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化工罐區(qū)的VOCs治理阻火器呼吸閥設(shè)計(jì)選型

罐區(qū)的VOCs治理是罐區(qū)安全和環(huán)保的重要一環(huán)，特別是涉及到易燃易爆介質(zhì)的儲(chǔ)罐，在VOCs治理過程中能不能實(shí)現(xiàn)工藝和設(shè)備的雙重防護(hù)呢，答案是肯定的，設(shè)備本體的防爆選型是一個(gè)要素，在流體輸送的管線上安裝阻火器則是另一個(gè)的要素，本文就重點(diǎn)講述一下阻火器在罐區(qū)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(jìn)行依次論述。 首先我們從罐頂開始吧，在罐頂上一般會(huì)布置這么幾個(gè)出口，對(duì)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(shí)惰性氣體置換的排空管口，當(dāng)然對(duì)于某個(gè)罐來說，不一定全部都有上述幾個(gè)管口，每種管口在數(shù)量上也不一定只有一個(gè)，這些都是根據(jù)容量和工藝要求進(jìn)行設(shè)置的。那么在標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于上述管口的阻火器設(shè)置是怎么規(guī)定的呢？我們先來看看《GB/T 20801.6-2020 壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護(hù)》中第5.2條的相關(guān)規(guī)定：“下列設(shè)備和管道系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置阻火器：

a）可燃液體常壓儲(chǔ)罐，以及液態(tài)烴、LNG等低溫儲(chǔ)罐的通氣口和呼吸閥進(jìn)、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(yàn)及驗(yàn)收》第5章的規(guī)定：“5.0.1 當(dāng)有爆炸性混合物存在的可能且無其他防止火焰?zhèn)鞑サ脑O(shè)施時(shí)，下列管道系統(tǒng)和容器應(yīng)設(shè)置阻火器：

b）具有爆炸性氣體的儲(chǔ)罐或容器氣相空間的開放式通氣管；
c）甲B、乙類液體儲(chǔ)罐之間氣相連通管道的分支管道，儲(chǔ)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(shí)惰化置換的排氣管，以及正常操作期間保持關(guān)閉的泄壓或排放管等可不設(shè)置阻火器"最后我們看一下《SH-T 3007-2014 石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.9條的規(guī)定：“下列儲(chǔ)罐通向大氣的通氣管或呼吸閥上應(yīng)安裝阻火器：

a）儲(chǔ)存甲B、乙、丙A類液體的固定頂儲(chǔ)罐和地上臥式儲(chǔ)罐；
b）儲(chǔ)存甲B、乙類液體的覆土臥式儲(chǔ)罐；
c）采用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)的儲(chǔ)罐；
d）內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐罐頂中央通氣管；"

化工罐區(qū)的VOCs治理阻火器呼吸閥設(shè)計(jì)選型

阻火呼吸閥工作原理當(dāng)容器承受正壓時(shí)，呼吸閥打開呼出氣體泄放正壓；當(dāng)容器承受負(fù)壓時(shí)，防火呼吸閥打開吸入氣體泄放負(fù)壓。由此保證壓力在一定范圍內(nèi)，保證容器安全。防火呼吸閥不僅能維持儲(chǔ)罐氣壓平衡，確保儲(chǔ)罐在超壓或真空時(shí)破壞，且能減少罐內(nèi)介質(zhì)和損耗。 防爆阻火呼吸閥，一種是達(dá)到一定壓力時(shí)，進(jìn)行呼或吸。另一種是設(shè)計(jì)成純粹只呼不吸。可以理解為用兩個(gè)適當(dāng)壓力的單向閥代替。防爆阻火呼吸閥不僅能維持儲(chǔ)罐氣壓平衡，確保儲(chǔ)罐在超壓或真空時(shí)破壞，且能減少罐內(nèi)介質(zhì)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(jié)構(gòu)為創(chuàng)。它是石化儲(chǔ)罐的新型安全設(shè)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(fēng)裝置，減少油品蒸發(fā)損耗，控制儲(chǔ)罐壓力作用。具有通風(fēng)量大，泄漏量小，耐腐蝕，防凍性能好。它能對(duì)石油儲(chǔ)罐內(nèi)外壓著進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。

