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化工罐区的VOCs治理阻火器呼吸阀设计选型

罐区的VOCs治理是罐区安全和环保的重要一环，特别是涉及到易燃易爆介质的储罐，在VOCs治理过程中能不能实现工艺和设备的双重防护呢，答案是肯定的，设备本体的防爆选型是一个要素，在流体输送的管线上安装阻火器则是另一个的要素，本文就重点讲述一下阻火器在罐区VOCs治理工艺中到底该如何选型和布置。

为了条例清晰，我们将按照工艺流程的上下游顺序来进行依次论述。 首先我们从罐顶开始吧，在罐顶上一般会布置这么几个出口，对空的呼吸阀口，气相连通管口，气相平衡管口，气相回收管口，不带呼吸阀的排放管口，用于氮封的管口，用于检修时惰性气体置换的排空管口，当然对于某个罐来说，不一定全部都有上述几个管口，每种管口在数量上也不一定只有一个，这些都是根据容量和工艺要求进行设置的。那么在标准中，对于上述管口的阻火器设置是怎么规定的呢？我们先来看看《GB/T 20801.6-2020 压力管道规范 工业管道 第6部分：安全防护》中第5.2条的相关规定：“下列设备和管道系统应设置阻火器：

a）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；"我们接着再看《SH-T 3413-2019 石油化工石油气管道阻火器选用、检验及验收》第5章的规定：“5.0.1 当有爆炸性混合物存在的可能且无其他防止火焰传播的设施时，下列管道系统和容器应设置阻火器：

b）具有爆炸性气体的储罐或容器气相空间的开放式通气管；
c）甲B、乙类液体储罐之间气相连通管道的分支管道，储罐顶部油气排放管道的集合管；

5.0.3 可燃性气体管道、油罐、容器等上面用于检修时惰化置换的排气管，以及正常操作期间保持关闭的泄压或排放管等可不设置阻火器"最后我们看一下《SH-T 3007-2014 石油化工储运系统罐区设计规范》第5.1.9条的规定：“下列储罐通向大气的通气管或呼吸阀上应安装阻火器：

a）储存甲B、乙、丙A类液体的固定顶储罐和地上卧式储罐；
b）储存甲B、乙类液体的覆土卧式储罐；
c）采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐；
d）内浮顶储罐罐顶中央通气管；"

化工罐区的VOCs治理阻火器呼吸阀设计选型

阻火呼吸阀工作原理当容器承受正压时，呼吸阀打开呼出气体泄放正压；当容器承受负压时，防火呼吸阀打开吸入气体泄放负压。由此保证压力在一定范围内，保证容器安全。防火呼吸阀不仅能维持储罐气压平衡，确保储罐在超压或真空时破坏，且能减少罐内介质和损耗。 防爆阻火呼吸阀，一种是达到一定压力时，进行呼或吸。另一种是设计成纯粹只呼不吸。可以理解为用两个适当压力的单向阀代替。防爆阻火呼吸阀不仅能维持储罐气压平衡，确保储罐在超压或真空时破坏，且能减少罐内介质和损耗。防爆阻火呼吸阀集阻火器与呼吸阀为一体，其新颖的结构为创。它是石化储罐的新型安全设备，其是阻火呼吸性能好，重量轻，维修方便。阻火呼吸阀是安装在固定顶罐上的通风装置，减少油品蒸发损耗，控制储罐压力作用。具有通风量大，泄漏量小，耐腐蚀，防冻性能好。它能对石油储罐内外压着进行自动调节等特点。

化工罐区的VOCs治理阻火器呼吸阀设计选型使用说明：
阻火呼吸阀的阀体能承受0.2Mpa的水压，无渗透和变形现象。呼吸阀耐低温性能在空气相对湿度大于70%，温度为-30℃时，经过24小时的冷冻后，其阀盘开启压力符合工作压力要求，(允许压差正负20pa)。GTQ型通气管的阀盘部件动作时，灵敏度高，动作完成后，保证密封。呼吸阀阀内留有足够的空间，保证储罐的通气量。呼吸阀没达到工作压力以前：公称通径≤150mm，其泄漏量≤0.04m3/h;公称通径≥220mm，其泄漏量≤0.4m3/h;当呼吸阀达到了工作压力以后：阀盘立即开启，保证储罐正常的通气要求。

