LNG接收站火炬防回火设施的设置

蔡荣　赵顺喜

摘 要：为防止LNG接收站火炬放空时发生回火爆炸事故，对火炬放空系统回火工况及阻火措施进行了研究。通过对石油化工天然气行业中常用阻火措施的原理、特性、使用的局限性及优势进行了对比分析，对LNG接收站火炬系统阻火设施的选用提出了建议。火炬头应带有连续吹扫气的阻火设施；动密封器结构简单，作为一种本质性防回火措施，在LNG火炬放空系统中使用有一定的优势；分子封因其结构特性和设计特点，在LNG火炬系统中使用有一定的局限性；LNG火炬放空系统设置阻火器需慎重。

关键词：LNG接收站；防回火；阻火设施；动密封；分子封

前言

LNG 接收站工艺系统并不复杂，但是确保其安全运行尤为重要。火炬系统是液化天然气接收站的安全设施，对安全生产起着至关重要的作用，要求生产装置在正常或事故排放时能够及时通过火炬系统排放燃烧，并满足严格的环保要求。同时，液化天然气接收站火炬放空系统自身的安全性也非常重要。因此，正确选择火炬放空系统中防回火设施的显得极为重要。

1 LNG接收站工艺及火炬系统工艺介绍

由于LNG 从周围环境中吸收热量，LNG储罐内不断形成一些蒸发气，这种蒸发气就是BOG（Boil Off Gas）。LNG 储罐产生的蒸发气通过蒸发气总管进入BOG 压缩机进行升压，经压缩机加压后的蒸发气进入再冷凝器与从储罐送出的LNG 混合后，冷凝成LNG。LNG进入高压泵入口管线，再经加压气化后外输[1]。

在正常操作工况下，没有蒸发气排放至火炬燃烧，火炬用于处理蒸发气总管超压排放的低压气体。当LNG 储罐内气相空间超压，蒸发气流量高于压缩机或再冷凝器的处理能力时，BOG 压缩机不能控制且压力超过泄放阀设定值时，LNG储罐内多余蒸发气将通过泄放阀泄压。如果直接排放出工艺气体会在工艺区扩散，存在一定的安全隐患；其次直接放空排出的甲烷气体，产生温室效应远大于通过火炬燃烧后排放对环境影响；第三深圳地区为雷暴多发地，甲烷气体直接排放，在泄放过程中若遇雷暴天气，则存在有爆炸危险，对接收站人员财产安全不利。因此火炬系统要能够将生产装置开停车、正常生产及事故工况的各种易燃、易爆、有毒、有害气体及时、安全、可靠地通过火炬系统泄放、燃烧，处理后的污染物排放完全满足国家相关环保标准之要求。

2 火炬系统回火工况分析

火炬排放系统是液化天然气接收站的安全设施。事故状态下，当系统内排放的烃类气体和向火炬头顶端倒流入火炬放空系统的空气温合空气、混合后，其浓度达到了爆炸下限，同时遇到明火时，火炬放空系统即发生回火爆炸。当排放气体总管或火炬系统的设备内出现负压现象时，火炬筒顶部正在燃烧着的明火可能返回到火炬筒体直至相连的排放气体总管和设备内，也会引起爆炸事故。

回火工况主要有以下三种[2]：

（1）当工厂停运，吹扫气断流失去密封时，火炬筒体及放空管内存留的烃类气体和来自火炬头顶端倒流入火炬放空系统的空气混合，在达到爆炸下限时，立刻发生爆炸。

（2）在火炬点火过程中，由于未置换尽火炬放空系统中的空气和放空的烃类气体混合，且处于爆炸下限，此时点燃长明灯有可能引发回火爆炸。

（3）当火炬在燃烧过程中，排放气量急剧减少，流速很低，火炬及放空管直径又偏大时，吹扫气量不足，不能将大气中的空气阻止在火炬头外，空气倒流入火炬放空系统，当达到爆炸下限，即刻发生回火爆炸。

