專利名稱：：爆震火焰防止裝置的制作方法爆震火焰防止裝置本發(fā)明涉及防止各種爆炸，包括爆燃、穩(wěn)定爆震和非穩(wěn)定(或者超速(overdriven))爆震的爆震火焰防止裝置?；鹧娣乐寡b置是允許流動(dòng)，而防止火焰在氣體管道和相關(guān)設(shè)備中傳播的裝置。火焰防止裝置大致分為兩種主要類型爆燃防止裝置和爆震防止裝置。根據(jù)燃燒機(jī)理，氣體爆炸的特征主要在于兩種類型*爆燃一其中通過將氧氣補(bǔ)充到在未燃燒氣體中以亞音速傳播的爆震鋒控制燃燒速率。傳播機(jī)理是傳熱效應(yīng)。在爆燃中，燃燒反應(yīng)強(qiáng)烈依賴于能量釋放區(qū)域中的熱量和質(zhì)量擴(kuò)散。*爆震一其中燃燒被與在反應(yīng)物中以超音速傳播的沖擊波相關(guān)的壓力和溫度引發(fā)。傳播歸因于壓縮效應(yīng)(由在傳播鋒前面的未反應(yīng)氣體的沖擊壓縮性加熱導(dǎo)致的)。爆震產(chǎn)生高壓并通常遠(yuǎn)比爆燃更具破壞性。爆震還可以再分為兩類1.穩(wěn)定爆震，其發(fā)生在爆震在受限系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，而速度和壓力特性沒有顯著變化時(shí)；以及2.不穩(wěn)定爆震，其發(fā)生在燃燒過程從爆燃轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定爆震的過程中。轉(zhuǎn)變發(fā)生在受限空間區(qū)域中，在此燃燒波的速度不是恒定的，并且爆炸壓力顯著高于在穩(wěn)定爆震中的爆炸壓力。因此，根據(jù)危害和用途，有三種不同類型的火焰防止裝置1.爆燃火焰防止裝置被設(shè)計(jì)并測試用于阻止爆燃；2.穩(wěn)定爆震防止裝置被設(shè)計(jì)并測試用于阻止穩(wěn)定爆震和爆燃；3.爆震火焰防止裝置被設(shè)計(jì)并測試用于阻止爆燃、穩(wěn)定爆震和不穩(wěn)定(超速)爆震。由于爆震波的這些高壓力和速度，用于使爆燃熄滅的設(shè)備將不適于減弱沖擊波，所述沖擊波的控制需要特殊的設(shè)備。本發(fā)明適用于爆震防止裝置。在不利的運(yùn)行環(huán)境中，防止裝置需要具有堅(jiān)固的構(gòu)造以經(jīng)得起爆震沖擊波的機(jī)械作用，同時(shí)使火焰熄滅。常規(guī)的爆震火焰防止裝置通常包含多孔介質(zhì)，其典型為獨(dú)立的平行通道的矩陣(matrix),所述多孔介質(zhì)吸收沖擊波的能量，并從火焰中除熱。這樣的裝置典型地使用多孔性的單一介質(zhì)，從而導(dǎo)致大而重并且昂貴的防止裝置，并且引起對(duì)氣流的較高阻力。為了讓火焰防止裝置實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能，使可燃性氣體混合物通過多孔介質(zhì)是常規(guī)的，所述多孔介質(zhì)是根據(jù)下列目的選擇的1.為了防止火焰從裝置的未受保護(hù)側(cè)傳播到受保護(hù)側(cè)一對(duì)爆燃和爆震裝置二者而言。2.為了將在正常運(yùn)行過程的條件(即，跨過裝置的低壓降)下流動(dòng)的阻力降至最低一對(duì)爆燃和爆震裝置二者而言。3.為了減弱與爆震相關(guān)的沖擊波一對(duì)爆震裝置而言。在本領(lǐng)域中可獲得的現(xiàn)有爆震防止裝置通常使用多孔介質(zhì)的單一形體以滿足上述所有三個(gè)目的。大多數(shù)裝置使用由這種多孔介質(zhì)構(gòu)建的防止元件，所述防止元件容納于由擴(kuò)大部分和縮小部分構(gòu)成的管道系統(tǒng)的一部分中。對(duì)于擴(kuò)大部分和縮小部分，主要原因是減小在正常運(yùn)行過程中經(jīng)由所述元件流動(dòng)的阻力，并且在發(fā)生事故的情況下通過沖擊波稀薄化使爆震波變?nèi)?。常?guī)的是設(shè)計(jì)其中元件直徑與管道直徑的比率在2至4的范圍內(nèi)的防止裝置，而大多數(shù)裝置具有約2的比率。如上所述，在本領(lǐng)域中可獲得的大多數(shù)裝置具有由單一類型的多孔介質(zhì)構(gòu)建的元件。在這些裝置的大部分中，這種介質(zhì)稱為"起褶帶(crimpedribbon",其是通過將扁平金屬箔的層成螺旋形巻繞(winding)在起褶的箔層之間形成的。起褶帶元件在流動(dòng)方向上包含許多非連接通道，其中每條通道的橫截面大體上是三角形。三角形孔的特征尺寸(胞格尺寸)根據(jù)氣流的組成和系統(tǒng)性質(zhì)，特別是壓力和溫度而變化。典型地，胞格尺寸是通過在爆炸條件下測試來確定的，并具有與用于氣體混合物的最大試驗(yàn)安全間隙(MESG)相同或更小的數(shù)量級(jí)。在實(shí)踐中，特征橫向尺寸或者胞格尺寸不超過0.5mm。為了某一特定的任務(wù)而指定防止裝置的目的，根據(jù)它們的MESG將氣體分組是合宜的。例如，將在EN12874:2001中爆燃和爆震測試所確定的氣體組與公稱MESG值一起列于表1中。表l:用于爆燃和爆震測試的氣體/空氣混合物的規(guī)格<table>complextableseeoriginaldocumentpage81</column></row><table>除起褶帶以外，使用了許多種其它形式的材料來減弱爆震并防止火焰通過。這些材料的一些實(shí)例包括1.填料床(例如，金屬球、陶瓷球、砂/石塊床)2.金屬絲網(wǎng)(例如，編織網(wǎng)或者針織網(wǎng)填料)3.板(例如，平行板)4.棒和圓柱體5.燒結(jié)金屬6.泡沫(例如，網(wǎng)狀金屬泡沫)7.