石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范阻火器原理

阻火器，這一安裝在儲罐或排放可燃氣體和易燃液體蒸汽的管道上的安全附件，旨在阻止回火引發(fā)的火焰?zhèn)鞑ァＦ湓碓谟谕ㄟ^殼體和濾芯的巧妙設(shè)計，將火焰細分為眾多小段，并通過強化傳熱來降低火焰溫度，進而阻斷其蔓延。此外，狹窄的通道設(shè)計使得自由基與通道壁的碰撞幾率增加，自由基數(shù)量大幅減少，從而有效扼制火焰向未燃氣體傳播。這一裝置最初在石油工業(yè)中應(yīng)用，現(xiàn)已廣泛拓展至礦山、煤礦、水運及化學(xué)工業(yè)等多個領(lǐng)域。

石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范阻火器的分類

阻火器有多種分類方法。根據(jù)其性能，阻火器可分為阻爆燃型和阻爆轟型。阻爆燃型主要用于阻止亞音速火焰蔓延，而阻爆轟型則用于阻止音速和超音速火焰蔓延。此外，阻火器還可根據(jù)使用場合進行分類，包括放空阻火器和管道阻火器。放空阻火器通常安裝在儲罐或槽車的放空管道上，以防止外部火焰?zhèn)魅搿Ｋ鼈兎譃楣芏诵秃推胀ㄐ停渲泄芏诵蜑樽璞夹停敳垦b有溫度控制開啟的防風(fēng)雨帽以防止灰塵和雨水進入。管道阻火器則安裝在密閉管路系統(tǒng)中，以防止火焰在管路系統(tǒng)中蔓延。

另外，阻火器還可根據(jù)濾芯的不同進行分類，包括充填型、板型、金屬網(wǎng)型、波紋型和液封型等。NFPA69《防爆系統(tǒng)標準》對阻火器的安裝位置和燃燒類型等進行了詳細規(guī)定。

石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范的選型

在特定條件下，選擇合適的阻火器至關(guān)重要，因為它能有效阻止火焰的傳播。然而，每種阻火器都有其特定的適用范圍，超出這個范圍就無法保證其阻火效果。因此，在進行阻火器選型時，必須綜合考慮多種因素。

首先，需要明確阻火器的使用位置、所處理的介質(zhì)類型（即爆炸級別），以及操作工況（如壓力、溫度）等基本要素。根據(jù)這些信息，可以進一步劃分是選用管道型還是管端型阻火器。例如，安裝在管道端部或儲罐頂部時，應(yīng)選擇管端型阻火器；而在封閉的管道系統(tǒng)中，為了防止未保護側(cè)的火焰蔓延到被保護側(cè)，則應(yīng)選用管道型阻火器。

接下來，根據(jù)安裝位置、介質(zhì)類型和操作工況來確定燃燒工況，從而完成阻火器的初步選型。火焰在管道內(nèi)的傳播速度受到多種因素的影響，包括介質(zhì)種類、管道溫度和壓力等。此外，阻火器與點火源之間的距離、安裝位置以及管道形狀也會對火焰?zhèn)鞑ギa(chǎn)生影響。因此，在選型時需要特別注意這些因素。

一旦初步選型確認，還需要進一步考慮其他參數(shù)，如阻火器的連接方式、通氣量、允許壓降等。同時，阻火器的殼體和阻火芯的材質(zhì)、設(shè)計標準以及是否需要伴熱夾套等也是選型時需要考慮的重要因素。

在實際工程設(shè)計中，由于工況往往較為復(fù)雜，介質(zhì)通常為氣體混合物，燃燒工況也多種多樣。因此，在選型過程中需要格外謹慎，綜合考慮各種因素以確保所選阻火器能夠滿足實際需求。特別需要注意的是介質(zhì)類型這一因素，它直接影響到阻火器的分級和選用。
在阻火器的選型過程中，確定介質(zhì)類型是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。這通常依據(jù)介質(zhì)的MESG值來進行劃分。MESG值是實驗室測試結(jié)果的重要指標，它反映了氣體或蒸汽混合物在特定條件下的點燃特性。

對于純組分的可燃氣體和蒸氣，其MESG測試值可參考《爆炸性環(huán)境第20-1部分：氣體和蒸汽物質(zhì)特性分級一試驗方法和數(shù)據(jù)》IEC60079-20-1：2010。而對于多組分的可燃氣體和蒸氣混合物，確定MESG值的方法則包括咨詢專業(yè)機構(gòu)、委托測試，或者采用危險性組分的最小MESG作為混合物的MESG。此外，還可以應(yīng)用經(jīng)驗式進行計算，如《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》（GB50058-2014）中引用的估算方法。

