在易燃易爆气体储罐的进出口处，储罐上的呼吸阀和泄压安全阀出口处及其附近区域内常常含有一定量的易燃气体，这些气体和空气混合在一起就可以形成局部燃烧甚至爆炸的环境。当遇到雷击、明火或其他各种偶然情况产生的点火因素时，就有可能点燃局部预混气，并且火焰可能会沿着未燃预混气的分布方向传人储罐内，引起贮罐内部起火爆炸等灾难性事故。为了阻止外部可能产生的火焰传人储罐造成危险，需要在储罐的相关位置安装储罐阻火器。

对于可燃气体输送管道，由于其所输送的气体中没有氧化剂一般不会产生火焰。但在某些不可预料的特殊条件下，例如年久失修或意外事故，有可能造成管道的破裂，进而有可能在下游管道中形成可燃气和空气的预混气。当该预混气达到爆炸极限时就具备了回火和导致爆炸灾害的必要条件，国内外产生的此类事故较多。如果能在输送管道中的合适位置安装管道阻火器，在很多情况下就可以有效地遏制这种事故的发生。

总之为了防止在非正常条件下火焰沿可燃气体的分布方向传播，避免爆炸灾害的产生，工业上常使用阻火器这种安全装置。阻火器的作用是阻止爆燃或爆轰火焰通过，但不影响气体通过。

一、工作原理

阻火器将输气管道截面分割成多个直栉足够小的截面，火焰在通过这蜂细小通j苴之扁将变成若干细小的火焰，并在运动一定距离之后熄灭．称为“猝熄”。目前关于火焰猝熄的原理主要有两种观点：一种认为传热作用是实现阻火的主要原因，一种则认为器壁效应对火焰熄灭的影响很大。

1、传热作用

燃烧所需要的必要条件之一就是要达到定的温度．即着火点。低于着火点．燃烧就会停止。依照这一原理，只要将燃烧物质的温度降低到其着火点以下，就可以阻止火焰的蔓延。基于强化传热作用的考虑，设计阻火器内部的阻火冗件时，需尽可能扩大细小火焰和通道擘的接触面积，在不影响气流通过的前提下尽快使温度降低到着火点以下。

2、嚣壁效应

燃烧与爆炸并不是分子间直接反应，而是受外来能量的激发，分子键遭到破坏产生活化分子。活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基，自由基与其它分子相撞生成新的产物，同时产生新的自由基再继续与其它分了发生反应。当燃烧的气体通过阻火元件的狭窄通道时，自由基与通道壁的碰撞儿卒增大，参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时，自由基与通道啭的碰撞占主导地位，由于自由基数量急剧减少，反应小能继续进行，也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。当然火焰在阻火器的狭窄通道内传播时熄火也可能与其他因素有关，在不同的条件下火焰熄灭的原因也可能不同。但在爆燃火焰通过狭窄通道时，认为传热作用是火焰熄灭主要娘凼的研究占绝大多数。

二阻火器的选用

1、阻火嚣的分类

阻火器按照安装位置的不同可以分为储罐阻火器和管道阻火器。前者位于储罐的顶端后者位于输送管道中间或末端。按照所能阻止火焰的传播速度可以分为阻爆燃型阻火器和阻爆轰型阻火器，前者安装于管端和靠近管端的管道中或储罐顶部，可阻止以亚音速传播和扩散的火焰；后者安装于距管端较远处或与储罐相连的密闭管道系统端部，可阻止超音速或与音速相当的速度传播和扩散的火焰，储罐阻火器也属于阻爆燃型阻火器。

按照结构类型的不同，阻火器主要分为金属网型、水封型，充填型和波纹型。金属网型阻火器熄灭火焰的能力有限，目前已很少使用；水封型阻火器体积大，而且使用上有很大的局

限性；充填型阻火器结构简单，但体积大流阻大；波纹型阻火器由于其稳定的性能得到了广

泛的应用．波纹型阻火器内的阻火层常用不锈钢或铜镍合金压制成波纹状分层组装而成，两层波纹带中间兜一层平板带使其缠绕成圆形，形成许多=角形窄隙通道。阻火层的厚度根据阻火器使用的条件进行设计，这种结拘的阻火器能承受爆轰的高速火焰。

2、阻火器的执行标准

目前阻火器的国家标准主要有GB5908《石油储罐阻火器》和GBl3347《石油气体管道阻火器阻火性能和试验方法》分别规定了储罐阻火器和管道阻火器的技术要求和阻火性能试验方法。国外标准主要有欧洲标准EN12874(Flamean'esters—．Performancerequirements。testmethods and limits for use》和国际标准化组织的ISO16852(Flameattesters—Performance

requirements，testmethodsandlimits for use》，相比之下国外标准对阻火器的分类更加细化，相应的测试方法和装置也不尽相同。目前大多数的国外知名阻火器生产厂家如Amal、Protego等均以EN12874和ISO16852作为产品检验和测试的依据。