多孔金屬網(wǎng)(例如處于筒狀形式)8.穿孔板9.液壓(液封防止裝置)(例如，水滅火裝置)爆燃和爆震防止裝置還具有用于根據(jù)它們將完成的任務(wù)將它們分類的其它特征1.在線或者線終端爆燃防止裝置可以被設(shè)計(jì)成適合在線或者線終端用途，而爆震防止裝置一直是在線裝置。2.持久燃燒防止裝置可以被設(shè)計(jì)成在管道系統(tǒng)中的火焰變得穩(wěn)定的條件下運(yùn)行。所述裝置必須被設(shè)計(jì)成防止火焰逆燃到受保護(hù)側(cè)，并且根據(jù)可以防止這種逆燃的時(shí)長，將所述裝置(unit)分為短時(shí)間燃燒的或持久燃燒的。3.裝置可以是單向或者雙向的。在前者的情況下，仔細(xì)地裝配該裝置以確保它在發(fā)生事故的情況下適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行是重要的。存在與這些現(xiàn)有技術(shù)的爆震和爆燃防止裝置的設(shè)計(jì)相關(guān)的各種問題。例如，目前的設(shè)計(jì)對(duì)確定孔徑的MESG的重要性的依賴與將單一介質(zhì)體用于防止裝置元件的實(shí)踐結(jié)合，產(chǎn)生高壓損耗以及大而重，隨之具有高成本的防止裝置。此外，起褶帶元件優(yōu)選用作多孔介質(zhì)的基底(basis)將所述元件限制為圓形，這未必總是適宜的，特別是在預(yù)體積(preiolume)的應(yīng)用(例如在真空泵等中)中裝配這些裝置的時(shí)候。爆燃到爆震轉(zhuǎn)變(DDT)的預(yù)測并不順從于精確的科學(xué)分析。像氣體組成和系統(tǒng)性質(zhì)一樣，DDT的開始可以被諸如管道幾何形狀、存在對(duì)管道系統(tǒng)的侵?jǐn)_(例如墊圈、儀器等)的因素以及其它因素，如表面粗糙度和(例如，來自冷凝的)液體的存在所觸發(fā)。還有一些軼事般證據(jù)，即在某些情形下，被設(shè)計(jì)用于阻止快速爆燃或者穩(wěn)定爆震的裝置可以允許緩慢的爆燃經(jīng)由多孔介質(zhì)傳播。這些因素引起了潛在的安全焦慮，即適于不穩(wěn)定爆震的裝置的大尺寸和高成本導(dǎo)致優(yōu)先指定更輕并且更便宜的爆燃防止裝置。盡管這些裝置被指定具有有限的起動(dòng)(run-up)距離(即潛在的點(diǎn)火源和防止裝置之間的距離)，即對(duì)碳?xì)湎到y(tǒng)為L/D二50，并且對(duì)第I工C(氫氣)組系統(tǒng)為L/D二30(其中L是起動(dòng)距離，并且D是防止裝置的公稱孔徑)，但是通常不易得到所述裝置用于維護(hù)目的。還有工藝條件和/或布局的變化可能使裝置無效的危險(xiǎn)，并且存在這些裝置誤用的客觀風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的各方面尋求克服或者減少上述問題的一個(gè)或者多個(gè)。在美國專利申請2003/0044740中公開的爆震火焰防止裝置包含具有圓柱形金屬絲網(wǎng)篩壁的筒狀滅火元件，所述金屬絲網(wǎng)篩壁包含特別的填充介質(zhì)。通過使其沖擊筒的固體圓頂端并偏轉(zhuǎn)到圍繞所述筒的側(cè)室而吸收沖擊波。這需要具有顯著大于相關(guān)的氣體管道的橫截面的構(gòu)造。而且，沖擊波從固體表面的反射可能是有問題的。已經(jīng)有幾個(gè)阻遏氣管中的爆震的提議，包括用多孔性吸音材料將管壁襯里。一個(gè)實(shí)例是EvansM.W.，GivenF.L和RichesonW.E.的文章，"EffectsofAttenuatingMaterialsonDetonationInductionDistancesinGases",J.App.Phys.26(9)，1111-1113(1955)。在美國專利4，975，098(Lee和Strehlow)中公開了其它提議。提供了用于管道的低壓降爆震防止裝置的配置(arrangement)，其中管壁襯有吸音材料，例如多孔性材料或者金屬絲網(wǎng)。備選地，多條軸向延伸的通道被安置在所述管道內(nèi)，每條通道的壁襯有吸音材料。將可吸收部分安置在兩個(gè)火焰防止裝置之間并其隔開?？晌詹糠值拈L度是管徑的多倍，典型為六倍。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于吸音材料或者金屬絲網(wǎng)所起的作用，所述配置限于200毫巴的初始系統(tǒng)壓力。從其作者之一是US4，975，098的發(fā)明人的文章"TheFailureMechanismofGaseousDetonations:ExperimentsinPorousWallTubes，，，RadulescuM.I.禾口LeeJ.H.S.，CowZwstio"s/Jv^7awe131:29-46(2002)中，清楚的是這些多孔壁結(jié)構(gòu)只能在較低的初始?jí)毫?在2.2和42kPa之間)下使用。在下列文章中公開了高達(dá)50.7kPa的初始?jí)毫Ψ秶?Experimentalstudyofgaseousdetonationpropagationoveracousticallyabsorbingwalls",GuoC.，ThomasG.，LiJ.，禾口ZhangD.，5TocA11:353-359(2002)。Evans等(1955)只發(fā)現(xiàn)，由于吸音壁材料延遲了爆震的開始。實(shí)際上，試驗(yàn)表明爆震波的再加強(qiáng)或者再引發(fā)過程發(fā)生在管道中的有吸音壁的部分的下游，包括在離吸音部分的出口一定距離處的超速爆震的開始。