儲罐波紋阻火器

化工設計中阻火器的設計和選用是重要和復雜的，直接影響化工生產的操作和安全。從阻火器的工作原理、分類、設計計算和選用等方面，論述阻火器在

設計和選用中應采用的方法和應注意的因素，以期正確設計和選用阻火器。

一、波紋阻火器的設計：

合理地設計阻火器十分重要，一個阻火器能否有效地阻火主要取決于孔隙的大小、孔的長度(即阻火芯的厚度)和爆炸火焰的傳播度，工業上比較期望獲得

具有低流阻和高阻性能的阻火器。針對目前普遍使用的波紋型阻火器對其設計原則做了簡要說明。

1、阻火芯材料

通常阻火芯的材質應采用導熱系數大、熔點高的、耐腐蝕性好的材料，通常采用不銹鋼波紋板。若采用鋁或銅板當受到強大的回火壓力時，阻火器容易變

形甚至破裂，不能起到阻火作用。例如國外一個原油罐區，采用了由鋁板制成的阻火器，當發生火災時由于回火壓力過大，引起阻火器鋁板破裂，火焰進

入原油罐內釀成原油罐爆炸的重大事故。為此阻火器應選用不銹鋼波紋板制造，這樣具有一定的抗腐蝕性且不易變形使用壽命長。

2、阻火單元尺寸

如上圖所示即為阻火單元的關鍵尺寸示意，波紋型阻火器通常采用正三角形阻火單元。8為金屬薄片的厚度，h為正三角形單元的高度，L為阻火芯的厚

度，即阻火單元的長度。阻火芯的金屬薄片應在加工條件和強度允許的條件下盡可能的薄，以充分地減小阻火器的流阻損失。根據阻火器的工作原理，

阻火芯與火焰的接觸面積越大則熱量交換越充分，阻火效果越好，即三角形單元越小通道越長則降溫效率越高。因此，從理論上講減小三角形高度h可

以相應的縮短三角形通道長度L，但h過小會增大氣體的流阻，L過小會導致阻火器阻火能力減弱。啕因此在設計阻火器時，應綜合考慮L和h值的選取。

對于不同等級的氣體介質，國外某廠家經過試驗確定了L和h的最佳尺寸組合，避免了考慮無窮多種類的阻火芯尺寸。憫例如對于IIA類介質，三角形單

元的高度h應取

0.8mm較為合適，當口徑小于DN50時L應取20mm，當口徑在DN80到DN350之間時L應取40ram，當口徑大于DN400時L應取80mm。

3、阻火芯的最大外徑

阻火器的外形結構如圖4所示，阻火芯的最大外徑為D。從減小流阻損失的角度考慮，阻火芯所有的單元孔隙面積之和應大于或等于兩端聯接管道的橫截

面積。

4、阻火器設計計算

目前，關于火焰在狹縫中的傳播和熄滅的理論研究還相對較少，對于阻火器的設計多依賴于一般的經驗公式或半經驗公式。波紋型阻火器所能阻止的最大

爆燃火焰傳播速度可按公式(1)計算：

但(1)式只能應用于爆燃火焰，對爆轟的情況誤差較大，因為爆轟的能量傳遞方式為沖擊波壓縮，與爆燃火焰以熱傳導為主的能量傳遞方式不同。類似

地式中V為阻火器能夠阻止的最大火焰傳播速度，a、L和d分別為有效面積比(即阻火層總面積與阻火層空隙面積之比)、阻火層厚度和阻火單元的當量

直徑。對于丙烷一空氣爆燃火焰的實驗研究總結可得，阻爆燃型阻火器可以阻止的IIA類介質與空氣混合物的最大火焰傳播速度可按公式(2)計算：

Groth也在經過實驗研究后得到了阻火層厚度與火焰速度及熄滅直徑的關系，即公式(3)：式中V為阻火器能夠阻止的最大火焰傳播速度。L和h分別為阻

火層的厚度和阻火單元的高度，(2)式只在應用于丙烷一空氣爆燃火焰時比較準確。美國

L=2Vrh²

式中V為火焰傳播速度，L和rh分別為阻火層的厚度和熄滅的水力半徑。公式(3)表明了火焰速度和阻火層熄滅水力半徑與阻火器所需厚度的關系。在這

個厚度下阻火器能阻止高速的火焰傳播。由(1)(2)(3)式均可看出，燃氣火焰速度與阻火器的阻火層厚度成正比，與孔隙直徑的平方成反比。以3寸阻爆

燃型阻火器為例進行計算，測試介質為丙烷與空氣的混合氣，為IIA類介質，根據介質的MESG值>0.9mm。根據國外某廠家的推薦尺寸，正三角形單元

的高度取為0.8mm，阻火芯厚度取為40mm，薄片厚度取0.5mm。經粗略估算當阻火芯外徑為108mm時所有空隙面積之和約等于兩端管道截面積，根

據結構要求取阻火芯外徑為165mm。根據公式(1)計算得到該阻火器的最大阻火速度為380m/s，根據公式(2)計算得到該阻火器的最大阻火速度為

427m/s。由此可以看出該阻火器可以阻止爆燃火焰的通過。

二、阻火器選用原則：

(1)所選用阻火器的安全阻火速度應大于安裝位置可能達到的火焰傳播速度。

(2)與燃燒器連接的可燃氣體輸送管道在無其他防回火設施時應設置阻火器：①阻止以亞音速傳播的火焰,應使用阻爆燃型阻火器,其安裝位置宜靠近火源；

②阻止以音速或超音速傳播的火焰，應使用阻爆轟型阻火器，要注意其爆轟波吸收器應朝有可能產生爆轟的方向，否則將失去阻爆轟的作用。

(3)在寒冷地帶使用阻火器，應選用部分或整體帶加熱套的殼體，也可采用其它伴熱方式。

(4)在特殊情況下，可根據需要選用設有沖洗管、壓力計和排污口等接口的阻火器。

(5)安裝于管端的阻火器，當管道公稱直徑小于DN50時宜采用螺紋連接；當管道公稱直徑大于DN50時宜采用法蘭連接。

(6)安裝于管道中的阻火器宜采用法蘭連接。

(7)安裝于管端的阻火器應帶有可自動開啟的防雨通風罩。

(8)儲罐之間的氣相連通管道各支管上的阻火器應選阻爆轟型阻火器。

(9)儲罐頂部的油氣排放管道應在與罐頂的連接處選用阻爆轟型阻火器。

(10)儲罐頂部保護性氣體及油氣排放管道的集合管上應選阻爆轟型阻火器。緊急放空管道應設置阻爆燃型阻火器。

(11)裝卸設施的油氣排放或回收總管與各支線的氣相管道之間應設置阻爆轟型阻火器。

(12)可燃氣體放空管道在接入火炬前若設置阻火器時，應設置阻爆轟型阻火器。

(13)阻火器的材質選用應滿足以下要求：

①安裝于管端的阻火器殼體應采用鑄鐵和含鎂量不大于0.5%的鑄鋁合金，也可按設計要求采用其它材料；

②安裝于管道中的阻火器殼體應采用鑄鐵或碳鋼焊接，也可按設計要求采用其它材料；

③阻火層芯件和安裝于管道中的阻火器芯殼及芯件壓環應選用不銹鋼；

④安裝于管端的阻火器芯殼及芯件壓環應采用鑄鐵或鑄鋁。