝于管道中的阻火器殼體應(yīng)采用鑄鋼焊接,阻火器芯件和安裝于管道中的阻火器芯殼及芯件壓環(huán)應(yīng)采用不銹鋼材料;安裝于管端的阻火器芯殼及芯件壓環(huán),宜采用鑄鐵或鑄鋁。
阻火器的工作原理:
(1)傳熱作用 燃燒所需要的必要條件之一就是要達(dá)到一定的溫度,即著火點(diǎn)。低于著火點(diǎn),燃燒就會(huì)停止。依照這一原理,只要將燃燒物質(zhì)的溫度降到其著火點(diǎn)以下,就可以阻止火焰的蔓延。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。設(shè)計(jì)阻火器內(nèi)部的阻火元件時(shí),則盡可能擴(kuò)大細(xì)小火焰和通道壁的接觸面積,強(qiáng)化傳熱,使火焰溫度降到著火點(diǎn)以下,從而阻止火焰蔓延。
(2)器壁效應(yīng) 燃燒與爆炸并不是分子間直接反應(yīng),而是受外來(lái)能量的激發(fā),分子鍵遭到破壞,產(chǎn)生活化分子,活化分子又分裂為壽命短但卻很活潑的自由基,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)馔ㄟ^(guò)陽(yáng)火元件的狹窄通道時(shí),自由基與通道壁的碰撞概率增大,參加反應(yīng)的活性自由基數(shù)量將會(huì)減少。
阻火器通道尺寸減小,自由基與反應(yīng)分子之間的碰撞概率隨之減小,而自由基與通道壁的碰撞概率反而增大,這樣就促使自由基反應(yīng)減弱。當(dāng)通道尺寸減小到某一數(shù)值時(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。因此,器壁效應(yīng)是防止火焰的主要機(jī)理。
阻火器按照的結(jié)構(gòu)形式分類。
防爆泄壓裝置主要包括安全閥、爆破片、防爆門、防爆球閥等。它們的作用是及時(shí)緩解由于各種原因所產(chǎn)生的超壓現(xiàn)象,減小設(shè)備內(nèi)部壓力、迅速泄壓,無(wú)明顯的滯后現(xiàn)象,這就要求裝置的排氣量大于安全泄放量。這幾種設(shè)備有時(shí)單獨(dú)使用,也有時(shí)集中共同使用,應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)際工作中的物料反應(yīng)特性、物理化學(xué)性質(zhì)、設(shè)備的重要性等情況來(lái)確定。
閥門的種類很多,一般是起到開關(guān)的作用,安全閥是閥門里較特殊的一種,不僅起到開關(guān)的作用,同時(shí)也是防止壓力設(shè)備和容器或易引起壓力升高的設(shè)備或容器內(nèi)部壓力超過(guò)限度而發(fā)生爆裂的安全裝置。其功能主要是排放泄壓,在系統(tǒng)中起安全保護(hù)作用,當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí),安全閥打開,將系統(tǒng)中的一部分氣體或流體排入大氣或管道外,使系統(tǒng)壓力不超過(guò)允許值,從而保證系統(tǒng)不因壓力過(guò)高而發(fā)生事故。
安全閥的分類方式有很多種,按其整體結(jié)構(gòu)及加載機(jī)構(gòu)的不同可以分為重錘杠桿式、彈簧微啟式和脈沖式三種。按照介質(zhì)排放方式的不同,安全閥又可以分為全封閉式、半封閉式和開放式三種。按照閥瓣開啟的最大高度與安全閥流道直徑之比來(lái)劃分,安全閥又可分為彈簧微啟封閉高壓式和彈簧全啟式兩種。按作用原理分類,可以分為直接作用式和非直接作用式。按壓力是否能調(diào)節(jié)分類,可分為固定不可調(diào)式和可調(diào)式。也可以按照工作溫度進(jìn)行分類。
最常用的是按照整體結(jié)構(gòu)及加載機(jī)構(gòu)分類的方式:
(1)重錘杠桿式安全閥 重錘杠桿式安全閥是利用重錘和杠桿以平衡作用在閥瓣上的力。根據(jù)杠桿原理,它可以使用質(zhì)量較小的重錘通過(guò)杠桿的增大作用獲得較大的作用力,并通過(guò)移動(dòng)重錘的位置(或變換重錘的質(zhì)量)來(lái)調(diào)整安全閥的開啟壓力。
(2)彈簧微啟式安全閥 彈簧微啟式安全閥是利用彈簧的壓力作為加載荷載,通過(guò)調(diào)整落幕來(lái)調(diào)節(jié)螺旋圈形彈簧的壓縮量,利用這種結(jié)構(gòu)就可以根據(jù)需要校正安全閥的開啟(整定)壓力。
彈簧微啟式安全閥的結(jié)構(gòu)輕巧,靈敏度較高,安裝位置沒(méi)有特殊限制,而且可用于移動(dòng)式的壓力容器上,其對(duì)振動(dòng)的敏感性小。但這種安全閥在開啟過(guò)程中會(huì)對(duì)所加的載荷造成影響,即隨著閥瓣的升高,彈簧的壓縮量增大,作用在閥瓣上的力也跟著增加,這就影響了閥的迅速開啟。除此之外,閥上的彈簧還會(huì)由于長(zhǎng)期受高溫的影響而使彈性模量降低,導(dǎo)致彈力減小。而且在用于溫度較高的容器上時(shí),常常要考慮彈簧的隔熱或散熱問(wèn)題,從而使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜起來(lái)。
