史上最全阻火器培訓(xùn)教材
1 阻火器的作用及工作原理
1.1 阻火器的作用
阻火器是用來阻止易燃?xì)怏w、液體的火焰蔓延和防止回火而引起爆炸的安全裝置。通常裝在輸送或排放易燃易爆氣體的儲(chǔ)罐和管線上。作用是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設(shè)備、管道內(nèi)或阻止火焰在設(shè)備、管道間蔓延。阻火器是應(yīng)用火焰通過熱導(dǎo)體的狹小孔隙時(shí),由于熱量損失而熄滅的原理設(shè)計(jì)制造。阻火器的阻火層結(jié)構(gòu)有礫石型、金屬絲網(wǎng)型或波紋型。
石油化工裝置的設(shè)計(jì)中，阻火器是用于阻止可燃?xì)饣鹧胬^續(xù)傳播的安全裝置，自1928 年首先應(yīng)用于石油工業(yè)以來，由于其簡便易行而被石油及化工裝置大量采用。國內(nèi)石油化工裝置中，阻火器應(yīng)用已很普通，但在裝置設(shè)計(jì)中，尤其是在線(管道) 阻火器選型中的某些細(xì)節(jié)問題還容易被忽視。
1.2 阻火器的工作原理
關(guān)于阻火器的工作原理，目前主要有兩種觀點(diǎn)：一是基于傳熱作用；一是基于器壁效應(yīng)。
1、傳熱作用
燃燒所需要的必要條件之一就是要達(dá)到一定的溫度，即著火點(diǎn)。低于著火點(diǎn)，燃燒就會(huì)停止。依照這一原理，只要將燃燒物質(zhì)的溫度降到其著火點(diǎn)以下，就可以阻止火焰的蔓延。當(dāng)火焰通過阻火元件的許多細(xì)小通道之后將變成若干細(xì)小的火焰。設(shè)計(jì)阻火器內(nèi)部的阻火元件時(shí)，則盡可能擴(kuò)大細(xì)小火焰和通道壁的接觸面積，強(qiáng)化傳熱，使火焰溫度降到著火點(diǎn)以下，從而阻止火焰蔓延。
2、器壁效應(yīng)
燃燒與爆炸并不是分子間直接反應(yīng)，而是受外來能量的激發(fā)，分子鍵遭到破壞，產(chǎn)生活化分子，活化分子又分裂為壽命短但卻很活潑的自由基，自由基與其它分子相撞，生成新的產(chǎn)物，同時(shí)也產(chǎn)生新的自由基再繼續(xù)與其它分子發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)燃燒的可燃?xì)馔ㄟ^阻火元件的狹窄通道時(shí)，自由基與通道壁的碰撞幾率增大，參加反應(yīng)的自由基減少。當(dāng)阻火器的通道窄到一定程度時(shí)，自由基與通道壁的碰撞占主導(dǎo)地位，由于自由基數(shù)量急劇減少，反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，也即燃燒反應(yīng)不能通過阻火器繼續(xù)傳播。
2 阻火器的分類
2.1 按性能分類
1、阻爆燃型阻火器:用于阻止亞聲速傳播的火焰蔓延。
2、阻爆轟型阻火器:用于阻止聲速和超聲速傳播的火焰蔓延。
2.2 按使用場所分類
1、放空阻火器：安裝在儲(chǔ)罐(或槽車)的放空管道上，用以防止外部火焰?zhèn)魅雰?chǔ)罐(或槽車)內(nèi)，分為管端型和普通型。
（1）管端型：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。管端型放空阻火器為阻爆燃型。
（2）普通型：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。
2、管道阻火器：安裝在密閉管路系統(tǒng)中，用以防止管路系統(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。
2.3 按結(jié)構(gòu)分類
1、充填型阻火器：又稱填料型阻火器。
2、板型阻火器：有平行板型和多孔板型兩種。
3、金屬網(wǎng)型阻火器：這種類型的阻火器熄滅火焰的能力有限，目前已很少使用。
4、液封型阻火器：這類阻火器的特點(diǎn)是可以用于含有少量固體粉粒的物料體系。