3 防止火炬系统回火和爆炸的措施

为防止燃烧爆炸事故的发生，防止火炬系统回火，火炬放空系统中阻火设施的有效性显得极为重要。目前国内外化工及炼油企业采取以下措施来防止火炬回火[3]：

（1）向火炬系统内吹气，在任何情况下使火炬系统内排放流量均保持某一最小值以上。

（2）火炬底部附近采用水封或在火炬筒顶部采用气体密封，并注入一定量的密封气体，防止火焰从火炬顶部倒入火炬筒体及排放总管内，以达到防止回火的目的。

（3）设阻火器、压力表及阻火器吹扫设施。

在石油化工企业生产实际中常用防回火措施包括：动态密封器、火炬头设置分子封、水封罐、紧急吹扫设施、阻火器。下面就常见的几种防回火措施进行对比。

3.1 放空气体压力高于大气压

应保证火炬放空系统放空气体压力高于大气压。在此工况下即使火炬未放空，但只要在靠近火炬头处连续注入吹扫气（燃料气或惰性气体），就可以维持火炬系统微正压。如果火炬头未设吹扫气密封，注入气体的最小流速约为0.2～0.3m/s即可阻火。由于连续注入的吹扫气量要求较大，从经济性和可行性上考虑，这种阻火方式常被淘汰。

3.2 火炬头设动态密封器

动态密封器是一个简单的锥形几何结构，集成在火炬头底部，不增加火炬头几何尺寸和风载荷，非独立设备。根据API521中对速度型密封的描述，速度型密封也就是我们常说的动态密封。速度型密封要求吹扫气体速度在通过火炬头时达到0.006～0.012m/s[4]。

动密封器是一种本质性防回火措施，动密封工作原理为：当空气沿火炬头内壁进入火炬筒体时，由于密封挡板的作用，空气逐渐改变方向，逆行流动回退至密封器的顶部；同时，带压的密封气体由火炬头下部流动至密封器处，随着进入密封器中相对细小的位置，密封气体的流动速度也随着增至最大，最终到达密封器的顶部喷射而出。这样，带有较高速度的密封气体把进入到密封器顶部的空气不断挟带着，回喷至火炬头顶部，进入大气中，从而达到防止回火的目的。氮气或燃料气都可作为密封气体。

3.3 火炬头设分子封

分子封即分子密封器，是一个具有迷宫型钟罩结构的单独设备。通入吹扫气密封的流量是影响分子封效果的主要因素，密封气的设计流量可按照其在火炬出口处流速0.015～0.05m/s计算求得。

分子封防回火的原理是：当火炬处于停工或小流量工作时，连续从火炬总管补充比空气轻的氮气或甲烷，利用吹扫气体的浮力在分子封内形成一个压力高于大气压的区域，这样使火炬外面的空气不能进入压力较高的火炬内部，从而阻止了火炬头部燃烧着的火焰倒灌及发生内部爆炸事故。分子封的设计特点是：

（1）复杂的迷宫型钟罩结构，几何尺寸大，风载荷大，是单独的设备，需要设计检修手孔。

（2）一般采用16MNR材料，或者与火炬筒体相同的材料，提高其强度性能。

（3）分子封底部设置排液和清污口，保证分子封通道内部形成积液和雨水积聚。管道外壁保温，防止严寒的冬季发生排液管冻结事故。否则结冰堵塞流道，排放气出不去，造成严重隐患。

（4）在采用分子密封或流体密封时火炬头出口总要保持一个流速为0.03～0.06m/s 的最小吹扫气体量。若不采用专利密封，则吹扫气体要保持向上，流速为0.3～0.6m/s。

根据API521对浮力型密封的描述，浮力型密封也就是我们常说的分子封，设计要求分子封吹扫气体速度在通过火炬头时需要达到0.003m/s的流速[4]。

火炬设置分子封，将大大减小吹扫气的用量。近年来，分子封由于其本身具有一定的优点，已经大量运用在各种低压火炬上。但是分子封的结构也有其局限性，比如由于迷宫式气体密封件容易被紧急降压启动时产生的冲击负荷破坏，造成堵塞。因此国外的某些公司规定，分子密封只适用于火炬中气体速度不超过60m/s的低压火炬，并禁用在高压火炬上。因为液化天然气温度在到达火炬系统时温度依然远低于0℃，这样势必导致分子封底部的排污口结冰而无法正常使用。