本發(fā)明的方面尋求提供一種改進(jìn)的防止配置，所述防止配置將減弱與爆震或者DDT事故相關(guān)的沖擊波的功能與使火焰/爆燃熄滅的功能分開。本發(fā)明的其它方面尋求提供一種爆震火焰防止裝置，所述爆震火焰防止裝置可以在較高的初始?jí)毫ο逻\(yùn)行并可以經(jīng)得起高的爆震壓力和速度。本發(fā)明另外的方面尋求提供一種爆震火焰防止裝置，所述爆震火焰防止裝置基比特別是具有更大公稱管徑的現(xiàn)有防止裝置短很多。本發(fā)明的方面尋求提供一種爆震火焰防止裝置，所述爆震火焰防止裝置不需要擴(kuò)大部分，即直徑比將其設(shè)置在其中的管道的其余部分更大的部分。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種爆震火焰防止裝置，其包含至少一個(gè)爆震防止元件和至少一個(gè)串聯(lián)設(shè)置的爆燃防止元件，所述爆震防止元件包含多條大體上平行的通道，其特征在于，所述通道沒有互連，且每條通道具有等于或大于O.95mm的特征橫向尺寸。所述特征橫向尺寸可以是例如穿過管的通道的橫截面尺寸。它可以是等效的圓直徑或者水力直徑或者孔尺寸。所述防止裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，其用來隔離氣體中的爆震，并從焰鋒有效地除熱。優(yōu)選地，至少每條通道的內(nèi)壁基本上是平滑的。據(jù)認(rèn)為壁的平滑性將對(duì)氣體導(dǎo)致更小的壓縮效應(yīng)(即具有更小的能量密度)，因此提高減弱性能。另一方面，由多孔壁引起的嚴(yán)重預(yù)壓縮的氣體更易受到爆震的再引發(fā)。最近的作品"HydraulicResistanceasaMechanismforDeflagration-to-DetonationTransition，，，BrailovskyI.禾口SivashinskyG.I.6b/zZ^stj'朋朋t/^7s歷e122:492-499(2000)表明通過多孔矩陣或者粗糙管所施加的水力阻力可能觸發(fā)DDT。在優(yōu)選的配置中，爆震防止元件的長度充分大于爆燃防止元件的長度。在優(yōu)選的配置中，所述因子至少是2，并且在一些優(yōu)選的配置中，所述因子至少是10。通常，可以將爆震防止元件的長度調(diào)節(jié)至對(duì)于爆燃防止元件長度最優(yōu)的尺寸。由于爆燃元件的較小長度，盡管其孔更小，但是它不產(chǎn)生高壓降。由于類似的原因，在包含設(shè)置在兩個(gè)爆震防止元件之間的爆燃防止元件的防止裝置中獲得有利的配置。這樣的防止裝置具有在單個(gè)裝置中提供緊湊、通用的防止裝置的特別的優(yōu)點(diǎn)，從而可以用于不同氣體的不同應(yīng)用中。因?yàn)樗梢员淮罅恐圃於@益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)節(jié)約性，因此它還可以在許多場合被指定，即使其性能比所需更高也是如此，因?yàn)樗峁┝祟~外的安全因數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種爆震火焰防止裝置，其包含至少一個(gè)爆震防止元件和至少一個(gè)串聯(lián)設(shè)置的爆燃防止元件，所述爆震防止元件包含多條大體上平行的通道，其特征在于，所述通道的壁是無孔，并且每條通道具有等于或大于0.95mm的特征橫向尺寸。這些無孔壁是實(shí)心的，并且是不透氣的。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種爆震火焰防止裝置，其包含至少一個(gè)爆震防止元件和至少一個(gè)串聯(lián)設(shè)置的爆燃防止元件，所述爆震防止元件包含多條大體上平行的通道，其特征在于，所述通道的壁具有聲音反射材料且每條通道具有等于或大于O.95mm的特征橫向尺寸。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供包含多條大體上平行的通道的爆震防止裝置，其特征在于，所述通道沒有互連，且每條通道具有等于或大于O.95匪的特征橫向尺寸。這種防止裝置適用于在其中己經(jīng)安裝爆燃防止裝置元件的情形下的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種抑制在氣體中的爆震的方法，所述方法包括安置至少一個(gè)爆燃防止元件和包含多個(gè)大體上平行的通道的至少一個(gè)爆震防止元件，其特征在于，每個(gè)通道具有在MESG和s(或者s/兀)之間的特征橫向尺寸，其中"s"是氣體的爆震胞格寬度(detonationcellwidth)。所述氣體通常是各種氣體的混合物。優(yōu)選地，所述特征橫向尺寸是s/(4兀)?？傮w而言，所述值應(yīng)該是s/兀，但是對(duì)H2是s/2。此處所用的s/(4兀)值是由于安全因數(shù)，并允許研制更短的爆震防止元件，從而降低所述裝置的總尺寸和重量。在優(yōu)選實(shí)施方案中的爆震防止元件的長度至少是爆燃防止元件的長度的10倍，特別是在爆燃防止元件具有燒結(jié)網(wǎng)紗層壓材料時(shí)。然而，可以使用相似長度的爆震防止元件，但是其至少是爆燃防止元件的長度的兩倍，特別是在爆燃防止元件由起褶帶組成時(shí)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將一些或者全部元件安置在管道的徑向放大部分中。這種配置降低管道中的壓降。在另一實(shí)施方案中，所有的組件被安置在具有與相鄰管道相同的直徑的部分管道中。