参考上述文字的红色加粗部分，基本上规定了需要安装阻火器的范围了，那么在设计中针对上述范围，该怎么进行阻火器选型和布置呢，我就按照安装位置和阻火器类型进行逐项分述。
（1）对于排空的管口（包含带呼吸阀的），此处安装阻火器的目的是阻火外部的火焰或爆炸进入储罐内，所以阻火器紧贴在罐口安装，然后连接呼吸阀或管道，此处采用管端型阻火器，类型为阻爆燃型，耐烧测试需满足2小时以上。呼吸阀由于是对空排放，故呼吸阀出口无须安装阻火器。呼吸阀的进口如果也是对空的，那么进口也无须安装阻火器，如下图。
（2）气相连通管道 上的阻火器采用管道型阻火器，且需具有双向阻火功能，安装位置紧邻罐口安装，且所连通的每个罐顶都需要安装一个。当潜在火源的距离无法确定时，需选择非稳态爆轰型阻火器。另外虽然制造商提供了法兰面至潜在火源的距离参数，但由于试验工况和真实工况的差异，不建议安装稳态爆轰型阻火器。
（3）气相平衡管线一般用于两个罐之间进行物料倒罐时的气相连通，故其阻火器设置基本上与气相连通管道类似，不再叙述。

（4）气体回收管口，如果是单个储罐的气体回收管线，只需要在罐口安装管道型非稳态爆轰阻火器且需满足双向阻火功能。如果是多个储罐的气体回收管线，那么每个罐的罐口都需要安装一个非稳态爆轰阻火器（油气集合管道系统的分支管道）。一般罐顶的气体回收管线都是带单呼阀的，故此时的阻火器安装位置可以选在罐口位置或者单呼阀的出口位置，类型选择具有双向阻火功能的非稳态爆轰阻火器。
当然在国外工程公司设计的案例中，也出现过在罐顶的气体回收管线带呼吸阀的，此处的呼吸阀的进口是对空的，其主要目的是为了确保一旦罐内气相空间出现负压的情况，紧急平衡压力用的（如下图）。

（5）氮封管线一般直接与罐顶管口相连，关于氮封管线上是否需要设置阻火器，我在标准中并没有找到明确的说法。在实际的实践中，也没有遇到过氮封管线安装阻火器的实例，下图是韩国设计公司设计的氮封线，并没有安装阻火器。

说完了罐顶上的阻火器布置，接着进入VOC气体输送管道中的阻火器设置，这里的VOC气体输送管道指的是从各个罐的分支管与总管连接处开始，直至终端处理设施的风机或压缩机进口之前的这一段管道，一般称为集合管道或回收总管，关于这段管道中阻火器的设置，在《SH-T 3413-2019 石油化工石油气管道阻火器选用、检验及验收》中第6.2.12条是这么规定的：
“储罐顶部的油气集合管道系统、装卸设施的油气排放（或回收）系统的总管及分支管道应选用爆轰型阻火器"

另外这里的阻火器需采用具有双向阻火功能的管道型阻火器，类型可选择稳态爆轰或非稳态爆轰，在选择稳态爆轰型时需注意安装距离一定要避开非稳态爆轰区域。
最后我们再来讲一下VOCs终端处理设施的阻火器设计，根据《GB-T 20801.6-2020 压力管道规范 工业管道 第6部分：安全防护》第5.2条的相关规定：
“b）火炬、焚烧炉、氧化炉等燃烧设备入口；
c）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"
那么一般对于罐顶VOCs终端处理设施来说，无论是采用吸附分离（c条），还是采用氧化焚烧（b条），在集合管或回收总管与终端处理设备的连接口是必须安装阻火器的，且需采用管道型的双向阻火功能的非稳态爆轰阻火器，如果设备（风机、真空泵或压缩机）自带的有阻火器的话，需要进行型式判定，满足要求的话可不必再安装阻火器。
另外，对于采用吸附分离处理并将处理后的尾气对大气排空的话，还需要在排放管线的末端安装一个耐烧型的管端爆燃阻火器。

该篇文章主要参考国内关于阻火器的相关标准规范，以及中石化的关于罐顶VOCs处理的一些企业规定，以及韩国设计工程设计的实际案例。当然和国外标准规范如ISO、NFPA、API、USCG等关于阻火器的标准条文相比，就显得较为简单了，NFPA和API对阻火器有着更加详细的规定和选型，尤其是UGCS更是严格，强制要求必须使用非稳态爆轰阻火器。