3.4 火炬放空管路上设水封罐

水封罐也是防止回火和爆炸的可靠措施之一，目前水封罐广泛应用于炼油厂火炬放空系统。但是水封罐有其局限性，当放空气体为低温气体时水封罐可能结冰。在寒冷地域，如果伴热保温不好，罐内液体也容易结冰，此时需要注入防冻剂。水封罐还会增加放空气排放阻力，并引起水封罐周围管道的振动[5]。当放空量较小时，可能引起火炬火焰形成脉冲状。水封罐无法对上游侧的放空管进行回火保护。基于以上原因，近年来国内的天然气处理厂已经很少使用水封罐防止火炬回火和爆炸。

3.5 紧急吹扫的运用

用于常量吹扫的氮气和分子封、动态密封器配合，以防止空气侵入火炬系统形成爆炸性混合气体。氮气的紧急吹扫主要是防止高温火炬气排放后，火炬系统内因冷却形成负压，造成外界空气倒灌。紧急吹扫氮气管线上的电磁阀将由水封罐前的压力及流量信号控制，或者由火炬头温度信号控制。氮气总管线上设精密蓝式过滤器、自力式调节阀、排凝阀、压力表和低压报警开关等。紧急吹扫阻火并不是一种本质性防回火措施，一般配合分子封或者动态密封使用。

3.6 阻火器的运用

阻火器又名防火器，阻火器的作用是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延的一种安全装置。阻火器是应用火焰通过热导体的狭小孔隙时，由于热量损失而熄灭的原理设计制造。阻火器的阻火层结构有砾石型、金属丝网型或波纹型。

关于阻火器的工作原理，主要有两种观点：一是基于传热作用；二是基于器壁效应。

3.6.1 传热作用

燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度，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到其着火点以下，就可以阻止火焰的蔓延。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部的阻火元件时，则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积，强化传热，使火焰温度降到着火点以下，从而阻止火焰蔓延。

3.6.2 器壁效应

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，同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过阻火元件的狭窄通道时，自由基与通道壁的碰撞几率增大，参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时，自由基与通道壁的碰撞占主导地位，由于自由基数量急剧减少，反应不能继续进行，也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。

随着阻火器通道尺寸的减小，自由基与反应分子之间碰撞几率随之减少，而自由基与通道壁的碰撞几率反而增加，这样就促使自由基反应减低。当通道尺寸减少到某一数值时，这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件，火焰即被阻止。因此器壁效应是防止火焰的主要机理。

根据石油天然气工程设计防火规范[6]规定，放空管道必须保持畅通，任何可能引放空管道畅通的因素都要避免。因此，在放空管道上安装阻火器必须慎重。一般的阻火器是由铜丝网等阻火材料组成，由于其结构的特殊性，可能存在以下几个问题：

（1）由于放空气体流速较高，容易破坏阻火器结构，丝网脱落后残留在放空管道中不易察觉，时间长了极易造成堵塞。

（2）放空气体若含有少量杂质，可能造成阻火器堵塞，阻断放空气流。

（3）如果阻火器安接在靠近火炬端，在火炬点燃后，由于热膨胀等因素，可能导致事故发生。

（4）放空气含有H2S等腐蚀介质时，放空管道容易生成硫化铁，引起自燃的风险应当予以考虑，设计和选材都应引起重视。

国外一些公司规定，只能在无法使用吹扫气且排放气体是洁净烧类气体时才可使用阻火器，一般来说设置了阻火器需同时设置相应的爆破片，阻火器的位置应靠近放空火炬端，但需为其维护和检查留出一定通道，目的是为了防止放空管内发生爆炸。应该定期检查安装的所有阻火器， 特别是那些没有连续放空气体通过的阻火器、处于吸入工况下使用的阻火器和堵塞危险相对较高的阻火器。

