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石油化工管道阻火器選型分析
阻火器是一種安裝在儲罐或排放可燃?xì)怏w的管道上，用于阻止因回火而引起火焰向油罐或管道傳播、蔓延的安全附件。它由阻火芯、阻火器外殼及附件構(gòu)成，允許氣體通過，但阻止外部火焰向內(nèi)部方向傳播，達(dá)到防爆目的，從而保證設(shè)施的安全。因設(shè)備、管道上未設(shè)阻火器或性能不達(dá)標(biāo)也會導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故。
01 石油化工管道阻火器選型分析常見問題
阻火器安裝位置不正確，起不到阻止火焰燃燒的作用。
應(yīng)該使用阻火器的場所未安裝阻火器。
阻火器選型不正確，起不到阻火作用。
平時未做好阻火器日常檢查維護(hù)，使阻火器失去了阻火的效果。
02 石油化工管道阻火器選型分析阻火器的分類
目前對阻火器有幾種分類方法。
按照性能可分為阻爆燃型和阻爆轟型。阻爆燃型是指用于阻止亞音速傳播的火焰蔓延；阻爆轟型是指阻止音速和超音速傳播的火焰蔓延。
按照使用場合不同可分為放空阻火器和管道阻火器。放空阻火器是指安裝在儲罐（或者槽車）的放空管道上，用于阻止外部火焰?zhèn)魅雰蓿ɑ蛘卟圮嚕﹥?nèi)，分為管端型和普通型：管端型阻火器為阻爆燃型，是指一端與大氣相通，為防止灰塵和雨水進(jìn)入阻火器內(nèi)部，頂部安裝由溫度控制開啟的防風(fēng)雨帽；普通型阻火器是指兩端與管道相連，通過下游管道與大氣相通，分為阻爆燃型和阻爆轟型。管道阻火器安裝在密閉管路系統(tǒng)中，用于防止管路系統(tǒng)一端的火焰蔓延到管路系統(tǒng)的另一端，分為阻爆燃型和阻爆轟型。
按照阻火結(jié)構(gòu)可分為填充型、板型、金屬絲網(wǎng)型、液封型和波紋型等5種。
阻火器按照最大試驗安全間隙（MESG）測試氣體爆炸組級別分為7級，分別為 IIA1、IIA、IIB1、IIB2、IIB3、IIB 、IIC 組別，每個組別又都存在爆燃、穩(wěn)定爆轟和非穩(wěn)定爆轟。爆炸性氣體、蒸氣混合物的爆炸級別和相對應(yīng)的MESG見下表（如適用于 II Al 級氣體的阻火器，是指所選的阻火器元件必須小于1.14mm）。
03 石油化工管道阻火器選型分析與阻火器設(shè)置有關(guān)的規(guī)范性文件
國家標(biāo)準(zhǔn)《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護(hù)》（GB/T 20801.6-2020）、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）等，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《阻火器的設(shè)置》（HG/T 20570.19-1995）、《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）、《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗及驗收標(biāo)準(zhǔn)》（SH/T 3413-2019）等，部門規(guī)章《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG D0001-2009）等都對安裝在管道、管端和設(shè)備上的阻火器作出了詳細(xì)的規(guī)定。
①《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護(hù)》（GB/T 20801.6-2020）規(guī)定：
下列設(shè)備和管道系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置阻火器：
（1）可燃液體常壓儲罐，以液態(tài)烴、LNG等低溫儲罐的通氣口和呼吸閥進(jìn)、出口及其氣相連通管；
（2）火炬、焚燒爐、氧化爐等燃燒入口；
（3）有持續(xù)點燃源和0區(qū)的風(fēng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)、出口；
（4）裝卸可燃液體或氣體終端站、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)中間氣體儲罐的呼吸閥以及氣體總管；
