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VOCs处理重要部件：阻火器

洁净工程联盟 · 公众号 · · 2025-02-15 11:20

正文

一、阻火器原理

阻火器是一种安装在储罐或排放可燃气体和易燃液体蒸汽的管道上，用于阻止因回火而引起火焰向油罐或管道传播、蔓延的安全附件。最初被应用在石油工业中，以后又广泛应用于矿山、煤矿、水运及化学工业中。

阻火器主要由壳体和滤芯两部分组成，其中滤芯是阻止火焰传播的主要构件。

以常见的波纹型阻火器为例，其滤芯是用薄不锈钢波纹带与平带共同卷制成盘状,它的阻火能力仅仅取决于滤芯上由波纹形成的三角形截面孔的大小和滤芯的厚度。

当火焰通过滤芯时将被这些三角形截面孔切分成若干细小的火焰，扩大了火焰与通道壁的接触面积, 强化了传热,使得火焰温度降到着火点以下 ,从而阻止火焰蔓延。另外由于器壁效应，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,从而扼制火焰向未燃气体传播。

图1 波纹型阻火器

二

阻火器分类

目前对阻火器有几种分类方法。

按照性能可分为阻爆燃型和阻爆轰型。

阻爆燃型是指用于阻止亚音速传播的火焰蔓延；阻爆轰型是指阻止音速和超音（专业各类VOCs治理RTO、RCO、CO、冷凝器、喷淋塔、活性炭/树脂/沸石吸脱附等设备厂家：樊13141458653微信同）速传播的火焰蔓延。

按照使用场合不同可分为放空阻火器和管道阻火器。

放空阻火器是指安装在储罐（或者槽车）的放空管道上，用于阻止外部火焰传入储罐（或者槽车）内，分为管端型和普通型：管端型阻火器为阻爆燃型，是指一端与大气相通，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；普通型阻火器是指两端与管道相连，通过下游管道与大气相通，分为阻爆燃型和阻爆轰型。

管道阻火器安装在密闭管路系统中，用于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。

按滤芯不 同可分为充填型阻火器、板型阻火器、金属网阻火器、波纹型阻火器及液封型阻火器等5种。

NFPA69《防爆系统标准》中针对阻火器的安装位置、燃烧类型对阻火器进行了详细划分：

图2 NFPA69中阻火器的分类

三

阻火器选型

在一定的条件下，合适的阻火器能起到有效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，超出其工作范围,就无法保证阻火效果，因此需要对阻火器进行选型。

选型中首先需要确定阻火器的使用位置、介质类型(爆炸级别)以及操作工况(压力、温度) 等三项基本因素。

根据阻火器的使用场所进行管道/管端阻火器的划分；

安装在管道端部或储罐顶部时应选用管端型阻火器，安装在封闭的管道系统中，用于防止管道系统未保护侧的火焰蔓延到管道系统的被保护侧时，应选用管道型阻火器。

根据安装位置、介质类型和操作工况确定燃烧工况，完成阻火器初步选型。

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。从爆燃转变成爆轰需要经历爆燃、不稳定爆轰、稳定爆轰三个阶段，因此阻火器安装在爆燃阶段时应选用阻爆燃型阻火器，安装在爆轰阶段时应选用阻爆轰型阻火器，通常由试验或根据经验来确定。

在初步选型确认的基础上，根据其他参数，诸如阻火器连接方式、阻火器通气量、阻火器最大允许压降、阻火器壳体/阻火芯材质、设计标准、同心/偏心设计以及是否需要伴热夹套等具体要求，最终完成阻火器选用。

在以上阻火器选用涉及的参数中,工况简单的可以根据工艺直接确定，而实际工程设计中工况都比较复杂,介质通常为气体混合物,燃烧工况也复杂多样,因此,阻火器的选用需要慎重考虑。

下面介绍两种主要影响因素：

1.介质类型： GB 50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》第3.4.1中规定:爆炸性气体混合物应按其最大试验安全间隙(MESG)或最小点燃电流比(MICR)分级。

通常，阻火器选用过程中对介质类型的确定一般按照介质MESG值来划分。根据GB 3836.11《爆炸性环境用防爆电气设备第11部分:由隔爆外壳“d”保护的设备》，在标准规定的试验条件下，空腔内所有浓度的被试验气体或蒸汽与空气的混合物点燃后，通过25mm长的火焰通路均不能点燃外部爆炸性混合物的内空腔两部分之间的最大间隙。