4 结束语

通过对液化天然气接收站工艺和火炬放空系统工艺的简单介绍，了解火炬放空系统发生回火爆炸危害及防回火爆炸设施对火炬系统安全运行的重要性。文章分析了火炬放空系统可能发生回火爆炸的几种工况，并根据石油化工行业近年来常用的防回火措施及其防回火原理进行了调研分析。笔者对液化天然气接收站火炬放空系统中阻火设施的选用提出如下建议：（1）火炬头应带有连续吹扫气的阻火设施；（2）动密封器结构简单，作为一种本质性防回火措施，在LNG火炬放空系统中使用有一定的优势；（3）分子封由于其结构特性和设计特点，在LNG火炬系统中使用有一定的局限性。（4）LNG火炬放空系统设置阻火器需慎重。

LNG火炬系统的设计是一个复杂的过程，需要注意解决的问题很多。火炬设计必须在充分分析各种安全因素的基础上，综合考虑每个环节，才能设计出高质量的火炬系统，从而保证整个LNG接收站的安全运行。

参考文献

[1]张奕.液化天然气接收站的工艺流程[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2012.2，14-1.

[2]胡玲.天然气处理厂火炬放空阻火设施的设置[J].天然气与石油，2011.10.

[3]SH3009-2001.石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范.

[4]API 521-2007， Guide for Pressure- Relieving and Depressuring Systems.

[5]余汉成，超量放空时放空立管工况分析与垂直反力计算[J].天然气与石油，2009，27（5）；10-13.

[6]GB 50183-2004，石油天然气工程设计防火规范[S].

作者简介：蔡荣（1982-），女，湖北丹江口，硕士研究生，机械工程师。

分子封防回火的原理是：当火炬处于停工或小流量工作时，连续从火炬总管补充比空气轻的氮气或甲烷，利用吹扫气体的浮力在分子封内形成一个压力高于大气压的区域，这样使火炬外面的空气不能进入压力较高的火炬内部，从而阻止了火炬头部燃烧着的火焰倒灌及发生内部爆炸事故。分子封的设计特点是：

（1）复杂的迷宫型钟罩结构，几何尺寸大，风载荷大，是单独的设备，需要设计检修手孔。

（2）一般采用16MNR材料，或者与火炬筒体相同的材料，提高其强度性能。

（3）分子封底部设置排液和清污口，保证分子封通道内部形成积液和雨水积聚。管道外壁保温，防止严寒的冬季发生排液管冻结事故。否则结冰堵塞流道，排放气出不去，造成严重隐患。

（4）在采用分子密封或流体密封时火炬头出口总要保持一个流速为0.03～0.06m/s 的最小吹扫气体量。若不采用专利密封，则吹扫气体要保持向上，流速为0.3～0.6m/s。

根据API521对浮力型密封的描述，浮力型密封也就是我们常说的分子封，设计要求分子封吹扫气体速度在通过火炬头时需要达到0.003m/s的流速[4]。

火炬设置分子封，将大大减小吹扫气的用量。近年来，分子封由于其本身具有一定的优点，已经大量运用在各种低压火炬上。但是分子封的结构也有其局限性，比如由于迷宫式气体密封件容易被紧急降压启动时产生的冲击负荷破坏，造成堵塞。因此国外的某些公司规定，分子密封只适用于火炬中气体速度不超过60m/s的低压火炬，并禁用在高压火炬上。因为液化天然气温度在到达火炬系统时温度依然远低于0℃，这样势必导致分子封底部的排污口结冰而无法正常使用。

3.4 火炬放空管路上设水封罐

水封罐也是防止回火和爆炸的可靠措施之一，目前水封罐广泛应用于炼油厂火炬放空系统。但是水封罐有其局限性，当放空气体为低温气体时水封罐可能结冰。在寒冷地域，如果伴热保温不好，罐内液体也容易结冰，此时需要注入防冻剂。水封罐还会增加放空气排放阻力，并引起水封罐周围管道的振动[5]。当放空量较小时，可能引起火炬火焰形成脉冲状。水封罐无法对上游侧的放空管进行回火保护。基于以上原因，近年来国内的天然气处理厂已经很少使用水封罐防止火炬回火和爆炸。