EN ISO16852標準將爆炸性氣體混合物依據(jù)其MESG值劃分為七個爆炸等級，包括ⅡAIA、IBIBIBⅡB和ⅡC。每個等級都可能存在爆燃、穩(wěn)定爆轟和非穩(wěn)定爆轟等不同情況。這些信息對于正確選型阻火器具有重要意義。阻火器通過阻火層將進入的火焰分割成細小的股流，并結(jié)合傳熱效應(yīng)和器壁效應(yīng)迅速熄滅這些小火焰，從而保障工業(yè)生產(chǎn)的安全。其核心構(gòu)造包括阻火層、殼體以及連接件。進入阻火器的火焰被精細分割，依靠氣體冷卻和器壁效應(yīng)的共同作用迅速熄滅。

? 石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范阻火器的分類

阻火器可以根據(jù)性能、使用場所和結(jié)構(gòu)進行分類。

? 根據(jù)性能分類

① 阻爆燃型阻火器主要用于阻止亞音速傳播的火焰蔓延。

② 阻爆轟型阻火器用于阻斷音速或超音速傳播的火焰蔓延。

? 根據(jù)使用場所分類

放空阻火器和管道阻火器根據(jù)安裝位置和功能細分為不同類型。

? 放空阻火器

放空阻火器通常安裝在儲罐的放空管道上，防止外部火焰?zhèn)魅搿Ｋ?strong>管端型和普通型：

a. 管端型放空阻火器與大氣相通，頂端裝有溫度控制開啟的防風(fēng)雨帽，通常為阻爆燃型。

b. 普通型放空阻火器兩端均與管道相連，可進一步分為阻爆燃型和阻爆轟型。

? 管道阻火器

它被安裝在密閉的管路系統(tǒng)中，防止一端火焰蔓延至另一端。管道阻火器同樣分為阻爆燃型和阻爆轟型。

? 結(jié)構(gòu)分類

阻火器按結(jié)構(gòu)分為充填型、板型（包括平行板型和多孔板型）、金屬網(wǎng)型、液封型和波紋型。

02石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范阻火器的應(yīng)用場合

? 放空阻火器的設(shè)置

在儲罐放空管道及溫度達到閃點的環(huán)境中需設(shè)置放空阻火器。根據(jù)《石油庫設(shè)計規(guī)范》(GB 50074)，對于閃點≤43℃的油品、化學(xué)品儲罐和槽車的放空管道，應(yīng)安裝阻火器。同時，當(dāng)儲罐和槽車內(nèi)物料的工作溫度達到或超過其閃點時，也應(yīng)在放空管道上設(shè)置阻火器。

? 管道阻火器的設(shè)置

用于爆炸性混合氣體管道，入口處需設(shè)置管道阻火器，以防止火焰蔓延。輸送可能產(chǎn)生爆燃或爆轟的爆炸性混合氣體的管道，應(yīng)在接收設(shè)備入口處設(shè)置阻火器。

03石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范阻火器的選用

? 阻火器選擇原則

選擇阻火器時，需要根據(jù)使用場所、介質(zhì)特性及安全標準確定類型。首先，確定是采用放空阻火器還是管道阻火器，然后選擇阻爆燃型或阻爆轟型。

? 依據(jù)MESG值選擇

選擇阻火器時，需根據(jù)介質(zhì)的MESG值來確定合適的型號，確保介質(zhì)在操作工況下的MESG值小于阻火器的MESG值。

? 根據(jù)火焰速度選擇

選擇阻火器需考慮火焰速度，確保其入口處的火焰速度低于阻火器的阻火速度。

04石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范阻火器安裝要點

? 安裝位置與連接方式

阻火器應(yīng)靠近點火源安裝，通常安裝在儲罐頂部的油氣集合管道、裝卸設(shè)施的油氣排放（或回收）系統(tǒng)等位置。連接方式一般采用法蘭，對于小直徑管道可使用螺紋連接。

? 維護與保養(yǎng)

為確保阻火器的良好性能，定期檢查清洗，更換老化元件。放空阻火器的放空端頭需配備防風(fēng)雨帽，防止灰塵和雨水侵入。

? 防凍措施

為防止在易結(jié)晶或凍結(jié)條件下阻火器堵塞，需采取電伴熱等措施保持通暢。特別是在寒冷地區(qū)或冬季，應(yīng)采取相應(yīng)措施，例如使用蒸汽盤管或電伴熱。