這樣的配置可以節(jié)省管道周圍的空間，避免在管道中引入彎管的需要，并便于在適合的情形下改進(jìn)。現(xiàn)在將參照附圖僅通過實(shí)施例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中圖l是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的防止裝置的示意側(cè)視圖2是第一防止裝置組件(即爆震防止元件)的一部分的橫截面圖3是第二防止裝置組件(即爆燃防止元件)的一部分的橫截面圖4一7分別是本發(fā)明的第二、第三、第四和第五實(shí)施方案的示意截面?zhèn)纫晥D圖8是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方案的防止裝置的側(cè)截面圖9a是圖8的防止裝置的主截面的左側(cè)端視圖，顯示了其第一組件；圖9b是圖8的防止裝置的主截面的側(cè)截面圖9c是圖8的防止裝置的主截面的右側(cè)端視圖，顯示了其第二組件；以及圖10是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方案的防止裝置的側(cè)截面圖。參照附圖，圖i顯示了根據(jù)第一實(shí)施方案的爆震火焰防止裝置10。所述防止裝置串聯(lián)連接在具有直徑"d"的氣體管道ll的相鄰長度(length)之間。所述防止裝置位于直徑D典型為"d"的兩倍的管道的加寬部分17。通過軸長為b并且限定相對(duì)軸向的角度的各個(gè)錐形部分27將所述部分17連接到管道的各個(gè)相鄰長度上。等于90。的角度對(duì)應(yīng)管道壁中的垂直階梯。所述防止裝置包含第一組件12，所述第一組件12包含非連接的管狀通道14的矩陣。這些通道15的橫截面示于圖2中。在本實(shí)施例中，所述通道14被顯示為將橫截面鑲嵌成小方格。管的陣列孔大于在常規(guī)火焰防止裝置中使用的孔。第一組件的長度"f"是約10cm。組件12用來使與沿著管道11傳播的爆震相關(guān)的沖擊波衰減。位于由箭頭18所示的氣流方向的緊接組件12的下游的是第二組件23。所述組件23的多孔介質(zhì)24可以采用如圖3所示的曲折連接通道或者非連接通道的矩陣的形狀。這些孔的有效直徑典型地在O.IO—O.15腿的范圍中，并可以與在爆燃防止元件中使用的那些相似。第二組件的長度l典型地是6mm;注意，圖l不是按比例畫出。組件23用來熄滅從組件12傳播的火焰。組件12、23的組合長度可以對(duì)照相應(yīng)的單個(gè)常規(guī)組件(用于既防止爆震又防止爆燃)的長度8—10cm，通常約為10cm。因此，所述組件12長于或者相似于相應(yīng)的常規(guī)組件，但是組件23短得多。當(dāng)設(shè)計(jì)特定的防止裝置10時(shí)，選擇管15的特征橫向尺寸"a"(對(duì)應(yīng)于圓管的直徑)，使得爆震不能通過所述管15傳播。這依賴于多種因素，包括管道ll中的氣體系統(tǒng)的性質(zhì)、氣體速度和氣體壓力，并且還應(yīng)該包括安全裕度。對(duì)于在大氣壓下的化學(xué)計(jì)量的燃料-空氣混合物，存在爆炸混合物的最小橫向爆震胞格尺寸"s"，參看表2。對(duì)于圓管，低于其而使暴震不能在管中傳播的管徑典型地在s除以2和s除以兀之間。理論上，單頭自旋爆震的開始是極限條件，且這對(duì)應(yīng)于具有與半爆震胞格寬度s/2對(duì)應(yīng)的管徑的情形。在實(shí)踐中，值"a"可以在MESG和s(或者s/2)之間的范圍中選擇，但是進(jìn)行優(yōu)化。在空氣中的四種典型氣體的一些數(shù)據(jù)示于表2中，其中氣體是以關(guān)于減弱沖擊波的難度增加的順序排列的。對(duì)于每一種在空氣中的氣體，尺寸"a"的一個(gè)實(shí)例示于表2中。尺寸"a"是主要參數(shù)，并且具有上限s。"f"依賴于"a"。表2(所有尺寸以毫米為單位)<table>complextableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>組件12的長度"f"應(yīng)該足夠大以在多孔介質(zhì)23之前驅(qū)散沖擊波。對(duì)于每種氣體，"f"的一個(gè)實(shí)例示于表2中。對(duì)于更小的"a"值，需要更短的長度"f"來減弱沖擊波。原則上，長度"f"的值不依賴于防止裝置的尺寸(由管連接的公稱管徑"d"表示)。因此，對(duì)于更大的防止裝置，新設(shè)計(jì)的總尺寸將比常規(guī)裝置更小，因?yàn)檫@些的長度隨著"d"增加而趨向于增加。根據(jù)管道的直徑"d"，在表2中給出錐形部分27的長度"b"以及部分27的較寬端和第二組件23的中心線之間的距離"c"的實(shí)例。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，管15具有在0.05至0.75腿，最優(yōu)選O.IO至O.25誦的范圍中的壁厚。上述尺寸只是基于各種假設(shè)例如氣體管道ll具有在5cm至15cm的范圍內(nèi)的直徑以及火焰速度以500800m/s離開多孔介質(zhì)，給出了大致的指標(biāo)。.由于在邊界層的外緣的燃燒區(qū)中的氣體速度(viscosity)的不確定性，各種尺寸以及特別是衰減長度"f"應(yīng)該通過試驗(yàn)確定。在實(shí)際的應(yīng)用中，尺寸"a"和"f"應(yīng)該被優(yōu)化以增加滅火效率并且使裝置更緊湊。在氣體是在空氣中的乙烯時(shí)的一個(gè)實(shí)例具有下列特征a=5mmf=240mm壁厚=0.0762腿組件23是燒結(jié)網(wǎng)紗層壓材料或者起褶金屬帶。