5、波紋型阻火器。
以上5種類型的阻火器在工業(yè)實(shí)踐過程中，波紋型阻火器由于其穩(wěn)定的性能而得到廣泛的應(yīng)用。本規(guī)定以波紋型阻火器為例來說明阻火器的選用、安裝和維護(hù)。
3 阻火器的設(shè)置
3.1 放空阻火器的設(shè)置
1、石油油品儲(chǔ)罐阻火器的設(shè)置按《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ74－84）規(guī)定執(zhí)行。
2、化學(xué)油品的閃點(diǎn)≥43℃的儲(chǔ)罐（和槽車），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。
3、儲(chǔ)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(diǎn)時(shí)，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。最高工作溫度要考慮到環(huán)境溫度變化、日光照射、加熱管失控等因素。
4、可燃?xì)怏w在線分析設(shè)備的放空匯總管上設(shè)置阻火器。
5、進(jìn)入爆炸危險(xiǎn)場所的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口管道上設(shè)置阻火器。
3.2 管道阻火器的設(shè)置
1、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。
2、輸送能自行分解爆炸并引起火焰蔓延的氣體物料的管道（如乙炔），在接收設(shè)備的人口或由試驗(yàn)確定的阻止爆炸最佳位置上，設(shè)置管道阻火器。
3、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。
4、其它應(yīng)設(shè)置管道阻火器的場合。
4 阻火器的選用
4.1 阻火器的選用步驟
1、根據(jù)使用場所決定采用放空阻火器還是管道阻火器。
2、確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器。
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(diǎn)火源之間的距離、安裝位置、阻火器與點(diǎn)火源間的管道形狀有關(guān)。因此選用的阻火器阻火元件的通道直徑要能阻止這種情況下的火焰蔓延，這就需要確定是采用阻爆燃型還是阻爆轟型阻火器，通常由試驗(yàn)或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定。
3、根據(jù)介質(zhì)在實(shí)際工況條件下的MESG值來選用合適規(guī)格的阻火器。
（1）最大實(shí)驗(yàn)安全間隙MESG值
火焰通過阻火元件的細(xì)小通道并在通道內(nèi)降溫。當(dāng)火焰被分割小到一定程度時(shí)，經(jīng)通道移走的熱量足以將溫度降到可燃物燃點(diǎn)以下，使火焰熄滅。或由器壁效應(yīng)解釋，當(dāng)通道窄到一定程度時(shí)，自由基與管道壁的碰撞占主導(dǎo)地位，自由基大量減少，燃燒反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行。因此，把在一定條件下（0.1 MPa，20 ℃）剛好能夠使火焰熄滅的通道尺寸定義為“最大實(shí)驗(yàn)安全間隙”（縮寫為MESG：Maximum Experimental Safe Gap）。阻火元件的通道尺寸是決定阻火器性能的關(guān)鍵因素，不同氣體具有不同的MESG值。因此，在選擇阻火器時(shí)，應(yīng)根據(jù)可燃?xì)怏w的組成確定其MESG值。在具體選擇時(shí)，又根據(jù)MESG值將氣體劃分為幾個(gè)等級。目前國際上經(jīng)常采用兩類方法。一是美國全國電氣協(xié)會(huì)（NEC）的分類法，它根據(jù)氣體的MESG值將氣體分為四個(gè)等級（A、B、C、D）；另一類是國際電工協(xié)會(huì)（IEC）的方法，它也將氣體分為四個(gè)等級（ⅡC、ⅡB、ⅡA及Ⅰ）。兩種標(biāo)準(zhǔn)劃分的各類氣體的MESG 值及測試氣體如表1所示。
