阻火器設(shè)備的位置對(duì)阻火器選型的影響

化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《阻火器的設(shè)置》HG/T20570.19.95中提出了阻火器的選用步驟之一是要“確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器”。在第4.0.1.2條款中指出，“火焰波在管道內(nèi)的傳播速度不僅與介質(zhì)種類(lèi)，所在管道的溫度、壓力有關(guān)，還與阻火器與點(diǎn)火源(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(lái)確定”。對(duì)條款中關(guān)于阻火器設(shè)置的位置對(duì)阻火器選型的影響，我們是這樣理解的：

1、阻火器設(shè)置的位置對(duì)阻火器選型的影響

阻火器設(shè)置的位置對(duì)阻火器選型的影響，是指由于火源（亦稱點(diǎn)火源）與阻火器之間存在位置的差別（不在同一點(diǎn)上的各種位置），因其距離不同，而造成不同的阻火器選型。在某一部位設(shè)置阻火器后，當(dāng)有火源產(chǎn)生時(shí)，在工況（壓力、溫度）下，火焰波沿著管道傳到阻火器，由于阻火器與火源之間的管道存在距離，配管上有彎管、直管、管件、閥門(mén)和儀表、設(shè)施的存在，會(huì)引起爆炸氣體的氣體速度（即火焰速度，亦稱火焰回火速度）加速。通常，當(dāng)?shù)竭_(dá)阻火器的火焰速度低于聲速（亞聲速），選用阻爆燃型阻火器就可以達(dá)到阻火目的；到達(dá)阻火器的火焰速度等于和高于聲速（超聲速），就需要選用阻爆轟型阻火器才能達(dá)到阻火作用。

阻爆燃型阻火器與阻爆轟型阻火器的阻火元件結(jié)構(gòu)和尺寸是完全不同的，且阻爆轟型阻火器的價(jià)格要比阻爆燃型阻火器的價(jià)格高很多。由于火焰在管道中蔓延到阻火器的速度高于聲速,有的介質(zhì)（如氫氣）、有些工況條件下（如管道很長(zhǎng)、管徑大、管道上管件多），爆炸后的氣體到達(dá)阻火器時(shí)的速度（即火焰速度）也可能高于聲速很多。對(duì)于不同的速度值，阻爆轟型阻火器也有不同的類(lèi)型，速度越高，阻火元件結(jié)構(gòu)和尺寸就越復(fù)雜，其價(jià)格就更昂貴。因此，阻火器要設(shè)在合適的部位，這樣既可保證安全，也可降低阻火器的價(jià)格，達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)的目的。

1.1放空型阻火器

（1）放空型阻火器后沒(méi)有放空管（直接安裝在管端）

放空型阻火器后沒(méi)有放空管，設(shè)備或管道的放空氣體經(jīng)阻火器后直接排空，此放空阻火器稱為管端型阻火器?；鹪词菑耐饨纾ù髿猓﹣?lái)的，因?yàn)榛鹪淳驮谧杌鹌髋赃?，距阻火器很近，所以管端型阻火器是阻爆燃型阻火器?/p>

（2）放空型阻火器后接有放空管

放空型阻火器后接有放空管，設(shè)備或管道的放空氣體經(jīng)阻火器后還需經(jīng)過(guò)接在阻火器上的一根放空管道再排空。這種放空阻火器因?yàn)橛蟹趴展?，稱為普通型阻火器，有時(shí)在放空管道上還設(shè)置有閥門(mén)和管件?；鹪词菑耐饨纾ù髿猓﹣?lái)，火焰（回火火焰）經(jīng)放空管蔓延到阻火器，到達(dá)阻火器時(shí)的速度是多少需要進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試得出規(guī)律，對(duì)這類(lèi)阻火器可以根據(jù)放空管道的長(zhǎng)度、管件設(shè)置數(shù)量進(jìn)行計(jì)算得出速度的估算值，由此可來(lái)確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器。