3.5 紧急吹扫的运用

用于常量吹扫的氮气和分子封、动态密封器配合，以防止空气侵入火炬系统形成爆炸性混合气体。氮气的紧急吹扫主要是防止高温火炬气排放后，火炬系统内因冷却形成负压，造成外界空气倒灌。紧急吹扫氮气管线上的电磁阀将由水封罐前的压力及流量信号控制，或者由火炬头温度信号控制。氮气总管线上设精密蓝式过滤器、自力式调节阀、排凝阀、压力表和低压报警开关等。紧急吹扫阻火并不是一种本质性防回火措施，一般配合分子封或者动态密封使用。

3.6 阻火器的运用

阻火器又名防火器，阻火器的作用是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延的一种安全装置。阻火器是应用火焰通过热导体的狭小孔隙时，由于热量损失而熄灭的原理设计制造。阻火器的阻火层结构有砾石型、金属丝网型或波纹型。

关于阻火器的工作原理，主要有两种观点：一是基于传热作用；二是基于器壁效应。

3.6.1 传热作用

燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度，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到其着火点以下，就可以阻止火焰的蔓延。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部的阻火元件时，则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积，强化传热，使火焰温度降到着火点以下，从而阻止火焰蔓延。

3.6.2 器壁效应

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，同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过阻火元件的狭窄通道时，自由基与通道壁的碰撞几率增大，参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时，自由基与通道壁的碰撞占主导地位，由于自由基数量急剧减少，反应不能继续进行，也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。

随着阻火器通道尺寸的减小，自由基与反应分子之间碰撞几率随之减少，而自由基与通道壁的碰撞几率反而增加，这样就促使自由基反应减低。当通道尺寸减少到某一数值时，这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件，火焰即被阻止。因此器壁效应是防止火焰的主要机理。

根据石油天然气工程设计防火规范[6]规定，放空管道必须保持畅通，任何可能引放空管道畅通的因素都要避免。因此，在放空管道上安装阻火器必须慎重。一般的阻火器是由铜丝网等阻火材料组成，由于其结构的特殊性，可能存在以下几个问题：

（1）由于放空气体流速较高，容易破坏阻火器结构，丝网脱落后残留在放空管道中不易察觉，时间长了极易造成堵塞。

（2）放空气体若含有少量杂质，可能造成阻火器堵塞，阻断放空气流。

（3）如果阻火器安接在靠近火炬端，在火炬点燃后，由于热膨胀等因素，可能导致事故发生。

（4）放空气含有H2S等腐蚀介质时，放空管道容易生成硫化铁，引起自燃的风险应当予以考虑，设计和选材都应引起重视。

国外一些公司规定，只能在无法使用吹扫气且排放气体是洁净烧类气体时才可使用阻火器，一般来说设置了阻火器需同时设置相应的爆破片，阻火器的位置应靠近放空火炬端，但需为其维护和检查留出一定通道，目的是为了防止放空管内发生爆炸。应该定期检查安装的所有阻火器， 特别是那些没有连续放空气体通过的阻火器、处于吸入工况下使用的阻火器和堵塞危险相对较高的阻火器。

4 结束语

通过对液化天然气接收站工艺和火炬放空系统工艺的简单介绍，了解火炬放空系统发生回火爆炸危害及防回火爆炸设施对火炬系统安全运行的重要性。文章分析了火炬放空系统可能发生回火爆炸的几种工况，并根据石油化工行业近年来常用的防回火措施及其防回火原理进行了调研分析。笔者对液化天然气接收站火炬放空系统中阻火设施的选用提出如下建议：（1）火炬头应带有连续吹扫气的阻火设施；（2）动密封器结构简单，作为一种本质性防回火措施，在LNG火炬放空系统中使用有一定的优势；（3）分子封由于其结构特性和设计特点，在LNG火炬系统中使用有一定的局限性。（4）LNG火炬放空系统设置阻火器需慎重。

LNG火炬系统的设计是一个复杂的过程，需要注意解决的问题很多。火炬设计必须在充分分析各种安全因素的基础上，综合考虑每个环节，才能设计出高质量的火炬系统，从而保证整个LNG接收站的安全运行。

参考文献

[1]张奕.液化天然气接收站的工艺流程[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2012.2，14-1.