用于空氣中的乙烯的另一個(gè)實(shí)例具有下列特征a二2腿f=80mm組件23是燒結(jié)網(wǎng)紗層壓材料或者起褶金屬帶。在防止裝置10的使用中，在箭頭18的方向上傳播的爆震產(chǎn)生的壓力或者沖擊波遭遇第一組件12。考慮到上述參數(shù)，這防止爆震到達(dá)第二組件23。只有爆燃反應(yīng)鋒到達(dá)第二組件23，并在介質(zhì)中熄滅。根據(jù)本發(fā)明的防止裝置可以被用于氣體一空氣和氣體一氧氣混合物。上述防止裝置具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，跨過復(fù)合系統(tǒng)的流動(dòng)阻力小于包含多孔介質(zhì)的常規(guī)爆震火焰防止裝置的流動(dòng)阻力。這基于無需受到對(duì)爆震的MESG標(biāo)準(zhǔn)的依賴性的限制的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。因此，具有跨過裝置的更小壓降。乍看，這種更寬孔的使用看起來是不直觀(counter-intuitive)的，但是確實(shí)被爆震物理學(xué)支持。結(jié)果，防止裝置10具有一定程度的設(shè)計(jì)自由度，即因?yàn)榇嬖诟〉谋谎a(bǔ)償?shù)膲航?，并且爆震波可以被組件12減弱，所以可以減小部分17的直徑D。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于復(fù)合介質(zhì)的重量和成本比在常規(guī)防止裝置中通常所用的更小。在大的系統(tǒng)上，這具有在高位置安裝的顯著優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)表明，與美國專利4,975，098(Lee和Strehlow)中所公開的防止裝置相比，根據(jù)本發(fā)明的上述防止裝置可以在高很多的初始?jí)毫ο逻\(yùn)行(例如高達(dá)l.6巴)。支持Lee和Strehlow的專利中所描述的發(fā)明的理論基礎(chǔ)并不清晰。在該專利的一個(gè)實(shí)施方案中，他們描述了一種構(gòu)造，其中"可以將吸收劑設(shè)置在有多孔壁的管束配置中，所述管束配置被插入管中使得管的軸平行于管的中心"。在該配置中，據(jù)認(rèn)為通道壁的多孔性允許氣體流動(dòng)穿過相鄰?fù)ǖ赖谋?，從而改變爆震的?dòng)力學(xué)，包括相鄰的通道之間的爆震相互作用。另一方面，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的通道壁不具有在通道之間的連接，所以防止了這種連接。此外，優(yōu)選實(shí)施方案的通道壁基本上是平滑的，并且據(jù)認(rèn)為通道中的氣體被壓縮得較少(即具有更小的能量密度)，因此更不易受爆震的再引發(fā)。在其發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，Lee和Strehlow描述了其中管壁襯有吸音材料的配置。所述壁是不可滲透的，因此上述機(jī)理不能適用于這種情況。他們的發(fā)明的該實(shí)施方案可能依賴的機(jī)理是在吸音材料中或者通過吸音材料減弱橫向波。但是，在根據(jù)Radulescu和Lee(2002)的最新作品中，"橫向波對(duì)爆震的傳播機(jī)理的重要作用的結(jié)論性證據(jù)仍然缺乏"。該論文還指出，對(duì)于具有均勻的蜂窩結(jié)構(gòu)以及更弱的橫向波的系統(tǒng)，在爆震傳播機(jī)理中爆震橫向波并沒有起到重要作用，即，在氣體爆震的失效機(jī)理中橫向波的減弱并不總是起到重要作用。更顯著且更重要的是，包括Lee的作品的試驗(yàn)表明，由吸音多孔壁所導(dǎo)致的爆震波的迅速減弱受限于較低的初始?jí)毫?。另一方面，在更高的初始?jí)毫ο?，有多孔壁的管可能?dǎo)致高得多的水力阻力和對(duì)氣體更嚴(yán)重的預(yù)壓縮效應(yīng)。再引發(fā)爆震的長度隨著初始?jí)毫Φ脑黾佣鴾p小。此外，Lee和Strehlow所需的距離2D在本發(fā)明的實(shí)施方案中是不允許的，因?yàn)樵摼嚯x將導(dǎo)致在離開衰減部分時(shí)再產(chǎn)生爆震，且初始的C-J爆震速度將恢復(fù)。可以對(duì)前述配置進(jìn)行各種修改。組件12內(nèi)的管或通道的橫截面可以具有任何適宜的形狀，特別是精確或者近似的三角形、正方形、矩形、平行四邊形、蜂窩、其它多邊形、圓形或者其它彎曲的外形。除起褶帶或者燒結(jié)網(wǎng)紗層壓材料以外，組件23內(nèi)的通道可以是針織網(wǎng)、閉合管、填充介質(zhì)的任意填充顆粒、其間具有通道的固體棒元件、或者其間具有狹縫的平行板元件的通道。金屬泡沫構(gòu)件可以用于提供另外的傳熱表面以應(yīng)付爆燃。由于只要求組件12減弱沖擊波和使爆震熄滅，所以它可以由除鋼以外的材料制成，其設(shè)計(jì)必須能夠經(jīng)得起由沖擊波導(dǎo)致的徑向壓縮負(fù)荷。備選的材料可以包括其它金屬和合金、碳和其它復(fù)合材料、聚合物和其它塑料、玻璃以及陶瓷。這能夠節(jié)省重量和成本，特別是在這是兩個(gè)組件中的較大者時(shí)。這些材料是以實(shí)心壁形式被安置的，但是所述表面可以用各種形式的涂層來處理以得到對(duì)化學(xué)侵蝕的抵抗力，并且經(jīng)得起由沖擊波所導(dǎo)致的機(jī)械負(fù)荷，且還得到最佳的表面狀態(tài)。