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  2019 年第 35 卷第 1 期★ 石油化工安全环保技术 ★PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY32石油化工行业涉及到大量易燃易爆液体和蒸汽的运输、储存和加工。火灾、爆炸、有害物质泄放以及超压和真空破坏等是储罐区的主要事故类型。国内石油化工行业和危险化学品企业事故类型如表 1 所示。储罐区安全防范重点在于防止储罐群罐火灾和爆炸。阻火器和呼吸阀是至关重要的安全和环保设备,其本质安全是实现安全生产的重要环节。表 1 国内石油化工行业和危险化学品企业事故类型统计年代 行业范围事故发生频率,%爆炸 火灾 泄漏 其他 合...

  2019 年第 35 卷第 1 期★ 石油化工安全环保技术 ★PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY32石油化工行业涉及到大量易燃易爆液体和蒸汽的运输、储存和加工。火灾、爆炸、有害物质泄放以及超压和真空破坏等是储罐区的主要事故类型。国内石油化工行业和危险化学品企业事故类型如表 1 所示。储罐区安全防范重点在于防止储罐群罐火灾和爆炸。阻火器和呼吸阀是至关重要的安全和环保设备,其本质安全是实现安全生产的重要环节。表 1 国内石油化工行业和危险化学品企业事故类型统计年代 行业范围事故发生频率,%爆炸 火灾 泄漏 其他 合计1949-2010 石油化工 63 20 17 1001974-2010 化工 74 22 4 1001983-2008 化工 57.5 7.5 17.9 17 1002001-2008 化工 55.4 8.4 22.7 13.4 1002011-2013 危险化学品 31.3 17.6 45.7 5.6 100**569 起重大安全事故[1]随着国家安全和环保法规日益严格,环保要求治理易挥发有机化合物(VOC)等有害物质的无组织排放,废气必须收集起来通过收集管网送处理装置(火炬、焚烧炉、活性炭吸附器、洗涤装置等)进行处理。而火炬、风机、焚烧炉和活性炭床层都是潜在的火源,一旦发生火灾、爆炸,火势将通过收集管网蔓延到其它装置和储罐,造成重大安全事故。所以必须提高安全措施和标准,才能为高标准的环保要求保驾护航。阻火器是最后一道物理阻爆、隔爆手段,能够有效阻灭火焰蔓延,防止群罐火灾和爆炸,减少爆炸事故造成的损害。阻火器通常安装在储罐顶部油气管线或者焚烧炉和风机等设备的进出口,可有效阻灭火焰,同时确保介质流动通畅。呼吸阀通常安装在储罐顶部,保护储罐不受超压以及真空的破坏,同时控制储罐废气的排放。1 阻火器阻火器是一种用来阻止易燃气体和易燃液体蒸气火焰蔓延的安全装置,阻火器通常安装在装置的进出口或者管道上,其作用是熄灭火焰。1.1 阻火器历史早在 19 世纪中期,欧洲煤矿工人发现在煤气灯通风口处加金属丝团(Davy Screen)能大大减少瓦斯爆炸的可能性,并因此发明了安全矿灯,这就是阻火器的雏形。1929 年德国工程师收稿日期:2018-10-30作者简介:张岩,男,2004 年毕业于德国布伦瑞克工业大学化学系,博士,主要从事技术管理和研发工作,现任公 司 总 经 理。 电 话,E-mail :yan.阻火器和呼吸阀在储罐安全防范及 VOCs 治理上的重要作用和技术要求张 岩(普瑞泰格(南京)安全设备有限公司,上海 200120)摘 要:储罐区安全防范重点在于防止群罐火灾和爆炸。阻火器和呼吸阀是至关重要的安全和环保设备,其本质安全是实现安全生产的重要环节。阻火器能够有效阻灭火焰蔓延。呼吸阀保护储罐不受超压和真空的破坏。阻火器应依照最新国际标准 ISO 16852 要求,整体进行阻火和流量测试,取得型式认证。