阻火器能夠阻止火焰繼續(xù)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(xì)小通道或孔隙組成的,當(dāng)火焰進(jìn)入這些細(xì)小通道后就形成許多細(xì)小的火焰流。由于通道或孔隙的傳熱面積很大,火焰通過(guò)通道壁進(jìn)行熱交換后,溫度下降,到一定程度時(shí)火焰即被熄滅。根據(jù)英國(guó)羅 爾(M.Roper)對(duì)波紋型阻火器進(jìn)行的試驗(yàn)表明,當(dāng)把阻火器材料的導(dǎo)熱性提高460倍時(shí),其熄滅直徑(即火焰熄滅的通道直徑)僅改變2.6%。這說(shuō)明材質(zhì)問(wèn)題是次要的。也就是說(shuō)傳熱作用是熄滅火焰的一種原因,便不是主要的原因。
羅卜爾用涂膠的褐色紙制成一個(gè)波紋型阻火器,經(jīng)過(guò)五次試驗(yàn),僅僅是正對(duì)火焰前面的紙的邊緣彎曲了,部分的通道被堵塞,但是紙并沒(méi)有碳化。以后又換用聚氯乙烯制成的阻火器進(jìn)行試驗(yàn)也取得了類似的結(jié)果。因此,對(duì)于作為阻爆用的阻火器來(lái)說(shuō),其材質(zhì)的選取擇不是太重要的。但是在選用材質(zhì)時(shí)應(yīng)考慮其機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕等性能。
2.器壁效應(yīng)。
根據(jù)燃燒與爆炸連鎖反應(yīng)理論,認(rèn)為燃燒與爆炸現(xiàn)象不是分子間直接作用的結(jié)果,而是在外來(lái)能源(熱能、輻射能、電能、化學(xué)反應(yīng)能等)的激發(fā)下,使分子鍵受到破壞,產(chǎn)生具備反應(yīng)能力的分子(簡(jiǎn)為活性分子),這些具有反應(yīng)能力的分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),首先分裂為十分活潑而壽命短促的自由基。化學(xué)反應(yīng)是靠這些自由基進(jìn)行的。自由基與另一分子作用,作用的結(jié)果除了生成物之外還能產(chǎn)生新的自由基。這些新的自由基迅速參與分子反應(yīng)后又產(chǎn)生新的自由基。這樣自由基又消耗又生成如此不斷地進(jìn)行下去。可知易燃混合氣體自行燃燒(在開(kāi)始燃燒后,沒(méi)有外界能源的作用)的條件是:新產(chǎn)生的自由基數(shù)等于或大于消失的自由基數(shù)。當(dāng)然,自行燃燒與反應(yīng)系統(tǒng)的條件有關(guān),如溫度、壓力、氣體濃度、容器的大小和材質(zhì)等。
隨著阻火器通道尺寸的減小,自由基與反應(yīng)分子之間碰撞幾率隨之減少,而自由基與通道壁的碰幾率反而增加,這樣就促使自由基反應(yīng)減低。當(dāng)通道尺寸減小到某一數(shù)值時(shí),這種器壁效應(yīng)就造成了火焰不能繼續(xù)進(jìn)行的條件,火焰即被阻止。
由此可知,器壁效應(yīng)是阻火器阻火焰作的主要機(jī)理。由此點(diǎn)出發(fā),可以設(shè)計(jì)出知種結(jié)構(gòu)形式的阻火器,滿足工業(yè)上的需要。
3 最大實(shí)驗(yàn)安全間隙—MESG值
火焰通過(guò)阻火元件的細(xì)小通道并在通道內(nèi)降溫。當(dāng)火焰被分割小到一定程度時(shí),經(jīng)通道移走的熱量足以將溫度降到可燃物燃點(diǎn)以下,使火焰熄滅?;蛴善鞅谛?yīng)解釋,當(dāng)通道窄到一定程度時(shí),自由基與管道壁的碰撞占主導(dǎo)地位,自由基大量減少,燃燒反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行。因此,把在一定條件下(0. 1 MPa ,20 ℃) 剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為“最大實(shí)驗(yàn)安全間隙”(MESG,Maximum Experimental Safe Gap) 。阻火元件的通道尺寸是決定阻火器性能的關(guān)鍵因素,不同氣體具有不同的MESG值。因此,在選擇阻火器時(shí), 應(yīng)根據(jù)可燃?xì)怏w的組成確定其MESG值。在具體選擇時(shí),又根據(jù)MESG值將氣體劃分為幾個(gè)等級(jí)。目前國(guó)際上經(jīng)常采用兩類方法。一是美國(guó)全國(guó)電氣協(xié)會(huì)(NEC) 的分類法,它根據(jù)氣體的MESG值將氣體分為四個(gè)等級(jí)MESG值將氣體劃分為幾個(gè)等級(jí)。目前國(guó)際上經(jīng)常采用兩類方法。一是美國(guó)全國(guó)電氣協(xié)會(huì)(NEC) 的分類法,它根據(jù)氣體的MESG值將氣體分為四個(gè)等級(jí)(IIC,IIB,IIA及I).
這樣,在選用阻火器時(shí),即可在設(shè)計(jì)規(guī)定使用的規(guī)范中首先查出所用可燃?xì)怏w的等級(jí),然后根據(jù)該組氣體對(duì)應(yīng)的MESG值來(lái)選擇相應(yīng)的阻火元件。