（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，以及集合總管進(jìn)入火炬、焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理進(jìn)口；
（7）可能發(fā)生失控放熱反應(yīng)、自燃、自分解的反應(yīng)器或容器至大氣或不耐爆炸壓力的容器的出口；
（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?xì)怏w在線分析設(shè)備的放空總管；進(jìn)入爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣的總管。
②《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）規(guī)定：
一、采用熱氧化爐等廢氣處理設(shè)施處理含揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣時，應(yīng)設(shè)置燃燒室高溫聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)和燃燒室超壓泄爆裝置，宜設(shè)置進(jìn)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。
二、下列潛在爆炸性環(huán)境的非電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置阻火器：
（1）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；
（2）焚燒爐、氧化爐等燃燒設(shè)備的可燃?xì)怏w、蒸氣或燃料氣進(jìn)口；
（3）輸送爆炸性氣體的風(fēng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)、出口；
（4）裝卸可燃化學(xué)品的槽船、槽罐車的氣體置換/返回管線；
（5）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）加工可燃化學(xué)品反應(yīng)器等并聯(lián)設(shè)備系統(tǒng)、可燃溶劑回收系統(tǒng)、可燃?xì)怏w或蒸氣回收系統(tǒng)、可燃廢氣處理系統(tǒng)的單臺設(shè)備或系統(tǒng)的氣體和蒸氣出口，以及集合總管進(jìn)入可能有點燃源的焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理設(shè)備進(jìn)口；
（7）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?xì)怏w、蒸氣的反應(yīng)器或容器，至大氣或不耐爆炸壓力的容器的出口；
（8）可燃?xì)怏w或蒸氣在線分析設(shè)備的放空總管。
③《石油化工企業(yè)防火設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（2018版）》（GB 50160-2008）規(guī)定:
加熱爐燃料氣調(diào)節(jié)閥前的管道壓力等于或小于0.4MPa（表），且無低壓自動保護(hù)儀表時，應(yīng)在每個燃料氣調(diào)節(jié)閥與加熱爐之間設(shè)置阻火器。
④《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（GB 50759-2012）規(guī)定：
油氣收集支管與鶴管的連接法蘭處應(yīng)設(shè)置阻火器。
⑤《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）規(guī)定：下列儲罐通向大氣的通氣管或呼吸閥上應(yīng)安裝阻火器：
（1）存甲B、乙、丙A類液體的固定頂儲罐和臥式儲罐；
（2）儲存甲B、乙類液體的覆土臥式儲罐；
（3）采用氮氣或其他惰性氣體密封保護(hù)系統(tǒng)的儲罐；
（4）內(nèi)浮頂儲罐罐頂中央通氣管。
⑥《阻火器的設(shè)置》（HG/T 20570.19-1995）規(guī)定：
（1）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）上設(shè)置阻火器；