(3)脈沖式安全閥 脈沖式安全閥由主閥和輔閥構(gòu)成,通過(guò)輔閥的脈沖作用帶動(dòng)主閥動(dòng)作,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此應(yīng)用范圍較小,通常只適用于安全泄放量很大的鍋爐和壓力容器。
安全閥應(yīng)根據(jù)工作壓力和工作溫度的高低、承壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)流量的大小及危險(xiǎn)特性來(lái)確定。閥門安裝位置、高度、進(jìn)出口方向必須符合設(shè)計(jì)要求,注意介質(zhì)流動(dòng)的方向應(yīng)與閥體所標(biāo)箭頭方向一致,連接應(yīng)牢固緊密。閥門安裝前必須進(jìn)行外觀檢查,閥門的銘牌應(yīng)符合現(xiàn)行《工業(yè)閥門 標(biāo)志》(GB/T 12220—2015)的規(guī)定。對(duì)于工作壓力大于1.0MPa及在主干管上起到切斷作用的閥門,安裝前應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性試驗(yàn),合格后方準(zhǔn)使用。強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.5倍,持續(xù)時(shí)間不少于5min,閥門殼體、填料應(yīng)無(wú)滲漏,才可認(rèn)定為合格。嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.1倍,試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合GB 50243——2016的要求。同時(shí)各種安全閥都應(yīng)垂直安裝。大型液化石油儲(chǔ)罐(大于100m3)頂部的氣相空間必須設(shè)置兩個(gè)以上的安全閥,且應(yīng)采用同一型號(hào)和規(guī)格,保證罐內(nèi)壓力異;虬l(fā)生火災(zāi)時(shí)均能迅速排氣,且安全閥開啟壓力不得大于儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力的1.1倍,全開壓力不得大于罐體設(shè)計(jì)壓力的1.2倍,而回座壓力不應(yīng)低于開啟壓力的0.8倍。
爆破片又叫防爆膜、防爆片,是由爆破片(或爆破片組件)和夾持器(或支承圈)等零部件組成的非重閉式壓力泄放裝置,爆破片是在標(biāo)定爆破壓力及溫度下爆破泄壓的元件,夾持器則是在容器的適當(dāng)部位夾持爆破片的輔助元件。它能在規(guī)定的溫度和壓力下爆破,泄放壓力。在設(shè)定的爆破壓力差下,爆破片兩側(cè)壓力差達(dá)到預(yù)設(shè)定值時(shí),爆破片即刻動(dòng)作(破裂或脫落),并泄放流體介質(zhì)。其廣泛應(yīng)用于化工、石油、輕工、冶金、核電、除塵、消防、航空等工業(yè)部門。
爆破片與安全閥不同,無(wú)法回復(fù)到初始狀態(tài),會(huì)使操作終止,但它具有良好的密封性、反應(yīng)迅速、靈敏度高、泄放量大,能適應(yīng)黏性大、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)。
爆破片按照斷裂特征和形狀,可以將其分為不同類型。
組合型防爆泄壓裝置就是爆破片與安全閥的組合使用裝置。爆破片密封性好,不泄漏,在介質(zhì)為黏稠狀時(shí)也可以使用,且排放量大,但不可調(diào)節(jié),一旦破裂會(huì)使介質(zhì)全部外泄,造成浪費(fèi)。安全閥的開啟與關(guān)閉可以調(diào)節(jié),動(dòng)作后可以回到初始狀態(tài),但容易泄漏,因此不適用于黏稠介質(zhì)。所以在某些情況下,應(yīng)利用安全閥與爆破片組合的復(fù)合結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),這種組合復(fù)疊式結(jié)構(gòu)有兩種形式:一種是彈簧式安全閥入口處設(shè)置爆破片;另一種是彈簧式安全閥出口處設(shè)置爆破片。
防爆門是一種用于燃油、煤氣和煤粉的燃燒室或加熱爐上的防爆裝置,用來(lái)抵抗偶然發(fā)生的爆炸,保障人員生命安全和工業(yè)建筑內(nèi)部設(shè)備完好,不受爆炸沖擊波危害,有效地阻止爆炸危害的延續(xù)。
