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1 引言
阻火器是裝置運行過程中發生火災等意外情況下阻止火焰向源頭傳播的安全裝置，廣泛應用于儲罐、管道、排風、火炬等系統。作為阻止災害發生的最后一道安全屏障，其阻火性能至關重要?；鹧媾c流動的相互作用，涉及火焰結構、火焰傳播、火焰不穩定性等基本環節，因此一直是燃燒研究的重點課題之一。在工業災害中，壓力波作用于火焰會進一步加快燃燒速度，同時火焰會失穩而誘發湍流，甚至可能出現燃燒轉爆轟現象。管道內火焰傳播過程是一個加速、加壓的燃燒爆炸過程，所造成的危害極大。管道波紋阻火器作為一類安全設備，其核心部件阻火單元允許介質流通，阻止火焰傳播。國內外不少學者研究了爆炸火焰傳播速度、壓力變化等宏觀參數，也研究了火焰陣面結構特性及其影響因素等微觀特性，多作為實驗室課題對管道內火焰傳播規律進行研究，對于阻火器產品的阻火性能和測試試驗方法研究很少。本文將從實際安裝出發，對阻火器安裝位置爆炸壓力進行試驗研究。阻火器樣品如圖1 所示。
2 阻火器阻火機理
對于阻火器的工作原理，目前主要有兩種觀點：一種認為壁面傳熱作用是阻火器能夠阻火的主要原因，而另一種則認為器壁效應對火焰的熄滅影響很大。
2.1 傳熱作用
阻火器能夠阻止火焰繼續傳播并迫使火焰熄滅的因素之一是傳熱作用。我們知道，阻火器是由許多細小通道或孔隙組成的，當火焰進入這些細小通道后就形成許多細小的火焰流。由于通道或孔隙的傳熱面積很大，火焰通過通道壁進行熱交換后，溫度下降，到一定程度時火焰即被熄滅。
2.2 器壁效應
根據燃燒與爆炸連鎖的反應理論，認為燃燒與爆炸現象不是分子間直接作用的結果，而是在外來能源（熱能、輻射能、電能、化學反應能等）的激發下，使分子鍵受到破壞，產生具備反應能力的分子（稱為活性分子），這些具有反應能力的分子發生化學反應時，首先分裂為十分活潑而壽命短促的自由基。這樣自由基又消耗又生成如此不斷地進行下去。已知可燃氣體自行燃燒的條件是：新產生的自由基數等于或大于消失的自由基數。當然，自行燃燒與反應系統的條件有關，如溫度、壓力、氣體濃度、容器的大小和材質等。隨著阻火器通道尺寸的減小，自由基與反應分子之間碰撞幾率隨之減少，而自由基與通道壁的碰撞幾率反而增加，這樣就促使自由基反應降低，當通道尺寸減小到某一數值時，這種器壁效應造成了火焰不能繼續進行的條件，火焰即被阻止。不同試驗條件下，火焰淬熄的原因可能不同，但就爆燃火焰在通道中傳播而言，一般認為壁面傳熱是火焰熄滅的主要原因。
3 試驗
阻火性能試驗裝置主要包括試驗管路、高精度配氣系統、數據采集系統。試驗中，利用配氣系統向管路中充入指定濃度的可燃氣體，并采用火花塞點火。通過安裝壓力傳感器和火焰傳感器，測量火焰傳播速度與爆炸壓力值。試驗管路如圖2 所示。
3.1 控制系統
配氣系統由計算機，電氣控制部分，氣體濃度分析儀及配套閥門和管路組成。該配氣系統實現誤差要求為0.1%、流量不低于1 m3/min。氣源經減壓器和穩壓器粗調再經各調節閥控制，進入混合器。計算機根據所要配混合氣各組成氣體的濃度比及各氣源氣體濃度，確定電氣控制參數，向執行閥門發送控制信號，利用閥門的動作，控制各組成氣體進行混合的流量。試驗中，需要對火焰速度和壓力變化進行實時的采集。由于火焰傳播的速度很快，所以對采集板卡的要求很高。本系統基于NI 高性能的PXI Express 平臺，配合以高精度、具有隔離性能的數據采集板卡，可以實現對壓力信號的準確采集，同時保證了系統的安全性。
3.2 試驗方案
試驗采用丙烷—空氣混合氣體，丙烷濃度為4.2%，試驗壓力為101.3Kpa，點火方式為火花塞點火，點火電壓為12KV。未保護側管道長度為3.5 米，保護側管道長度為1.5 米。管道兩端端用盲板密閉。通過保持點火位置不變，得到不同彎管位置條件下測試點處不同火焰爆炸壓力值，獲得阻火器阻火試驗數據，并由數據采集系統采樣記錄。如示意圖3。
3.3 測試結果
試驗結果如圖4 所示，其中圖4 a)為情況一爆炸壓力信號，最大爆炸壓力為0.64Mpa；b)為情況二爆炸壓力信號，最大爆炸壓力為1.08Mpa；c)為情況三爆炸壓力信號，最大爆炸壓力為1.38Mpa；
4 結論
在彎管中，爆炸壓力峰值較高，壓力出現了多峰值，波動較大。彎管處使流體形成湍流狀態，火焰鋒面在短距離加速，彎頭及彎頭的位置對爆燃火焰的速度和壓力有顯著的影響。彎頭接近阻火器時比接近點火點時爆炸壓力更大、更危險?？梢?，阻火器在安裝位置選擇時應盡量避免彎頭、三通處，適當延長直管段的長度將有效降低使用風險。
