1、精選優質文檔-傾情為你奉上中北大學課 程 設 計 說 明 書  學生姓名:岳芙蓉學 號：學 院:化工與環境學院 專 業:安全工程 題 目:阻火器殼體的設計（一） 指導教師： 徐文崢 職稱: 碩士生導師 2010年6月28中北大學課程設計任務書 2016/2017 學年第 1 學期  學 院：化工與環境學院專 業：安全工程學 生 姓 名：岳芙蓉學 號：課程設計題目：阻火器殼體的設計（一） 起 迄 日 期: 2016年12月19 日 2016年12月31日課程設計地點:03105H指 導 教 師:徐文崢系主任：曹雄&#

2、160;  下達任務書日期: 2016年12 月 19日課 程 設 計 任 務 書1設計目的： 爆炸阻隔是爆炸防護技術的主要措施之一，通過本設計，進一步學習防火防爆的基本理論知識，了解機械阻火器的特點、工作原理，掌握阻火器殼體設計原理、參數計算等。2設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：    2.1 了解機械阻火器的工作原理2.2. 計算阻火器殼體的各種參數2.3. 設計阻火器殼體（殼體直徑為300mm）。     3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文

3、)、圖紙、實物樣品等： 3.1. 阻火器殼體的設計包括管道公稱直徑、阻火層距離前后阻火器殼體長度。 3.2 給出上述各參數的計算過程3.3 繪制出阻火器殼體簡易圖3.4. 撰寫課程設計說明書1份課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：l        要求按國標GB 771487文后參考文獻著錄規則書寫，例：1 傅承義，陳運泰，祁貴中.地球物理學基礎.北京：科學出版社，1985     5設計成果形式及要求： 課程設計說明書1份  6工作計劃及

4、進度：08年 6 月15日 6月17日 布置題目，查閱資料，鞏固理論知識 6月18日 6月22日 計算和分析，初步方案設計6月23日 6月25日 詳細方案設計6月26日 6 月27日 可行性分析，撰寫課程設計說明書6月28日 答辯或成績考核系主任審查意見：  簽字： 年 月 日目錄1引言11.1防爆技術的基本理論11.2引發火災的三個條件12 阻火器的工作原理及分類12.1 阻火器的工作原理12.2 阻火器的種類33 機械阻火器特點34 防火防爆阻火器殼體結構設計及安裝計算44.1 防火防爆阻火器殼體結構設計44.2 阻火器殼體材料的選擇54.3 安裝計算54.3.1 阻火器殼體尺寸

5、的大小直接關系到對流體的阻力54.3.2阻火器滅火能力的計算64.3.3 阻火器殼體厚度的計算74.4 阻火器殼體的直徑及相關參數設計75阻火器殼體結構設計86課程設計總結96.1阻火器的測試96.2機械阻火器主要應用場所9參考文獻101 引言：防爆技術原理 1.1防爆技術的基本理論 從防爆技術原理看，防止物理或化學爆炸發生條件同時出現，是預防爆炸事故發生的根本技術措施。從爆炸事故破壞力形成看，一般應同時具備以下五個條件：（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封閉空間內；（5）足夠能量的點火源 。1.2引發火災的三個條件 引發火災的三個條件是：可燃

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

7、措施。如安裝阻火、泄壓設備，設防火墻、防爆墻等。 （3）消防措施。配備必要的消防措施，在萬一不慎起火時，能及時撲滅。特別是如果能在著火初期將火撲滅，就可以避免發生大火災或引發爆炸。從廣義上講，這也是防火防爆措施的一部分。 （4）疏散性措施。預先采取必要的措施，如建筑物、飛機、車輛上設置安全門或疏散樓梯、疏散通道等。當一旦發生較大火災時，能迅速將人員或重要物資撤到安全區，以減少損失。2 阻火器的工作原理及分類2.1 阻火器的工作原理關于阻火器的工作原理，目前主要有兩種觀點：一種是基于傳熱作用；一是器壁效應。（1）傳熱作用 阻火器能夠阻止火焰傳播并迫使火焰熄滅。燃燒所需要的必要條件之一就是要達到一