3、火焰在管道内的传播情况

火焰的速度是决定阻火器选择的重要因素，随着介质的不同火焰的特性也不同，但基本的分布形式和变化趋势大体相同。国外某厂家进行了置种不同介质在无障碍管道中的燃烧试验，得到的三种火焰沿管道的传播速度分布如图所示。

火焰速度分布图

其中序号①表示29.5％的氢气和空气混合物，②表示7％的乙烯和空气混合物，③表示4.3％的丙烷和空气混合物，分别代表IIC、IIB、IIA三个气体等级，管道直径为DN50。由图2可以看出，三种气体介质的火焰速度分布趋势大体相同，可以分成AB、BC、CD三段。AB段的火焰速度小于音速，为爆燃；BC段为爆燃和爆轰的过渡区域，CD段为稳定爆轰。三种火焰的爆轰临界点B及稳定爆轰临界点C的位置如表2所示：即对于三种介质，达到爆轰临界点的管长分别为管径的40、60和120倍。

三种火焰的临界点位置

序号	B点		C点
	坐标，m	管长，管径	坐标，m	管长，管径
1	2	40	4.5	90
2	3	60	6	120
3	6	120	11	220

4、气体介质的种类

阻火器所能阻止的最大阻火速度称为安全阻火速度，阻火器的安全阻火速度应大于阻火器安装位置可能达到的最大火焰速度。由于安装位置处的最大火焰速度不容易测量，在实际操作中阻火器的选用主要由气体介质的种类和阻火器的安装位置决定。火焰通过阻火元件的细小通道时会被分割，当火焰被分割小到一定程度时就会熄灭。因此把在一定条件下(0.1MPa，20℃)，刚好能够使火焰熄灭的通道尺寸定义为“最大实验安全间隙”(MESG，MaximumExperimentalSafeGap)。阻火元件的通道尺寸是决定阻火器性能的关键因素，不同的气体介质具有不同的MESG值。因此在选择阻火器时应根据可燃气体的组成来确定其MESG值。在具体选择时又根据MESG值将气体划分为几个等级。目前国际上经常采用两类方法，一是美国全国电气协会(NEC)的分类法，它根据气体的MESG值将气体分为四个等级(A、B、C、D)；另一类是欧洲行业(EN)的分类方法，它将气体分为IIA、IIB、IIBl、IIB2、IIB3和IIC级。中国国家标准GB50058《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》也对可燃气体和空气混合物的等级做了规定，将MESG分为三个等级IIA、IIB和IIC。这样在选用阻火器时，即可在设计规定使用的规范中首先查出所用可燃气体的等级，然后根据该组气体对应的MESG值来选择相应的阻火元件。对于可燃混合气体，选取MESG值时应更加慎重，尤其当各组分之间有可能发生反应时，最安全的方法是将气体组成及操作条件提供给专业制造厂进行模拟实验来确定MESG值。若没有试验条件，则取各组分中最小的MESG值来进行设计。

5、阻火器的安装

阻火器的安装位置对阻火器选用的影响，是指由于点火源与阻火器之间距离的不同而引起的火焰传播速度的不同，进而影响阻火器的选择。储罐阻火器只适用于安装在储罐通气的短管上，它可以单独使用，也可以与呼吸阀配套使用，但阻火器与回火点的距离不应大于所选管径的5倍，同时只能用于有可燃气体而无明火的环境条件下。储罐阻火器只能阻止不大于45m／s的火焰通过，因此它的阻火性能达不到管道阻火器阻火性能要求，所以不能代替管道阻火器使用。根据中国石油化工行业标准SH／T3413《石油化工石油气管道阻火器选用、检验及验收》(适用于IIA类介质)中的规定，阻止亚音速火焰使用防爆燃型，安装位置应靠近火源；阻止音速或超音速火焰使用防爆轰型，安装位置应尽量远离火源。这是因为在实际操作条件下，管内的爆燃随着火焰的传播可能会变成很危险的爆轰。火焰在呈凸出的锥形向前传播时，其速度向着未燃烧的爆炸性混合物的方向越来越快，使未燃气体受到压缩并达到自燃温度，二者结合瞬间即形成极高的燃烧压力和火焰传播速度即所谓爆轰。为此在使用阻爆燃型阻火器时，SH／T3413将其位置限定在管长不大于管径的20倍较为安全。而国外的相关设计资料中提出，经过大量实验的总结发现，对于碳氢化合物气体阻爆燃型阻火器适用于距离点火源50倍管径之内，对于氢气则适用于30倍管径之内。SH／T3413还规定，对于阻爆轰型阻火器它只能防止由爆炸或爆轰引起的回火，但不能防止长时间稳定燃烧的回火。因此，在安装时必须保证在操作条件下不会发生稳定燃烧，要做到这一点可使阻火器安装位置与火源之间的管线尽可能长。表3即为SH／T3413中规定的不同公称直径的阻爆轰型阻火器所要求的号小管线长度。