值得注意的是，許多企業(yè)雖然在罐區(qū)可燃液體儲罐間的氣相平衡管上規(guī)范安裝了阻火器，但在車間中間儲罐或計量儲罐的平衡管阻火器安裝上可能不夠規(guī)范。

不同爆炸級別的介質(zhì)具有不同的危險程度，因此需要選用不同類型的阻火器產(chǎn)品。一般來說，氣體介質(zhì)的MESG值越小，意味著阻火器的使用工況越嚴苛，設(shè)計難度和成本也相應(yīng)提高。因此，在選型阻火器之前，準確測定氣體介質(zhì)的MESG值至關(guān)重要。根據(jù)這一指標，可以確定選用何種型號的阻火器，例如，對于氫氣，應(yīng)選擇爆炸組別為IIC型的阻火器。

此外，還要注意確保阻火元件的間隙小于介質(zhì)的MESG值，以確保阻火器能有效阻止火焰?zhèn)鞑ァ．?dāng)然，選型時還需綜合考慮其他因素，如安裝位置、工藝狀況和燃燒時間等。

在燃燒工況方面，當(dāng)管道足夠長且燃燒速度足夠快時，火焰會依次經(jīng)歷爆燃、不穩(wěn)定爆轟和穩(wěn)定爆轟等不同的燃燒階段。這些信息對于理解阻火器的性能和正確選型具有重要意義。了火焰在燃燒過程中的不同階段及其對應(yīng)的速度和壓力。隨著燃燒的進行，火焰會依次經(jīng)歷低壓爆燃、中壓爆燃、高壓爆燃、爆轟、過度爆轟和穩(wěn)定爆轟等階段。這些階段的轉(zhuǎn)換與燃燒過程中產(chǎn)生的“壓升"現(xiàn)象密切相關(guān)。當(dāng)點燃充滿可燃氣體的水平管道時，火焰會首先傳向管壁，然后迅速向未引燃的氣體傳播。燃燒產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致燃燒氣體迅速膨脹，進而壓縮可燃氣體前端，產(chǎn)生“壓升"。這一過程不斷循環(huán)，使得火焰前端的壓力和密度逐漸增加，燃燒傳播速度也隨之加快。

在實際情況中，阻火器的選型需要根據(jù)具體的燃燒工況來定。如果阻火器距離火源較遠，火焰爆燃可能轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z，增加管道內(nèi)的危險性，同時對阻火器的阻火和耐壓能力提出更高要求。因此，必須根據(jù)燃燒工況選擇適當(dāng)?shù)淖杌鹌黝愋停员Ｕ习踩a(chǎn)。

然而，在實際工程應(yīng)用中，由于混合介質(zhì)的復(fù)雜性、管道情況的多樣性以及火焰點位置的不確定性，難以對不同條件下的阻火器選型作出明確規(guī)定。通常，需要結(jié)合標準和工程經(jīng)驗進行具體分析。此外，管道中的彎頭對火焰?zhèn)鞑ゾ哂屑铀僮饔茫虼嗽谶x型過程中需充分考慮這一因素。當(dāng)彎頭數(shù)量超過1個時，燃燒工況會變得更為復(fù)雜，需要模擬管線的真實情況進行試驗確定。若無試驗條件，為安全起見，一般建議選用爆轟型阻火器。因此，在工藝條件允許的情況下，應(yīng)盡量減少火源與阻火器之間的彎頭數(shù)量。

此外，還有許多標準對安裝在管道、管端和設(shè)備上的阻火器提出了詳細的要求和規(guī)定。這些規(guī)范性文件為阻火器的選型、安裝和使用提供了重要的指導(dǎo)和依據(jù)。
《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護》（GB/T 20806-2020）明確規(guī)定了以下設(shè)備和管道系統(tǒng)必須設(shè)置阻火器：

