浅谈化工管道设计中阻火器的布置与选型

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摘 要： 本文主要介绍阻火器的布置及选型，以及改进阻火器的布置来合理地降低阻火器的型号，从而达到工程的安全性、经济性和美观性的目的。

关键词： 阻火器； 选型； 布置

中图分类号： TQ086.1 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）（11-12）-0044-02

1 概述

阻火器自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。

阻火器是由能够通过气体的、具有许多细小通道或缝隙的材料组成。当火焰进入阻火器后，被阻火元件分成许多细小的火焰流，由于传热效应（气体被冷却）和器壁效应，使火焰流猝灭。阻火器的选型与一般的阀门、管件不完全一样――它在管线中的位置可能会影响到选型。因此，管道布置专业的人员有必要对阻火器的工作原理、结构形式、阻火器自身设置位置、以及选型作进一步的了解。

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：一是基于器壁效应；一是基于传热作用。

2.1 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，也就是燃烧反应不能通过阻火器继续传播，从而达到阻火器阻火的目的。

2.2 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。在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。

2.3最大实验安全间隙―MESG值

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。国标《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》（GB3836.1一83）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1。

各种介质的MESG值与工作压力、工作温度及安装位置距点火源的距离和配管情况有关，但标准状况（1 bar、20℃）下由标准试验装置测得的MESG值可在有关资料中查到。

一般情况下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0.65mm的介质，MESG值比0.65mm小的介质不能选用该产品。

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。

3 阻火器的类型

3.1 按用途分

阻火器按用途可分为

（1）加油站阻火器；

（2）车用阻火器；

（3）火车油槽车阻火器；

（4）汽车油槽车阻火器；

（5）加热炉阻火器；

（6）火炬阻火器；

（7）排风导管阻火器；

（8）船用阻火器；

（9）乙炔阻火器；

（10）氢气放空阻火器等。

3.2.按阻火器阻止火焰速度分类

（1）阻爆燃型阻火器；能阻止以亚音速传播的爆炸火焰通过

（2）阻爆轰型阻火器；能阻止以冲击波为特征、

（3）耐烧型阻火器。

3.3 按安装位置分

管端阻火器：安装在排气管的端部；

管道阻火器：安装在管道中间位置。

3.4 按结构形式分

（1） 金属网型阻火器

以不同目数的金属丝网重叠起来组成阻火层。这种阻火器由于本身结构达不到阻火性能，已被取代。

（2）波纹型阻火器

这种结构阻火器由不同的波纹板和平板缠绕成不同规格孔隙的阻火层，阻火层上由相同尺寸的三角形孔隙阻成，波纹的高度根据阻止火焰速度设计，因此制造较为简单，能阻止爆燃和爆轰火焰通过，被广泛应用。

（3）泡沫金属型阻火器

阻火器的阻火层用多孔隙的泡沫金属，其结构与多孔隙的泡沫塑料相似。其金属中铬的含量不少于 15%，不大于 40%，容重不小于 0.5×103kg/m3。其优点体积小，重量轻，但阻力大，易堵塞。

（4）平行板型阻火器

阻火器的阻火层由不锈钢薄板垂直平行排列而成，板间隙在 0.3～0.7mm之间。而形成许多细小的通道。这种结构能承受较猛烈的爆炸。它易于制造和清理，但体积大，流阻大。

（5）多孔板型阻火器

阻火器的阻火层用不锈钢薄板水平方向重叠而成，板上有许多细小的缝隙或许多细小的孔眼，而形成了许多有规律的通道。板与板之间有0.6mm的间隙，形成固定的间距，这种阻火器的阻力小，但不能承受猛烈的爆炸。

