阻火器的作用和工作原理

阻火器原理與分類

儲(chǔ)罐阻火器是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設(shè)備、管道內(nèi)

或阻止火焰在設(shè)備、管道間蔓延。阻火器是應(yīng)用火焰通過熱導(dǎo)體的狹小

孔隙時(shí),由于熱量損失而熄滅的原理設(shè)計(jì)制造。阻火器的阻火層結(jié)構(gòu)有礫

石型、金屬絲網(wǎng)型或波紋型。適用于可燃?xì)怏w管道，如汽油、煤油、輕

柴油、笨、甲笨、原油等油品的儲(chǔ)灌或火炬系統(tǒng)、氣體凈化通化系統(tǒng)、

氣體分析系統(tǒng)、煤礦瓦斯排放系統(tǒng)、加熱爐燃料氣管網(wǎng)上，也可用在乙

炔、氧氣、氮?dú)狻⑻烊粴獾墓艿郎稀Ｗ杌鹌骺膳c呼吸閥配套使用,亦可單

獨(dú)使用。也可加裝在內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的通氣管道上。

一、主要性能

1、阻爆性能合格,連續(xù)13次阻爆性能試驗(yàn)，每次均能阻火。

2、耐燒性能合格，耐燒試驗(yàn)1小時(shí)無回火現(xiàn)象。

3、殼體水壓試驗(yàn)合格。

阻火器芯子采用不銹鋼材料, 耐腐蝕易于清洗。

二、工作原理

大多數(shù)阻火器是由能夠通過氣體的許多細(xì)小、均勻或不均勻的通道

或孔隙的固體材質(zhì)所組成，對這些通道或孔隙要求盡量的小，小到只要

能夠通過火焰就可以。這樣，火焰進(jìn)入阻火器后就分成許多細(xì)小的火焰

流被熄滅。火焰能夠被熄滅的機(jī)理是傳熱作用和器壁效應(yīng)。

（1）傳熱作用 管道阻火器能夠阻止火焰繼續(xù)傳播并迫使火焰熄滅的

因素之一是傳熱作用。阻火器是由許多細(xì)小通道或孔隙組成的，當(dāng)火焰

進(jìn)入這些細(xì)小通道后就形成許多細(xì)小的火焰流。由于通道或孔隙的傳熱

面積很大，火焰通過通道壁進(jìn)行熱交換后，溫度下降，到一定程度時(shí)火

焰即被熄滅。進(jìn)行的試驗(yàn)表明，當(dāng)把阻火器材料的導(dǎo)熱性提高460倍時(shí)，

其熄滅直徑僅改變2.6％。說明材質(zhì)問題是次要的。即傳熱作用是熄滅

火焰的一種原因，但不是主要的原因。因此，對于作為阻爆用的阻火器

來說，其材質(zhì)的選擇不是太重要的。但是在選用材質(zhì)時(shí)應(yīng)考慮其機(jī)械強(qiáng)

度和耐腐蝕性能。

（2）器壁效應(yīng) 根據(jù)燃燒與爆炸連鎖反應(yīng)理論，認(rèn)為燃燒炸現(xiàn)象不

是分子間直接作用的結(jié)果，而是在外來能源（熱能、輻射能、電能、化

學(xué)反應(yīng)能等）的激發(fā)下，使分子分裂為十分活潑而壽命短促的自由基。

化學(xué)反應(yīng)是靠這些自由基進(jìn)行的。自由基與另一分子作用，作用的結(jié)果

除了生成物之外還能產(chǎn)生新的自由基。這樣自由基又消耗又生新的如此

不斷地進(jìn)行下去。可知易燃混合氣體自行燃燒（在開始燃燒后，沒有外

界能源的作用）的條件是：新產(chǎn)生的自由基數(shù)等于或大于消失的自由基

數(shù)。當(dāng)然，自行燃燒與反應(yīng)系統(tǒng)的條件有關(guān)，如溫度、壓力、氣體濃度、

容器的大小和材質(zhì)等。隨著阻火器通道尺寸的減小，自由基與反應(yīng)分子

之間碰撞幾率隨之減少，而自由基與通道壁的碰幾率反而增加，這樣就

促使自由基反應(yīng)減低。當(dāng)通道尺寸減小到某一數(shù)值時(shí)，這種器壁效應(yīng)就

造成了火焰不能繼續(xù)進(jìn)行的條件，火焰即被阻止。由此可知，器壁效應(yīng)

