關于阻火器的工作原理,目前主要有兩種觀點:一是基于傳熱作用;一是基于器壁效應。
1、傳熱作用
燃燒所需要的必要條件之一就是要達到一定的溫度,即著火點。低于著火點,燃燒就會停止。依照這一原理,只要將燃燒物質的溫度降到其著火點以下就可以阻止火焰的蔓延。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。設計阻火器內部的阻火元件時,則盡可能擴大細小火焰和通道壁的接觸面積,強化傳熱,使火焰溫度降到著火點以下,從而阻止火焰蔓延。
2、器壁效應
燃燒與爆炸并不是分子間直接反應,而是受外來能量的激發,分子鍵遭到破壞產生活化分子,活化分子又分裂為壽命短但卻很活潑的自由基,自由基與其它分子相撞,生成新的產物,同時也產生新的自由基再繼續與其它分子發生反應。當燃燒的可燃氣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,自由基與通道壁的碰撞占主導地位,由于自由基數量急劇減少,反應不能繼續進行,也即燃燒反應不能通過阻火器繼續傳播。
3、最大實驗安全間隙—MESG值
火焰通過阻火元件的細小通道并在通道內降溫。當火焰被分割小到一定程度時,經通道移走的熱量足以將溫度降到可燃物燃點以下,使火焰熄滅?;蛴善鞅谛忉?,當通道窄到一定程度時,自由基與管道壁的碰撞占主導地位,自由基大量減少,燃燒反應不能繼續進行。因此,把在一定條件下(0.1MPa,20℃)剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為“最大實驗安全間隙”(MESG,Maximum Experimental Safe Gap)。阻火元件的通道尺寸是決定阻火器性能的關鍵因素,不同氣體具有不同的MESG值。
因此,在選擇阻火器時,應根據可燃氣體的組成確定其MESG值。在具體選擇時,又根據MESG值將氣體劃分為幾個等級。目前國際上經常采用兩類方法。一是美國全國電氣協會(NEC)的分類法,它根據氣體的MESG值將氣體分為四個等級(A、B、C、D);另一類是國際電工協會(IEC)的方法,它也將氣體分為四個等級(IIC、IIB、IIA及I)。兩種標準劃分的各類氣體的MESG值及測試氣體如表1所示。
表1 兩種MESG分類標準
NEC | IEC | MESG/mm | 測試氣體 |
A | IIC | 0.25 | 乙炔 |
B | IIC | 0.28 | 氫氣 |
C | IIB | 0.65 | 乙烯 |
D | IIA | 0.90 | 丙烯 |
G | I | 1.12 | 甲烷 |
這樣,在選用阻火器時,即可在設計規定使用的規范中首先查出所用可燃氣體的等級,然后根據該組氣體對應的MESG值來選擇相應的阻火元件。
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