國標(biāo)《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》GB 3836.1－83中，對爆炸性氣體混合物按最大試驗(yàn)安全間隙（MESG）分成不同的技術(shù)安全等級，見表2。
在選用阻火器時(shí)，即可在設(shè)計(jì)規(guī)定使用的規(guī)范中首先查出所用可燃?xì)怏w的等級，然后根據(jù)該組氣體對應(yīng)的MESG 值來選擇相應(yīng)的阻火元件。
（2）混合氣體MESG值的確定
在化工裝置設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到混合可燃性氣體。在這種情況下，可根據(jù)混合氣體的具體組成來確定選用依據(jù)。表3給出不同的可燃性氣體混合后可能出現(xiàn)的幾種情況以及選用建議。
對于混合可燃?xì)怏w選取MESG時(shí)，應(yīng)更加慎重。當(dāng)可燃混合氣體的組分之間有可能發(fā)生反應(yīng)時(shí)，最安全的方法是將氣體組成及操作條件提供給專業(yè)制造廠，由制造廠根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)確定MESG值。另外，雖然理論上選用所有可燃?xì)怏w中MESG值最小的阻火器可能是安全的，但在實(shí)際應(yīng)用中，還要考慮整個(gè)管路系統(tǒng)（尤其是管道阻火器）是否對該元件有壓力降要求。因?yàn)镸ESG值越小，通過阻力越大，有可能需要擴(kuò)大阻火器直徑以達(dá)到工藝要求。
（3）阻火器的鑒定書上已注明該產(chǎn)品適用的MESG值。因此，選用阻火器的原則是要求介質(zhì)在操作工況下的MESG值大于阻火器鑒定書上標(biāo)明的MESG值。
例如阻火器的鑒定書上標(biāo)明適用的MESG值為0.65mm，這表明該產(chǎn)品適用于在操作工況（溫度、壓力和管徑大小、管道長度、配管形狀及安裝位置等）下的MESG值大于。65mm的介質(zhì)。MESG值比0.65mm小的介質(zhì)不能選用該產(chǎn)品。
（4）對于有多種可燃性氣組成的混合氣，選用阻火器要進(jìn)行試驗(yàn)，以確定混合氣體的MESG值。若沒有試驗(yàn)條件，則按混合氣各組份中最小的MES G值來確定阻火器。
4、根據(jù)介質(zhì)的火焰速度確定阻火器
火焰速度是指阻火器入口處的速度，火焰速度與介質(zhì)和操作工況（溫度、壓力和管徑大小、管道長度和形狀及安裝位置等）有關(guān)，若資料中查找不到，則需要進(jìn)行實(shí)際測試。
阻火器的鑒定書中應(yīng)注明該產(chǎn)品能阻止的最大火焰速度。確定阻火器的原則是介質(zhì)的火焰速度應(yīng)小于鑒定書上注明的最大火焰速度。
4.2 阻火器的壓力降校核
根據(jù)初選的阻火器的型號和管內(nèi)介質(zhì)的流量，查閱阻火器產(chǎn)品資料中的“流量－壓力降曲線”，是否滿足工藝過程的要求。
4.3 選擇阻火器類型的影響因素
阻火器選擇得當(dāng)，就會(huì)在一定的條件下起到阻止火焰?zhèn)鞑サ淖饔�。但是，每種阻火器都有其特定的工作范圍，只能在一定的條件下起到安全保護(hù)作用，并不是任何情況下都能阻止火焰的傳播。
每種阻火器都應(yīng)標(biāo)出其阻火元件的通道尺寸，它只能用于MESG值大于該值的氣體，否則會(huì)完全失效；每種阻火器在特定的條件下都有一定的阻火時(shí)間，當(dāng)火焰端燃燒時(shí)間超過其阻火時(shí)間時(shí)，阻火器也會(huì)失效；對于在線型阻火器的選用更要注意由于安裝位置不同而引起的選型變化，否則可能會(huì)因起不到預(yù)想的效果而埋下安全隱患。