是阻火器阻火焰的主要機(jī)理。由此點(diǎn)出發(fā)，可以設(shè)計(jì)出幾種結(jié)構(gòu)形式的

阻火器，滿足工業(yè)上的需要。

三、分類

儲(chǔ)罐阻火器一般分為兩類：

一類是用于大型氫氣管道的阻火器。

這種阻火器采用法蘭連接。按管道的內(nèi)徑來命名規(guī)格：DN15、

DN20、DN25、DN40、DN50、DN80、DN100、DN150、DN200、DN250

等幾種規(guī)格。

第二類是用于氫氣瓶的阻火器。一般有三種：

第一種是接氫氣瓶的（一頭是螺紋M16*1.5，一頭是Φ8或Φ10皮

接頭);

第二種是兩端帶螺紋(M16*1.5)的氫氣瓶阻火器

第三種是兩端均帶皮接頭（Φ8或Φ10)

四、維修與保養(yǎng)

1、為了確保阻火器的性能達(dá)到使用目的，在安裝阻火器前，須認(rèn)

真閱讀廠家提供的說明書，并仔細(xì)核對標(biāo)牌與所裝管線要求是否一致。

2、阻火器上的流向標(biāo)記必須與介質(zhì)流向一致。

3、每隔半年檢查一次。檢查阻火層是否有堵塞、變形或腐蝕等缺

陷。

4、被堵塞的阻火層應(yīng)清洗干凈，保證每個(gè)孔眼暢通，對于變形或

腐蝕的阻火層應(yīng)更換。

5、清洗阻火器芯件時(shí)，應(yīng)采用高壓蒸汽、非腐蝕性溶劑或壓縮空

氣吹掃，不得采用鋒利的硬件刷洗。

6、重新安裝阻火層時(shí)，應(yīng)更新墊片并確認(rèn)密封面已清潔和無損傷，

不得漏氣。

阻火器原理作用

阻火器又名防火器，阻火器的作用是防止外部火焰竄入存有易燃易

爆氣體的設(shè)備、管道內(nèi)或阻止火焰在設(shè)備、管道間蔓延。阻火器是應(yīng)用

火焰通過熱導(dǎo)體的狹小孔隙時(shí),由于熱量損失而熄滅的原理設(shè)計(jì)制造。阻

火器的阻火層結(jié)構(gòu)有礫石型、金屬絲網(wǎng)型或波紋型。適用于可燃?xì)怏w管

道，如汽油、煤油、輕柴油、笨、甲笨、原油等油品的儲(chǔ)灌或火炬系統(tǒng)、

氣體凈化通化系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)、煤礦瓦斯排放系統(tǒng)、加熱爐燃料氣

的管網(wǎng)上，也可用在乙炔、氧氣、氮?dú)狻⑻烊粴獾墓艿烙闷贰？膳c呼吸

閥配套使用,亦可單獨(dú)使用。

主要性能:1、阻爆性能合格,連續(xù)13次阻爆性能試驗(yàn)每次均能阻火。

2、耐燒性能合格，耐燒試驗(yàn)1小時(shí)無回火現(xiàn)象。3、殼體水壓試驗(yàn)合格。

本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，重量輕、耐腐蝕。易檢修，安裝方便。阻火器芯子采

用不銹鋼材料, 耐腐蝕易于清洗。

一、阻火器簡述

阻火器是用來阻止易燃?xì)怏w、液體的火焰蔓延和防止回火而引起爆

炸的安全裝置。通常裝在輸送或排放易燃易爆氣體的儲(chǔ)罐和管線上。（作

用是防止外部火焰竄入存有易燃易爆氣體的設(shè)備、管道內(nèi)或阻止火焰在

設(shè)備、管道間蔓延。阻火器是應(yīng)用火焰通過熱導(dǎo)體的狹小孔隙時(shí),由于熱

量損失而熄滅的原理設(shè)計(jì)制造。阻火器的阻火層結(jié)構(gòu)有礫石型、金屬絲

網(wǎng)型或波紋型。）

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,自1928 年首先應(yīng)用于石油工業(yè)以來,由于其簡便易行而被石