8、定的溫度，即著火點。低于著火點，燃燒就會停止。依照這一原理，只要將可燃物的溫度降到著火點以下，可以使火焰熄滅，就可以阻止火焰的蔓延。阻火器是由許多細小的空隙和通道組成。當火焰通過阻火元件的許多細小通道之后將變成若干細小的火焰流，由于通道或空隙的傳熱面積很大，火焰通過時即進行熱交換，當火焰溫度下降到一定溫度時火焰即熄滅。在設計阻火器的內部阻火元件時盡可能擴大細小火焰和通道壁的接觸面積，強化傳熱，使火焰溫度降低到著火點以下，達到阻止火焰蔓延的目的。根據英國羅貝爾對阻火器進行實驗表明：傳熱作用對阻火器熄滅火焰不是主要的，而是器壁效應起主要作用。（2）器壁效應 根據燃燒與爆炸連鎖反應理論，認為燃燒與爆

9、炸現象的產生并不是分子直接作用的結果，而是受外來能源（熱能輻射能電能光能化學反應能等）的激發，分子鍵受到破壞，產生具備反應能的分子（稱為活化分子），這些活化分子在發生化學反應時，首先分裂出十分活躍而生命短促的自由基。化學反應就是靠這些自由基進行的。自由基與其他分子相撞，生成新的產物，同時也產生新的自由基再繼續與其他分子發生反應。當燃燒的可燃氣體通過阻火元件的狹窄通道時，自由基與通道壁的碰撞幾率增大，參加反應的自由基減少。當阻火器的通道窄到一定程度時，自由基與反應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，當自由基與通道壁的碰撞占主導地位，由于自由基數量急劇減少，當化學反應自由基銷

10、毀速率大于產生速率時，反應不能繼續進行，當通道尺寸減少到一定程度時，這種器壁效應就造成了火焰不能繼續傳播的條件，火焰即被阻止，也即燃燒反應不能通過阻火器繼續傳播1。但是在大多數情況下，阻火器的傳熱效應和碰撞效應同時存在?；鹧姘l生淬熄的過程如圖1所示,爆燃火焰在狹縫中淬熄主要是由于火焰面的化學反應放熱與散熱條件不匹配引起的。火焰以速度進入狹縫時,火焰面內靠近狹縫冷壁處作為化學反應活化中心的自由基和自由原子與冷壁相碰撞放出其能量,這相當于反應區的熱量流向冷壁邊界,從而當火焰面到達一定距離時,在壁面附近產生了熄滅層。隨著火焰面的運動,熄滅層厚度不斷增大,以至于自由基進入熄滅層內就被復合成分子并放出能

11、量,而僅有少量自由基能穿透熄滅層與冷壁相撞。在后續進程中,火焰在該狹縫內完全淬熄。能使火焰發生淬熄的通道直徑稱為淬熄直徑,用D來表示?；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為淬熄長度,用L來表示。 圖1 燃燒火焰淬熄原理模型2.2 阻火器的種類 1.按阻火器阻止火焰速度分類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.按阻火器用途分類可分為油罐阻火器、加油站阻火器、車用阻火器、加熱爐用阻火器、火炬阻火器、排風導管阻火器、船用阻火器、乙炔阻火器、氫氣阻火器等。 4.按阻火器結構分類可分為金屬

12、網型阻火器(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分類可分為級氣體阻火器、A級氣體阻火器、B級氣體阻火器、C級氣體阻火器。3 機械阻火器特點 1阻火器是用來阻止易燃氣體和易燃液體蒸氣的火焰蔓延的安全裝置。 2.當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過足夠小的斷面或狹縫時，由于壁面的冷卻效應和碰撞效應，導致自由基或活性分子的復合消失，破壞了化學鏈式反應的條件，因而不能形成連續燃燒薄膜或燃燒通路，火焰在其中傳播一段距離后便會自動熄滅。 3.機械阻火器常由大量只允許火焰通過的細小通道或空

13、隙固體材料組成。工業阻火器分為機械阻火器、液封阻火器和料封阻火器等類型，主要用于阻隔燃燒和爆炸初期的火災火焰地蔓延；主動式隔爆裝置通過傳感器探測到的爆炸型號實施致動；被動式隔爆裝置則依靠爆炸波本身來引發致動。 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備、管道內或阻止火焰在設備、管道間蔓延。阻火器是應用火焰通過熱導體的狹小孔隙時,由于熱量損失而熄滅的原理設計制造。阻火器的阻火層結構有礫石型、金屬絲網型或波紋型。4 防火防爆阻火器殼體結構設計及安裝計算防火防爆阻火器由殼體、器芯兩大部件組裝而成。其中關鍵部件是器芯，而阻火層又是器芯設計的重中之重。但由于本次課程設計任務書的重點是阻火器

