天然氣放散管阻火器

中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司 張海寧

放散管是天然氣場站、閥室不可缺少的一部分。天然氣放散管管口以上7.5 m 范圍內(nèi)均為爆炸危險區(qū)域，當(dāng)遇到雷擊、明火或其他偶然情況產(chǎn)生的點(diǎn)火因素時，管口就可能會產(chǎn)生火焰，并傳向放散管內(nèi)。

1 我國現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對放散管的規(guī)定

1.1 天然氣行業(yè)

(1)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》第6.5.12-6 條對放散管有以下規(guī)定：高壓儲罐罐區(qū)集中放散管管口高度應(yīng)高出距其25 m內(nèi)的建構(gòu)筑物2 m 以上，且不得小于10 m。

(2)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》中第6.8.8-4 條對放散管有以下規(guī)定：連續(xù)排放的可燃?xì)怏w排氣筒頂或放空管口，應(yīng)高出20 m 范圍內(nèi)的平臺或建筑物頂2.0 m 以上。對位于20 m 以外的平臺或建筑物頂，應(yīng)滿足6.8.8 的要求，并應(yīng)高出所在地面5 m；第6.8.8-5條對放散管有以下規(guī)定：間歇排放的可燃?xì)怏w排氣筒頂或放空管口，應(yīng)高出10 m 范圍內(nèi)的平臺或建筑物頂2.0 m 以上。對位于10 m 以外的平臺或建筑物頂，應(yīng)滿足6.8.8 的要求，并應(yīng)高出所在地面5 m以上。

(3)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50156-2012(2014 版)《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》中第8.3.8-2 條對放散管有以下規(guī)定：放散管管口應(yīng)高出設(shè)備平臺及以管溝為中心半徑12 m范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物2 m及以上，且應(yīng)高出所在地面5 m 及以上；第9.4.6-2 條對放散管有以下規(guī)定：放散管管口應(yīng)高出LNG 儲罐及以管口為中心半徑12 m 范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物2 m及以上，且應(yīng)高出所在地面5 m 及以上。放散管管口不宜設(shè)雨罩等影響放散氣流垂直向上的裝置。放散管底部應(yīng)有排污措施。

1.2 電氣行業(yè)

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中第4.2.1-3 條對于放散管有以下規(guī)定：排放爆炸危險氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風(fēng)管等，當(dāng)其排放物達(dá)不到爆炸濃度、長期點(diǎn)火燃燒、一排放就點(diǎn)火燃燒，以及發(fā)生事故時排放物才達(dá)到爆炸濃度的通風(fēng)管、安全閥，接閃器的保護(hù)范圍應(yīng)保護(hù)到管帽，無管帽時應(yīng)保護(hù)到管口。

本規(guī)范中第4.2.1-3 所規(guī)定的管、閥及煤氣和天然氣放散管等，其防雷保護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定：金屬物體可不裝接閃器，但應(yīng)和屋面防雷裝置相連。

從上述規(guī)范條文可以看出，天然氣行業(yè)規(guī)范中對放散管的高度做了要求，對放散管是否設(shè)置阻火器并未說明。放散管因?yàn)榘踩g距及高度的原因，通常天然氣放散管不做單獨(dú)的避雷針保護(hù)。實(shí)際工程中，放散管設(shè)計引用GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中第4.3.2-2 條中的規(guī)定：放散管未單獨(dú)裝設(shè)接閃器，要求放散管壁厚不小于4 mm，利用放散管本身作為接閃裝置。

2 天然氣放散管運(yùn)行狀態(tài)

2.1 天然氣加氣站和加壓站

加氣站和加壓站中都設(shè)有壓縮機(jī)。壓縮機(jī)一般有兩個放空接口，一個是填料廢氣排放口，另一個是安全閥排氣口。填料廢氣主要是壓縮機(jī)運(yùn)行過程中腔體內(nèi)所產(chǎn)生的廢氣，伴隨著壓縮機(jī)的運(yùn)行持續(xù)產(chǎn)生。

加氣站設(shè)計小時流量較小，在設(shè)計之初，部分加氣站壓縮機(jī)的填料廢氣排放口未接入集中放散管，而是選擇就地排放。當(dāng)加氣站運(yùn)行一段時間后，壓縮機(jī)填料廢氣排放口附近有少許污漬，且伴隨嘶嘶嘶的響聲。為了運(yùn)行安全，后續(xù)加氣站設(shè)計中，壓縮機(jī)的兩個放空接口均接入了集中放散管。加壓站設(shè)計小時流量較大，壓縮機(jī)運(yùn)行過程中填料廢氣排放量相對較大，因此兩個放空接口均接入集中放散管。

加氣站和加壓站在運(yùn)行過程中，放散管會持續(xù)的放空壓縮機(jī)填料廢氣。在已發(fā)生的天然氣放散管雷擊燃燒事件中，基本都是放散管處于連續(xù)放空狀態(tài)。

