在石油化工裝置中是什么影響阻火器的選用因素及工況
鋁合金儲(chǔ)罐阻火器
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。阻火器的分類目前有幾類分類方法。依使用場(chǎng)合不同可分放空阻火器和管道阻火器，依阻火元件可劃分為: 填充型、板型、金屬絲網(wǎng)型、液封型和波紋型等5種。其中波紋型阻火器性能穩(wěn)定 ，在石油化工裝置中應(yīng)用較多。這里以波紋型阻火器為例，說明其在石油化工裝置設(shè)計(jì)中的選用。
阻火器的選用：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)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?；蛴善鞅谛?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(0.1MPa、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”（MESG,Maxi2 mum 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MES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(jí)。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，據(jù)氣體的MESG值將氣體分為四個(gè)等級(jí)（A、B、C、D）；另一類是國際電工協(xié)會(huì)（EC）的方法它也將氣體分為四個(gè)等級(jí)（IIC、IIB、IIA、及、I)。兩種標(biāo)準(zhǔn)劃分的各類氣體的MESG值及測(cè)試氣體如表1所示。
兩種MESG分類標(biāo)準(zhǔn)
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NEC |
IEC |
MESG/mm |
測(cè)試氣體 |
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A |
IIC |
0.25 |
乙炔 |
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B |
IIC |
0.28 |
氫氣 |
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C |
IIB |
0.65 |
乙烯 |
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D |
IIA |
0.90 |
丙烯 |
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GM |
I |
1.12 |
甲烷 |
這樣在選用阻器時(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(jí)，然后根據(jù) 該組氣體對(duì)應(yīng)的MESG值來選擇相應(yīng)的阻火元件?；旌?/span>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2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。
混合氣體MESG值
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混合氣體 |
化學(xué)反應(yīng) |
選用建議 |
舉例說明 |
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屬NEG/IEC分類相同 類別（全部為IIA） |
不易腐蝕 |
以混合氣體中MESG最小值為設(shè)計(jì)依據(jù) |
甲烷、乙烷、丁烷 采用MESG=1.12 |
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可能發(fā)生 |
實(shí)驗(yàn)確定 |
乙烷、氫氣 |
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屬NEG/IEC分類不同 類別 |
不易腐蝕 |
以混合氣體中MESG最小值為設(shè)計(jì)依據(jù) |
乙烯、丙烯采用MESG=0.65 |
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可能發(fā)生 |
實(shí)驗(yàn)確定 |
乙烯、氫氣 |
對(duì)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(duì)該元件有壓力降要求。因?yàn)?/span>MESG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。
選擇阻火器類型的影響因素：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”現(xiàn)象。火焰前端氣體被壓縮密度增加，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20MPa。因此火源點(diǎn)距阻火器的距離對(duì)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(duì)阻火元件耐壓能力提出了更為嚴(yán)格的要求。
火焰對(duì)阻火器選型的影響表
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氣體種類 |
距離*/m |
阻火時(shí)間（最小值min） |
建議選用類型 |
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NEC：D |
6 |
5 |
標(biāo)準(zhǔn)在線型 |
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IEC：IIA |
18 |
15 |
高壓在線阻燃型 |
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無限制 |
120 |
阻燃轟型 |
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NEC：C |
2 |
4 |
標(biāo)準(zhǔn)在線型 |
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IEC：IB |
不能確定影響因素 |
不能確定 |
高壓在線阻燃型 |
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無限制 |
15 |
阻爆轟型 |
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NEC：B |
1.2 |
2 |
標(biāo)準(zhǔn)在線型 |
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IEC：IC |
6 |
15 |
高壓在線阻燃型 |
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無限制 |
60 |
阻爆轟型 |
注：*為阻火器至火源的管道傳遞距離（無彎頭）。
從上表可以看出即使對(duì)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(duì)阻火器的制造要求,在保證安全前提下提高經(jīng)濟(jì)性。
彎頭的影響：管道中的彎頭對(duì)火焰的傳播起加速作用這也是以往設(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，下面就彎頭對(duì)阻火器選型的影響做了簡(jiǎn)單的說明：
彎頭對(duì)阻火器選型的影響表
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氣體種類 |
彎頭數(shù)量 |
選型情況 |
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NEC：C |
無 |
標(biāo)準(zhǔn)在線型 |
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IEC：IIB |
1個(gè) |
標(biāo)準(zhǔn)在線型 |
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多個(gè) |
不能確定 |
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NEC：B |
無 |
標(biāo)準(zhǔn)在線型 |
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IEC：IIC |
1個(gè) |
不能確定 |
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多個(gè) |
不能確定 |
注：火源與阻火器間距離為2m。
由上表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)。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)鞑サ淖饔谩５敲糠N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(duì)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。綜上所述在阻火器
的選型過程中，在按照規(guī)范計(jì)算MESG值的同時(shí)，還要十分注意影響選型的各種因素根據(jù)實(shí)際工況確定適宜的阻火器，只有這樣才能達(dá)到既確保安全
又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。
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