天然气放散管阻火器

中国市政工程西南设计研究总院有限公司 张海宁

放散管是天然气场站、阀室不可缺少的一部分。天然气放散管管口以上7.5 m 范围内均为爆炸危险区域，当遇到雷击、明火或其他偶然情况产生的点火因素时，管口就可能会产生火焰，并传向放散管内。

1 我国现行相关标准对放散管的规定

1.1 天然气行业

(1)现行国家标准GB 50028-2006《城镇燃气设计规范》第6.5.12-6 条对放散管有以下规定：高压储罐罐区集中放散管管口高度应高出距其25 m内的建构筑物2 m 以上，且不得小于10 m。

(2)现行国家标准GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》中第6.8.8-4 条对放散管有以下规定：连续排放的可燃气体排气筒顶或放空管口，应高出20 m 范围内的平台或建筑物顶2.0 m 以上。对位于20 m 以外的平台或建筑物顶，应满足6.8.8 的要求，并应高出所在地面5 m；第6.8.8-5条对放散管有以下规定：间歇排放的可燃气体排气筒顶或放空管口，应高出10 m 范围内的平台或建筑物顶2.0 m 以上。对位于10 m 以外的平台或建筑物顶，应满足6.8.8 的要求，并应高出所在地面5 m以上。

(3)现行国家标准GB 50156-2012(2014 版)《汽车加油加气站设计与施工规范》中第8.3.8-2 条对放散管有以下规定：放散管管口应高出设备平台及以管沟为中心半径12 m范围内的建(构)筑物2 m及以上，且应高出所在地面5 m 及以上；第9.4.6-2 条对放散管有以下规定：放散管管口应高出LNG 储罐及以管口为中心半径12 m 范围内的建(构)筑物2 m及以上，且应高出所在地面5 m 及以上。放散管管口不宜设雨罩等影响放散气流垂直向上的装置。放散管底部应有排污措施。

1.2 电气行业

现行国家标准GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》中第4.2.1-3 条对于放散管有以下规定：排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧，以及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围应保护到管帽，无管帽时应保护到管口。

本规范中第4.2.1-3 所规定的管、阀及煤气和天然气放散管等，其防雷保护应符合下列规定：金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连。

从上述规范条文可以看出，天然气行业规范中对放散管的高度做了要求，对放散管是否设置阻火器并未说明。放散管因为安全间距及高度的原因，通常天然气放散管不做单独的避雷针保护。实际工程中，放散管设计引用GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》中第4.3.2-2 条中的规定：放散管未单独装设接闪器，要求放散管壁厚不小于4 mm，利用放散管本身作为接闪装置。

2 天然气放散管运行状态

2.1 天然气加气站和加压站

加气站和加压站中都设有压缩机。压缩机一般有两个放空接口，一个是填料废气排放口，另一个是安全阀排气口。填料废气主要是压缩机运行过程中腔体内所产生的废气，伴随着压缩机的运行持续产生。

加气站设计小时流量较小，在设计之初，部分加气站压缩机的填料废气排放口未接入集中放散管，而是选择就地排放。当加气站运行一段时间后，压缩机填料废气排放口附近有少许污渍，且伴随嘶嘶嘶的响声。为了运行安全，后续加气站设计中，压缩机的两个放空接口均接入了集中放散管。加压站设计小时流量较大，压缩机运行过程中填料废气排放量相对较大，因此两个放空接口均接入集中放散管。

加气站和加压站在运行过程中，放散管会持续的放空压缩机填料废气。在已发生的天然气放散管雷击燃烧事件中，基本都是放散管处于连续放空状态。

2.2 不设压缩机的天然气场站和阀室

不设压缩机的天然气场站和阀室中，放散管的主要作用是安全阀超压时的紧急放散和管道、设备维修时的检修放散。紧急放散和检修放散是偶尔发生的、间歇性的放散，放散管绝大多数时间处于无天然气状态。

综上所述，为防止放散管管口因雷击燃烧时，火焰传入放散管内，连续排放的放散管必须设置阻火器，间歇排放的放散管建议设置阻火器。

3 阻火器的设置

阻火器由能够通过气体的、具有许多细小通道或缝隙的材料组成。当火焰进入阻火器后，被阻火元件分成许多细小的火焰流，由于传热效应(气体被冷却)和器壁效应，使火焰流猝灭。

3.1 阻火器分类

阻火器分类见表1。

表1 阻火器分类

阻爆燃型阻火器用于阻止亚声速传播的火焰蔓延；阻爆轰型阻火器用于阻止声速和超声速传播的火焰蔓延。

放空阻火器安装在储罐(或槽车)的放空管道上，用以防止外部火焰传入储罐(或槽车)内，分为管端型和普通型。其中管端型放空阻火器一端与大气相通，为防止灰尘和雨水进入阻火器内部，顶部安装由温度控制开启的防风雨帽，该阻火器为阻爆燃型；普通型放空阻火器两端与管道相连，通过下游管道与大气相通，分为阻爆燃型和阻爆轰型。

管道阻火器安装在密闭管道系统中，用以防止管路系统一端的火焰蔓延到管路系统的另一端。分为阻爆燃型和阻爆轰型。

3.2 阻火器的选用

天然气放散管阻火器根据使用场所判断，应属于放空阻火器。

阻爆燃型阻火器，其安装位置宜靠近火源。阻爆轰型阻火器，其安装位置应远离火焰。火焰速度越高，阻火元件的结构和尺寸就越复杂，因此阻爆轰型阻火器比阻爆燃型阻火器价格高很多。根据HG/T 20570.19-1995《阻火器的设置》中4.0.1.2条：火焰波在管道内的传播速度不仅与介质种类、所在管道的温度、压力有关外，还与阻火器与点火源之间的距离、安装位置、阻火器与点火源间的管道形状有关。因此选用的阻火器阻火元件的通道直径要能阻止这种情况下的火焰蔓延，这就需要确定是采用阻爆燃型还是阻爆轰型阻火器，通常由试验或根据经验来确定。

3.3 阻火器的设置

目前天然气放散管阻火器的设置形式有两种，如图1 和图2 所示。

图1 管端设阻火器

图2 管中设阻火器

管端设阻火器时，应选用阻爆燃型阻火器。管中设阻火器时，当阻火器安装位置距离放散管管口≥表2 要求值时，宜选用阻爆轰型阻火器；＜表2中要求值时，宜选用阻爆燃型阻火器。根据标准SH/T 3413-1999《石油化工石油气管道阻火器选用、检验及验收》中第4.3.2 条：不同公称直径的阻爆轰型阻火器，所要求的距火源最小安装距离详表2。

表2 阻爆轰型阻火器距火源最小安装距离

另外，当放散管接入火炬前，应选择阻爆轰型阻火器。天然气在操作工况下的MESG(爆炸性气体组分最大试验安全间隙)值需大于阻火器鉴定书上标明的MESG 值。

4 结语

在天然气放散管设计时，连续排放的放散管必须设置阻火器，间歇排放的放散管建议设置阻火器。管端设阻火器时，应选用阻爆燃型阻火器；管中设阻火器时，当满足阻爆轰型阻火器安装距离时，应选用阻爆轰型阻火器，否则选用阻爆燃型阻火器。根据多年的现场经验，建议燃气行业规范的修编能增加放散管对于阻火器设置的指导意见，从而满足天然气场站和阀室安全运行的需求，促进燃气行业安全、健康的发展。