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阻火器的選型和安裝設(shè)置要求

阻火器是一種安裝在儲罐或排放可燃?xì)怏w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(dá)到防爆目的,從而保證設(shè)施的安全。VOCs治理工程中,特別是涉VOCs焚燒治理的工程中,廢氣收集管道需要安裝阻火器,也是相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的特定要求。因設(shè)備、管道上未設(shè)阻火器或性能不達(dá)標(biāo)也會導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故。如2014年6月9日,揚子石化煉油廠焦化車間硫回收裝置酸性水罐區(qū)發(fā)生閃爆事故,調(diào)查原因顯示罐頂水封罐及罐頂氣到焚燒爐連通管線內(nèi)存在的硫化亞鐵自燃,且連通管線內(nèi)未設(shè)阻火器,引燃爆炸性氣體,造成6#罐閃爆,由于罐頂氣相管線相通,又導(dǎo)致7#罐、8#罐相繼發(fā)生爆炸。

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01
常見問題

1. 阻火器安裝位置不正確,起不到阻止火焰燃燒的作用。

2. 應(yīng)該使用阻火器的場所未安裝阻火器。

3. 阻火器選型不正確,起不到阻火作用。

4. 平時未做好阻火器日常檢查維護(hù),使阻火器失去了阻火的效果。


02
阻火器的分類

目前對阻火器有幾分類方法。

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(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;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(yīng)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)。

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03
與阻火器設(shè)置有關(guān)的規(guī)范性文件

國家標(biāo)準(zhǔn)《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分:安全防護(hù)》(GB/T 20801.6-2020)、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51283-2020)等,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《阻火器的設(shè)置》(HG/T 20570.19-1995)、《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)》(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(shè)備上的阻火器作出了詳細(xì)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(hù)》(GB/T 20801.6-2020)規(guī)定:

下列設(shè)備和管道系統(tǒng)應(yīng)設(shè)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(jìn)、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(fēng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)、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(xué)品的并聯(lián)設(shè)備或系統(tǒng)的氣體和蒸氣出口,以及集合總管進(jìn)入火炬、焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理進(jìn)口;

(7)可能發(fā)生失控放熱反應(yīng)、自燃、自分解的反應(yīng)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?xì)怏w在線分析設(shè)備的放空總管;進(jìn)入爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣的總管。

②《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51283-2020)規(guī)定:

1.采用熱氧化爐等廢氣處理設(shè)施處理含揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣時,應(yīng)設(shè)置燃燒室高溫聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)和燃燒室超壓泄爆裝置,宜設(shè)置進(jìn)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。

2.下列潛在爆炸性環(huán)境的非電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)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(shè)備的可燃?xì)怏w、蒸氣或燃料氣進(jìn)口;

(3)輸送爆炸性氣體的風(fēng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)、出口;

(4)裝卸可燃化學(xué)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(xué)品反應(yīng)器等并聯(lián)設(shè)備系統(tǒng)、可燃溶劑回收系統(tǒng)、可燃?xì)怏w或蒸氣回收系統(tǒng)、可燃廢氣處理系統(tǒng)的單臺設(shè)備或系統(tǒng)的氣體和蒸氣出口,以及集合總管進(jìn)入可能有點燃源的焚燒爐、氧化爐、活性炭吸附槽等處理設(shè)備進(jìn)口;

 (7)可能發(fā)生失控放熱反應(yīng)、自燃反應(yīng)、自分解反應(yīng)并產(chǎn)生可燃?xì)怏w、蒸氣的反應(yīng)器或容器,至大氣或不耐爆炸壓力的容器的出口;

 (8)可燃?xì)怏w或蒸氣在線分析設(shè)備的放空總管。

③《石油化工企業(yè)防火設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(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(hù)儀表時,應(yīng)在每個燃料氣調(diào)節(jié)閥與加熱爐之間設(shè)置阻火器。

④《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)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(yīng)設(shè)置阻火器。

⑤《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)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(yīng)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(hù)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(shè)置》(HG/T 20570.19-1995)規(guī)定:

(1)化學(xué)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(shè)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(shè)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(shè)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(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;

(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(shè)備的入口或由試驗確定的阻止爆炸最佳位置上,設(shè)置管道阻火器;

(5)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。

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:

下列儲罐應(yīng)設(shè)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(yīng)設(shè)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(yīng)設(shè)阻火器;當(dāng)建罐地區(qū)月平均最低氣溫的最低值低于0 ℃時,呼吸閥和阻火器應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)》(SH/T 3413-2019)規(guī)定: 

當(dāng)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(shè)施時,下列管道系統(tǒng)和容器應(yīng)設(shè)置阻火器:

(1)與燃燒器連接的可燃?xì)怏w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(shè)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(yīng)當(dāng)在管道系統(tǒng)的指定位置設(shè)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(dǎo)致爆炸,并且引起火焰蔓延的氣體管;

(3)與明火設(shè)備連接的可燃?xì)怏w減壓后的管道(特殊情況可設(shè)置水封裝置);

(4)進(jìn)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:

以下放空或者排氣管道上應(yīng)當(dāng)設(shè)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?xì)怏w在線分析設(shè)備的放空總管;爆炸危險場所內(nèi)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣管道。

但這些標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)根據(jù)潛在/已知著火點距離阻火器的距離進(jìn)一步判定,但在實際生產(chǎn)過程中,很難確切預(yù)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
阻火器的選型

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(yīng)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(hù)側(cè)的火焰蔓延到管道系統(tǒng)的被保護(hù)側(cè)時,應(yīng)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(yīng)選用阻爆燃型阻火器,安裝在爆轟階段時應(yīng)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?xì)怏w、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。

眾所周知,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?。不同氣體具有不同的MESG值,而MESG是實驗室的測試結(jié)果。其中,純組分可燃?xì)怏w、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?xì)怏w、蒸氣混合物MESG可按下列方法確定:咨詢有資質(zhì)的機(jī)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(yīng)用經(jīng)驗式計算,如《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)施和人身安全的第一步。


05
阻火器的安裝要求

對阻火器的安裝要求,來看看標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是如何規(guī)定的。

《阻火器的設(shè)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(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。

《石油化工金屬管道布置設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)直接安裝在儲罐頂?shù)墓芸谏?。?)常壓放空排氣管道的阻火器宜設(shè)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(biāo)準(zhǔn)》(SH/T 3413-2019)第6.2.12條規(guī)定阻火器應(yīng)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(jìn)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(shè)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?;蛘咂渌麜棺杌鹪氯奈镔|(zhì)時,在阻火器進(jìn)、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(shè)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(shè)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(shè)施的作用;安裝方向不對,將會失去阻爆轟的作用。


06
阻火器的定期檢查、維護(hù)保養(yǎng)

阻火器安全設(shè)施,應(yīng)當(dāng)定期檢查、維護(hù)保養(yǎng)確保正常使用。

1. 使用單位應(yīng)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(biāo)準(zhǔn))。

2. 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(yīng)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(yīng)清洗干凈,保證每個孔眼暢通,對于變形或腐蝕的阻火層應(yīng)更及時更換。

3. 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。

4.檢查密封墊功能是否良好,有無腐蝕漏氣現(xiàn)象。

5.放空阻火器的放空端頭應(yīng)安裝防風(fēng)雨帽,以防灰塵和雨水進(jìn)入阻火元件中。

6. 在阻火器的明顯部位應(yīng)永久性標(biāo)出介質(zhì)流動方向。