一種冗余式帶反吹掃結(jié)構(gòu)的阻火器設(shè)計

王 鋼，吳 東，吳糧華

（湖北西塞山發(fā)電有限公司，湖北黃石 435000）

0 引言

阻火器是一種用來阻止易燃?xì)怏w和易燃液體蒸汽火焰蔓延的安全裝置，廣泛用于石油、化工、電力生產(chǎn)等各個行業(yè)。常規(guī)阻火器在使用過程中，阻火濾芯極容易出現(xiàn)堵塞故障，需要解體清理，不僅維護工作量大，而且會導(dǎo)致介質(zhì)管路退出運行，生產(chǎn)中斷[1]。本文重點研究在常規(guī)阻火器基礎(chǔ)上，通過改進設(shè)計方案，圍繞解決常規(guī)阻火器應(yīng)用中存在的弊端，開發(fā)一種新結(jié)構(gòu)形式的阻火器，既能實現(xiàn)阻火功能，又能減少維護工作量，著力提高設(shè)備運行可靠性。該新型阻火器既保證兼容傳統(tǒng)阻火器接口，又通過一系列特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，拓展基本功能，解決傳統(tǒng)阻火器應(yīng)用中存在的問題，為企業(yè)連續(xù)安全穩(wěn)定生產(chǎn)保駕護航。

1 常規(guī)阻火器的特點及不足

1.1 結(jié)構(gòu)及阻火原理

常規(guī)的阻火器外觀及結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由阻火濾芯、阻火器外殼及附件3個部分構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、應(yīng)用廣泛等特點。阻火器濾芯作為阻火器的核心元件，有金屬網(wǎng)濾芯和波紋型濾芯兩種形式，其中金屬濾芯一般由孔徑為0.23～0.315 mm的不銹鋼或銅網(wǎng)多層重疊組成；波紋型濾芯結(jié)構(gòu)由不銹鋼、銅鎳合金、鋁或鋁合金支撐構(gòu)成。波紋型結(jié)構(gòu)的阻火器濾芯具有能阻止爆燃的猛烈火焰、能承受較大的機械和熱應(yīng)力等特點，同時具備介質(zhì)流通阻力小、易于清洗和更換等優(yōu)點，在工業(yè)中應(yīng)用較廣泛[2-3]。

阻火器的阻火原理主要基于傳熱作用和器壁效應(yīng)來實現(xiàn)。阻火器濾芯作為阻火器的核心元件，主要由細(xì)密多層蜂窩狀金屬網(wǎng)疊合構(gòu)成。當(dāng)管道中的火焰通過阻火濾芯時，因其特殊的結(jié)構(gòu)形式，火焰被細(xì)小通道分割為若干細(xì)小的火焰，細(xì)小火焰被通道壁冷卻降溫，火焰溫度持續(xù)下降，當(dāng)溫度降至著火點以下時火焰難以維持自行熄滅，從而實現(xiàn)阻止火焰蔓延的目的；另一方面，燃燒的實質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)，涉及分子鍵斷裂，自由基與分子碰撞過程，阻火器濾芯的狹窄通道結(jié)構(gòu)能提高自由基與通道壁的碰撞幾率，使參加燃燒反應(yīng)的自由基大幅減少，有效阻止燃燒化學(xué)反應(yīng)的進行，實現(xiàn)淬熄火焰的功能[4]。阻火器淬熄火焰的能力與濾芯通道通徑密切相關(guān)，通道直徑越小，火焰被分割越細(xì)小，同時通道壁的接觸面積越大，火焰降溫能力越強，參與燃燒自由基數(shù)量越少，淬熄火焰能力顯著提高，能更好實現(xiàn)淬熄火焰遏制蔓延的作用[5]。阻火器的阻火原理決定其具有阻止火焰沿密閉管道傳播的能力，不能阻止開放的火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

圖1 常規(guī)阻火器結(jié)構(gòu)

1.2 存在的不足

阻火器因其阻火濾芯呈多層蜂窩狀且通徑狹小的特殊結(jié)構(gòu)，在使用過程中，流通介質(zhì)中的雜質(zhì)，管路中的鐵銹、鐵屑等物質(zhì)都極易造成阻火器芯堵塞，導(dǎo)致介質(zhì)流動受阻，影響生產(chǎn)過程的順利進行。常規(guī)的阻火器因其結(jié)構(gòu)簡單，在進行維護時，必須中斷生產(chǎn)，進行管路隔離放空介質(zhì)才能解體清理阻火濾網(wǎng)，需要開展大量前期準(zhǔn)備工作，耗費大量人力，存在維護不便、維護工作量較大等系列弊端，同時頻繁拆卸設(shè)備，易導(dǎo)致設(shè)備損壞[6]。