另外，可以使用下列生產(chǎn)方法中的任何一種形成所述組件制造(例如成型、焊接、壓制、擠出)、澆鑄(casting)或者模塑。在爆震防止組件12的備選或者另外的變型中，爆震防止元件可以由每個(gè)具有相同或不同的孔的兩個(gè)或更多個(gè)部分形成，并且一些或者所有通道可以傾斜于防止裝置的中心縱軸。此外，單個(gè)部分內(nèi)的孔的尺寸和/或形狀可以基于例如組件表面上的指定分布而變化。為了保護(hù)組件12的前部免受沖擊波的直接沖擊所致的損壞，它可以配置有起褶金屬帶的薄件、穿孔板、線柵或金屬絲網(wǎng)。已經(jīng)測試了四個(gè)原型的公稱管徑為50mm的不穩(wěn)定爆震防止裝置。這些原型裝置是具有不同的元件組合的不同構(gòu)造的裝置，其中爆震減弱元件具有不同的孔和衰減長度(蜂窩芯的)?？傮w上，測試結(jié)果證實(shí)，爆震波被爆震防止元件有效地減弱了，并確實(shí)變成爆燃。使用不穩(wěn)定爆震防止裝置的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12874:2001的試驗(yàn)規(guī)程的體制，對(duì)于氣體組IIB3(6.5%乙烯和空氣)，分別在1.25巴和L4巴的初始?jí)毫ο拢晒y試了雙向和單向爆震防止裝置兩者都阻止火焰?zhèn)鞑サ绞鼙Ｗo(hù)側(cè)在試驗(yàn)中，根據(jù)本發(fā)明的如圖10中所示的雙向防止裝置在對(duì)氣體組工IB3(6.5%乙烯和空氣)、1.25巴的初始?jí)毫ο碌娜魏伪己筒环€(wěn)定爆震測試中成功防止了火焰?zhèn)鞑サ绞鼙Ｗo(hù)側(cè)，所述雙向防止裝置包含蜂窩芯的爆震防止元件和燒結(jié)網(wǎng)紗層壓材料的爆燃防止元件。另一方面，爆震防止裝置顯著地減小了跨過防止裝置的壓降，即，它證實(shí)了比常規(guī)爆震防止裝置低得多的壓降，因此適用于化學(xué)、石油化學(xué)、能量輸送和管道工業(yè)方面的廣泛應(yīng)用。此處值得提及的是稱為"壓力積聚"的現(xiàn)象。當(dāng)沖擊(或者燃燒)波沿著其中存在流動(dòng)限制(例如火焰防止裝置)的管傳播時(shí)，在緊接限制處的上游的未燃燒氣體承受增加的壓力。因此，盡管在即將點(diǎn)燃之前的管中的系統(tǒng)壓力可能略大于大氣壓(例如1.4巴)，但是在即將爆震之前的氣體壓力可能比這高幾倍(例如5巴)。在爆震過程中釋放的能量與氣體壓力相關(guān)，此外，這種關(guān)系不是線性的。因此，如果壓力積聚作用明顯，則在防止裝置的入口的沖擊波壓力可能很明顯更高，并且可能導(dǎo)致防止裝置傳播導(dǎo)致災(zāi)難的火焰。因此，具有其中跨過裝置的壓降盡可能地小以將壓力積聚作用降至最低的裝置具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，這是通過在與常規(guī)裝置相比時(shí)用于減弱爆震的更大的孔通道以及與爆燃元件相關(guān)的較低流動(dòng)阻力實(shí)現(xiàn)的。所述防止裝置的構(gòu)造是柔性的，且它可以被設(shè)計(jì)成適合采用任何氣體組的任務(wù)一關(guān)于爆震胞格寬度的數(shù)據(jù)對(duì)于所有主要的氣體都得到了很好的證明。所述構(gòu)造開辟了設(shè)計(jì)用于在EN12874中確定的每一個(gè)氣體組的"通用"防止裝置的可能性。這致使對(duì)每個(gè)氣體組處理不穩(wěn)定和穩(wěn)定爆震以及爆燃的一個(gè)產(chǎn)品代替了用于這些任務(wù)的現(xiàn)有三個(gè)獨(dú)立產(chǎn)品。所述設(shè)計(jì)可以適于預(yù)體積的應(yīng)用一即，它不僅僅限于圓形管道系統(tǒng)。所述防止裝置可以由使其能夠在腐蝕環(huán)境中使用的材料構(gòu)建。清潔更容易并且維護(hù)更廉價(jià)，制造過程更簡單，并且在過程控制方面的制造公差(manufacturingtolerances)問題更少。另外，可以將所述防止裝置改進(jìn)成現(xiàn)有的爆燃防止裝置。如果需要，則部分17內(nèi)的組件12、23不必處于緊密接觸狀態(tài)。組件12、23之間的隔體可以是金屬絲網(wǎng)紗、線柵或者金屬絲網(wǎng)或者任何其它類型的支持環(huán)/桿?？梢园仓枚嘤谝环N類型的第一和/或第二組件。在圖4的防止裝置40中，例如，另一個(gè)第二組件23'位于組件23的下游并與組件23隔開。這得到了額外的安全因數(shù)。在圖5的防止裝置50中，單個(gè)組件23被夾在兩個(gè)第一組件12、12'之間。這形成了可以在任一方向上處理氣流和爆炸的雙向防止裝置。在一種變型中，如果需要，則可以將組件12、12'的一個(gè)或二個(gè)與組件23隔開。在另一種變型中，可以將另外的組件對(duì)增加到所述夾層結(jié)構(gòu)中。在圖6的防止裝置60中，在將滅火組件23保持在加寬部分17中的情況下，將第一組件12"安置在公稱管徑d的管道ll的一部分中。尺寸"a"和長度"f"是根據(jù)與圖l的實(shí)施方案相同的標(biāo)準(zhǔn)確定的。組件12"可以部分延伸到加寬部分17中。在圖7的防止裝置70中，完全省去加寬部分17，且將組件12和23都安置在公稱直徑的管道ll的一部分中。這對(duì)應(yīng)于等于O的角度a(在圖l中)。尺寸"a"和長度"f"是根據(jù)與圖l的實(shí)施方案相同的標(biāo)準(zhǔn)再次確定的。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于沒有必要改變管道的直徑，這意味著不需要額外的空間。