石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范阻火器原理

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，旨在阻止回火引發的火焰傳播。其原理在于通過殼體和濾芯的巧妙設計，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，狹窄的通道設計使得自由基與通道壁的碰撞幾率增加，自由基數量大幅減少，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中應用，現已廣泛拓展至礦山、煤礦、水運及化學工業等多個領域。

石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范阻火器的分類

阻火器有多種分類方法。根據其性能，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，以防止外部火焰傳入。它們分為管端型和普通型，其中管端型為阻爆燃型，頂部裝有溫度控制開啟的防風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中，以防止火焰在管路系統中蔓延。

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

石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范的選型

在特定條件下，選擇合適的阻火器至關重要，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，應選擇管端型阻火器；而在封閉的管道系統中，為了防止未保護側的火焰蔓延到被保護側，則應選用管道型阻火器。

接下來，根據安裝位置、介質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。火焰在管道內的傳播速度受到多種因素的影響，包括介質種類、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傳播產生影響。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，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、設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。

在實際工程設計中，由于工況往往較為復雜，介質通常為氣體混合物，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，確定介質類型是一個至關重要的環節。這通常依據介質的MESG值來進行劃分。MESG值是實驗室測試結果的重要指標，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《爆炸性環境第20-1部分：氣體和蒸汽物質特性分級一試驗方法和數據》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機構、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，還可以應用經驗式進行計算，如《爆炸危險環境電力裝置設計規范》（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、穩定爆轟和非穩定爆轟等不同情況。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，并結合傳熱效應和器壁效應迅速熄滅這些小火焰，從而保障工業生產的安全。其核心構造包括阻火層、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的共同作用迅速熄滅。

? 石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范阻火器的分類

阻火器可以根據性能、使用場所和結構進行分類。

? 根據性能分類

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。

? 根據使用場所分類

放空阻火器和管道阻火器根據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，防止外部火焰傳入。它包括管端型和普通型：

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。

? 結構分類

阻火器按結構分為充填型、板型（包括平行板型和多孔板型）、金屬網型、液封型和波紋型。

02石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范阻火器的應用場合

? 放空阻火器的設置

在儲罐放空管道及溫度達到閃點的環境中需設置放空阻火器。根據《石油庫設計規范》(GB 50074)，對于閃點≤43℃的油品、化學品儲罐和槽車的放空管道，應安裝阻火器。同時，當儲罐和槽車內物料的工作溫度達到或超過其閃點時，也應在放空管道上設置阻火器。

? 管道阻火器的設置

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

03石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范阻火器的選用

? 阻火器選擇原則

選擇阻火器時，需要根據使用場所、介質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MESG值選擇

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

? 根據火焰速度選擇

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石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范阻火器安裝要點

? 安裝位置與連接方式

阻火器應靠近點火源安裝，通常安裝在儲罐頂部的油氣集合管道、裝卸設施的油氣排放（或回收）系統等位置。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

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雨帽，防止灰塵和雨水侵入。

? 防凍措施

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

值得注意的是，許多企業雖然在罐區可燃液體儲罐間的氣相平衡管上規范安裝了阻火器，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范。

不同爆炸級別的介質具有不同的危險程度，因此需要選用不同類型的阻火器產品。一般來說，氣體介質的MESG值越小，意味著阻火器的使用工況越嚴苛，設計難度和成本也相應提高。因此，在選型阻火器之前，準確測定氣體介質的MESG值至關重要。根據這一指標，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的MESG值，以確保阻火器能有效阻止火焰傳播。當然，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，當管道足夠長且燃燒速度足夠快時，火焰會依次經歷爆燃、不穩定爆轟和穩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的速度和壓力。隨著燃燒的進行，火焰會依次經歷低壓爆燃、中壓爆燃、高壓爆燃、爆轟、過度爆轟和穩定爆轟等階段。這些階段的轉換與燃燒過程中產生的“壓升"現象密切相關。當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。燃燒產生的熱量導致燃燒氣體迅速膨脹，進而壓縮可燃氣體前端，產生“壓升"。這一過程不斷循環，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，火焰爆燃可能轉變為爆轟，增加管道內的危險性，同時對阻火器的阻火和耐壓能力提出更高要求。因此，必須根據燃燒工況選擇適當的阻火器類型，以保障安全生產。

然而，在實際工程應用中，由于混合介質的復雜性、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定。通常，需要結合標準和工程經驗進行具體分析。此外，管道中的彎頭對火焰傳播具有加速作用，因此在選型過程中需充分考慮這一因素。當彎頭數量超過1個時，燃燒工況會變得更為復雜，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，應盡量減少火源與阻火器之間的彎頭數量。

