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化工罐區的VOCs治理阻火器呼吸閥設計選型

罐區的VOCs治理是罐區安全和環保的重要一環，特別是涉及到易燃易爆介質的儲罐，在VOCs治理過程中能不能實現工藝和設備的雙重防護呢，答案是肯定的，設備本體的防爆選型是一個要素，在流體輸送的管線上安裝阻火器則是另一個的要素，本文就重點講述一下阻火器在罐區VOCs治理工藝中到底該如何選型和布置。

為了條例清晰，我們將按照工藝流程的上下游順序來進行依次論述。 首先我們從罐頂開始吧，在罐頂上一般會布置這么幾個出口，對空的呼吸閥口，氣相連通管口，氣相平衡管口，氣相回收管口，不帶呼吸閥的排放管口，用于氮封的管口，用于檢修時惰性氣體置換的排空管口，當然對于某個罐來說，不一定全部都有上述幾個管口，每種管口在數量上也不一定只有一個，這些都是根據容量和工藝要求進行設置的。那么在標準中，對于上述管口的阻火器設置是怎么規定的呢？我們先來看看《GB/T 20801.6-2020 壓力管道規范 工業管道 第6部分：安全防護》中第5.2條的相關規定：“下列設備和管道系統應設置阻火器：

a）可燃液體常壓儲罐，以及液態烴、LNG等低溫儲罐的通氣口和呼吸閥進、出口及其氣相連通管；"我們接著再看《SH-T 3413-2019 石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗及驗收》第5章的規定：“5.0.1 當有爆炸性混合物存在的可能且無其他防止火焰傳播的設施時，下列管道系統和容器應設置阻火器：

b）具有爆炸性氣體的儲罐或容器氣相空間的開放式通氣管；
c）甲B、乙類液體儲罐之間氣相連通管道的分支管道，儲罐頂部油氣排放管道的集合管；

5.0.3 可燃性氣體管道、油罐、容器等上面用于檢修時惰化置換的排氣管，以及正常操作期間保持關閉的泄壓或排放管等可不設置阻火器"最后我們看一下《SH-T 3007-2014 石油化工儲運系統罐區設計規范》第5.1.9條的規定：“下列儲罐通向大氣的通氣管或呼吸閥上應安裝阻火器：

a）儲存甲B、乙、丙A類液體的固定頂儲罐和地上臥式儲罐；
b）儲存甲B、乙類液體的覆土臥式儲罐；
c）采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統的儲罐；
d）內浮頂儲罐罐頂中央通氣管；"

化工罐區的VOCs治理阻火器呼吸閥設計選型

阻火呼吸閥工作原理當容器承受正壓時，呼吸閥打開呼出氣體泄放正壓；當容器承受負壓時，防火呼吸閥打開吸入氣體泄放負壓。由此保證壓力在一定范圍內，保證容器安全。防火呼吸閥不僅能維持儲罐氣壓平衡，確保儲罐在超壓或真空時破壞，且能減少罐內介質和損耗。 防爆阻火呼吸閥，一種是達到一定壓力時，進行呼或吸。另一種是設計成純粹只呼不吸。可以理解為用兩個適當壓力的單向閥代替。防爆阻火呼吸閥不僅能維持儲罐氣壓平衡，確保儲罐在超壓或真空時破壞，且能減少罐內介質和損耗。防爆阻火呼吸閥集阻火器與呼吸閥為一體，其新穎的結構為創。它是石化儲罐的新型安全設備，其是阻火呼吸性能好，重量輕，維修方便。阻火呼吸閥是安裝在固定頂罐上的通風裝置，減少油品蒸發損耗，控制儲罐壓力作用。具有通風量大，泄漏量小，耐腐蝕，防凍性能好。它能對石油儲罐內外壓著進行自動調節等特點。

化工罐區的VOCs治理阻火器呼吸閥設計選型使用說明：
阻火呼吸閥的閥體能承受0.2Mpa的水壓，無滲透和變形現象。呼吸閥耐低溫性能在空氣相對濕度大于70%，溫度為-30℃時，經過24小時的冷凍后，其閥盤開啟壓力符合工作壓力要求，(允許壓差正負20pa)。GTQ型通氣管的閥盤部件動作時，靈敏度高，動作完成后，保證密封。呼吸閥閥內留有足夠的空間，保證儲罐的通氣量。呼吸閥沒達到工作壓力以前：公稱通徑≤150mm，其泄漏量≤0.04m3/h;公稱通徑≥220mm，其泄漏量≤0.4m3/h;當呼吸閥達到了工作壓力以后：閥盤立即開啟，保證儲罐正常的通氣要求。