2.2 不設(shè)壓縮機(jī)的天然氣場站和閥室

不設(shè)壓縮機(jī)的天然氣場站和閥室中，放散管的主要作用是安全閥超壓時的緊急放散和管道、設(shè)備維修時的檢修放散。緊急放散和檢修放散是偶爾發(fā)生的、間歇性的放散，放散管絕大多數(shù)時間處于無天然氣狀態(tài)。

綜上所述，為防止放散管管口因雷擊燃燒時，火焰?zhèn)魅敕派⒐軆?nèi)，連續(xù)排放的放散管必須設(shè)置阻火器，間歇排放的放散管建議設(shè)置阻火器。

3 阻火器的設(shè)置

阻火器由能夠通過氣體的、具有許多細(xì)小通道或縫隙的材料組成。當(dāng)火焰進(jìn)入阻火器后，被阻火元件分成許多細(xì)小的火焰流，由于傳熱效應(yīng)(氣體被冷卻)和器壁效應(yīng)，使火焰流猝滅。

3.1 阻火器分類

阻火器分類見表1。

表1 阻火器分類

阻爆燃型阻火器用于阻止亞聲速傳播的火焰蔓延；阻爆轟型阻火器用于阻止聲速和超聲速傳播的火焰蔓延。

放空阻火器安裝在儲罐(或槽車)的放空管道上，用以防止外部火焰?zhèn)魅雰?或槽車)內(nèi)，分為管端型和普通型。其中管端型放空阻火器一端與大氣相通，為防止灰塵和雨水進(jìn)入阻火器內(nèi)部，頂部安裝由溫度控制開啟的防風(fēng)雨帽，該阻火器為阻爆燃型；普通型放空阻火器兩端與管道相連，通過下游管道與大氣相通，分為阻爆燃型和阻爆轟型。

管道阻火器安裝在密閉管道系統(tǒng)中，用以防止管路系統(tǒng)一端的火焰蔓延到管路系統(tǒng)的另一端。分為阻爆燃型和阻爆轟型。

3.2 阻火器的選用

天然氣放散管阻火器根據(jù)使用場所判斷，應(yīng)屬于放空阻火器。

阻爆燃型阻火器，其安裝位置宜靠近火源。阻爆轟型阻火器，其安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離火焰?；鹧嫠俣仍礁?，阻火元件的結(jié)構(gòu)和尺寸就越復(fù)雜，因此阻爆轟型阻火器比阻爆燃型阻火器價格高很多。根據(jù)HG/T 20570.19-1995《阻火器的設(shè)置》中4.0.1.2條：火焰波在管道內(nèi)的傳播速度不僅與介質(zhì)種類、所在管道的溫度、壓力有關(guān)外，還與阻火器與點(diǎn)火源之間的距離、安裝位置、阻火器與點(diǎn)火源間的管道形狀有關(guān)。因此選用的阻火器阻火元件的通道直徑要能阻止這種情況下的火焰蔓延，這就需要確定是采用阻爆燃型還是阻爆轟型阻火器，通常由試驗(yàn)或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定。

3.3 阻火器的設(shè)置

目前天然氣放散管阻火器的設(shè)置形式有兩種，如圖1 和圖2 所示。

圖1 管端設(shè)阻火器

圖2 管中設(shè)阻火器

管端設(shè)阻火器時，應(yīng)選用阻爆燃型阻火器。管中設(shè)阻火器時，當(dāng)阻火器安裝位置距離放散管管口≥表2 要求值時，宜選用阻爆轟型阻火器；＜表2中要求值時，宜選用阻爆燃型阻火器。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 3413-1999《石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》中第4.3.2 條：不同公稱直徑的阻爆轟型阻火器，所要求的距火源最小安裝距離詳表2。

表2 阻爆轟型阻火器距火源最小安裝距離

另外，當(dāng)放散管接入火炬前，應(yīng)選擇阻爆轟型阻火器。天然氣在操作工況下的MESG(爆炸性氣體組分最大試驗(yàn)安全間隙)值需大于阻火器鑒定書上標(biāo)明的MESG 值。

4 結(jié)語

在天然氣放散管設(shè)計時，連續(xù)排放的放散管必須設(shè)置阻火器，間歇排放的放散管建議設(shè)置阻火器。管端設(shè)阻火器時，應(yīng)選用阻爆燃型阻火器；管中設(shè)阻火器時，當(dāng)滿足阻爆轟型阻火器安裝距離時，應(yīng)選用阻爆轟型阻火器，否則選用阻爆燃型阻火器。根據(jù)多年的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，建議燃?xì)庑袠I(yè)規(guī)范的修編能增加放散管對于阻火器設(shè)置的指導(dǎo)意見，從而滿足天然氣場站和閥室安全運(yùn)行的需求，促進(jìn)燃?xì)庑袠I(yè)安全、健康的發(fā)展。