一种冗余式带反吹扫结构的阻火器设计

王 钢，吴 东，吴粮华

（湖北西塞山发电有限公司，湖北黄石 435000）

0 引言

阻火器是一种用来阻止易燃气体和易燃液体蒸汽火焰蔓延的安全装置，广泛用于石油、化工、电力生产等各个行业。常规阻火器在使用过程中，阻火滤芯极容易出现堵塞故障，需要解体清理，不仅维护工作量大，而且会导致介质管路退出运行，生产中断[1]。本文重点研究在常规阻火器基础上，通过改进设计方案，围绕解决常规阻火器应用中存在的弊端，开发一种新结构形式的阻火器，既能实现阻火功能，又能减少维护工作量，着力提高设备运行可靠性。该新型阻火器既保证兼容传统阻火器接口，又通过一系列特殊结构设计，拓展基本功能，解决传统阻火器应用中存在的问题，为企业连续安全稳定生产保驾护航。

1 常规阻火器的特点及不足

1.1 结构及阻火原理

常规的阻火器外观及结构如图1 所示，主要由阻火滤芯、阻火器外壳及附件3个部分构成，具有结构简单、价格低廉、应用广泛等特点。阻火器滤芯作为阻火器的核心元件，有金属网滤芯和波纹型滤芯两种形式，其中金属滤芯一般由孔径为0.23～0.315 mm的不锈钢或铜网多层重叠组成；波纹型滤芯结构由不锈钢、铜镍合金、铝或铝合金支撑构成。波纹型结构的阻火器滤芯具有能阻止爆燃的猛烈火焰、能承受较大的机械和热应力等特点，同时具备介质流通阻力小、易于清洗和更换等优点，在工业中应用较广泛[2-3]。

阻火器的阻火原理主要基于传热作用和器壁效应来实现。阻火器滤芯作为阻火器的核心元件，主要由细密多层蜂窝状金属网叠合构成。当管道中的火焰通过阻火滤芯时，因其特殊的结构形式，火焰被细小通道分割为若干细小的火焰，细小火焰被通道壁冷却降温，火焰温度持续下降，当温度降至着火点以下时火焰难以维持自行熄灭，从而实现阻止火焰蔓延的目的；另一方面，燃烧的实质是化学反应，涉及分子键断裂，自由基与分子碰撞过程，阻火器滤芯的狭窄通道结构能提高自由基与通道壁的碰撞几率，使参加燃烧反应的自由基大幅减少，有效阻止燃烧化学反应的进行，实现淬熄火焰的功能[4]。阻火器淬熄火焰的能力与滤芯通道通径密切相关，通道直径越小，火焰被分割越细小，同时通道壁的接触面积越大，火焰降温能力越强，参与燃烧自由基数量越少，淬熄火焰能力显著提高，能更好实现淬熄火焰遏制蔓延的作用[5]。阻火器的阻火原理决定其具有阻止火焰沿密闭管道传播的能力，不能阻止开放的火焰传播。

图1 常规阻火器结构

1.2 存在的不足

阻火器因其阻火滤芯呈多层蜂窝状且通径狭小的特殊结构，在使用过程中，流通介质中的杂质，管路中的铁锈、铁屑等物质都极易造成阻火器芯堵塞，导致介质流动受阻，影响生产过程的顺利进行。常规的阻火器因其结构简单，在进行维护时，必须中断生产，进行管路隔离放空介质才能解体清理阻火滤网，需要开展大量前期准备工作，耗费大量人力，存在维护不便、维护工作量较大等系列弊端，同时频繁拆卸设备，易导致设备损坏[6]。

