阻火器的选用

阻火器的选用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来阻止易燃气体、液体的火焰蔓延和防止回火而引起爆炸的安全装置。通常装在输送或排放易燃易爆气体的储罐和管线上。作用是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延。阻火器是应用火焰通过热导体的狭小孔隙时,由于热量损失而熄灭的原理设计制造。阻火器的阻火层结构有砾石型、金属丝网型或波纹型。石油化工装置的设计中，阻火器是用于阻止可燃气火焰继续传播的安全装置，自1928年首先应用于石油工业以来，由于其简便易行而被石油及化工装置大量采用。国内石油化工装置中，阻火器应用已很普通，但在装置设计中，尤其是在线(管道)阻火器选型中的某些细节问题还容易被忽视。1.2阻火器的工作原理关于阻火器的工作原理，目前主要有两种观点：一是基于传热作用；一是基于器壁效应。1、传热作用燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度，即着火点。低于着火点，燃烧就会停止。依照这一原理，只要将燃烧物质的温度降到其着火点以下，就可以阻止火焰的蔓延。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部的阻火元件时，则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积，强化传热，使火焰温度降到着火点以下，从而阻止火焰蔓延。2、器壁效应燃烧与爆炸并不是分子间直接反应，而是受外来能量的激发，分子键遭到破坏，产生活化分子，活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基，自由基与其它分子相撞，生成新的产物，同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过阻火元件的狭窄通道时，自由基与通道壁的碰撞几率增大，参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时，自由基与通道壁的碰撞占主导地位，由于自由基数量急剧减少，反应不能继续进行，也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。2阻火器的分类2.1按性能分类1、阻爆燃型阻火器:用于阻止亚声速传播的火焰蔓延。2、阻爆轰型阻火器:用于阻止声速和超声速传播的火焰蔓延。2.2按使用场所分类1、放空阻火器：安装在储罐(或槽车)的放空管道上，用以防止外部火焰传入储罐(或槽车)内，分为管端型和普通型。（1）管端型：一端与大气相通，为防止灰尘和雨水进入阻火器内部，顶部安装由温度控制开启的防风雨帽。管端型放空阻火器为阻爆燃型。（2）普通型：两端与管道相连，通过下游管道与大气相通。分为阻爆燃型和阻爆轰型。2、管道阻火器：安装在密闭管路系统中，用以防止管路系统一端的火焰蔓延到管路系统的另一端。分为阻爆燃型和阻爆轰型。2.3按结构分类1、充填型阻火器：又称填料型阻火器。2、板型阻火器：有平行板型和多孔板型两种。3、金属网型阻火器：这种类型的阻火器熄灭火焰的能力有限，目前已很少使用。4、液封型阻火器：这类阻火器的特点是可以用于含有少量固体粉粒的物料体系。5、波纹型阻火器。以上5种类型的阻火器在工业实践过程中，波纹型阻火器由于其稳定的性能而得到广泛的应用。本规定以波纹型阻火器为例来说明阻火器的选用、安装和维护。3阻火器的设置3.1放空阻火器的设置1、石油油品储罐阻火器的设置按《石油库设计规范》（GBJ74－84）规定执行。2、化学油品的闪点≥43℃的储罐（和槽车），其直接放空管道（含带有呼吸阀的放空管道）上设置阻火器。3、储罐（和槽车）内物料的最高工作温度大于或等于该物料的闪点时，其直接放空管道（含带有呼吸阀的放空管道）上设置阻火器。最高工作温度要考虑到环境温度变化、日光照射、加热管失控等因素。4、可燃气体在线分析设备的放空汇总管上设置阻火器。5、进入爆炸危险场所的内燃发动机排气口管道上设置阻火器。