（2）儲罐（和槽車）內(nèi)物料的最高工作溫度大于或等于該物料的閃點時，其直接放空管道（含帶有呼吸閥的放空管道上設(shè)置阻火器。最高溫度要考慮到環(huán)境溫度變化、日光照射、加熱、管失控等因素；
（3）管道阻火器的設(shè)置，輸送有可能產(chǎn)生爆燃或爆轟的爆炸性混合氣體的管道（應(yīng)考慮可能的事故工況），在接收設(shè)備的入口處設(shè)置管道阻火器；
（4）輸送能自行分解爆炸并引起火焰蔓延的氣體物料的管道（如乙快），在接收設(shè)備的入口或由試驗確定的阻止爆炸最佳位置上，設(shè)置管道阻火器；
（5）火炬排放氣進(jìn)入火炬頭前應(yīng)設(shè)置阻火器或阻火裝置。
⑦《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術(shù)規(guī)范》（AQ 3053-2015）規(guī)定：
石油化工管道阻火器選型分析下列儲罐應(yīng)設(shè)置阻火器：
（1）甲、乙、丙A類油品的固定頂儲罐，其通氣管或呼吸閥上應(yīng)設(shè)阻火器；
（2）采用氣體密封的儲罐上經(jīng)常與大氣相通的管道應(yīng)設(shè)阻火器；當(dāng)建罐地區(qū)月平均氣溫的值低于0 ℃時，呼吸閥和阻火器應(yīng)有防凍措施；在環(huán)境溫度下物料有結(jié)晶或自聚可能時，呼吸閥和阻火器應(yīng)有防結(jié)晶或自聚措施。
（3）內(nèi)浮頂儲罐的罐頂中央通氣孔應(yīng)加裝阻火器。
⑧《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗及驗收標(biāo)準(zhǔn)》（SH/T 3413-2019）規(guī)定:
當(dāng)有爆炸性混合物存在的可能且無其他防止火焰?zhèn)鞑サ脑O(shè)施時，下列管道系統(tǒng)和容器應(yīng)設(shè)置阻火器：
（1）與燃燒器連接的可燃?xì)怏w輸送管道；
（2）具有爆炸性氣體的儲罐或容器氣相空間的開放式通氣管；
（3）甲B、乙類液體儲罐之間氣相連通管道的分支管道，儲罐頂部油氣排放管道的集合管；
（4）裝卸設(shè)施的油氣排放（或回收）總管及分支管道。
⑨《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG D0001-2009）對管道阻火器作出如下規(guī)定：
凡有以下情況之一者，一般應(yīng)當(dāng)在管道系統(tǒng)的位置設(shè)置管道阻火器：
（1）輸送有可能產(chǎn)生爆燃或者爆轟的混合氣體管道；
（2）輸送能自行分解導(dǎo)致爆炸，并且引起火焰蔓延的氣體管；
（3）與明火設(shè)備連接的可燃?xì)怏w減壓后的管道（特殊情況可設(shè)置水封裝置）；
（4）進(jìn)入火炬頭前的排放氣管道。
《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG D0001-2009）對放空阻火器作出如下規(guī)定：
石油化工管道阻火器選型分析以下放空或者排氣管道上應(yīng)當(dāng)設(shè)置放空阻火器：
（1）閃點低于或者等于43℃，或者物料最高工作壓力高于或者等于物料閃點的儲罐的直接放空管（包括帶有呼吸閥的放空管道）；
（2）可燃?xì)怏w在線分析設(shè)備的放空總管；爆炸危險場所內(nèi)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣管道。
但這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對阻火器的選型規(guī)定的信息較少，尤其是管道阻火器具體選用阻爆燃型還是阻爆轟型的內(nèi)容更少。具體選用阻爆燃型還是阻爆轟型，應(yīng)根據(jù)潛在/已知著火點距離阻火器的距離進(jìn)一步判定，但在實際生產(chǎn)過程中，很難確切預(yù)知可能的火焰位置，因此選擇阻爆轟型管道阻火器情況較為常見。
04 石油化工管道阻火器選型分析阻火器的選型
石油化工管道阻火器選型分析阻火器的選用步驟為：
（1）根據(jù)使用場所決定采用放空阻火器還是管道阻火器。
安裝在管道端部或儲罐頂部時應(yīng)選用管端型阻火器，安裝在封閉的管道系統(tǒng)中，用于防止管道系統(tǒng)未保護(hù)側(cè)的火焰蔓延到管道系統(tǒng)的被保護(hù)側(cè)時，應(yīng)選用管道型阻火器。