使用超压值 10% 的呼吸阀,能够有效控制储罐废气的排放。必须提高阻火器和呼吸阀的安全标准,为高标准的环保要求保驾护航。关键词:阻火器 呼吸阀 储罐 安全防范万方数据 2019 年第 35 卷第 1 期 ★ 张 岩 . 阻火器和呼吸阀在储罐安全防范及 VOCs 治理上的重要作用和技术要求 ★33Mr.Leinemann 发明了波纹板式阻火盘缠绕方式并申请了世界上第一例管道爆轰型阻火器专利,自此以后阻火器实现了标准化生产。1.2 阻火器分类1.2.1 按物质最大试验安全间隙值(MESG)分类依照物质最大试验安全间隙值可以将阻火器分成 IIA 类,IIB3 类和 IIC 类的阻火器。最大试验安全间隙(MESG)是爆炸性气体混合物的分级依据,也是间隙隔爆原理阻火器选用的主要参数。阻火器国际标准 ISO16852 :2008 参照国际标准 IEC60079-20-1 :2010,按照MESG 数值将爆炸性气体混合物分为 IIA1、IIA、IIB1、IIB2、IIB3、IIB 和 IIC 等七级(见表 2),从 IIA1 至 IIC,MESG 数值减小,爆炸性气体混合物危险性级别从低至高。表 2 爆炸级别和相对应的 MESG 值及代表性气体爆炸级别 MESG/mm 代表性气体IIA1 1.14 甲烷IIA 0.90 丙烷IIB1 0.85 乙烯IIB2 0.75 乙烯IIB3 0.65 乙烯IIB 0.5 氢气IIC 0.5 氢气1.2.2 按阻火器灭火方式分类阻火器灭火方式分类如图 1 所示。图 1 阻火器灭火方式分类目前广泛使用的是干式阻火器,灭火元件为波纹板式阻火钢带(如图 2 所示)。波纹板式阻火元件的工作原理之一是基于传热作用;其二是基于器壁效应。1)吸热作用燃烧与爆炸是一种强烈的化学反应,反应温度是决定其化学反应速度的关键因素。温度一旦降低,其化学反应将变缓甚至停止。当火焰通过阻火元件上的阻火通道,即阻火缝隙的时候,火焰的热能将被吸收,火焰温度降低,化学反应减缓直到停止,从而达到熄灭火焰的目的。2)器壁效应燃烧与爆炸是一种因大量的活性自由基相互碰撞所引发的强烈的化学链反应。当火焰通过阻火元件上狭窄的阻火通道时,自由基相互之间碰撞几率降低,化学反应速度降低直到停止,从而达到熄灭火焰的目的。1.2.3 按阻火器安装位置分类阻火器按安装位置分类如图 3 所示。图 3 阻火器按安装位置分类管端阻火器通常安装在排气管端部,只有 1个连接法兰(图 4);管道阻火器安装在管道中,有 2 个连接法兰(图 5);设备组件阻火器是设备的一个组成部分,通常镶嵌在设备当中,比如风机进出口的阻火器(图 6)。1.2.4 按燃烧类型分类阻火器按燃烧类型分类如图 7 所示。一旦管道中引发爆炸,火焰和爆炸冲击波会在管道内高速蔓延。碳氢化合物和空气的混合物在长径比 50 以内(L/D50),火焰和冲击波是以亚音速传播,这个阶段的爆炸称为管道爆燃;当图 2 波纹板式干式阻火元件万方数据 2019 年第 35 卷第 1 期 ★ 石油化工安全环保技术 ★34长径比达到 50~80,火焰和冲击波重叠,传播速度和冲击波压力陡然增加,这个阶段的爆炸就是非稳态爆轰,非稳态爆轰只是发生在一个范围,其具体位置无法确认;当 L/D120 时,火焰进入一个稳定传播的阶段,称为稳态爆轰,这个时候火焰将以恒定速度传播。管道类发生爆炸时火焰的传播情况如图 8 所示。根据 ISO168522016,典型的碳氢化合物稳态爆轰的火焰传播速度是 1 600 m/s,氢气是1 900 m/s典型的管道爆燃型和爆轰型阻火器如图 9、图 10 所示。1.3 阻火器设置根据爆炸风险评估以及工程实践,应在下列储罐、容器等非机械类设备、机械类设备,以及连接管道设置阻火器,见图 11。