石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范

（1）可燃液體常壓儲罐，以及液態(tài)烴、LNG等低溫儲罐的通氣口和呼吸閥進、出口及其相連通的氣管；
（2）火炬、焚燒爐、氧化爐等燃燒設(shè)備的入口；
（3）存在持續(xù)點燃源和0區(qū)的風(fēng)機、真空泵、壓縮機等機械設(shè)備的進、出口；
（4）用于裝卸可燃液體或氣體的終端站、槽船和槽罐車的呼吸閥，以及氣體總管；
（5）沼氣系統(tǒng)、污水處理和垃圾填埋氣系統(tǒng)中，中間氣體儲罐的呼吸閥及其氣體總管；
（6）加工可燃化學(xué)品的并聯(lián)設(shè)備或系統(tǒng)的氣體和蒸氣出口，以及進入火炬、焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理設(shè)備的進口；
（7）可能發(fā)生失控放熱反應(yīng)、自燃、自分解的反應(yīng)器或容器的出口；
（8）輸送可能發(fā)生爆炸或爆轟的爆炸性氣體和蒸汽的管道系統(tǒng)；
（9）可燃氣體在線分析設(shè)備的放空總管，以及進入爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣總管。

石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范

《精細化工企業(yè)工程設(shè)計防火標準》（GB 51283-2020）也規(guī)定了以下潛在爆炸性環(huán)境應(yīng)設(shè)置阻火器：

采用熱氧化爐等廢氣處理設(shè)施處理含揮發(fā)性有機物的廢氣時，必須設(shè)置燃燒室高溫聯(lián)鎖保護系統(tǒng)和燃燒室超壓泄爆裝置，同時建議設(shè)置進氣濃度監(jiān)控與高濃度聯(lián)鎖系統(tǒng)、廢氣管路阻火器和泄爆裝置。
甲B、乙類可燃液體常壓儲罐，以及液化烴、液化天然氣等低溫儲罐的通氣口或呼吸閥處；
焚燒爐、氧化爐等燃燒設(shè)備的可燃氣體、蒸氣或燃料氣進口；
輸送爆炸性氣體的風(fēng)機、真空泵、壓縮機等機械設(shè)備的進、出口；
裝卸可燃化學(xué)品的槽船、槽罐車的氣體置換/返回管線；
沼氣系統(tǒng)、污水處理和垃圾填埋氣系統(tǒng)的中間氣體儲罐的呼吸閥處或其氣體支管接入總管前。
（6）在加工可燃化學(xué)品、可燃溶劑回收、可燃氣體或蒸氣回收以及可燃廢氣處理等系統(tǒng)的單臺設(shè)備或系統(tǒng)的氣體和蒸氣出口處，應(yīng)設(shè)置阻火器，并確保其集合總管進入可能存在點燃源的焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理設(shè)備時，進口處也安裝阻火器。
（7）對于可能發(fā)生失控放熱反應(yīng)、自燃反應(yīng)、自分解反應(yīng)并產(chǎn)生可燃氣體、蒸氣的反應(yīng)器或容器，其至大氣或不耐爆炸壓力的容器的出口處，必須設(shè)置阻火器。
（8）可燃氣體或蒸氣在線分析設(shè)備的放空總管上，也應(yīng)安裝阻火器，以確保安全。

石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范

此外，《石油化工企業(yè)防火設(shè)計標準（2018版）》（GB50160-2008）明確規(guī)定，當(dāng)加熱爐燃料氣調(diào)節(jié)閥前的管道壓力等于或小于4MPa（表），且無低壓自動保護儀表時，應(yīng)在每個燃料氣調(diào)節(jié)閥與加熱爐之間增設(shè)阻火器。同時，《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（GB 50759-2012）也要求，油氣收集支管與鶴管的連接法蘭處必須設(shè)置阻火器。

另外，《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）進一步規(guī)定，儲存甲B、乙、丙A類液體的固定頂儲罐和臥式儲罐，以及儲存甲B、乙類液體的覆土臥式儲罐，都應(yīng)在通向大氣的通氣管或呼吸閥上安裝阻火器。此外，采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)的儲罐，以及內(nèi)浮頂儲罐罐頂通氣管，也都應(yīng)遵循此規(guī)定。

最后，《阻火器的設(shè)置》（HG/T 20519-1995）標準則詳細規(guī)定了阻火器的具體設(shè)置要求。化學(xué)油品的閃點小于等于43℃的儲罐，其直接放空管道（含帶有呼吸閥管道）上必須設(shè)置阻火器。同時，當(dāng)儲罐（和槽車）內(nèi)物料的工作溫度大于或等于該物料的閃點時，也應(yīng)在直接放空管道（含帶有呼吸閥的放空管道）上設(shè)置阻火器。此外，輸送有可能產(chǎn)生爆燃或爆轟的爆炸性混合氣體的管道，在考慮可能的事故工況下，也應(yīng)在接收設(shè)備的入口處設(shè)置管道阻火器。
（4）對于輸送能自行分解并引發(fā)火焰蔓延的氣體物料，如乙炔，應(yīng)在接收設(shè)備的入口或經(jīng)試驗確定的位置上安裝管道阻火器。
（5）在火炬排放氣進入火炬頭之前，必須設(shè)置阻火器或阻火裝置，以確保安全。

