一種冗余式帶反吹掃結構的阻火器設計

王 鋼，吳 東，吳糧華

（湖北西塞山發電有限公司，湖北黃石 435000）

0 引言

阻火器是一種用來阻止易燃氣體和易燃液體蒸汽火焰蔓延的安全裝置，廣泛用于石油、化工、電力生產等各個行業。常規阻火器在使用過程中，阻火濾芯極容易出現堵塞故障，需要解體清理，不僅維護工作量大，而且會導致介質管路退出運行，生產中斷[1]。本文重點研究在常規阻火器基礎上，通過改進設計方案，圍繞解決常規阻火器應用中存在的弊端，開發一種新結構形式的阻火器，既能實現阻火功能，又能減少維護工作量，著力提高設備運行可靠性。該新型阻火器既保證兼容傳統阻火器接口，又通過一系列特殊結構設計，拓展基本功能，解決傳統阻火器應用中存在的問題，為企業連續安全穩定生產保駕護航。

1 常規阻火器的特點及不足

1.1 結構及阻火原理

常規的阻火器外觀及結構如圖1 所示，主要由阻火濾芯、阻火器外殼及附件3個部分構成，具有結構簡單、價格低廉、應用廣泛等特點。阻火器濾芯作為阻火器的核心元件，有金屬網濾芯和波紋型濾芯兩種形式，其中金屬濾芯一般由孔徑為0.23～0.315 mm的不銹鋼或銅網多層重疊組成；波紋型濾芯結構由不銹鋼、銅鎳合金、鋁或鋁合金支撐構成。波紋型結構的阻火器濾芯具有能阻止爆燃的猛烈火焰、能承受較大的機械和熱應力等特點，同時具備介質流通阻力小、易于清洗和更換等優點，在工業中應用較廣泛[2-3]。

阻火器的阻火原理主要基于傳熱作用和器壁效應來實現。阻火器濾芯作為阻火器的核心元件，主要由細密多層蜂窩狀金屬網疊合構成。當管道中的火焰通過阻火濾芯時，因其特殊的結構形式，火焰被細小通道分割為若干細小的火焰，細小火焰被通道壁冷卻降溫，火焰溫度持續下降，當溫度降至著火點以下時火焰難以維持自行熄滅，從而實現阻止火焰蔓延的目的；另一方面，燃燒的實質是化學反應，涉及分子鍵斷裂，自由基與分子碰撞過程，阻火器濾芯的狹窄通道結構能提高自由基與通道壁的碰撞幾率，使參加燃燒反應的自由基大幅減少，有效阻止燃燒化學反應的進行，實現淬熄火焰的功能[4]。阻火器淬熄火焰的能力與濾芯通道通徑密切相關，通道直徑越小，火焰被分割越細小，同時通道壁的接觸面積越大，火焰降溫能力越強，參與燃燒自由基數量越少，淬熄火焰能力顯著提高，能更好實現淬熄火焰遏制蔓延的作用[5]。阻火器的阻火原理決定其具有阻止火焰沿密閉管道傳播的能力，不能阻止開放的火焰傳播。

圖1 常規阻火器結構

1.2 存在的不足

阻火器因其阻火濾芯呈多層蜂窩狀且通徑狹小的特殊結構，在使用過程中，流通介質中的雜質，管路中的鐵銹、鐵屑等物質都極易造成阻火器芯堵塞，導致介質流動受阻，影響生產過程的順利進行。常規的阻火器因其結構簡單，在進行維護時，必須中斷生產，進行管路隔離放空介質才能解體清理阻火濾網，需要開展大量前期準備工作，耗費大量人力，存在維護不便、維護工作量較大等系列弊端，同時頻繁拆卸設備，易導致設備損壞[6]。