如果需要，則這允許防止裝置70容易被改成現(xiàn)有的管道。本發(fā)明的第六實(shí)施方案是在圖8和9中依比例確定而示出的。防止裝置80包含第一組件12和第二組件23，所述第一組件12和第二組件23被安置成通過法蘭組件81至84以及錐形部分85連接到管道11上。組件12的各個(gè)管87具有6mm的外徑和5mm的內(nèi)徑。組件12和23在具有固定翼片89的外殼88中位于彼此直接相鄰處。本發(fā)明的第七實(shí)施方案示于圖10中。位于氣流18中的防止裝置90包含擴(kuò)大部分91，其目的在于允許防止裝置元件具有比與其連接的入口管97的直徑(d)更大的直徑(D)。這允許跨過所述系統(tǒng)的壓降減小至可接受的水平。所述防止裝置還包含元件外殼92，所述元件外殼92實(shí)際上作為管的直線長度，容納有第一爆震波減弱元件93，所述第一爆震波減弱元件93被設(shè)計(jì)成調(diào)制所述波，并將在其進(jìn)入爆燃元件之前的火焰速度從超音速減小到亞音速。所述防止裝置還包含爆燃防止裝置元件94，所述爆燃防止裝置元件94被設(shè)計(jì)成通過從焰鋒至滅火元件和支持結(jié)構(gòu)的傳熱而防止火焰?zhèn)鞑?，或者通過除去反應(yīng)中間體(例如自由基)而防止化學(xué)反應(yīng)向下傳播到管中，從而熄滅火焰。還提供一種與元件93相同(或者不同)構(gòu)造的第二爆震波減弱裝置95以形成雙向防止裝置。支持環(huán)或者桿96由堅(jiān)固得足以經(jīng)得起與焰鋒/沖擊波相關(guān)的壓力波負(fù)荷的材料構(gòu)建?？s小部分98被設(shè)計(jì)成將所述元件連接到出口管/法蘭99。通過外殼92將各種組件固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。基于圖10的防止裝置成功通過了在不穩(wěn)定爆震和爆燃條件下的火焰?zhèn)鞑ピ囼?yàn)。圖10的實(shí)施方案可以是以各種方式修改的。元件直徑與管徑的比率(D/d)可以取任何值，包括其中它具有單位值的"理想"情況。這是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵?3可以有效地減弱爆震波，且還因?yàn)榕c本領(lǐng)域中可獲得的其它產(chǎn)品相比，可以跨過這種裝置獲得的優(yōu)先壓降。在其中所述元件具有與管道系統(tǒng)相同的直徑的情況下，不需要擴(kuò)大部分91和縮小部分98。這些組件可以被適于管道系統(tǒng)自身中的設(shè)計(jì)壓力的單個(gè)法蘭替換。如上所述的裝置是雙向的，但是只通過移除第二減弱元件95和一組支持桿96，可以被制造成單向防止裝置。這具有降低尺寸、重量、成本和成品裝置內(nèi)的壓降的優(yōu)點(diǎn)D然而，它需要在所述裝置上清楚地標(biāo)記氣流方向以避免安裝中的人為錯(cuò)誤。所述沖擊波減弱裝置93和95可以與一個(gè)或多個(gè)爆燃元件94一起使用，所述爆燃元件94由包括下列的多種材料構(gòu)建燒結(jié)網(wǎng)紗層壓材料起褶金屬帶燒結(jié)金屬填料各種材料的填料床編織網(wǎng)/金屬絲網(wǎng)紗/網(wǎng)紗層針織網(wǎng)填料金屬泡沫金屬丸陶瓷填料，和/或者板組件(平行板和穿孔板)支持桿用作隔離元件。它們可以由金屬絲網(wǎng)紗、線柵、金屬絲網(wǎng)或者其它適合的材料制成?？梢愿淖兯鲋С謼U96的厚度以調(diào)節(jié)不同元件之間的間隙，并在其中元件面彼此接觸的情況下將其可以減小至o。重要的是以這種方式使所述間隙大小合適以避免焰鋒加速回到爆震條件，同時(shí)利用對(duì)增加傳熱效率的喘流效應(yīng)。防止裝置組件不必處于直管形式。可以將所述元件以允許出口管相對(duì)于入口(即，在防止裝置中的偏心擴(kuò)大和/或縮小部分或右傾斜的彎管等)在不同的空間取向上的方式來組裝。所述管道系統(tǒng)不必是圓柱形的?？梢詫⑾到y(tǒng)設(shè)計(jì)成其它的橫截面形狀，例如矩形導(dǎo)管或者甚至不規(guī)則的孔隙(例如，用于預(yù)體積的應(yīng)用，如泵)?？梢栽O(shè)計(jì)裝置使得沖擊波減弱元件93和95位于直徑與系統(tǒng)管相同的管長度內(nèi)，但是爆燃元件94容納于管的擴(kuò)大部分中(可以或者可以不位于外殼的中間)。在將壓降控制在可接受水平內(nèi)，同時(shí)特別是對(duì)大尺寸的防止裝置用來減小重量并削減成本方面，這可以是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在沒有第二減弱元件95或爆燃元件94的情況下構(gòu)建的單向裝置可以用于將現(xiàn)有的爆燃元件轉(zhuǎn)變?yōu)楸鹧b置。這可以是只通過將所述防止裝置裝配到例如在線爆燃防止裝置的未受保護(hù)側(cè)上來實(shí)現(xiàn)的。還可以通過將這種普通的組件與其它爆震調(diào)制器和/或折向板等組合改進(jìn)所述裝置。由于所述裝置的重量和成本與自乘至二次冪的元件直徑成正比，所以在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中將元件直徑減小到與管徑相同的能力對(duì)降低重量和成本具有顯著的影響。在現(xiàn)有技術(shù)的配置中，爆燃或者爆震防止裝置的性能依賴于氣體混合物的性能(MESG)和初始?jí)毫?。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，沒有必要將爆震減弱元件的孔如此嚴(yán)格地控制在窄的公差內(nèi)。