參考上述文字的紅色加粗部分，基本上規定了需要安裝阻火器的范圍了，那么在設計中針對上述范圍，該怎么進行阻火器選型和布置呢，我就按照安裝位置和阻火器類型進行逐項分述。
（1）對于排空的管口（包含帶呼吸閥的），此處安裝阻火器的目的是阻火外部的火焰或爆炸進入儲罐內，所以阻火器緊貼在罐口安裝，然后連接呼吸閥或管道，此處采用管端型阻火器，類型為阻爆燃型，耐燒測試需滿足2小時以上。呼吸閥由于是對空排放，故呼吸閥出口無須安裝阻火器。呼吸閥的進口如果也是對空的，那么進口也無須安裝阻火器，如下圖。
（2）氣相連通管道 上的阻火器采用管道型阻火器，且需具有雙向阻火功能，安裝位置緊鄰罐口安裝，且所連通的每個罐頂都需要安裝一個。當潛在火源的距離無法確定時，需選擇非穩態爆轟型阻火器。另外雖然制造商提供了法蘭面至潛在火源的距離參數，但由于試驗工況和真實工況的差異，不建議安裝穩態爆轟型阻火器。
（3）氣相平衡管線一般用于兩個罐之間進行物料倒罐時的氣相連通，故其阻火器設置基本上與氣相連通管道類似，不再敘述。

（4）氣體回收管口，如果是單個儲罐的氣體回收管線，只需要在罐口安裝管道型非穩態爆轟阻火器且需滿足雙向阻火功能。如果是多個儲罐的氣體回收管線，那么每個罐的罐口都需要安裝一個非穩態爆轟阻火器（油氣集合管道系統的分支管道）。一般罐頂的氣體回收管線都是帶單呼閥的，故此時的阻火器安裝位置可以選在罐口位置或者單呼閥的出口位置，類型選擇具有雙向阻火功能的非穩態爆轟阻火器。
當然在國外工程公司設計的案例中，也出現過在罐頂的氣體回收管線帶呼吸閥的，此處的呼吸閥的進口是對空的，其主要目的是為了確保一旦罐內氣相空間出現負壓的情況，緊急平衡壓力用的（如下圖）。

（5）氮封管線一般直接與罐頂管口相連，關于氮封管線上是否需要設置阻火器，我在標準中并沒有找到明確的說法。在實際的實踐中，也沒有遇到過氮封管線安裝阻火器的實例，下圖是韓國設計公司設計的氮封線，并沒有安裝阻火器。

說完了罐頂上的阻火器布置，接著進入VOC氣體輸送管道中的阻火器設置，這里的VOC氣體輸送管道指的是從各個罐的分支管與總管連接處開始，直至終端處理設施的風機或壓縮機進口之前的這一段管道，一般稱為集合管道或回收總管，關于這段管道中阻火器的設置，在《SH-T 3413-2019 石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗及驗收》中第6.2.12條是這么規定的：
“儲罐頂部的油氣集合管道系統、裝卸設施的油氣排放（或回收）系統的總管及分支管道應選用爆轟型阻火器"

另外這里的阻火器需采用具有雙向阻火功能的管道型阻火器，類型可選擇穩態爆轟或非穩態爆轟，在選擇穩態爆轟型時需注意安裝距離一定要避開非穩態爆轟區域。
最后我們再來講一下VOCs終端處理設施的阻火器設計，根據《GB-T 20801.6-2020 壓力管道規范 工業管道 第6部分：安全防護》第5.2條的相關規定：
“b）火炬、焚燒爐、氧化爐等燃燒設備入口；
c）有持續點燃源和0區的風機、真空泵、壓縮機等機械設備進、出口"
那么一般對于罐頂VOCs終端處理設施來說，無論是采用吸附分離（c條），還是采用氧化焚燒（b條），在集合管或回收總管與終端處理設備的連接口是必須安裝阻火器的，且需采用管道型的雙向阻火功能的非穩態爆轟阻火器，如果設備（風機、真空泵或壓縮機）自帶的有阻火器的話，需要進行型式判定，滿足要求的話可不必再安裝阻火器。
另外，對于采用吸附分離處理并將處理后的尾氣對大氣排空的話，還需要在排放管線的末端安裝一個耐燒型的管端爆燃阻火器。

該篇文章主要參考國內關于阻火器的相關標準規范，以及中石化的關于罐頂VOCs處理的一些企業規定，以及韓國設計工程設計的實際案例。當然和國外標準規范如ISO、NFPA、API、USCG等關于阻火器的標準條文相比，就顯得較為簡單了，NFPA和API對阻火器有著更加詳細的規定和選型，尤其是UGCS更是嚴格，強制要求必須使用非穩態爆轟阻火器。