[2]胡玲.天然气处理厂火炬放空阻火设施的设置[J].天然气与石油，2011.10.

[3]SH3009-2001.石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范.

[4]API 521-2007， Guide for Pressure- Relieving and Depressuring Systems.

[5]余汉成，超量放空时放空立管工况分析与垂直反力计算[J].天然气与石油，2009，27（5）；10-13.

[6]GB 50183-2004，石油天然气工程设计防火规范[S].

作者简介：蔡荣（1982-），女，湖北丹江口，硕士研究生，机械工程师。

分子封防回火的原理是：当火炬处于停工或小流量工作时，连续从火炬总管补充比空气轻的氮气或甲烷，利用吹扫气体的浮力在分子封内形成一个压力高于大气压的区域，这样使火炬外面的空气不能进入压力较高的火炬内部，从而阻止了火炬头部燃烧着的火焰倒灌及发生内部爆炸事故。分子封的设计特点是：

（1）复杂的迷宫型钟罩结构，几何尺寸大，风载荷大，是单独的设备，需要设计检修手孔。

（2）一般采用16MNR材料，或者与火炬筒体相同的材料，提高其强度性能。

（3）分子封底部设置排液和清污口，保证分子封通道内部形成积液和雨水积聚。管道外壁保温，防止严寒的冬季发生排液管冻结事故。否则结冰堵塞流道，排放气出不去，造成严重隐患。

（4）在采用分子密封或流体密封时火炬头出口总要保持一个流速为0.03～0.06m/s 的最小吹扫气体量。若不采用专利密封，则吹扫气体要保持向上，流速为0.3～0.6m/s。

根据API521对浮力型密封的描述，浮力型密封也就是我们常说的分子封，设计要求分子封吹扫气体速度在通过火炬头时需要达到0.003m/s的流速[4]。

火炬设置分子封，将大大减小吹扫气的用量。近年来，分子封由于其本身具有一定的优点，已经大量运用在各种低压火炬上。但是分子封的结构也有其局限性，比如由于迷宫式气体密封件容易被紧急降压启动时产生的冲击负荷破坏，造成堵塞。因此国外的某些公司规定，分子密封只适用于火炬中气体速度不超过60m/s的低压火炬，并禁用在高压火炬上。因为液化天然气温度在到达火炬系统时温度依然远低于0℃，这样势必导致分子封底部的排污口结冰而无法正常使用。

3.4 火炬放空管路上设水封罐

水封罐也是防止回火和爆炸的可靠措施之一，目前水封罐广泛应用于炼油厂火炬放空系统。但是水封罐有其局限性，当放空气体为低温气体时水封罐可能结冰。在寒冷地域，如果伴热保温不好，罐内液体也容易结冰，此时需要注入防冻剂。水封罐还会增加放空气排放阻力，并引起水封罐周围管道的振动[5]。当放空量较小时，可能引起火炬火焰形成脉冲状。水封罐无法对上游侧的放空管进行回火保护。基于以上原因，近年来国内的天然气处理厂已经很少使用水封罐防止火炬回火和爆炸。

3.5 紧急吹扫的运用

用于常量吹扫的氮气和分子封、动态密封器配合，以防止空气侵入火炬系统形成爆炸性混合气体。氮气的紧急吹扫主要是防止高温火炬气排放后，火炬系统内因冷却形成负压，造成外界空气倒灌。紧急吹扫氮气管线上的电磁阀将由水封罐前的压力及流量信号控制，或者由火炬头温度信号控制。氮气总管线上设精密蓝式过滤器、自力式调节阀、排凝阀、压力表和低压报警开关等。紧急吹扫阻火并不是一种本质性防回火措施，一般配合分子封或者动态密封使用。