此外，《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術(shù)規(guī)范》（AQ 3053-2015）也明確規(guī)定了儲罐上應(yīng)設(shè)置阻火器的情形，包括甲、乙、丙A類油品的固定頂儲罐、采用氣體密封的儲罐以及內(nèi)浮頂儲罐的罐頂通氣孔等。同時，《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗及驗收標準》（SH/T3413-2019）進一步規(guī)定了具有爆炸性混合物存在的可能且無其他防止火焰?zhèn)鞑ピO(shè)施的管道系統(tǒng)和容器，如可燃氣體輸送管道、儲罐或容器的開放式通氣管等，也應(yīng)設(shè)置阻火器。

最后，《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG D0001-2009）對管道阻火器的設(shè)置也提出了具體要求，包括輸送有可能產(chǎn)生爆燃或爆轟的混合氣體管道、輸送能自行分解導(dǎo)致爆炸并引起火焰蔓延的氣體管道等，都應(yīng)在指定位置設(shè)置阻火器。同時，對于放空或排氣管道上，當(dāng)儲罐的物料閃點低于或等于43℃或物料工作壓力高于或等于物料閃點時，也必須設(shè)置放空阻火器。

石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)阻火器設(shè)計規(guī)范

（2）可燃氣體在線分析設(shè)備的放空總管；以及爆炸危險場所內(nèi)的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣管道，都應(yīng)安裝阻火器以保障安全。然而，這些標準規(guī)范對于阻火器的具體選型，尤其是阻爆燃型與阻爆轟型的選用，提供的信息相對較少。在實際操作中，由于很難準確預(yù)知可能的火焰位置，因此通常傾向于選擇阻爆轟型管道阻火器。

接下來，我們探討阻火器的安裝要求。

根據(jù)《阻火器的設(shè)置》（HG/T 20519-1995）的規(guī)定，安裝管道阻爆轟阻火器時，必須確保其爆轟波吸收器朝向可能產(chǎn)生爆轟的方向，以充分發(fā)揮其阻爆轟作用。此外，《石油化工金屬管道布置設(shè)計規(guī)范》（SH/T3012-2011）對不同類型管道的阻火器安裝位置提出了具體要求，如氫氣放空管上的阻火器應(yīng)靠近放空口端部，加熱爐燃料氣主管上的阻火器應(yīng)靠近加熱爐并便于檢修等。

同時，《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗及驗收標準》（SH/T3413-2019）強調(diào)阻火器應(yīng)安裝在接近點火源的位置，并規(guī)定了阻火器的連接方式。此外，《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSGD0001-2009）也提出了針對阻火器安裝的特定要求，包括管端型放空阻火器的防雨帽安裝，以及在工藝物料含有顆粒或其他可能堵塞阻火元件的物質(zhì)時，應(yīng)在阻火器進、出口安裝壓力表進行監(jiān)控等。
(3) 當(dāng)工藝物料中存在水汽或其他凝固點高于0℃的蒸汽（例如醋酸蒸汽等），可能發(fā)生凍結(jié)時，應(yīng)采取相應(yīng)的防凍或解凍措施，如使用電伴熱、蒸汽盤管或夾套，以及定期蒸汽吹掃等。對于水封型阻火器，則可以通過連續(xù)流動水或添加防凍劑來預(yù)防凍結(jié)。
(4) 阻火器應(yīng)遠離爐子和加熱設(shè)備，除非阻火元件的溫度升高不會對其阻火性能產(chǎn)生影響。
(5) 在安裝單向阻火器時，應(yīng)確保阻火側(cè)朝向潛在的點火源。

此外，在安裝阻火器時，務(wù)必參考制造商提供的使用說明書，嚴格遵守介質(zhì)流向和安裝方向的限制要求。通常，穩(wěn)定的阻火器應(yīng)避免介質(zhì)垂直向下流動，且潛在點火源應(yīng)位于阻火層下方。總之，若安裝位置不當(dāng)或安裝方向錯誤，阻火器將無法發(fā)揮其應(yīng)有的安全作用。