所述裝置的爆震減弱元件可以具有火焰保持能力，特別是，所述孔接近熄火直徑?？梢栽谛枰獣r(shí)將各種實(shí)施方案和實(shí)施例的特征組合或者互換。權(quán)利要求1.一種爆震火焰防止裝置(10)，其包含至少一個(gè)爆震防止元件(12)和至少一個(gè)串聯(lián)設(shè)置的爆燃防止元件(23)，所述爆震防止元件(12)包含多條大體上平行的通道，其特征在于，所述通道沒有互連，并且每條通道具有等于或大于0.95mm的特征橫向尺寸。2.根據(jù)權(quán)利要求l的防止裝置，其中至少每條通道的內(nèi)壁基本上是平滑的。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的防止裝置，.其中所述尺寸等于或大于lmm。4.根據(jù)權(quán)利要求3的防止裝置，其中所述尺寸等于或大于1.5mm。5.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求的防止裝置，其中所述爆震防止元件(12)的長度比所述爆燃防止元件(23)的長度大很多。6.根據(jù)權(quán)利要求5的防止裝置，其中所述爆震防止元件(12)的長度至少是所述爆燃防止元件(23)的長度的兩倍。7.根據(jù)權(quán)利要求5的防止裝置，其中所述爆震防止元件(12)的長度至少是所述爆燃防止元件(23)的長度的十倍。8.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求的防止裝置，其中將所述防止元件(12、23)彼此直接相鄰地設(shè)置。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的防止裝置(60;90)，其中將所述防止元件(12"，23;93,94)隔開。10.根據(jù)權(quán)利要求9的防止裝置，其中通過支持元件(96)將所述防止元件(93、94)隔開。11.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求的防止裝置(50;90)，其包含爆燃防止元件(23;94)，所述爆燃防止元件(23;94)被設(shè)置在兩個(gè)爆震防止元件(12，12，;93，95)之間。12.—種爆震火焰防止裝置(IO)，其包含至少一個(gè)爆震防止元件(12)和至少一個(gè)串聯(lián)設(shè)置的爆燃防止元件(23)，所述爆震防止元件(12)包含多條大體上平行的通道，其特征在于，所述通道的壁是無孔的，且每條通道具有等于或大于O.95mm的特征橫向尺寸。13.—種爆震火焰防止裝置(IO)，其包含至少一個(gè)爆震防止元件(12)和至少一個(gè)串聯(lián)設(shè)置的爆燃防止元件(23)，所述爆震防止元件包含多條大體上平行的通道，其特征在于，所述通道的壁具有聲音反射材料，并且每條通道具有等于或大于O.95mm的特征橫向尺寸。14.一種使用根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求的防止裝置抑制在氣體中的爆震的方法，其中所述氣體具有爆震胞格寬度"s"，且所述特征橫向尺寸等于或小于s，而大于其MESG。15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述特征橫向尺寸等于或大于s/(4兀)。16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述特征橫向尺寸等于或大于s/8。17.—種氣體管道，所述氣體管道在其擴(kuò)大部分中合并根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)的防止裝置。18.—種氣體管道(11)，所述氣體管道(11)合并根據(jù)權(quán)利要求l至13中任一項(xiàng)的防止裝置，其中所述管道的所述防止裝置和其余部分的橫截面積基本上相同。19.一種爆震防止裝置(10)，其包含多條大體上平行的通道，其特征在于，所述通道沒有互連，且每條通道具有等于或大于O.95mm的特征橫向尺寸。20.—種抑制在氣體中的爆震的方法，所述方法包括安置至少一個(gè)爆燃防止元件(23)和至少一個(gè)包含多條大體上平行的通道的爆震防止元件(12)，其特征在于，每條通道具有等于或小于s，而大于其MESG的特征橫向尺寸，其中"s"是所述氣體混合物的爆震胞格寬度。21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述特征橫向尺寸等于或大于s/(4兀)。22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述特征橫向尺寸等于或大于s/8。全文摘要一種在氣體管道(11)中的爆震火焰防止裝置(10)，其包含爆震防止元件(12)和獨(dú)立的爆燃防止元件(23)，所述爆震防止元件包含平行的通道，所述通道具有與所述管道中的氣體的爆震胞格寬度相同數(shù)量級(jí)的典型橫向尺寸。所述通道的壁具有無孔材料，所以所述通道不是連接的。所述元件(12，23)可以是隔開或者接觸的。所述元件可以位于所述管道的擴(kuò)大部分(17)或者所述管道本身中。文檔編號(hào)A62C4/02GK101198380SQ200680021402公開日2008年6月11日申請日期2006年4月21日優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日發(fā)明者格雷厄姆·阿瑟·戴維斯,洪道敏,馬丁·雷蒙德·庫林申請人:尼麥西有限公司