3.2管道阻火器的设置1、输送有可能产生爆燃或爆轰的爆炸性混合气体的管道（应考虑可能的事故工况），在接收设备的入口处设置管道阻火器。2、输送能自行分解爆炸并引起火焰蔓延的气体物料的管道（如乙炔），在接收设备的人口或由试验确定的阻止爆炸最佳位置上，设置管道阻火器。3、火炬排放气进入火炬头前应设置阻火器或阻火装置。4、其它应设置管道阻火器的场合。4阻火器的选用4.1阻火器的选用步骤1、根据使用场所决定采用放空阻火器还是管道阻火器。2、确定采用阻爆燃型阻火器还是阻爆轰型阻火器。火焰波在管道内的传播速度不仅与介质种类、所在管道的温度、压力有关外，还与阻火器与点火源之间的距离、安装位置、阻火器与点火源间的管道形状有关。因此选用的阻火器阻火元件的通道直径要能阻止这种情况下的火焰蔓延，这就需要确定是采用阻爆燃型还是阻爆轰型阻火器，通常由试验或根据经验来确定。3、根据介质在实际工况条件下的MESG值来选用合适规格的阻火器。（1）最大实验安全间隙MESG值火焰通过阻火元件的细小通道并在通道内降温。当火焰被分割小到一定程度时，经通道移走的热量足以将温度降到可燃物燃点以下，使火焰熄灭。或由器壁效应解释，当通道窄到一定程度时，自由基与管道壁的碰撞占主导地位，自由基大量减少，燃烧反应不能继续进行。因此，把在一定条件下（0.1MPa，20℃）刚好能够使火焰熄灭的通道尺寸定义为“最大实验安全间隙”（缩写为MESG：MaximumExperimentalSafeGap）。阻火元件的通道尺寸是决定阻火器性能的关键因素，不同气体具有不同的MESG值。因此，在选择阻火器时，应根据可燃气体的组成确定其MESG值。在具体选择时，又根据MESG值将气体划分为几个等级。目前国际上经常采用两类方法。一是美国全国电气协会（NEC）的分类法，它根据气体的MESG值将气体分为四个等级（A、B、C、D）；另一类是国际电工协会（IEC）的方法，它也将气体分为四个等级（ⅡC、ⅡB、ⅡA及Ⅰ）。两种标准划分的各类气体的MESG值及测试气体如表1所示。表1两种MESG分类标准NECIECMESG/mm测试气体AIIC0.25乙炔BIIC0.28氢气CIIB0.65乙烯DIIA0.90丙烯GMI1.12甲烷国标《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB3836.1－83中，对爆炸性气体混合物按最大试验安全间隙（MESG）分成不同的技术安全等级，见表2。表2MESG分级表级别最大试验安全间隙（MESG）mmⅡAMESG≥0.9ⅡB0.5＜MESG＜0.9ⅡCMESG≤0.5在选用阻火器时，即可在设计规定使用的规范中首先查出所用可燃气体的等级，然后根据该组气体对应的MESG值来选择相应的阻火元件。（2）混合气体MESG值的确定在化工装置设计中，经常会遇到混合可燃性气体。在这种情况下，可根据混合气体的具体组成来确定选用依据。表3给出不同的可燃性气体混合后可能出现的几种情况以及选用建议。对于混合可燃气体选取MESG时，应更加慎重。当可燃混合气体的组分之间有可能发生反应时，最安全的方法是将气体组成及操作条件提供给专业制造厂，由制造厂根据模拟实验确定MESG值。另外，虽然理论上选用所有可燃气体中MESG值最小的阻火器可能是安全的，但在实际应用中，还要考虑整个管路系统（尤其是管道阻火器）是否对该元件有压力降要求。因为MESG值越小，通过阻力越大，有可能需要扩大阻火器直径以达到工艺要求。表3混合气体MESG值混合气体化学反应选用建议举例属NEC/IEC分类相同类别(如全部为IIA)不易发生以混合气体中MESG值最小者为设计依据实验确定甲烷、乙烷与丁烷采用MESG=1.12可能发生乙炔与氢气属NEC/IEC分类不同类别不易发生以混合气体中MESG值最小者为设计依据乙烯与丙烯采用MESG=0.65可能发生实验确定乙烯与氢气（3）阻火器的鉴定书上已注明该产品适用的MESG值。因此，选用阻火器的原则是要求介质在操作工况下的MESG值大于阻火器鉴定书上标明的MESG值。例如阻火器的鉴定书上标明适用的MESG值为0.65mm，这表明该产品适用于在操作工况（温度、压力和管径大小、管道长度、配管形状及安装位置等）下的MESG值大于。