三、阻火器设计

合理地设计阻火器十分重要，一个阻火器能否有效地阻火主要取决于孔隙的大小、孔的长度(即阻火芯的厚度)和爆炸火焰的传播度，工业上比较期望获得具有低流阻和高阻．性能的阻火器。本节针对目前普遍使用的波纹型阻火器对其设计原则做了简要说明。

1、阻火芯材料

通常阻火芯的材质应采用导热系数大、熔点高的、耐腐蚀性好的材料，通常采用不锈钢波纹板。若采用铝或铜板当受到强大的回火压力时，阻火器容易变形甚至破裂，不能起到阻火作用。例如国外一个原油罐区，采用了由铝板制成的阻火器，当发生火灾时由于回火压力过大，引起阻火器铝板破裂，火焰进入原油罐内酿成原油罐爆炸的重大事故。为此阻火器应选用不锈钢波纹板制造，这样具有一定的抗腐蚀性且不易变形使用寿命长。

2、阻火单元尺寸

如上图所示即为阻火单元的关键尺寸示意，波纹型阻火器通常采用正三角形阻火单元。8为金属薄片的厚度，h为正三角形单元的高度，L为阻火芯的厚度，即阻火单元的长度。阻火芯的金属薄片应在加工条件和强度允许的条件下尽可能的薄，以充分地减小阻火器的流阻损失。根据阻火器的工作原理，阻火芯与火焰的接触面积越大则热量交换越充分，阻火效果越

好，即三角形单元越小通道越长则降温效率越高。因此从理论上讲减小三角形高度h可以

相应的缩短三角形通道长度L，但h过小会增大气体的流阻，L过小会导致阻火器阻火能力

减弱。因此在设计阻火器时，应综合考虑L和h值的选取。对于不同等级的气体介质，国外某厂家经过试验确定了L和h的最佳尺寸组合，避免了考虑无穷多种类的阻火芯尺寸。例如对于IIA类介质，三角形单元的高度h应取0.8mm较为合适，当口径小于DN50时L应取20mm，当口径在DN80到DN350之间时L应取40mm，当口径大于DN400时L应取80mm。

3、阻火芯的最大外径

阻火器的外形结构如图4所示，阻火芯的最大外径为D。从减小流阻损失的角度考虑，阻火芯所有的单元孔隙面积之和应大于或等于两端联接管道的横截面积。

4、阻火器设计计算

目前关于火焰在狭缝中的传播和熄灭的理论研究还相对较少，对于阻火器的设计多依赖于一般的经验公式或半经验公式。波纹型阻火器所能阻止的最大爆燃火焰传播速度可按公式(1)计算：

式中V为阻火器能够阻止的最大火焰传播速度，a、L和d分别为有效面积比(即阻火层总面积与阻火层空隙面积之比)、阻火层厚度和阻火单元的当量直径。但(1)式只能应用于爆燃火焰，对爆轰的情况误差较大，因为爆轰的能量传递方式为冲击波压缩，与爆燃火焰以热传导为主的能量传递方式不同。类似地，对于丙烷一空气爆燃火焰的实验研究总结可得，阻爆燃型阻火器可以阻止的IIA类介质与空气混合物的最大火焰传播速度可按公式(2)计算：

式中V为阻火器能够阻止的最大火焰传播速度。L和h分别为阻火层的厚度和阻火单元的高度，(2)式只在应用于丙烷一空气爆燃火焰时比较准确。美国Groth也在经过实验研究后得到了阻火层厚度与火焰速度及熄灭直径的关系，即公式(3)：

式中，V为火焰传播速度，L和rn分别为阻火层的厚度和熄灭的水力半径。公式(3)表明了火焰速度和阻火层熄灭水力半径与阻火器所需厚度的关系。在这个厚度下，阻火器能阻止高速的火焰传播。由(1)(2)(3)式均可看出，燃气火焰速度与阻火器的阻火层厚度成正比，与孔隙直径的平方成反比。以3寸阻爆燃型阻火器为例进行计算，测试介质为丙烷与空气的混合气，为IIA类介质，根据表1介质的MESG值>0.9mm。根据国外某厂家的推荐尺寸，正三角形单元的高度取为0.8mm，阻火芯厚度取为40mm，薄片厚度取0.5mm。经粗略估算当阻火芯外径为108mm时所有空隙面积之和约等于两端管道截面积，根据结构要求取阻火芯外径为165mm。根据公式(1)计算得到该阻火器的最大阻火速度为380m／s，根据公式(2)计算得到该阻火器的最大阻火速度为427rids。由此可以看出该阻火器可以阻止爆燃火焰的通过。

阻火器是石油储罐和可燃气体输送管道等储运系统中的重要安全附件，对避免爆炸着火等灾害的产生有着重要的意义。本文对阻火器的工作原理、分类、执行标准、选用和设计方法等几个方面作了介绍，可以为波纹型工业阻火器的设计提供参考。