1.2管道阻火器

管道阻火器安裝在密閉管路系統(tǒng)中，以阻止管路系統(tǒng)一端的火焰蔓延到管路系統(tǒng)的另一端。

（1）單向阻火

單向阻火作用的管道阻火器安裝的系統(tǒng)是火焰只會(huì)在阻火器的某一端發(fā)生和蔓延過(guò)來(lái)，這種阻火器設(shè)計(jì)時(shí)，阻火元件只起到隨一個(gè)方向來(lái)的火焰的阻火作用。安裝時(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。到達(dá)阻火器時(shí)的爆炸氣體速度是多少需要進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算得出，根據(jù)工況和火源至阻火器的距離和管道情況,確定采用阻爆燃型阻火器還是阻爆轟型阻火器。

（2）雙向阻火

雙向阻火作用的管道阻火器安裝的系統(tǒng)是火焰可能從阻火器的二端發(fā)生和蔓延過(guò)來(lái)，這種阻火器設(shè)計(jì)時(shí)，阻火元件要起到隨二個(gè)方向來(lái)的火焰的阻火作用，到達(dá)阻火器時(shí)的爆炸氣體速度是多少需進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算得出，這類(lèi)工況和火源至阻火器的管道情況,通常將確定采用阻爆轟型阻火器，并可以確定阻火元件的結(jié)構(gòu)和尺寸。

（3）多個(gè)火源采用一個(gè)阻火器

這種情況類(lèi)似于雙向作用阻火器，要根據(jù)工況和多個(gè)火源分別至阻火器的距離和管道情況來(lái)測(cè)試和經(jīng)計(jì)算得出爆炸氣體達(dá)阻火器時(shí)的速度，以火焰波的共同作用來(lái)確定阻火器類(lèi)型和阻火元件的結(jié)構(gòu)和尺寸。這類(lèi)情況特別要注意對(duì)阻火器設(shè)置的位置和數(shù)量進(jìn)行比較，要使各個(gè)單元安全，亦應(yīng)對(duì)阻火器能力最優(yōu)化，即阻火器設(shè)置不重復(fù)，而對(duì)不同的危險(xiǎn)區(qū)域或許要采用不至一個(gè)的阻火器或另一類(lèi)阻火器。達(dá)到同樣安全目的，可以采用多個(gè)價(jià)格便宜的阻爆燃型阻火器或阻爆燃型阻火器和阻爆轟型阻火器的組合來(lái)替代一個(gè)或二個(gè)要承受很高爆炸氣體速度、價(jià)格昂貴的阻爆轟型阻火器。

1.3 阻火器設(shè)置位置對(duì)選型的影響的實(shí)例

（1）“實(shí)測(cè)”含義的說(shuō)明

爆炸氣體的火焰波沿著管道蔓延時(shí)，管道距離越長(zhǎng)，氣體（火焰）速度將被加速；當(dāng)經(jīng)過(guò)管道上的管件、閥門(mén)、彎頭時(shí)，氣體速度亦被加速。本文中所指的“測(cè)試”就是要實(shí)測(cè)第一個(gè)因素所引起的氣體速度加速數(shù)值。

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《阻火器的設(shè)置》HG/T20570.19-95中表4.0.1物質(zhì)分類(lèi)，通常的“測(cè)試”工作將按ⅡA類(lèi)的代表性物質(zhì)丙烷、II B類(lèi)的代表性物質(zhì)乙烯II C類(lèi)的代表性物質(zhì)氫氣（按一定的氣體在空氣中濃度）來(lái)作為實(shí)測(cè)氣體，在實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行爆炸試驗(yàn)時(shí)，分別對(duì)爆炸氣體在不同管徑、管長(zhǎng)和由于管道上設(shè)置了閥門(mén)、管件等引起爆炸氣體速度的加速值進(jìn)行實(shí)測(cè)，統(tǒng)計(jì)出規(guī)律。這規(guī)律就是計(jì)算的依據(jù)。

（2）實(shí)例一

設(shè)計(jì)方案：三個(gè)可能產(chǎn)生點(diǎn)火源的管道系統(tǒng)合用一個(gè)阻爆轟型阻火器，如圖1所示。

圖1  三個(gè)火源的阻火器設(shè)置

這個(gè)設(shè)計(jì)方案的問(wèn)題是阻火器距離點(diǎn)火源遠(yuǎn)，回火距離過(guò)長(zhǎng)。經(jīng)計(jì)算，到達(dá)阻火器的最大（回火）火焰速度達(dá)3000m/s左右，這里設(shè)置的一般阻爆轟型阻火器只能單向阻火，因此本方案中，三個(gè)火源設(shè)一個(gè)阻火器達(dá)不到雙向阻火目的。