2 冗余式帶反吹掃結(jié)構(gòu)的阻火器設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

本設(shè)計中的冗余式帶反吹掃結(jié)構(gòu)的阻火器是在傳統(tǒng)阻火器基礎(chǔ)上改進設(shè)計而來，圍繞解決傳統(tǒng)阻火器在使用中的一系列不足，提出一套較全面的解決方案。通過將傳統(tǒng)阻火器固定式阻火濾芯與球閥有機結(jié)合，濾芯采取可拆卸方式固定在球閥通流孔之中，兼顧剛性與強度，同時實現(xiàn)阻火與球閥快速切換開關(guān)雙重功能。在球閥關(guān)斷位增加反吹掃結(jié)構(gòu)，引入可控制的壓縮空氣，實現(xiàn)在線反吹掃功能。該一體式阻火濾芯球閥設(shè)計能實現(xiàn)在線快速切換阻火器運行、維護狀態(tài)功能，不僅能有效解決阻火器運行中堵塞影響生產(chǎn)的問題，還能快速進行阻火器濾芯清堵操作，提高設(shè)備運行可靠性[7]。

本設(shè)計中的阻火器結(jié)構(gòu)如圖2 所示，采取分體結(jié)構(gòu)方式，主要由阻火器主管路、一體式阻火濾芯球閥、吹掃支管路、吹掃截止閥、三通彎管等幾大部分組成。球閥一體式阻火濾芯作為其核心部件，通過旋轉(zhuǎn)90h能使阻火器在運行/維護之間切換，配合吹掃截止閥的開關(guān)實現(xiàn)阻火濾芯吹掃工作。

圖2 冗余式帶反吹掃結(jié)構(gòu)的阻火器結(jié)構(gòu)

工作原理為當(dāng)主管道一體式阻火濾芯球閥處于開位，備用管道一體式阻火濾芯球閥處于關(guān)位，吹掃管路進出口截止閥處于關(guān)位時，介質(zhì)通過主路管道經(jīng)阻火器濾芯流出，主管道處于正常運行狀態(tài)。當(dāng)主管道因長時間運行，介質(zhì)和管道中的雜質(zhì)堵塞阻火器濾芯，流量下降時，可在線投入備用管路運行，并對主管道阻火濾芯進行吹掃操作。阻火濾芯吹掃操作方法為：逆時針旋轉(zhuǎn)備用管道一體式阻火濾芯球閥90h，開啟備用管路，此時介質(zhì)可通過主、備管道同時流通，將主管道一體式阻火濾芯球閥順時針旋轉(zhuǎn)90h，將主路由運行位切換至備用吹掃位，依次逆時針旋轉(zhuǎn)吹掃管路出口截止閥、進口截止閥90h，開啟吹掃管路，此時壓縮空氣通過吹掃管路反向流經(jīng)阻火濾芯，對濾芯進行反吹掃，吹掃一定時間后即可終止吹掃進程，此時只需順時針旋轉(zhuǎn)吹掃進、出口截止閥90h，關(guān)閉吹掃管路，主路自動恢復(fù)備用狀態(tài)。本設(shè)計中的阻火器主、備雙路互為冗余，能大幅度提高阻火器可靠性[8]。

2.2 主要創(chuàng)新點

（1）采用嵌入式設(shè)計方案，將阻火濾芯通過螺絲壓接的方式固定在球閥內(nèi)部，能簡化阻火器結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，降低阻火器生產(chǎn)成本。同時采用三通彎管與阻火器主體分體式設(shè)計的思路，確保了嵌入球閥通流孔內(nèi)部的阻火濾芯能夠拆卸、替換，有效延長阻火器整體壽命，降低使用成本。

（2）一體式阻火濾芯球閥結(jié)構(gòu)兼具阻火與管道開關(guān)雙重功能，通過旋轉(zhuǎn)90h進行切換，不僅能實現(xiàn)在線切換阻火濾芯的運行位與備用維護位，還能實現(xiàn)介質(zhì)管道通、斷功能，拓展了設(shè)備的功能。

（3）采取一用一備冗余結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)主、備路互為備用，運行、維護可同時進行，設(shè)備在線維護時管路介質(zhì)不中斷，進一步提高設(shè)備的可靠性，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。

（4）增加反吹掃單元，實現(xiàn)單人即可對阻火濾芯進行吹掃操作，能大幅度減輕人力維護工作量，從根本上改變傳統(tǒng)阻火器需要解體進行濾芯清理的現(xiàn)狀，有效避免頻繁拆卸造成設(shè)備損壞，具有較好的實際應(yīng)用價值。

3 結(jié)束語

本設(shè)計中的冗余式帶反吹掃結(jié)構(gòu)的阻火器通過將阻火器結(jié)構(gòu)與球閥巧妙融合，創(chuàng)新設(shè)計思路，從根本上解決了傳統(tǒng)阻火器使用中存在的不足，拓展了阻火器功能，在具備阻火器基本功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)管路關(guān)斷、在線吹掃維護等一系列功能，且具有操作簡單、維護便捷、實用性強等系列優(yōu)點，最重要的是具備在線維護功能，能保障生產(chǎn)過程的連續(xù)性，符合企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)要求。

該類型的阻火器能通過更換不同類型的阻火濾芯，滿足多種易燃易爆介質(zhì)阻火要求，應(yīng)用前景較廣。此冗余式帶反吹掃結(jié)構(gòu)的阻火器已獲得國家實用新型專利，專利證書號-CN209828034U，該產(chǎn)品有望進行量產(chǎn)，服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)運營中。