化工罐區(qū)的VOCs治理阻火器呼吸閥設(shè)計(jì)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(xiàn)象。呼吸閥耐低溫性能在空氣相對(duì)濕度大于70%，溫度為-30℃時(shí)，經(jīng)過24小時(shí)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(fù)20pa)。GTQ型通氣管的閥盤部件動(dòng)作時(shí)，靈敏度高，動(dòng)作完成后，保證密封。呼吸閥閥內(nèi)留有足夠的空間，保證儲(chǔ)罐的通氣量。呼吸閥沒達(dá)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(dāng)呼吸閥達(dá)到了工作壓力以后：閥盤立即開啟，保證儲(chǔ)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(guī)定了需要安裝阻火器的范圍了，那么在設(shè)計(jì)中針對(duì)上述范圍，該怎么進(jìn)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(jìn)行逐項(xiàng)分述。
（1）對(duì)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(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)，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(cè)試需滿足2小時(shí)以上。呼吸閥由于是對(duì)空排放，故呼吸閥出口無須安裝阻火器。呼吸閥的進(jìn)口如果也是對(duì)空的，那么進(jìn)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(gè)罐頂都需要安裝一個(gè)。當(dāng)潛在火源的距離無法確定時(shí)，需選擇非穩(wěn)態(tài)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(shù)，但由于試驗(yàn)工況和真實(shí)工況的差異，不建議安裝穩(wěn)態(tài)爆轟型阻火器。
（3）氣相平衡管線一般用于兩個(gè)罐之間進(jìn)行物料倒罐時(shí)的氣相連通，故其阻火器設(shè)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(gè)儲(chǔ)罐的氣體回收管線，只需要在罐口安裝管道型非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器且需滿足雙向阻火功能。如果是多個(gè)儲(chǔ)罐的氣體回收管線，那么每個(gè)罐的罐口都需要安裝一個(gè)非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器（油氣集合管道系統(tǒng)的分支管道）。一般罐頂?shù)臍怏w回收管線都是帶單呼閥的，故此時(shí)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(wěn)態(tài)爆轟阻火器。
當(dāng)然在國外工程公司設(shè)計(jì)的案例中，也出現(xiàn)過在罐頂?shù)臍怏w回收管線帶呼吸閥的，此處的呼吸閥的進(jìn)口是對(duì)空的，其主要目的是為了確保一旦罐內(nèi)氣相空間出現(xiàn)負(fù)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(guān)于氮封管線上是否需要設(shè)置阻火器，我在標(biāo)準(zhǔn)中并沒有找到明確的說法。在實(shí)際的實(shí)踐中，也沒有遇到過氮封管線安裝阻火器的實(shí)例，下圖是韓國設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)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(jìn)入VOC氣體輸送管道中的阻火器設(shè)置，這里的VOC氣體輸送管道指的是從各個(gè)罐的分支管與總管連接處開始，直至終端處理設(shè)施的風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)進(jìn)口之前的這一段管道，一般稱為集合管道或回收總管，關(guān)于這段管道中阻火器的設(shè)置，在《SH-T 3413-2019 石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》中第6.2.12條是這么規(guī)定的：
“儲(chǔ)罐頂部的油氣集合管道系統(tǒng)、裝卸設(shè)施的油氣排放（或回收）系統(tǒng)的總管及分支管道應(yīng)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(wěn)態(tài)爆轟或非穩(wěn)態(tài)爆轟，在選擇穩(wěn)態(tài)爆轟型時(shí)需注意安裝距離一定要避開非穩(wěn)態(tài)爆轟區(qū)域。
最后我們?cè)賮碇v一下VOCs終端處理設(shè)施的阻火器設(shè)計(jì)，根據(jù)《GB-T 20801.6-2020 壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護(hù)》第5.2條的相關(guān)規(guī)定：
“b）火炬、焚燒爐、氧化爐等燃燒設(shè)備入口；
c）有持續(xù)點(diǎn)燃源和0區(qū)的風(fēng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)、出口"
那么一般對(duì)于罐頂VOCs終端處理設(shè)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(shè)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(wěn)態(tài)爆轟阻火器，如果設(shè)備（風(fēng)機(jī)、真空泵或壓縮機(jī)）自帶的有阻火器的話，需要進(jìn)行型式判定，滿足要求的話可不必再安裝阻火器。
另外，對(duì)于采用吸附分離處理并將處理后的尾氣對(duì)大氣排空的話，還需要在排放管線的末端安裝一個(gè)耐燒型的管端爆燃阻火器。

該篇文章主要參考國內(nèi)關(guān)于阻火器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以及中石化的關(guān)于罐頂VOCs處理的一些企業(yè)規(guī)定，以及韓國設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)的實(shí)際案例。當(dāng)然和國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如ISO、NFPA、API、USCG等關(guān)于阻火器的標(biāo)準(zhǔn)條文相比，就顯得較為簡(jiǎn)單了，NFPA和API對(duì)阻火器有著更加詳細(xì)的規(guī)定和選型，尤其是UGCS更是嚴(yán)格，強(qiáng)制要求必須使用非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器。