具体位置包括:1)甲 B、乙类可燃液体常压储罐,以及甲图 7 阻火器按燃烧类型分类图 8 管道内发生爆炸时火焰的传播情况图 4 管端耐烧型阻火器图 5 管道爆轰型阻火器图 6 安装在风机进出口的阻火器万方数据 2019 年第 35 卷第 1 期 ★ 张 岩 . 阻火器和呼吸阀在储罐安全防范及 VOCs 治理上的重要作用和技术要求 ★35A 类可燃液体(包括液态烃,液化天然气等)低温储罐的通气口和呼吸阀进、出口;2)燃烧设备(火炬,焚烧炉,氧化炉等)图 9 管道爆燃型阻火器图 10 管道爆轰型阻火器的入口;3)有持续点燃源和 0 区的机械设备(风机,真空泵,压缩机等)进、出口;4)近海 / 钻井平台、码头、铁路、公路、装卸可燃液体或气体的终端站,以及装卸可燃化学品的槽船、槽罐车的呼吸阀和气体置换 / 返回管线)沼气系统、污水处理和垃圾填埋气系统的中间气体储罐的呼吸阀以及气体总管;6)加工可燃化学品并联设备(如反应器)系统、可燃溶剂回收系统、可燃气体或蒸汽回收系统、可燃尾气处理系统的单台设备或系统的气体或蒸汽出口,以及集合总管进入可能有点燃源的处理设备(如火炬、焚烧炉、氧化炉、活性炭吸附槽、储罐等)的进口;7)可能发生失控放热反应、自燃反应、自分解反应的反应器或容器至大气或不耐爆炸压力的容器的出口;8)输送可能发生爆燃或爆轰的爆炸性气体或蒸汽的管道;9)可燃气体或蒸汽在线)进入爆炸性气体环境危险区域的内燃发动机的排气总管;图 11 阻火器的应用1. 管道阻爆轰阻火器;2. 管道阻爆燃阻火器;3. 全天候阻火呼吸阀;4. 管端阻爆燃或耐烧阻火器;5. 液体阻火器万方数据 2019 年第 35 卷第 1 期 ★ 石油化工安全环保技术 ★3611)经爆炸风险评估,要求设置阻火器的其它位置。1.4 阻火器的选用阻火器的阻火性应取得产品型式认证,具备以下证书:1)依据 ISO 168522016 由资质机构颁发的型式实验证书;2)由资质机构颁发的制造商生产过程质量保证体系证书;3)一致性申明。石化常压储罐设计压力多为 2 kPa,排气压力低,阻火器的压力降也是选择管道爆轰阻火器的关键指标之一。根据 ISO 168522016 阻火器的流通性能应进行实际测试,并有第三方认证的压降流量表,如图 12 所示。1.5 阻火器的日常检查和维修1)阻火器应建档并定期进行检查维护,检查分为日常检查、异常检查和全面检测。a. 日常检查包括:外观检查、判断是否堵 塞。b. 异常检查主要是针对疑过火或者实际过火后的阻火器进行的检查。当用于检测阻火器回火的温度仪表报警或联锁时,立即切断气体并对阻火器进行氮气吹扫。c. 全面检测内容包括:阻火器阻火缝隙值检测、阻火芯件和壳体侧壁间隙检测、阻火元件清洗、更换垫片、气密性测试等。全面检查的周期应根据实际操作情况(介质特性、工艺条件等)和储罐及装置检修周期进行确定。在每个储罐检修周期内应至少开展一次全面检测。图 12 阻火器的压降流量2)阻火芯必须设计成可拆卸式(如图 13 所示),方便维修工作。图 13 可拆卸式的阻火元件2 呼吸阀呼吸阀是提供储罐超压和真空保护的安全设备。使用呼吸阀可以把储罐内油气控制在一个允许范围内,有效减少油气排放。呼吸阀也是重要的环保设备。2.1 呼吸阀的分类及选型依据工作方式,呼吸阀通常分为单呼阀、单吸阀、呼吸阀以及紧急释放阀;依据负重方式,呼吸阀通常分为配重式、弹簧负载式和先导式;万方数据 2019 年第 35 卷第 1 期 ★ 张 岩 . 阻火器和呼吸阀在储罐安全防范及 VOCs 治理上的重要作用和技术要求 ★37依据安装位置,呼吸阀分为管端式和管道式。2.2 呼吸阀的应用保障1)依照 ISO 283002016 呼吸阀应进行实际流量测试,并提供资质第三方机构所认证的流量图。2)呼吸阀的设定压力是呼吸阀的开启压力,具体如图 14 所示。