阻爆轰型阻火器的爆轰分析

阻爆轰型阻火器广泛应用于易燃液体、蒸气和气体处理领域的防爆。人们常常认为阻爆轰型阻火器能提供全面的保护，这种误解会导致具有潜在危险的安装。转变这种错误的认识，关键要理解两种阻爆轰型阻火器稳定和非稳定之间的根本区别。

合理设计防爆和防护系统，并且遵守严格的操作和维护程序，应能避免在很多工艺中产生易燃气体/蒸气和空气混合物，更不可能着火。然而，在储罐通风和蒸气收集系统中，这种风险要大得多，因此合理使用阻爆轰型阻火器是确保设备在使用寿命中安全性的最重要因素。那么什么是爆轰呢？

爆轰发生在具有长管道的开放或封闭管道系统，例如，通风管或蒸气收集系统中。当气体/空气混合物在管道内着火，燃烧混合物体积因而增加，导致其前方的未燃混合物被预先压缩且火焰锋随着燃烧率的升高而加快。该过程的早期阶段称为爆燃，这时火焰速度为亚音速且压力波遥遥领先于火焰锋；通常，对于在环境条件下引发的爆炸，火焰速度小于100 m/s且压力低于0.1MPa.g，但若转变为爆轰，则火焰速度和压力可分别达到 200~300m/s以及1MPa.g。由于燃烧过程进一步加快，最后火焰锋和压力波相遇，在“爆燃转爆轰(DDT)”区形成高压冲击波，该冲击波靠近火焰锋前方。

图1 管道长度对火焰速度和爆炸压力的影响

DDT 区的另一个特征是超压爆轰或不稳定爆轰，其猛烈的冲击波压缩可带来15 MPa.g以上的瞬时压力以及3000m/s以上的火焰速度。这些冲击波迅速消散，爆轰波变得稳定，同时压力约为2~3MPa.g，火焰速度通常为1600~2000m/s。

爆轰只会在特定的气体/蒸气浓度范围内发生，通常浓度都在所涉及材料的正常可燃范围内。接近稀/浓极限时，会出现驰振爆轰现象。火焰速度由于管道方向更改(弯头等)而临时衰减为爆燃区的速度时，也会出现这种现象。这主要说明火焰锋可通过 DDT/不稳定爆轰区在爆燃和稳定爆轰之间反复变化，而这是极其危险的。

稳定爆轰只会发生在不稳定爆轰后，强调这一点很重要。在很大程度上，稳定和不稳定爆轰的出现取决于管道直径、管道配置、管道类型，例如，滑顺焊接、带法兰接头的粗焊接、气体/蒸气类型、空气中的气体/蒸气浓度、工作温度和工作压力。只有在带化学计量试验气体的受控实验室条件下，才有可能预测出现这些现象的位置。在工艺装置中，处理气体/蒸气(浓度接近可燃性稀/浓极限且位于包含无数弯头、阀门等的管道中)的可能性比标准试验气体(丙烷、乙烯或氢气)高。这些因素会影响防爆措施(尤其是阻爆轰型阻火器)的应用。