3.6 阻火器的运用

阻火器又名防火器，阻火器的作用是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延的一种安全装置。阻火器是应用火焰通过热导体的狭小孔隙时，由于热量损失而熄灭的原理设计制造。阻火器的阻火层结构有砾石型、金属丝网型或波纹型。

关于阻火器的工作原理，主要有两种观点：一是基于传热作用；二是基于器壁效应。

3.6.1 传热作用

燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度，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到其着火点以下，就可以阻止火焰的蔓延。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部的阻火元件时，则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积，强化传热，使火焰温度降到着火点以下，从而阻止火焰蔓延。

3.6.2 器壁效应

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，同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过阻火元件的狭窄通道时，自由基与通道壁的碰撞几率增大，参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时，自由基与通道壁的碰撞占主导地位，由于自由基数量急剧减少，反应不能继续进行，也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。

随着阻火器通道尺寸的减小，自由基与反应分子之间碰撞几率随之减少，而自由基与通道壁的碰撞几率反而增加，这样就促使自由基反应减低。当通道尺寸减少到某一数值时，这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件，火焰即被阻止。因此器壁效应是防止火焰的主要机理。

根据石油天然气工程设计防火规范[6]规定，放空管道必须保持畅通，任何可能引放空管道畅通的因素都要避免。因此，在放空管道上安装阻火器必须慎重。一般的阻火器是由铜丝网等阻火材料组成，由于其结构的特殊性，可能存在以下几个问题：

（1）由于放空气体流速较高，容易破坏阻火器结构，丝网脱落后残留在放空管道中不易察觉，时间长了极易造成堵塞。

（2）放空气体若含有少量杂质，可能造成阻火器堵塞，阻断放空气流。

（3）如果阻火器安接在靠近火炬端，在火炬点燃后，由于热膨胀等因素，可能导致事故发生。

（4）放空气含有H2S等腐蚀介质时，放空管道容易生成硫化铁，引起自燃的风险应当予以考虑，设计和选材都应引起重视。

国外一些公司规定，只能在无法使用吹扫气且排放气体是洁净烧类气体时才可使用阻火器，一般来说设置了阻火器需同时设置相应的爆破片，阻火器的位置应靠近放空火炬端，但需为其维护和检查留出一定通道，目的是为了防止放空管内发生爆炸。应该定期检查安装的所有阻火器， 特别是那些没有连续放空气体通过的阻火器、处于吸入工况下使用的阻火器和堵塞危险相对较高的阻火器。

4 结束语

通过对液化天然气接收站工艺和火炬放空系统工艺的简单介绍，了解火炬放空系统发生回火爆炸危害及防回火爆炸设施对火炬系统安全运行的重要性。文章分析了火炬放空系统可能发生回火爆炸的几种工况，并根据石油化工行业近年来常用的防回火措施及其防回火原理进行了调研分析。笔者对液化天然气接收站火炬放空系统中阻火设施的选用提出如下建议：（1）火炬头应带有连续吹扫气的阻火设施；（2）动密封器结构简单，作为一种本质性防回火措施，在LNG火炬放空系统中使用有一定的优势；（3）分子封由于其结构特性和设计特点，在LNG火炬系统中使用有一定的局限性。（4）LNG火炬放空系统设置阻火器需慎重。

LNG火炬系统的设计是一个复杂的过程，需要注意解决的问题很多。火炬设计必须在充分分析各种安全因素的基础上，综合考虑每个环节，才能设计出高质量的火炬系统，从而保证整个LNG接收站的安全运行。

参考文献

[1]张奕.液化天然气接收站的工艺流程[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2012.2，14-1.

[2]胡玲.天然气处理厂火炬放空阻火设施的设置[J].天然气与石油，2011.10.

[3]SH3009-2001.石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范.

[4]API 521-2007， Guide for Pressure- Relieving and Depressuring Systems.

[5]余汉成，超量放空时放空立管工况分析与垂直反力计算[J].天然气与石油，2009，27（5）；10-13.

[6]GB 50183-2004，石油天然气工程设计防火规范[S].

作者简介：蔡荣（1982-），女，湖北丹江口，硕士研究生，机械工程师。