放空管就是將容器、管道等設(shè)備中危害正常運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)的介質(zhì)排放出去而設(shè)置的部件。其作用主要有兩個(gè):
(1)將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣及時(shí)排放,用于正常排氣。
(2)當(dāng)發(fā)生事故時(shí),設(shè)備內(nèi)反應(yīng)過(guò)于劇烈無(wú)法控制時(shí),為防止設(shè)備爆炸、超壓、超溫事故而設(shè)置的一種自動(dòng)或手動(dòng)的緊急放空裝置。
常用閥式安全裝置也可叫作緊急制動(dòng)裝置,是當(dāng)設(shè)備和管道發(fā)生斷裂、填料脫落、操作失誤時(shí)防止設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)外泄或因物料聚集、分解而造成的超壓、超溫,作為緊急切斷物料的安全裝置。
緊急切斷閥又叫作安全切斷閥,在發(fā)生火災(zāi)、爆炸或可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸等突發(fā)情況時(shí),為了防止易燃液體、氣體大量泄漏,及時(shí)切斷進(jìn)料,防止危害進(jìn)一步擴(kuò)大而安裝在容器的氣相管和液相管出口位置的緊急切斷裝置。緊急切斷閥主要分為彈簧緊急切斷閥、蓄電容緊急安全閥、電磁閥。閥門在正常的生產(chǎn)工作中處于常開狀態(tài),電磁閥線圈處于斷電狀態(tài),無(wú)電能消耗,當(dāng)發(fā)生事故時(shí)閥門線圈瞬時(shí)通電,觸發(fā)閥門進(jìn)入自鎖狀態(tài),快速關(guān)閉。此時(shí)即使撤去電源,閥門仍不會(huì)重新自動(dòng)打開,處于白鎖狀態(tài)。只有當(dāng)事故處理完畢,人工重開閥門,才能解除閥門自鎖狀態(tài)。
單向閥也叫止回閥或止逆閥,使流體只能沿進(jìn)水口流動(dòng),出水口介質(zhì)卻無(wú)法回流,遇到回流時(shí)即自動(dòng)關(guān)閉,能有效地防止有壓流體在管道中逆向流動(dòng)。安裝單向閥時(shí),應(yīng)特別注意介質(zhì)流動(dòng)的方向,應(yīng)保證閥體上指示的箭頭方向與介質(zhì)正常流動(dòng)方向相一致,否則就會(huì)截?cái)嘟橘|(zhì)的正常流動(dòng)。底閥應(yīng)安裝在水泵吸水管路的底端。單向閥關(guān)閉時(shí),會(huì)在管路中產(chǎn)生水錘壓力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致閥門、管路或設(shè)備的損壞,尤其是大口徑管路或高壓管路,因此在單向閥選用時(shí)應(yīng)高度注意。
過(guò)流閥也稱快速閥,是一種安全防護(hù)裝置,通常安裝在液化石油氣儲(chǔ)罐的液相管和氣相管出口或汽車、鐵路槽車的氣、液相出口。彈簧式過(guò)流閥的工作原理是:在正常的生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中,管道內(nèi)的流量在規(guī)定范圍內(nèi),閥門開啟,流體可以順利從過(guò)流閥處通過(guò)。當(dāng)出現(xiàn)特殊情況,如管道內(nèi)介質(zhì)大量外泄,此時(shí)出口流速便超過(guò)正常流速,流速達(dá)到規(guī)定量的150%~200%時(shí),流體介質(zhì)對(duì)閥瓣的作用力大于正常狀態(tài)下彈簧的反作用力,閥瓣壓縮彈簧使閥口關(guān)閉,從而防止設(shè)備、容器內(nèi)介質(zhì)大量流出。當(dāng)險(xiǎn)情排除以后,介質(zhì)再?gòu)木鶋嚎诼鬟^(guò),一段時(shí)間后,閥瓣前后壓力相接近,在彈簧的作用下恢復(fù)原狀,介質(zhì)正常流過(guò)閥門。
防火閥是在一定時(shí)間內(nèi)滿足耐火穩(wěn)定性和耐火完整性的要求,一般用于通風(fēng)管道內(nèi)阻火的活動(dòng)式封閉裝置。平時(shí)處于開啟狀態(tài),不影響設(shè)備的正常使用,當(dāng)發(fā)生火災(zāi),管道內(nèi)煙氣溫度達(dá)到一定溫度時(shí),易熔金屬片自動(dòng)熔斷達(dá)到自動(dòng)關(guān)閉的目的。
一般防火閥主要設(shè)置在以下幾個(gè)部位:
(1)穿越防火分區(qū)處;
(2)穿越通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)機(jī)房的房間隔板和樓板處;
(3)穿越重要或火災(zāi)危險(xiǎn)性大的房間隔板和樓板處;
(4)穿越防火分隔處的變形縫兩側(cè)。