不同的气体介质有不同的MESG值，而MESG是实验室的测试结果。

其中，纯组分可燃气体、蒸气MESG的测试值参见《爆炸性环境第20-1部分：气体和蒸汽物质特性分级一试验方法和数据》IEC60079-20-1：2010。

多组分可燃气体、蒸气混合物MESG可按下列方法确定：

咨询有资质的机构，或委托测试；

采用危险性最高组分的最小MESG作为多组分混合物的MESG；

应用经验式计算，如《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）条文说明第5.2.3条引用的《易燃液体、气体或蒸汽的分类和化工生产区电气装置设计》NFPA497-2008附件B的估算方法。

EN ISO16852《阻火器性能要求、测试方法和使用限制》将爆炸性气体混合物按其MESG值划分为ⅡA1、IA、IB1、IB2、IB3、ⅡB、ⅡC等7个爆炸等级，见表1。每个组别又都存在爆燃、稳定爆轰和非稳定爆轰。

表1 爆炸级别与气体混合物MESG值对照

（如适用于 II Al 级气体的阻火器，是指所选的阻火器元件必须小于1.14mm）。

不同爆炸级别的介质危险程度不同,对应的阻火器产品也不同。气体介质的MESG值越小,相应阻火器的使用工况越严苛,阻火器设计难度和成本越高。因此,在阻火器选型之前,确认气体介质的MESG值尤为重要。根据MESG值，最终确定选用（专业各类VOCs治理RTO、RCO、CO、冷凝器、喷淋塔、活性炭/树脂/沸石吸脱附等设备厂家：樊13141458653微信同）哪种型号的阻火器，如适用氢气的应选用爆炸组别为IIC型阻火器。

阻火元件间隙大于介质 MESG 时，阻火器将无法发挥阻止火焰传播的作用。除了参考MESG值选型，还要注意安装位置、工艺状况、燃烧时间等。

2.燃烧工况：在管道足够长且燃烧足够快的条件下，火焰会依次经历爆燃、不稳定爆轰、稳定爆轰等几个燃烧阶段(图3)。

图3火焰燃烧过程示意

低压爆燃阶段，速度一般可达到112m/s，压力为0.1MPa;

中压爆燃阶段，速度一般可达到200m/s，压力为0.4MPa;

高压爆燃阶段，速度一般可达到300m/s，压力为2MPa;

爆轰阶段，速度一般可达到1900m/s,压力为3.5MPa;

过度爆轰阶段,速度一般可达到2300m/s,压力为21MPa;

稳定爆轰阶段,速度一般可达到1830m/s，压力为35MPa。

这是由于燃烧过程中产生“压升”现象，当点燃充满可燃气体的水平管道的一端时，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，因而产生“压升”。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地“压升”。

通常，如果阻火器距火源较远，那么火焰爆燃可能就会转变为爆轰，火焰前端压力增加会导致管道内的危险系数大大增加，同时对阻火器的阻火和耐压能力要求也更为严苛。若选用了错误的阻火器，将会成为安全生产的重大隐患,因此，必须严格根据燃烧工况选择阻爆燃型或阻爆轰型的阻火器。

不过在实际工程应用中,由于混合介质较为复杂,管道情况和火焰点位置都难以确定,无法对不同条件下的阻火器选型作出明确的规定,通常需通过运用标准和积累的工程经验进行具体分析。

另外需要注意的是，由于管道中的弯头对火焰传播会起加速作用，因此，在阻火器的选型过程中要充分考虑这一因素。当弯头数量超过1个时,燃烧工况就变得较为复杂，需要模拟管线的真实情况，通过试验来确定。若无试验条件，为安全起见，一般要求选用爆轰型阻火器。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量。

四

阻火器设置相关规范性文件

许多标准都对安装在管道、管端和设备上的阻火器作出了详细的规定。

①《压力管道规范工业管道第6部分：安全防护》（GB/T 20801.6-2020）规定：下列设备和管道系统应设置阻火器：

（1）可燃液体常压储罐，以及液态烃、LNG等低温储罐的通气口和呼吸阀进、出口及其气相连通管；

（2）火炬、焚烧炉、氧化炉等燃烧入口；

（3）有持续点燃源和0区的风机、真空泵、压缩机等机械设备进、出口；

（4）装卸可燃液体或气体终端站、槽船和槽罐车的呼吸阀、以及气体总管；

（5）沼气系统、污水处理和垃圾填埋气系统中间气体储罐的呼吸阀以及气体总管；

（6）加工可燃化学品的并联设备或系统的气体和蒸气出口，以及集合总管进入火炬、焚烧炉、氧化炉、活性炭吸附槽等处理进口；

（7）可能发生失控放热反应、自燃、自分解的反应器或容器至大气或不耐爆炸压力的容器的出口；

（8）输送可能发生爆炸或爆轰的爆炸性气体和蒸汽的管道系统；

（9）可燃气体在线分析设备的放空总管；进入爆炸性气体环境危险区域的内燃发动机的排气的总管。

VOCs处理重要部件：阻火器

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