14、的殼體，但事實上在阻火器的應用和實際工作中，阻火層的設計才是阻火器設計的重點。4.1 防火防爆阻火器殼體結構設計管道阻火器就是根據小孔淬熄原理設計的。其結構如圖2所示,它由外殼1和阻火芯2組成,可以通過法蘭3與管道或其它設備連接,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。阻火器外殼應有較大的強度,能承受爆燃(或轟爆)引起的動高壓，阻火器殼體應耐腐蝕，可以用鑄鐵、鑄鋁、鑄鋼、不銹鋼等材料制成。在阻火器內部或與其他設備組裝時不得用動物皮革或植物纖維制作的墊片。阻火器殼體應能承受1.8MPa壓力的水壓試驗，殼體在水壓試驗中，一分鐘之內不應出現滲漏，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管道阻火器結構4.2 阻火器殼體材料的選擇 對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度要求，完成阻火器殼體應該具備的功能。據資料顯示鑄鐵、鑄鋁、鑄鋼、不銹鋼價格依次升高，在條件允許即能達到設計所要求的各項功能并保證一定安全裕量前提下，從經濟的角度出發,可以優先選用鑄鐵、鑄鋁；由于殼體材料對于塑性材料制成的阻火器，殼體厚度計算公式為： Sb=P*D/(2.3*T-P) +C 3.2 公式中：Sb 殼體的厚度（） D 殼體中腔的最大內徑（） T 材料允許拉應力（Pa） P 設計壓力（Pa）C 裕量（）4.3 安裝計算4.3.1 阻火器殼體尺寸的大小

16、直接關系到對流體的阻力。(1)透氣管路的阻力計算 洞庫油罐透氣管路一般較長，為安全作業，確保油罐安全，防止事故發生，在安裝阻火器之前需進行阻力計算。a、 比摩阻R=入*V 2* r /(2*g*D ) 3.3.1.1式中 入 摩阻系數，V 風管流速，m/s(根據進油最大流量確定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，其余符號同前。c、 管路總損失 h=R*L+Z1+ Z2 3.3.1.3式中L透氣管實際長度，m;Z:不同通徑阻火器阻力，參考阻火器

17、說明書，Pa(mmH2O).在收油時，立式拱頂油罐正壓為1960Pa(200mmH2O)。當h1960Pa(200mmH2O)時，收油是安全的。但發油時候油罐進氣不經過透氣管道，故不考慮負壓要求6。4.3.2阻火器滅火能力的計算阻火器殼體在設計過程中還必須考慮使用的管線或外界條件或儲罐中氣體或蒸汽本身爆炸性能、特征的不同。經工程經驗和阻火器失效或破壞導致火災爆炸事故統計分析，可作以下近似計算。對其他外界影響、管線本身使用條件影響，采取理想化處理。通過經驗公式予以近似計算?，F以干式阻火器滅火能力的計算：火焰在細小的孔道中的熄滅作用，有其熱力學特性，可由彼得列準數(Peclet number)Pe

18、來衡量，對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 可燃混合物的熱導率當Pe65時，則阻火器不適用于給定的可燃混合物，若Pe65時，則阻火器能滿足要求，通常為了保險起見，一般應滿足Pe65/N ,取N=27。4.3.3 阻火器殼體厚度的計算在沒有進一步對殼體設計做進一步要求的情況下，殼體厚度可按照 公式3.2.進行計算，所得結果偏安全。經檢核，符合以上三個條件即經過公式3.2、3.3.1.1、3.3.1.2、3.3.1.3、3

19、.3.2檢驗都符合條件才能進行下一步設計，否則，必須反算調整，直到符合要求為止。4.4 阻火器殼體的直徑及相關參數設計（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直徑 ： d=300/4=75（2）阻火器阻火層距離阻火器前半部距離長度為： 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）關于波紋型阻火器殼體外形參考尺寸，見表1表1 波紋型阻火器殼體外形參考尺寸管道公稱直徑/mm殼體直徑/mm殼體總長度/mm155010020801302510015040150200502002507025030080300450管道間蔓延。阻火器是應用火焰通過熱導