阻爆轟型阻火器的爆轟分析

阻爆轟型阻火器廣泛應用于易燃液體、蒸氣和氣體處理領域的防爆。人們常常認為阻爆轟型阻火器能提供全面的保護，這種誤解會導致具有潛在危險的安裝。轉變這種錯誤的認識，關鍵要理解兩種阻爆轟型阻火器穩定和非穩定之間的根本區別。

合理設計防爆和防護系統，并且遵守嚴格的操作和維護程序，應能避免在很多工藝中產生易燃氣體/蒸氣和空氣混合物，更不可能著火。然而，在儲罐通風和蒸氣收集系統中，這種風險要大得多，因此合理使用阻爆轟型阻火器是確保設備在使用壽命中安全性的最重要因素。那么什么是爆轟呢？

爆轟發生在具有長管道的開放或封閉管道系統，例如，通風管或蒸氣收集系統中。當氣體/空氣混合物在管道內著火，燃燒混合物體積因而增加，導致其前方的未燃混合物被預先壓縮且火焰鋒隨著燃燒率的升高而加快。該過程的早期階段稱為爆燃，這時火焰速度為亞音速且壓力波遙遙領先于火焰鋒；通常，對于在環境條件下引發的爆炸，火焰速度小于100 m/s且壓力低于0.1MPa.g，但若轉變為爆轟，則火焰速度和壓力可分別達到 200~300m/s以及1MPa.g。由于燃燒過程進一步加快，最后火焰鋒和壓力波相遇，在“爆燃轉爆轟(DDT)”區形成高壓沖擊波，該沖擊波靠近火焰鋒前方。

圖1 管道長度對火焰速度和爆炸壓力的影響

DDT 區的另一個特征是超壓爆轟或不穩定爆轟，其猛烈的沖擊波壓縮可帶來15 MPa.g以上的瞬時壓力以及3000m/s以上的火焰速度。這些沖擊波迅速消散，爆轟波變得穩定，同時壓力約為2~3MPa.g，火焰速度通常為1600~2000m/s。

爆轟只會在特定的氣體/蒸氣濃度范圍內發生，通常濃度都在所涉及材料的正常可燃范圍內。接近稀/濃極限時，會出現馳振爆轟現象。火焰速度由于管道方向更改(彎頭等)而臨時衰減為爆燃區的速度時，也會出現這種現象。這主要說明火焰鋒可通過 DDT/不穩定爆轟區在爆燃和穩定爆轟之間反復變化，而這是極其危險的。

穩定爆轟只會發生在不穩定爆轟后，強調這一點很重要。在很大程度上，穩定和不穩定爆轟的出現取決于管道直徑、管道配置、管道類型，例如，滑順焊接、帶法蘭接頭的粗焊接、氣體/蒸氣類型、空氣中的氣體/蒸氣濃度、工作溫度和工作壓力。只有在帶化學計量試驗氣體的受控實驗室條件下，才有可能預測出現這些現象的位置。在工藝裝置中，處理氣體/蒸氣(濃度接近可燃性稀/濃極限且位于包含無數彎頭、閥門等的管道中)的可能性比標準試驗氣體(丙烷、乙烯或氫氣)高。這些因素會影響防爆措施(尤其是阻爆轟型阻火器)的應用。