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

石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范

（1）可燃液體常壓儲罐，以及液態烴、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、氧化爐等燃燒設備的入口；
（3）存在持續點燃源和0區的風機、真空泵、壓縮機等機械設備的進、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、污水處理和垃圾填埋氣系統中，中間氣體儲罐的呼吸閥及其氣體總管；
（6）加工可燃化學品的并聯設備或系統的氣體和蒸氣出口，以及進入火炬、焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理設備的進口；
（7）可能發生失控放熱反應、自燃、自分解的反應器或容器的出口；
（8）輸送可能發生爆炸或爆轟的爆炸性氣體和蒸汽的管道系統；
（9）可燃氣體在線分析設備的放空總管，以及進入爆炸性氣體環境危險區域的內燃發動機的排氣總管。

石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范

《精細化工企業工程設計防火標準》（GB 51283-2020）也規定了以下潛在爆炸性環境應設置阻火器：

采用熱氧化爐等廢氣處理設施處理含揮發性有機物的廢氣時，必須設置燃燒室高溫聯鎖保護系統和燃燒室超壓泄爆裝置，同時建議設置進氣濃度監控與高濃度聯鎖系統、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、氧化爐等燃燒設備的可燃氣體、蒸氣或燃料氣進口；
輸送爆炸性氣體的風機、真空泵、壓縮機等機械設備的進、出口；
裝卸可燃化學品的槽船、槽罐車的氣體置換/返回管線；
沼氣系統、污水處理和垃圾填埋氣系統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的單臺設備或系統的氣體和蒸氣出口處，應設置阻火器，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備時，進口處也安裝阻火器。
（7）對于可能發生失控放熱反應、自燃反應、自分解反應并產生可燃氣體、蒸氣的反應器或容器，其至大氣或不耐爆炸壓力的容器的出口處，必須設置阻火器。
（8）可燃氣體或蒸氣在線分析設備的放空總管上，也應安裝阻火器，以確保安全。

石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范

此外，《石油化工企業防火設計標準（2018版）》（GB50160-2008）明確規定，當加熱爐燃料氣調節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，應在每個燃料氣調節閥與加熱爐之間增設阻火器。同時，《油品裝載系統油氣回收設施設計規范》（GB 50759-2012）也要求，油氣收集支管與鶴管的連接法蘭處必須設置阻火器。

另外，《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T 3007-2014）進一步規定，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的儲罐，以及內浮頂儲罐罐頂通氣管，也都應遵循此規定。

最后，《阻火器的設置》（HG/T 20519-1995）標準則詳細規定了阻火器的具體設置要求。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）上必須設置阻火器。同時，當儲罐（和槽車）內物料的工作溫度大于或等于該物料的閃點時，也應在直接放空管道（含帶有呼吸閥的放空管道）上設置阻火器。此外，輸送有可能產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，也應在接收設備的入口處設置管道阻火器。
（4）對于輸送能自行分解并引發火焰蔓延的氣體物料，如乙炔，應在接收設備的入口或經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規范》（AQ 3053-2015）也明確規定了儲罐上應設置阻火器的情形，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）進一步規定了具有爆炸性混合物存在的可能且無其他防止火焰傳播設施的管道系統和容器，如可燃氣體輸送管道、儲罐或容器的開放式通氣管等，也應設置阻火器。

最后，《壓力管道安全技術監察規程》（TSG D0001-2009）對管道阻火器的設置也提出了具體要求，包括輸送有可能產生爆燃或爆轟的混合氣體管道、輸送能自行分解導致爆炸并引起火焰蔓延的氣體管道等，都應在指定位置設置阻火器。同時，對于放空或排氣管道上，當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，也必須設置放空阻火器。

石油化工儲運系統罐區阻火器設計規范

（2）可燃氣體在線分析設備的放空總管；以及爆炸危險場所內的內燃發動機的排氣管道，都應安裝阻火器以保障安全。然而，這些標準規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《阻火器的設置》（HG/T 20519-1995）的規定，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生爆轟的方向，以充分發揮其阻爆轟作用。此外，《石油化工金屬管道布置設計規范》（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靠近放空口端部，加熱爐燃料氣主管上的阻火器應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）強調阻火器應安裝在接近點火源的位置，并規定了阻火器的連接方式。此外，《壓力管道安全技術監察規程》（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時，應在阻火器進、出口安裝壓力表進行監控等。
(3) 當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），可能發生凍結時，應采取相應的防凍或解凍措施，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，則可以通過連續流動水或添加防凍劑來預防凍結。
(4) 阻火器應遠離爐子和加熱設備，除非阻火元件的溫度升高不會對其阻火性能產生影響。
(5) 在安裝單向阻火器時，應確保阻火側朝向潛在的點火源。

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