1、火源距離的影響
火焰在充滿可燃?xì)怏w管道中的傳播速度隨火焰的傳播有很大的變化。如果點(diǎn)燃充滿可燃?xì)怏w的水平管道的一端，火焰首先傳向管壁，然后迅速向還末引燃的氣體傳播，燃燒產(chǎn)生的熱量使得燃燒氣體迅速膨脹，氣體膨脹又導(dǎo)致可燃?xì)怏w前端被壓縮，產(chǎn)生“壓升”（pressure piling）現(xiàn)象�；鹧媲岸藲怏w被壓縮，密度增加，燃燒傳播速度加快，燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量增多，導(dǎo)致可燃?xì)怏w前端更劇烈的“壓升”。由于火焰在管道中傳播的這一特性，使得火焰的傳播速度可以從零加速至聲速甚至超聲速，火焰前端壓力也可增至約20 MPa。因此，火源點(diǎn)距阻火器的距離對阻火器的選擇有很大影響。如果阻火器距火源較遠(yuǎn)，那么燃燒就有了一定的加速距離，可能會(huì)由爆燃轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z，火焰前端壓力的增加，對阻火元件耐壓能力提出了更為嚴(yán)格的要求。不同制造商的產(chǎn)品可能會(huì)有不同。表4以ENARDO公司生產(chǎn)的阻火器為例，列出火源距離的影響。
從表4可以看出，即使對同種可燃?xì)怏w，在相同工況下，僅僅因安裝位置不同，在阻火器制造強(qiáng)度和阻火時(shí)間的選擇上就會(huì)有很大差異。因此在選用在線阻火器時(shí)，要十分注意安裝位置的影響，在滿足工藝條件的情況下，應(yīng)盡可能使之靠近火源點(diǎn)，以降低對阻火器的制造要求，在保證安全的前提下，提高經(jīng)濟(jì)性。
2、彎頭的影響
管道中的彎頭對火焰的傳播起加速作用，這是設(shè)計(jì)時(shí)常被忽略的事項(xiàng)。不同制造商的產(chǎn)品可能會(huì)有不同，表5以ENARDO公司生產(chǎn)的阻火器為例，說明彎頭對阻火器選型的影響。
由表5可以看出，彎頭的影響因氣體種類和火源距離而異，并且當(dāng)彎頭多于1個(gè)時(shí)，情況變得復(fù)雜起來，需要模擬管線的真實(shí)情況，通過試驗(yàn)來選定。因此在工藝允許的條件下，應(yīng)盡量減少火源與阻火器之間的彎頭數(shù)。
3、阻火器的殼體要能承受介質(zhì)的壓力和允許的溫度，還要能耐介質(zhì)的腐蝕。
4、填料要有一定強(qiáng)度，且不能和介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。
5、阻火器主要是根據(jù)介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、溫度、壓力來選用合適的阻火器。
一般介質(zhì)，使用壓力小于等于1.0MPa，溫度小于80℃時(shí)均采用碳鋼鍍鋅鐵絲網(wǎng)阻火器。特殊的介質(zhì)如乙炔氣管道，特別是壓力大于0.15MPa的高壓乙炔氣管道上，采用特殊的阻火器。
5 阻火器安裝的注意事項(xiàng)
5.1 阻火器應(yīng)安裝在接近點(diǎn)火源的部位。
5.2 放空阻火器應(yīng)盡量靠近管道末端設(shè)置，同時(shí)要考慮檢修方便。一般選用管端型放空阻火器; 如果選用普通型放空阻火器，應(yīng)考慮到由于阻火器下游接管的配管長度、形狀對阻火器性能選型（阻爆燃型還是阻爆轟型）的影響，并根據(jù)介質(zhì)工況和安裝條件來確定普通型放空阻火器的規(guī)格。
5.3 安裝管道阻爆轟阻火器時(shí)，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。見圖1所示。
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