油及化工裝置大量采用。國內(nèi)石油化工裝置中,阻火器應(yīng)用已很普通,但

在裝置設(shè)計(jì)中,尤其是在線(管道) 阻火器選型中的某些細(xì)節(jié)問題還容易

被忽視。

1 阻火器的工作原理

關(guān)于阻火器的工作原理,目前主要有兩種觀點(diǎn):一是基于傳熱作用;一

是基于器壁效應(yīng)。

1. 1 傳熱作用

燃燒所需要的必要條件之一就是要達(dá)到一定的溫度,即著火點(diǎn)。低于

著火點(diǎn),燃燒就會(huì)停止。依照這一原理,只要將燃燒物質(zhì)的溫度降到其著

火點(diǎn)以下,就可以阻止火焰的蔓延。當(dāng)火焰通過

阻火元件的許多細(xì)小通道之后將變成若干細(xì)小的火焰。設(shè)計(jì)阻火器內(nèi)部

的阻火元件時(shí),則盡可能擴(kuò)大細(xì)小火焰和通道壁的接觸面積,強(qiáng)化傳熱,使

火焰溫度降到著火點(diǎn)以下,從而阻止火焰蔓延。

1. 2 器壁效應(yīng)

燃燒與爆炸并不是分子間直接反應(yīng),而是受外來能量的激發(fā),分子鍵

遭到破壞,產(chǎn)生活化分子,活化分子又分裂為壽命短但卻很活潑的自由基,

自由基與其它分子相撞,生成新的產(chǎn)物,同時(shí)也產(chǎn)生新的自由基再繼續(xù)與

其它分子發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)燃燒的可燃?xì)馔ㄟ^阻火元件的狹窄通道時(shí),自由基

與通道壁的碰撞幾率增大,參加反應(yīng)的自由基減少。當(dāng)阻火器的通道窄到

一定程度時(shí),自由基與通道壁的碰撞占主導(dǎo)地位,由于自由基數(shù)量急劇減

少,反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行,也即燃燒反應(yīng)不能通過阻火器繼續(xù)傳播。

2 阻火器的分類

目前有幾類分類方法。產(chǎn)品（阻火器）使用場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。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。

3 阻火器的選用

3. 1 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),經(jīng)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。或由器壁效應(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. 1 MPa ,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,Maximum 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的組成確定其MESG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。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,它根據(jù)氣體的MESG

值將氣體分為四個(gè)等級(A ,B ,C ,D) ;另一類是國際電工協(xié)會(huì)( IEC) 的方

法,它也將氣體分為四個(gè)等級( IIC , IIB , IIA 及I) 。兩種標(biāo)準(zhǔn)劃分的各類

氣體的MESG 值及測試氣體如表1所示。

表1 兩種MESG分類標(biāo)準(zhǔn)

NEC IEC MESG/ mm 測試氣體

A IIC 0. 25 乙炔

B IIC 0. 28 氫氣

C IIB 0. 65 乙烯

D IIA 0. 90 丙烯

G M I 1. 12 甲烷

在選用阻火器時(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

氣體的等級,然后根據(jù)該組氣體對應(yīng)的MESG 值選擇相應(yīng)的阻火元件。

3. 2 混合氣體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。

表2 混合氣體MESG值

混合氣體 化學(xué)反應(yīng) 選用建議 舉例

屬NEC/ IEC分類相同類別(如全部為IIA) 不易發(fā)生 以混合氣體中

MESG值 最小者為設(shè)計(jì)依據(jù) 甲烷、乙烷與丁烷 采用MESG= 1. 12

可能發(fā)生 實(shí)驗(yàn)確定 乙炔與氫氣

屬NEC/ IEC 分類不同類別 不易發(fā)生 以混合氣體中MESG值最小

者為設(shè)計(jì)依據(jù) 乙烯與丙烯 采用MESG= 0. 65

可能發(fā)生 實(shí)驗(yàn)確定 乙烯與氫氣

對于混合可燃?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。

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?/span>但

是,每種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。

3. 3 選擇阻火器類型的影響因素

3. 3. 1 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”(pressure piling) 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20 MPa 。因此,火源點(diǎn)距阻火器的距離對阻火器的選擇有

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,對阻火元件耐壓能力提出

了更為嚴(yán)格的要求。不同制造商的產(chǎn)品可能會(huì)有不同。

對同種可燃?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),以降低對阻火器的制造要求,在保證安全的前提下,提高經(jīng)濟(jì)

性。

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?/span>但

是,每種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。