2 冗余式帶反吹掃結構的阻火器設計

2.1 結構及工作原理

本設計中的冗余式帶反吹掃結構的阻火器是在傳統阻火器基礎上改進設計而來，圍繞解決傳統阻火器在使用中的一系列不足，提出一套較全面的解決方案。通過將傳統阻火器固定式阻火濾芯與球閥有機結合，濾芯采取可拆卸方式固定在球閥通流孔之中，兼顧剛性與強度，同時實現阻火與球閥快速切換開關雙重功能。在球閥關斷位增加反吹掃結構，引入可控制的壓縮空氣，實現在線反吹掃功能。該一體式阻火濾芯球閥設計能實現在線快速切換阻火器運行、維護狀態功能，不僅能有效解決阻火器運行中堵塞影響生產的問題，還能快速進行阻火器濾芯清堵操作，提高設備運行可靠性[7]。

本設計中的阻火器結構如圖2 所示，采取分體結構方式，主要由阻火器主管路、一體式阻火濾芯球閥、吹掃支管路、吹掃截止閥、三通彎管等幾大部分組成。球閥一體式阻火濾芯作為其核心部件，通過旋轉90h能使阻火器在運行/維護之間切換，配合吹掃截止閥的開關實現阻火濾芯吹掃工作。

圖2 冗余式帶反吹掃結構的阻火器結構

工作原理為當主管道一體式阻火濾芯球閥處于開位，備用管道一體式阻火濾芯球閥處于關位，吹掃管路進出口截止閥處于關位時，介質通過主路管道經阻火器濾芯流出，主管道處于正常運行狀態。當主管道因長時間運行，介質和管道中的雜質堵塞阻火器濾芯，流量下降時，可在線投入備用管路運行，并對主管道阻火濾芯進行吹掃操作。阻火濾芯吹掃操作方法為：逆時針旋轉備用管道一體式阻火濾芯球閥90h，開啟備用管路，此時介質可通過主、備管道同時流通，將主管道一體式阻火濾芯球閥順時針旋轉90h，將主路由運行位切換至備用吹掃位，依次逆時針旋轉吹掃管路出口截止閥、進口截止閥90h，開啟吹掃管路，此時壓縮空氣通過吹掃管路反向流經阻火濾芯，對濾芯進行反吹掃，吹掃一定時間后即可終止吹掃進程，此時只需順時針旋轉吹掃進、出口截止閥90h，關閉吹掃管路，主路自動恢復備用狀態。本設計中的阻火器主、備雙路互為冗余，能大幅度提高阻火器可靠性[8]。

2.2 主要創新點

（1）采用嵌入式設計方案，將阻火濾芯通過螺絲壓接的方式固定在球閥內部，能簡化阻火器結構復雜程度，降低阻火器生產成本。同時采用三通彎管與阻火器主體分體式設計的思路，確保了嵌入球閥通流孔內部的阻火濾芯能夠拆卸、替換，有效延長阻火器整體壽命，降低使用成本。

（2）一體式阻火濾芯球閥結構兼具阻火與管道開關雙重功能，通過旋轉90h進行切換，不僅能實現在線切換阻火濾芯的運行位與備用維護位，還能實現介質管道通、斷功能，拓展了設備的功能。

（3）采取一用一備冗余結構，能實現主、備路互為備用，運行、維護可同時進行，設備在線維護時管路介質不中斷，進一步提高設備的可靠性，確保生產的連續性。

（4）增加反吹掃單元，實現單人即可對阻火濾芯進行吹掃操作，能大幅度減輕人力維護工作量，從根本上改變傳統阻火器需要解體進行濾芯清理的現狀，有效避免頻繁拆卸造成設備損壞，具有較好的實際應用價值。

3 結束語

本設計中的冗余式帶反吹掃結構的阻火器通過將阻火器結構與球閥巧妙融合，創新設計思路，從根本上解決了傳統阻火器使用中存在的不足，拓展了阻火器功能，在具備阻火器基本功能的基礎上，實現管路關斷、在線吹掃維護等一系列功能，且具有操作簡單、維護便捷、實用性強等系列優點，最重要的是具備在線維護功能，能保障生產過程的連續性，符合企業連續生產要求。

該類型的阻火器能通過更換不同類型的阻火濾芯，滿足多種易燃易爆介質阻火要求，應用前景較廣。此冗余式帶反吹掃結構的阻火器已獲得國家實用新型專利，專利證書號-CN209828034U，該產品有望進行量產，服務于工業生產運營中。