65mm的介质。MESG值比0.65mm小的介质不能选用该产品。（4）对于有多种可燃性气组成的混合气，选用阻火器要进行试验，以确定混合气体的MESG值。若没有试验条件，则按混合气各组份中最小的MESG值来确定阻火器。4、根据介质的火焰速度确定阻火器火焰速度是指阻火器入口处的速度，火焰速度与介质和操作工况（温度、压力和管径大小、管道长度和形状及安装位置等）有关，若资料中查找不到，则需要进行实际测试。阻火器的鉴定书中应注明该产品能阻止的最大火焰速度。确定阻火器的原则是介质的火焰速度应小于鉴定书上注明的最大火焰速度。4.2阻火器的压力降校核根据初选的阻火器的型号和管内介质的流量，查阅阻火器产品资料中的“流量－压力降曲线”，是否满足工艺过程的要求。4.3选择阻火器类型的影响因素阻火器选择得当，就会在一定的条件下起到阻止火焰传播的作用。但是，每种阻火器都有其特定的工作范围，只能在一定的条件下起到安全保护作用，并不是任何情况下都能阻止火焰的传播。每种阻火器都应标出其阻火元件的通道尺寸，它只能用于MESG值大于该值的气体，否则会完全失效；每种阻火器在特定的条件下都有一定的阻火时间，当火焰端燃烧时间超过其阻火时间时，阻火器也会失效；对于在线型阻火器的选用更要注意由于安装位置不同而引起的选型变化，否则可能会因起不到预想的效果而埋下安全隐患。1、火源距离的影响火焰在充满可燃气体管道中的传播速度随火焰的传播有很大的变化。如果点燃充满可燃气体的水平管道的一端，火焰首先传向管壁，然后迅速向还末引燃的气体传播，燃烧产生的热量使得燃烧气体迅速膨胀，气体膨胀又导致可燃气体前端被压缩，产生“压升”（pressurepiling）现象。火焰前端气体被压缩，密度增加，燃烧传播速度加快，燃烧时产生的热量增多，导致可燃气体前端更剧烈的“压升”。由于火焰在管道中传播的这一特性，使得火焰的传播速度可以从零加速至声速甚至超声速，火焰前端压力也可增至约20MPa。因此，火源点距阻火器的距离对阻火器的选择有很大影响。如果阻火器距火源较远，那么燃烧就有了一定的加速距离，可能会由爆燃转变为爆轰，火焰前端压力的增加，对阻火元件耐压能力提出了更为严格的要求。不同制造商的产品可能会有不同。表4以ENARDO公司生产的阻火器为例，列出火源距离的影响。表4火焰距离对阻火器选型的影响气体种类距离※（m）阻火时间（最小值/min）建议选用类型NEC：D65标准在线型IEC：ⅡA1815高压在线阻燃型无限制120阻燃轰型NEC：C24标准在线型IEC：ⅡB不能确定（影响因素）不能确定高压在线阻燃型无限制15阻燃轰型NEC：B1．22标准在线型IEC：ⅡC615高压在线阻燃型无限制60阻燃轰型从表4可以看出，即使对同种可燃气体，在相同工况下，仅仅因安装位置不同，在阻火器制造强度和阻火时间的选择上就会有很大差异。因此在选用在线阻火器时，要十分注意安装位置的影响，在满足工艺条件的情况下，应尽可能使之靠近火源点，以降低对阻火器的制造要求，在保证安全的前提下，提高经济性。2、弯头的影响管道中的弯头对火焰的传播起加速作用，这是设计时常被忽略的事项。不同制造商的产品可能会有不同，表5以ENARDO公司生产的阻火器为例，说明弯头对阻火器选型的影响。表5弯头对阻火器选型的影响气体种类弯头数量选型情况NEC：C无标准在线型IEC：ⅡB1个标准在线型多个情况复杂，不能确定NEC：B无标准在线型IEC：ⅡC1个情况复杂，不能确定多个情况复杂，不能确定由表5可以看出，弯头的影响因气体种类和火源距离而异，并且当弯头多于1个时，情况变得复杂起来，需要模拟管线的真实情况，通过试验来选定。因此在工艺允许的条件下，应尽量减少火源与阻火器之间的弯头数。3、阻火器的壳体要能承受介质的压力和允许的温度，还要能耐介质的腐蚀。4、填料要有一定强度，且不能和介质起化学反应。5、阻火器主要是根据介质的化学性质、温度、压力来选用合适的阻火器。一般介质，使用压力小于等于1.0MPa，温度小于80℃时均采用碳钢镀锌铁丝网阻火器。特殊的介质如乙炔气管道，特别是压力大于0.15MPa的高压乙炔气管道上，采用特殊的阻火器。5阻火器安装的注意事项5.1阻火器应安装