（2）確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟阻火器。
火焰波在管道內(nèi)的傳播速度不僅與介質(zhì)種類、所在管道的溫度、壓力有關(guān)外，還與阻火器與點火源之間的距離、安裝位置、阻火器與點火源間的管道形狀有關(guān)。從爆燃轉(zhuǎn)變成爆轟需要經(jīng)歷爆燃、不穩(wěn)定爆轟、穩(wěn)定爆轟三個階段，因此阻火器安裝在爆燃階段時應(yīng)選用阻爆燃型阻火器，安裝在爆轟階段時應(yīng)選用阻爆轟型阻火器，通常由試驗或根據(jù)經(jīng)驗來確定。
（3）根據(jù)可燃?xì)怏w、蒸氣在實際工況條件下的 MESG 值確定阻火元件的通道或縫隙，選擇合適的阻火器。
阻火元件的通道尺寸是決定阻火器性能的關(guān)鍵因素，阻火元件間隙大于介質(zhì) MESG 時，阻火器將無法發(fā)揮阻止火焰?zhèn)鞑サ淖饔谩２煌瑲怏w具有不同的MESG值，而MESG是實驗室的測試結(jié)果。其中，純組分可燃?xì)怏w、蒸氣MESG的測試值參見《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。
多組分可燃?xì)怏w、蒸氣混合物MESG可按下列方法確定：咨詢有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)，或委托測試；采用危險性最高組分的最小MESG作為多組分混合物的MESG；應(yīng)用經(jīng)驗式計算，如《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》（GB50058-2014）條文說明第5.2.3條引用的《易燃液體、氣體或蒸汽的分類和化工生產(chǎn)區(qū)電氣裝置設(shè)計》NFPA497-2008附件B的估算方法。根據(jù)MESG值，最終確定選用哪種型號的阻火器，如適用氫氣的應(yīng)選用爆炸組別為IIC型阻火器。除了參考MESG值選型，還要注意安裝位置、工藝狀況、燃燒時間等因素，阻火器選型正確是保障生產(chǎn)設(shè)施和人身安全的第一步。
05 石油化工管道阻火器選型分析阻火器的安裝要求
對阻火器的安裝要求，來看看標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是如何規(guī)定的。
《阻火器的設(shè)置》（HG/T 20570.19-1995）中對安裝方向作出了規(guī)定：安裝管道阻爆轟阻火器時，要注意其爆轟波吸收器應(yīng)朝向有可能產(chǎn)生爆轟的方向，否則將失去阻爆轟的作用。
《石油化工金屬管道布置設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3012-2011）對安裝位置作出了規(guī)定：
（1）氫氣放空管上的阻火器應(yīng)靠近放空口端部布置。
（2）加熱爐燃料氣主管上的管道阻火器應(yīng)靠近加熱爐布置，并便于檢修，管道阻火器與燃燒器距離不宜大于12m。
（3）儲罐用的阻火器應(yīng)直接安裝在儲罐頂?shù)墓芸谏稀?/p>
（4）常壓放空排氣管道的阻火器宜設(shè)布置在排氣管道的末端。
《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗及驗收標(biāo)準(zhǔn)》（SH/T 3413-2019）第6.2.12條規(guī)定阻火器應(yīng)安裝在接近點火源的位置。該文件也對阻火器的連接方式進(jìn)行了規(guī)定，第6.2.17條規(guī)定：安裝于管道中的阻火器，通常采用法蘭連接。《阻火器的設(shè)置》（HG/T 20570.19-1995）第5.0.4條規(guī)定：阻火器與管道的連接一般為法蘭連接，小直徑的管道采用螺紋連接。
《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG D0001-2009）對阻火器安裝，提出了如下要求：
(1) 管端型放空阻火器的放空端安裝防雨帽；
(2) 工藝物料含有顆粒或者其他會使阻火元件堵塞的物質(zhì)時，在阻火器進(jìn)、出口安裝壓力表，監(jiān)控阻火器的壓力；
(3) 工藝物料含有水汽或者其他凝固點高于0℃的蒸汽(如醋酸蒸汽等)，有可能發(fā)生凍結(jié)的情況，阻火器設(shè)置防凍或者解凍措施，如電伴熱、蒸汽盤管或者夾套和定期蒸汽吹掃等，對于水封型阻火器，可以采用連續(xù)流動水或者加防凍劑的方法防凍；
