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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氣體的管道上，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，達到防爆目的，從而保證設施的安全。因設備、管道上未設阻火器或性能不達標也會導致生產(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，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入阻火器內(nèi)部，頂部安裝由溫度控制開啟的防風雨帽；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置有關(guān)的規(guī)范性文件
國家標準《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護》（GB/T 20801.6-2020）、《精細化工企業(yè)工程設計防火標準》（GB 51283-2020）等，行業(yè)標準《阻火器的設置》（HG/T 20570.19-1995）、《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(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準》（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、管端和設備上的阻火器作出了詳細的規(guī)定。
①《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護》（GB/T 20801.6-2020）規(guī)定：
下列設備和管道系統(tǒng)應設置阻火器：
（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、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)的風機、真空泵、壓縮機等機械設備進、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）加工可燃化學品的并聯(lián)設備或系統(tǒng)的氣體和蒸氣出口，以及集合總管進入火炬、焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理進口；
（7）可能發(fā)生失控放熱反應、自燃、自分解的反應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）可燃氣體在線分析設備的放空總管；進入爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣的總管。
②《精細化工企業(yè)工程設計防火標準》（GB 51283-2020）規(guī)定：
一、采用熱氧化爐等廢氣處理設施處理含揮發(fā)性有機物的廢氣時，應設置燃燒室高溫聯(lián)鎖保護系統(tǒng)和燃燒室超壓泄爆裝置，宜設置進氣濃度監(jiān)控與高濃度聯(lián)鎖系統(tǒng)、廢氣管路阻火器和泄爆裝置。
二、下列潛在爆炸性環(huán)境的非電氣設備應設置阻火器：
（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、氧化爐等燃燒設備的可燃氣體、蒸氣或燃料氣進口；
（3）輸送爆炸性氣體的風機、真空泵、壓縮機等機械設備進、出口；
（4）裝卸可燃化學品的槽船、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）加工可燃化學品反應器等并聯(lián)設備系統(tǒng)、可燃溶劑回收系統(tǒng)、可燃氣體或蒸氣回收系統(tǒng)、可燃廢氣處理系統(tǒng)的單臺設備或系統(tǒng)的氣體和蒸氣出口，以及集合總管進入可能有點燃源的焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理設備進口；
（7）可能發(fā)生失控放熱反應、自燃反應、自分解反應并產(chǎn)生可燃氣體、蒸氣的反應器或容器，至大氣或不耐爆炸壓力的容器的出口；
（8）可燃氣體或蒸氣在線分析設備的放空總管。
③《石油化工企業(yè)防火設計標準（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），且無低壓自動保護儀表時，應在每個燃料氣調(diào)節(jié)閥與加熱爐之間設置阻火器。
④《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設施設計規(guī)范》（GB 50759-2012）規(guī)定：
油氣收集支管與鶴管的連接法蘭處應設置阻火器。
⑤《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(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《阻火器的設置》（HG/T 20570.19-1995）規(guī)定：
（1）化學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（應考慮可能的事故工況），在接收設備的入口處設置管道阻火器；
（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），在接收設備的入口或由試驗確定的阻止爆炸最佳位置上，設置管道阻火器；
（5）火炬排放氣進入火炬頭前應設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設置阻火器：
（1）甲、乙、丙A類油品的固定頂儲罐，其通氣管或呼吸閥上應設阻火器；
（2）采用氣體密封的儲罐上經(jīng)常與大氣相通的管道應設阻火器；當建罐地區(qū)月平均氣溫的值低于0 ℃時，呼吸閥和阻火器應有防凍措施；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準》（SH/T 3413-2019）規(guī)定:
當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施時，下列管道系統(tǒng)和容器應設置阻火器：
（1）與燃燒器連接的可燃氣體輸送管道；
（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，一般應當在管道系統(tǒng)的位置設置管道阻火器：
（1）輸送有可能產(chǎn)生爆燃或者爆轟的混合氣體管道；
（2）輸送能自行分解導致爆炸，并且引起火焰蔓延的氣體管；
（3）與明火設備連接的可燃氣體減壓后的管道（特殊情況可設置水封裝置）；
（4）進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當設置放空阻火器：
（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）可燃氣體在線分析設備的放空總管；爆炸危險場所內(nèi)的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣管道。
但這些標準規(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，應根據(jù)潛在/已知著火點距離阻火器的距離進一步判定，但在實際生產(chǎn)過程中，很難確切預知可能的火焰位置，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)未保護側(cè)的火焰蔓延到管道系統(tǒng)的被保護側(cè)時，應選用管道型阻火器。
（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選用阻爆燃型阻火器，安裝在爆轟階段時應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)可燃氣體、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，純組分可燃氣體、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。
多組分可燃氣體、蒸氣混合物MESG可按下列方法確定：咨詢有資質(zhì)的機構(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；應用經(jīng)驗式計算，如《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(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，來看看標準規(guī)范是如何規(guī)定的。
《阻火器的設置》（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準》（SH/T 3413-2019）第6.2.12條規(guī)定阻火器應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、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、維護保養(yǎng)
阻火器為安全設施，應當定期檢查、維護保養(yǎng)，確保正常使用。
使用單位應制定定期檢查（檢修）周期及定期檢查（檢修）內(nèi)容（包括質(zhì)量標準）。
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。被堵塞的阻火層應清洗干凈，保證每個孔眼暢通，對于變形或腐蝕的阻火層應更及時更換。
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安裝防風雨帽，以防灰塵和雨水進入阻火元件中。
在阻火器的明顯部位應性標出介質(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《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》(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，這個時候應選用阻爆燃型阻火器，但如果阻火器和火源距離很遠的話，火焰在管道內(nèi)由于傳熱效應會迅速加速，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，設置的會有大有小，以能達到火焰淬滅的效果。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選用防爆轟型阻火器。
- 儲罐頂部的油氣排放管道，應在與罐頂?shù)倪B接處選用防爆轟型阻火器。
- 可燃氣體放空管道在接入火炬前，若需要設置阻火器時，應選用防爆轟型阻火器。
- 安裝在管端的阻火器應選用阻火通氣帽，阻火通氣帽屬于防爆燃型阻火器。
- 裝卸設施的油氣排放或回收總管與各支線的氣相管道之間應設置防爆轟型阻火器。
- 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。
- 儲罐頂部保護性氣體及油氣排放管道的集合管上應選用防爆轟型阻火器。緊急放空管應設置防爆燃型阻火器。