2 冗余式带反吹扫结构的阻火器设计

2.1 结构及工作原理

本设计中的冗余式带反吹扫结构的阻火器是在传统阻火器基础上改进设计而来，围绕解决传统阻火器在使用中的一系列不足，提出一套较全面的解决方案。通过将传统阻火器固定式阻火滤芯与球阀有机结合，滤芯采取可拆卸方式固定在球阀通流孔之中，兼顾刚性与强度，同时实现阻火与球阀快速切换开关双重功能。在球阀关断位增加反吹扫结构，引入可控制的压缩空气，实现在线反吹扫功能。该一体式阻火滤芯球阀设计能实现在线快速切换阻火器运行、维护状态功能，不仅能有效解决阻火器运行中堵塞影响生产的问题，还能快速进行阻火器滤芯清堵操作，提高设备运行可靠性[7]。

本设计中的阻火器结构如图2 所示，采取分体结构方式，主要由阻火器主管路、一体式阻火滤芯球阀、吹扫支管路、吹扫截止阀、三通弯管等几大部分组成。球阀一体式阻火滤芯作为其核心部件，通过旋转90h能使阻火器在运行/维护之间切换，配合吹扫截止阀的开关实现阻火滤芯吹扫工作。

图2 冗余式带反吹扫结构的阻火器结构

工作原理为当主管道一体式阻火滤芯球阀处于开位，备用管道一体式阻火滤芯球阀处于关位，吹扫管路进出口截止阀处于关位时，介质通过主路管道经阻火器滤芯流出，主管道处于正常运行状态。当主管道因长时间运行，介质和管道中的杂质堵塞阻火器滤芯，流量下降时，可在线投入备用管路运行，并对主管道阻火滤芯进行吹扫操作。阻火滤芯吹扫操作方法为：逆时针旋转备用管道一体式阻火滤芯球阀90h，开启备用管路，此时介质可通过主、备管道同时流通，将主管道一体式阻火滤芯球阀顺时针旋转90h，将主路由运行位切换至备用吹扫位，依次逆时针旋转吹扫管路出口截止阀、进口截止阀90h，开启吹扫管路，此时压缩空气通过吹扫管路反向流经阻火滤芯，对滤芯进行反吹扫，吹扫一定时间后即可终止吹扫进程，此时只需顺时针旋转吹扫进、出口截止阀90h，关闭吹扫管路，主路自动恢复备用状态。本设计中的阻火器主、备双路互为冗余，能大幅度提高阻火器可靠性[8]。

2.2 主要创新点

（1）采用嵌入式设计方案，将阻火滤芯通过螺丝压接的方式固定在球阀内部，能简化阻火器结构复杂程度，降低阻火器生产成本。同时采用三通弯管与阻火器主体分体式设计的思路，确保了嵌入球阀通流孔内部的阻火滤芯能够拆卸、替换，有效延长阻火器整体寿命，降低使用成本。

（2）一体式阻火滤芯球阀结构兼具阻火与管道开关双重功能，通过旋转90h进行切换，不仅能实现在线切换阻火滤芯的运行位与备用维护位，还能实现介质管道通、断功能，拓展了设备的功能。

（3）采取一用一备冗余结构，能实现主、备路互为备用，运行、维护可同时进行，设备在线维护时管路介质不中断，进一步提高设备的可靠性，确保生产的连续性。

（4）增加反吹扫单元，实现单人即可对阻火滤芯进行吹扫操作，能大幅度减轻人力维护工作量，从根本上改变传统阻火器需要解体进行滤芯清理的现状，有效避免频繁拆卸造成设备损坏，具有较好的实际应用价值。

3 结束语

本设计中的冗余式带反吹扫结构的阻火器通过将阻火器结构与球阀巧妙融合，创新设计思路，从根本上解决了传统阻火器使用中存在的不足，拓展了阻火器功能，在具备阻火器基本功能的基础上，实现管路关断、在线吹扫维护等一系列功能，且具有操作简单、维护便捷、实用性强等系列优点，最重要的是具备在线维护功能，能保障生产过程的连续性，符合企业连续生产要求。

该类型的阻火器能通过更换不同类型的阻火滤芯，满足多种易燃易爆介质阻火要求，应用前景较广。此冗余式带反吹扫结构的阻火器已获得国家实用新型专利，专利证书号-CN209828034U，该产品有望进行量产，服务于工业生产运营中。