(4) 阻火器不得靠近爐子和加熱設(shè)備，除非阻火元件溫度升高不會影響其阻火性能；
(5) 單向阻火器安裝時，阻火側(cè)朝向潛在點火源。
此外，阻火器安裝時要查看制造商提供的使用說明書，遵照說明書介質(zhì)流向和安裝方向的限制要求。一般情況是，穩(wěn)定燃燒的阻火器要避免介質(zhì)垂直向下流動，且潛在點火源位于阻火層下方的情況。總之，安裝位置不對，阻火器就起不到安全設(shè)施的作用；安裝方向不對，將會失去阻爆轟的作用。
06 石油化工管道阻火器選型分析阻火器的定期檢查、維護(hù)保養(yǎng)
阻火器為安全設(shè)施，應(yīng)當(dāng)定期檢查、維護(hù)保養(yǎng)，確保正常使用。
使用單位應(yīng)制定定期檢查（檢修）周期及定期檢查（檢修）內(nèi)容（包括質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）。
定期檢查火芯表面是否清潔，有無阻塞、變形、腐蝕、冰凍等現(xiàn)象。在冬季或者寒冷地區(qū)，阻火器可能由于凍結(jié)會阻塞阻火器，因此應(yīng)配有防凍或解凍措施，如電伴、蒸汽盤管、夾套加熱和定期蒸汽吹掃等。被堵塞的阻火層應(yīng)清洗干凈，保證每個孔眼暢通，對于變形或腐蝕的阻火層應(yīng)更及時更換。
清洗阻火器的芯件時，不能采用鋒利的硬件刷洗，一定要采用高壓蒸汽或者非腐蝕性溶劑等吹掃;最后，在重新安裝阻火器時，必須要確保密封面已經(jīng)清洗、不漏氣且沒有損傷后，還要及時更換墊片。
檢查密封墊功能是否良好，有無腐蝕漏氣現(xiàn)象。
放空阻火器的放空端頭應(yīng)安裝防風(fēng)雨帽，以防灰塵和雨水進(jìn)入阻火元件中。
在阻火器的明顯部位應(yīng)性標(biāo)出介質(zhì)流動方向。
石油化工管道阻火器選型分析
主要看管道內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)和阻火器與火源間的距離，易燃易爆氣體根據(jù)國標(biāo)《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》(GB3836.1)可分為I、IA 、IB、IC四種，根據(jù)試驗也可以得出各種易燃易爆氣體的燃燒傳播速度，燃燒速度小于音速的為阻爆燃型阻火器，反之為阻爆轟型阻火器。但燃燒速度在管道里面是隨時變化的，這個就要看阻火器與火源之間的距離了。有的氣體在燃燒時可能速度很小，只有15m/s，這個時候應(yīng)選用阻爆燃型阻火器，但如果阻火器和火源距離很遠(yuǎn)的話，火焰在管道內(nèi)由于傳熱效應(yīng)會迅速加速，如果管道足夠長，火焰較終會以2000m/s的速度，爆炸壓力超過20公斤達(dá)到爆震條件。火焰的加速率也會通過彎道，T型口，障礙物和管道交叉部分的變化而增加。那這個時候防爆燃型阻火器就起不到阻燃阻爆的效果了，所以防爆燃阻火器的安裝應(yīng)盡可能靠近火源。有些特殊氣體例如LNG和氫氣燃燒傳播速度很快，超過了音速，就應(yīng)該選擇防爆轟型阻火器。
對于兩種阻火器的外形來說，區(qū)別不是特別明顯，主要的區(qū)別在于中道部分和阻火層部分。中道部分根據(jù)介質(zhì)的名稱和流量不同，設(shè)置的會有大有小，以能達(dá)到火焰淬滅的效果。另外阻火層的間隙和層數(shù)是不同的，間隙根據(jù)介質(zhì)的MESG值確定，而層數(shù)一般根據(jù)物料的爆炸級別來，像普通I別的氣體用雙層阻火層就可以了，而有氫氣或者天然氣的管道，就應(yīng)該用四層、六層甚至多層的阻火層了。
- 儲罐之間氣相連通管道各支管上的阻火器應(yīng)選用防爆轟型阻火器。
- 儲罐頂部的油氣排放管道，應(yīng)在與罐頂?shù)倪B接處選用防爆轟型阻火器。
- 可燃?xì)怏w放空管道在接入火炬前，若需要設(shè)置阻火器時，應(yīng)選用防爆轟型阻火器。
- 安裝在管端的阻火器應(yīng)選用阻火通氣帽，阻火通氣帽屬于防爆燃型阻火器。
- 裝卸設(shè)施的油氣排放或回收總管與各支線的氣相管道之間應(yīng)設(shè)置防爆轟型阻火器。
- 一般防爆燃型阻火器可用在管道中間和管道端部，而防爆轟型阻火器是安裝在管道中間。
- 儲罐頂部保護(hù)性氣體及油氣排放管道的集合管上應(yīng)選用防爆轟型阻火器。緊急放空管應(yīng)設(shè)置防爆燃型阻火器。