（6）水封型阻火器

水封型阻火器用于阻止、节制气流。其原理是利用水位差的性能来阻止火焰通过。可用于含少量固体粉尘的物料体系，其结构简单，体积大，因此使用上有其局限性。

（7）充填型阻火器

其阻火层为充填物砾石、陶瓷环和玻璃珠等充填物、利用充填物之间的空隙阻止火焰通过。充填型阻火器结构简单，但流阻大，能有效阻止爆轰火焰通过。

4 化工行业中阻火器选型受哪些因素的影响

4.1引爆气体在管道中传播速度决定选用阻火器的形式

阻火器设置的位置对阻火器选型的影响是指由于火源（点火源）与阻火器之间存在位置的差别（不在同一点上的各种位置）因其距离不同，而造成不同的阻火器的选型。例如在某一部位设置阻火器后，当火源产生时，在该工况（压力，温度）下火焰波沿着管道传到阻火器，由于阻火器与火源之间的管道存在距离（由于管件，阀门，仪表等的存在）会引起爆炸气体的速度加速。通常当到达阻火器的火焰速度低于声速（亚声速）选用阻爆燃型阻火器就可以达到阻火的目的。到达阻火器的火焰速度等于和高于声速（超声速），就需要选用阻爆轰型才能达到阻火的目的。

阻爆燃型阻火器与阻爆轰型阻火器的阻火元件结构和尺寸是完全不同的，且阻爆轰型阻火器的结构要比阻爆燃型阻火器复杂得多，所以价格也会高很多。所以对于不同的速度值，为达到阻火的目的，可以根据工艺计算取得该介质气体在管道中的温度，压力，流量，以及管道的材质，等级，还有点火源距阻火器的距离。阻火器厂家会根据这些数据选择最为经济，合理并且安全的阻火器。

4.2 压力降的影响

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流量――压力曲线是否满足工艺过程的要求。如果压力降超过工艺要求，就要考虑增大阻火器的直径，或改变阻火器的型式，来减小压降。从而达到经济合理安全的效果。

4.3火源距离的影响

在石油化工行业中，阻火器主要是安装在管道上，但是安装在管道上的阻火器就需要考虑速度和压力的影响。因为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，然后迅速向还未引燃的气体传播，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”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”。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的影响，如果阻火器据火源较远，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，火焰前端压力增加，对阻火元件耐压能力提出了更为严格的要求，因此选择的阻火器就有可能达不到阻火的目的。

有时在相同工况下，仅仅因安装位置的不同，在阻火器制造强度和阻火时间上就会有很大的差异。因此在选用阻火器时要十分注意安装位置，应尽可能是阻火器靠近火源点，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。

4.4弯头的影响

管道中的弯头对火焰的传播起加速作用，这也是以往设计时常被忽略的事项，弯头的影响会因气体种类和火源距离而异。当弯头多于一个时情况就变的复杂起来，需要模拟管线的真实情况，通过实验重新计算，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。

5 化工设计中选用阻火器的一般原则

（1）所选用的阻火器，其安全阻火速度应大于安装位置可能达到的火焰传播速度。

（2）与燃烧器连接的可燃气体输送管道，在无其它防回火设施时，应设阻火器。

（3）阻止以亚音速传播的火焰，应使用阻爆燃型阻火器，其安装位置宜靠近火源；

（4）阻止以音速或超音速传播的火焰应使用阻爆轰型阻火器，其安装位置应远离火源。

（5）在寒冷地区使用的阻火器，应选用部分或整体带加热套的壳体，也可采用其它伴热方式。

（6）在特殊情况下，可根据需要选用设有冲洗管、压力计、温度计、排污口等接口的阻火器。

（7）安装于管端的阻火器，当公称直径小于DN50时宜采用螺纹连接；当公称直径大于或等于DN50时，应采用法兰连接。安装于管道中的阻火器，应采用法兰连接。

（8）安装于管端的阻火器，应带有可自动开启的防雨通风罩。储罐之间气相连通管道各支管上的阻火器应选用阻爆轰型。储罐顶部的油气排放管道，应在与罐顶的连接处选用阻爆轰型阻火器。

（9）储罐顶部保护性气体及油气排放管道的集合管上应选用阻爆轰型阻火器。紧急放空管应设置阻爆燃型阻火器。装卸设施的油气排放（或回收）总管与各支线的气相管道之间应设置阻爆轰型阻火器。

可燃气体放空管道在接入火炬前，若设置阻火器时，应选用阻爆轰型阻火器。

为选择一个安全，又经济合理的阻火器，我们在选择阻火器时应该按照规范计算MESG值，注意安装的位置，根据实际工况确定最为适宜的阻火器。

参考文献：

[1]胡畔.石化装置设计中阻火器的选用

[2]HG/ T20570.1995《阻火器的设置》