超压值是指呼吸阀达到最大额定通气量时超过设定压力的比值,如超压值10% 的呼吸阀,如果设定压力是 1.5 kPa,则达到最大额定通气量时罐压是 1.65 kPa。目前市场上有 10%~100% 不同超压值的呼吸阀。使用 10%超压值技术的呼吸阀,其设定压力可以设置在储罐设计压力的 90%,可以大大降低呼吸阀开启几率,减少油气排放。3)呼吸阀、紧急释放阀的设定压力应根据其超压值和储罐的实际承压能力合理确定。《石油化工储运罐区 VOCs 治理项目油气连通工艺实施方案及安全措施指导意见》、中石化炼发函(2016)127 号文件要求紧急释放阀设定压力在 1.8 kPa,超压值为 10% ;呼吸阀设定压力在图 14 储罐呼吸阀压力设定万方数据 2019 年第 35 卷第 1 期 ★ 石油化工安全环保技术 ★381.35 kPa,超压值为 10% ;4)呼吸阀泄漏量。ISO 283002008 规定以0.75 倍开启压力作为测试压力,最大允许泄漏量如表 3 所示。表 3 最大允许泄漏量规格 /mm() 最大允许泄漏量 /(m 3 h -1 )(CFH) 150 (6) 0.014 (0.5)200~400 (8~16) 0.142 (5.0)400 (16) 0.566 (0.0)《石油储罐附件 第 1 部分:呼吸阀》(SY/T 0511.12010)规定测量呼吸阀的泄漏量时,以0.75 倍开启压力作为测试压力,其泄漏量应满足表 4 要求。表 4 不同规格的泄漏量要求规格 DN/mm 泄漏量 /(m 3 h -1 ) 150 0.04 200 0.40目前德国呼吸阀优秀产品最大泄漏量见表 5。表 5 德国优秀产品最大泄漏量规格 DN/mm 最大允许泄漏量 /(m 3 h -1 ) 150 0.001 7200~400 0.004 5400 0.008自 2002 年第一批国家环境标准制(修)订以来,国家和地方标准对储油库大气污染物的排放标准越来越严格。《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 315712015)规定有机液体储库非甲烷总烃类排放不能超过 120 mg/m 3 。呼吸阀在储罐正常操作压力下的泄漏量也不能超过120 mg/m 3 ,大约相当于 30 mg/L。美国环保署 EPA 标准所要求的呼吸阀在 75%设定压力下所测得的泄漏量不能大于 500 mg/L。德国先进技术的呼吸阀在 75% 设定压力的泄漏量不大于 30 mg/L。要满足现在国家严格的环保要求,就必须使用高质量,低泄漏量的呼吸阀。2.3 阻火呼吸阀技术要求1)依照 ISO 283002008 标准,当储罐内介质闪点小于 60℃时,呼吸阀须安装阻火器。2)为减少呼吸阀阀前压降,保证呼吸阀正常工作,同时方便阻火器的检维修,阻火呼吸阀应采用一体式结构,阻火器应设置在呼吸阀大 气侧。3)依照 ISO 283002008 标准阻火呼吸阀应整体进行阻火性能测试,取得产品型式认证,具备以下证书:a. 依据 ISO 168522016 由资质机构颁发的阻火性能型式实验证书;b. 制造商生产过程质量保证体系证书;c. 一致性申明。4)阻火呼吸阀应整体进行流量测试。5)当储罐所属地区历年最冷月份平均温度低于或者等于 0 ℃时,阻火呼吸阀应有防冻功能或者采取防冻措施。在环境温度下物料有结晶可能时,应采取防结晶措施。对于储存物料易造成呼吸阀阻火器堵塞的储罐,可采用自力式防冻防结晶等特殊结构的呼吸阀。参考文献:[1] 李健,白晓昀,任正中,等 . 2011-2013 年我国危化品事故统计分析及对策研究 [J]. 中国安全生产科学技术,2014(6):143-147.[2] 阻火器性能要求,试验方法和应用限制:ISO 168522016[S].[3] 压力管道规范 工业管道 第六部分:安全防范:GB/T 20801.62006. 北京:中国标准...