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爆炸抑制系统——喷射液流与火焰的相互作用

爆炸抑制系统——喷射液流与火焰的相互作用 2011年12月09日 来源： 液流与火焰相遇时，首先是与火焰的前锋面发生作用，然后，液滴穿入灼热的燃烧区，开始剧烈汽化，所以，只有最大的液滴才能抵达火焰的后锋面。这样一来，火焰前后两个锋面受到的喷淋强度就有了很大差别。而且，由于液流自孔眼喷出后产生扩散，同时随着喷射距离的加大液体的浓度愈加稀薄，因而这种差别就更进一步扩大。至于灭火液根本到达不了火焰后锋面的情形，也是可能发生的，而且灭火液遇到的火团越大，这种可能性也越大。如果火团的大小不超过几十厘米，那就非常容易为抑爆系统所熄灭。这一点已为多次的实验所证实。正因为如此，所以对自动抑爆系统的要求来说，总是把灵敏度要高和动作速度要快放在首要的地位来考虑。经验表明，当抑制剂的液流穿过冷的可燃混合物时，实际上可燃混合物从不会被抑制剂的蒸气所饱和而使其达到峰值浓度。在这种情况下，几乎全部抑制剂都会穿过设备的内腔而落到设备壁上。事实上，如果根据有人所提的建议，在20℃的初始温度下往1立方米的可燃混合物中喷入0．5公斤氟里昂114B2其汽化比热为105焦耳/克），那末，要使其全部汽化，温度就得从+20℃降低到－35℃。这当然是不可能的，因为氟里昂114B2的沸点为46℃。即使按1立方米喷入0．5公斤的氟里昂13B1氟里昂13B1的沸点为－58．7℃，在20℃时，它等于是一种过热液体；单位热容为0．8焦耳) 克·K，汽化比热为12．5仟焦耳/克分子），那末，在完全绝热蒸发这个条件下，气体的温度就要从+20℃降到氟里昂13B1的沸点，即降低到－58．7℃，而氟里昂13B1蒸气的浓度只不过能达到50克/立方米，其余的部分（0．45公斤）仍处于液相。当然，这种系统状态是不平衡的，所以氟里昂还要继续汽化，不过这时的汽化过程已经是受设备器壁的传热速度和蒸气的扩散速度所支配了。也就是说，这时的汽化过程进行得相当缓慢。因此，如果液流没有能完全遏止住火团，且燃烧仍在继续不止，哪怕是在后锋面的一个不大的范围内继续不止的话，那末，这时爆炸就会重新得到加强，而且在某些情况下，由于可燃混合物发生剧烈湍动的关系，爆炸威力也许会更加猛烈。由此看来，采用喷射液体抑制剂如氟里昂114B2的办法来遏制可燃混合物的燃烧，在多数情况下是难以奏效的。所以，决不可认为，液体抑制剂在火焰锋面内就一定能够生成足够量的蒸气，这是因为燃烧反应区的厚度不大，加之液滴喷射速度很高，从而液滴在火焰锋面内停留的时间非常之短的缘故。比如说，液滴的喷射速度为50米) 秒，气体火焰锋面的厚度为0．3毫米，则液滴在火焰界面里的停留时间为6×10－6秒。所以我们只能认为，火焰与喷射的液流相遇时，主要是液滴起了抑制作用，而并非它的蒸气在起作用。看来，这时还是热效应起了重要作用，这一点与阻火器填料所起的灭火作用类似。上面所说的关于喷射液流与气体火焰锋面之间的相互作用，对粉尘的爆炸来说远不适用，因为粉尘火焰锋面的厚度要比气体火焰锋面的厚度大好几个数量级。根据粉尘化学特性和分散度的不同，其火焰锋面的厚度为几十厘米到几米不等。粉状抑制剂对火焰的作用具有自己的特点。这首先表现为，粉剂的分散性虽然较低，但喷撒出很长一段时间后，仍可处于悬浮状态，因而能对火焰起到抑制作用。我们知道，对爆炸抑制器的主要要求之一，是动作要快速。爆炸抑制器总的动作时间可以假定分为两部分：一是由输入指令电脉冲的一瞬到灭火剂开始喷出为止的时间，二是灭火剂喷射的持续时间。显而易见，第一部分时间纯属抑制器的滞后作用引起的，而第二部分时间则决定了灭火剂每秒钟的喷出量。人们常常力争缩短灭火剂的喷射持续时间，即增大灭火剂每秒钟的喷射量，这并非就改进爆炸抑制器的动力特性说的，而是为了增大其喷射密度。对“水枪”式抑制器来说，在抑制液装量有限的情况下，增大喷射密度会使喷出的液束在长度上大大小于设备的尺寸，并且在行进中可以明显地看出“头”和“尾”来，就是说，液束将顺着设备发散成一个厚度不大的雾化区。事实上，这种液流的喷淋密度会更高，对火团的抑制作用会更强。但是，如果由于设备内件的阻挡或者分散盘有些孔眼堵塞而造成液流疏密不匀或含有“空洞”时，火焰就有可能从这个稀薄之处穿越而过，并在喷淋液流的尾部重新把可燃混合物引燃，因为在这一带抑制剂的蒸气浓度不足以使可燃混合物受到完全抑制使用液体灭火剂抑制粉尘爆炸时，有一个能起到非常重要作用的因素，这就是液体具有使粉尘沉降的效力。粉尘的固体颗粒与液滴碰撞后，即被液滴捕获并从尘雾中被带出。这样，当充满粉尘的空间受到一阵喷淋之后，粉尘的含量就会大大降低，从而达到不燃的限度。实验证明，并不是所有的液滴都能与固体颗粒相遇而把固体颗粒带走的。比如，有些非常细小的颗粒尚未与液滴接触就随同液滴一并被气流卷走了。固体颗粒被液滴捕获的效果还取决于以下多种因素：液滴的大小和相对速度、液体的

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