合理設(shè)置：可以采取幾種方案，對(duì)一個(gè)火源設(shè)置一個(gè)阻火器加上對(duì)另二個(gè)火源設(shè)置一個(gè)阻火器，也可以對(duì)三個(gè)火源分別各設(shè)置一個(gè)阻火器。需要進(jìn)行比較，那一個(gè)方案又安全并更經(jīng)濟(jì)。這里采取在三個(gè)火源處（在距離火源的某處管道上），各設(shè)置一個(gè)阻爆燃型阻火器。經(jīng)計(jì)算，最大（回火）火焰速度為200m/s或450m/s。三個(gè)阻火器的總價(jià)格低于原設(shè)置的一個(gè)阻爆轟型阻火器的價(jià)格。

（2）實(shí)例二

設(shè)計(jì)方案：四個(gè)可能產(chǎn)生火源的管道系統(tǒng)合用一個(gè)阻爆轟型阻火器，如圖2所示。

這個(gè)設(shè)計(jì)方案是阻火器距離點(diǎn)火源遠(yuǎn)，回火距離過(guò)長(zhǎng)。經(jīng)計(jì)算，最大（回火）火焰速度達(dá)2200m/s左右，這里設(shè)置的一般用阻爆轟型阻火器只能單向阻火。因此四個(gè)火源設(shè)一個(gè)阻火器達(dá)不到雙向阻火目的。

圖2  四個(gè)火源的阻火器設(shè)置

合理設(shè)備：同實(shí)例一，經(jīng)過(guò)幾種方案的比較，這里采取在距各個(gè)點(diǎn)火源的某處，分別設(shè)置一個(gè)阻爆燃型阻火器。經(jīng)計(jì)算，這四個(gè)阻火器的最大（回火）火焰速度為80m/s，最低為45m/s。設(shè)置四個(gè)價(jià)格便宜的阻爆燃型阻火器，當(dāng)產(chǎn)生火源引起氣體爆炸時(shí)，能達(dá)到完善的阻火目的。

2、阻火器的訂貨和選型職責(zé)

根據(jù)國(guó)際的習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)，合格的阻火器制造廠應(yīng)具備所生產(chǎn)的各類(lèi)阻火器完整的阻火性能和數(shù)據(jù)測(cè)試報(bào)告，并有合格的檢驗(yàn)及驗(yàn)收證書(shū)。由于有一定的產(chǎn)品生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)能力，并積累了實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，就能為用戶提出正確的阻火器選型和阻火器合理設(shè)置位置的意見(jiàn)。工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)單位或工廠用戶的工藝（工藝系統(tǒng)）專(zhuān)業(yè)人員提出阻火器設(shè)置位置并初選阻火器將工藝參數(shù)、條件、設(shè)置位置提給阻火器制造廠，由制造廠匯同用戶和工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位（或有阻火器選型計(jì)算經(jīng)驗(yàn)的單位），按工藝要求﹑根據(jù)阻火器能力最優(yōu)化和積累的經(jīng)驗(yàn)，確定阻火器最終的設(shè)置位置及阻火器選型。

就目前國(guó)內(nèi)的工程設(shè)計(jì)單位和阻火器生產(chǎn)廠來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)單位和生產(chǎn)廠并沒(méi)有這種確定阻火器最終的設(shè)備位置及阻火器選型的能力：國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的阻火器產(chǎn)品類(lèi)型也較少。阻火器的用戶單位，在阻火器訂貨時(shí)，應(yīng)向制造廠索取和驗(yàn)證所訂類(lèi)型的阻火器測(cè)試證書(shū)等資格資料；對(duì)阻爆轟型阻火器的訂貨，要了解所能阻止的最大（回火）火焰速度和壓力降，用戶要知道設(shè)置阻火器處可能達(dá)到的爆炸氣體速度，以確認(rèn)所訂阻火器產(chǎn)品是否是合格制造廠生產(chǎn)的合格產(chǎn)品。

來(lái)源：化工設(shè)備設(shè)計(jì)  

龔大偉   全國(guó)化工工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站

鄭學(xué)志  中石化北京設(shè)計(jì)院