阻火器作为阻止可燃性气体发生燃烧或者爆炸后继续传播的安全装置，在化工矿山、煤矿运等行业中被大量采用。

阻火器的应用范围非常广泛。阻火器的种类很多防爆阻火器是其中之一下面就对对阻火器的工作原理、分类、防

爆设计及理论依据进行分析说明。

阻火器工作原理：阻火器原理阻火器是由能够通过气体的许多细小、均匀或不均匀的通道或孔隙的固体材质所组

成。火焰进入阻火器后传热作用火焰进入阻火器后被分成许多细小的火焰。由于通道或空隙的传热面积很大火焰

通过通道壁进行热交换后,温度下降,到一定程度时火焰即被熄灭。火焰能够被熄灭的机理是传热作用和器壁效应。

传热作用：火焰进入阻火器后被分成许多细小的火焰流。由于通道或空隙的传热面积很大,火焰通过通道壁进行热

交换后,温度下降,到一定程度时火焰即被熄灭。根据英国罗卜尔对波纹型阻火器进行的试验表明,当把阻火器材料

的导热性提高460倍时,其熄灭直径(即火焰熄灭的通道直径仅改变2.6%。这说明材质问题是次要的,也就是说传热

作用是熄灭火焰的一种原因,但不是主要的原因。

(2)器壁效应根据燃烧与爆炸连锁反应理论,认为燃烧与爆炸现象不是分子间直接作用的结果,而是在外来能源(热能、

辐射能、电能、化学反应能等)的激发下,使分子键受到破坏产生活性分子。这些具备反应能力的活性分子发生化学

反应时,首先分裂为十分活泼而寿命短促的自由基。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。易燃混合气体自行燃烧爆炸的条件是:新产生的自由基数等于或大于消失的自由基数。

随着阻火器通道尺寸的减小,自由基与反应分子之间碰撞的几率随之减少,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降低。当通道尺寸减小到某一数值时,这种器壁效应就造成了火焰不能继续进行的条件,火焰

即被阻止。由此可知器壁效应是阻火器阻止火焰传播的主要机理。

阻火器分类：

1、阻火器按照应用类型可分为:

(1)阻爆轰型阻火器:用于阻止火焰以音速或超音速通过。

(2)阻爆燃型阻火器:用于阻止火焰以亚音速通过。

(3)耐烧型阻火器:用于阻止可燃气体的燃烧火焰通过,并能够承受一定时间的火焰燃烧高温。

(4)特殊用途阻火器:用于有特殊要求的设备上。

2、按结构形式可分为:

(1)金属网型阻火器。

(2)波纹型阻火器。

(3)泡沫金属阻火器。

(4)平行板型阻火器。

(5)多孔板型阻火器。

(6)充填型阻火器。

(7)液封型阻火器。

阻火器的防爆设计及理论依据：阻火器主要分为外壳与阻火元件两部分。其中阻火元件是阻火器的核心部件。本

文主要探讨有关阻火元件的设计。从阻火器防止火焰传播的原理可以知道,阻火器的防爆设计应该主要基于其器壁

效应,并同时考虑材质的机械强度和耐腐蚀等性能。根据器壁效应,当通道窄到一定程度时,自由基与器壁的碰撞占

主导地位,自由基大量减少,燃烧反应不能继续进行。对于通道的安全间隙值,在GB3836.11中规定:一定条件下(20

℃、10⁵MPa),在标准试验容器内,所有浓度的被试气体或蒸气空气的混合物点燃后,通过25mm长的接合面均不能

点燃容器外爆炸性气体混合物的容器外壳空腔两部分之间的最大间隙定义为最大试验安全间隙(MESG)。不同的可

燃气体或蒸气具有不同燃烧或爆炸特性,所以具有不同MESG值。需要指出的是,某一气体的MESG值是确定的,它是

该种气体与空气混合后,在最易传爆混合物浓度时测得的最大试验安全间隙。根据MESG值的测试方法可知,针对某

一气体在某一浓度时有一个传爆率为0%的最大不传爆间隙g0和一个传爆率为100%的最小传爆间隙g100。改变

气体混合物浓度,在其所有浓度范围内测得一组g0值,其中的最小值(g0)min即为该气体的MESG值,该值对应的混合

物浓度即为这种气体的最易传爆混合物浓度,此时其传爆能力最强。但在最易传爆混合物浓度之外的其它浓度时测

得的g0值,以及在非标准容器或非标准长度(25mm)通道上测得的g0值,在许多文献上也将其称为各对应浓度时的最

大试验安全间隙(MESG),但是按照GB3836.11或IEC79-1A的规定,这种说法是不准确的。在本文中我们不妨沿用,但

为方便读者理解,将在使用非标准意义MESG时加下划线以示区别。国际电工协会(IEC)按照各种气体或蒸气的MESG

值将其分为4个等级。如表1所示。

表1可燃气体或蒸汽MESG分级表
可燃气体或蒸汽	MESG值/mm
I(CH4)	MESG=1.14
IIA	MESG≥0.9
IIB	0.9≥ MESG≥0.5
IIC	MESG≤0.5

其中,目前有据可查的IIC级可燃气体或蒸汽种类较少只有以下5种如表2所示：

表2 IIC级可燃气体或蒸汽
可燃气体或蒸汽名称	分子式	MESG值/mm
氢	H2	0.29
乙炔	C2H2	0.37
二硫化碳	GS2	0.34
二乙基二氯硅烷	(C2H2)2SiCL2	0.45
硝酸乙酯	C2H5ONO2	—

这样在设计阻火器时,应根据阻火器的使用环境,确定阻火器的通道长度及间隙值。其值必须满足预计使用的危险场

所内存在的最危险(MESG值最小)的可燃气体或蒸气的安全要求,例如:(1)阻火器预计使用在某一特定的可燃气体或

蒸气环境,如乙炔,通道长度设计为25mm,则其通道间隙必须小于0.37mm。(2)阻火器预计使用在IIB级可燃气体或

蒸气环境,通道长度设计为25mm,则其通道间隙必须小于0.5mm。(3)阻火器预计使用在IIC级可燃气体或蒸气环境,

通道长度设计为25mm,则其通道间隙必须小于0.29mm。

在设计过程中,需根据制造工艺、加工精度等因素,以及相关国家标准的检验要求,在设计时留有一定的安全裕量,例

如采用适当增加通道长度或者减小间隙值的方法或者综合采用。在实际应用中,通常需要考虑阻火器应用管路中对

流阻的要求,因为工业上期望使用低流阻且可以安全阻火的产品。间隙越小阻火性能就越好,但是流体通过阻力却越

大。所以在设计安全裕量时,不能过分采用减小间隙值的做法。当减小间隙值对管道流阻影响较大时,即需要增加通

道长度,在保证阻火性能的前提下,间隙值不减小甚至可以加大。

可燃气体或蒸气混合物的MESG值随着试验外壳法兰宽度(即通道长度)的减小而减小,直至某个最小值,但不等于零;

随着试验外壳法兰宽的的增加而增加,直至混合物的的临界熄焰距离。在试验外壳法兰宽度小于10mm的情况下,随

着法兰宽度的增加,MESG值增加的很快;当试验外壳法兰宽度大于30mm时,MESG值增加的比较缓慢尤其是氢气。

由此可知增加通道长度对于增加阻火器的安全程度并不是一直有效的,设计人员应综合考虑MESG、流阻等情况后确

定阻火器的通道长度和间隙。

上述理论是阻火器的设计依据,而相关国家标准中对阻火器的检验方法也是基于上述理论。这些理论只能作为波纹型

阻火器和平行板型阻火器的设计依据。对于金属网型等其它结构形式的阻火器,由于其通道长度和间隙值的不确定性,

无法参照这些理论得出通道长度和间隙值进行设计,但是同样适用于基于这些理论得出的检验方法。

阻火器防爆检验方法：目前国内应用于煤炭行业的阻火器,主要依据AQ1074!2009煤矿瓦斯输送管道干式阻火器通

用技术条件等行业标准制造检验;应用于石油及化工行业的阻火器,主要是依据GB13347和GB5908制造并检验;另有

应用于内燃机进排气系统的阻火器,其制造检验标准是GB20800.1。另外由于GB20800修改采用EN1834,二者试验

方法有所不同。

阻火器有关防爆性能方面的试验主要是:

(1)外壳强度试验:检验阻火器的外壳承压能力,即在阻火器外壳上制造或模拟可能出现的最大压力并施加一定的安全

系数,以此证明阻火器外壳可以承受该压力。

(2)内部点燃的不传爆试验:检验阻火器的阻爆性能,即在阻火器前端的封闭系统中制造一次可能出现的最严重的爆炸,

并以此证明,在这些条件下阻火器的隔爆外壳能承受住爆炸,且爆炸不会通过相关部件和阻火器传到周围环境中。

阻火器壳体强度试验：下面表3是上述标准随针对阻火器外壳强度强度的试验方法的对.

表3外壳强度试验方法对比
标准	试验压力	试验时间	判定方法	备注
AQ1074	DN300以下：2.5MPa	5min	无裂痕或 永久变形	—
	DN300以下：2.5MPa
GB13347	1.5倍设计压力	不小于10min	无渗漏	设计压力：0.6-2.5MPa
GB5908	0.9MPa	5min	无渗漏、裂痕变形	—
	静压法：进气阻火  器1.5np最大1.5  MPa排气阻火器1.5  p最大1.0MPa	1min以上	无渗漏、无 可见变形	等同采用EN1834：n  为压力比p为爆炸性  气体混合物的最大实  验测定压力
GB20800.1	动压法：在1.5倍大气  压下通入规定的爆炸性  气体混合物并点燃	—	无裂痕或 永久变形	修改采用EN1834，  该检验方法与GB38  36.2一致
EN1834	静压法：同GB20800.1			该实验方法引用  自EN50018：1994
	动压法：试验方法同GB20800.1但增加限制压力最小  值0.35MPa

从上表可以看出AQ1074、GB13347和GB5908较多的考虑了阻火器外壳的使用压力(如连接石油管道后的输油压

力),而EN1834和GB20800.1更多考虑的是爆炸性气体混合物的爆炸压力。所以从防爆安全角度来讲,个人认为GB

20800.1和EN1834的试验方法比较科学。但是其余标准中,除GB13347在设计压力为0.6MPa时以及GB5908规定

的阻火器,试验压力有可能小于GB20800和EN1834外(但是试验时间较长,所以其安全系数并不低),其它试验均比

GB20800.1和N1834严酷的多。所以EN1834和GB20800.1的防爆安全性能应是合格的。

内部点燃的不传爆试验：AQ1074、GB13347、GB5908中的阻火试验以及EN1834、GB20800.1中的内部点燃不

传爆试验,其试验检测目的不同,前者检测是否有火焰传出或外部气体被点燃,主要要求阻火性能;后者检测是否有火

焰传出并引爆外部爆炸性气体,主要要求阻火和防爆性能(内部不传爆)。但其理论基础均是前文所述的MESG理论。

所以可以对有关标准中的试验方法加以对比。

(1)试验装置对比：

GB13347和GB5908中阻火试验的试验装置如图1所示。

         

阻火试验方法:阻火器两端均联接管道形成封闭空腔,充以规定的爆炸性气体混合物。在其中一端用电火花(A)点燃

爆炸性气体混合物,点火之前打开另一端的出气阀门(E),用火焰探测器检测这一端是否有火焰传出或气体被点燃。

EN1834及GB20800.1中的内部点燃不传爆试验是针对往复式内燃机用阻火器的,其它用途的阻火器可据情参考借用。

(2)试验方法对比:表4是有关阻火器标准对阻火及内部点燃不传爆试验方法的对比。

表4 阻火器试验方法对
标准	试验气体混合物及其SG				试验 次数	MESG安 全系数	备注
AQ1074	CH4理论当量比1  MESG=1.4mm				13次	1	1.14/1.14
GB5908	(4.3±0.2)%C3H8MESG=0.92mm				13次	0.98	0.9/0.92
GB13347	阻爆燃型			(4.3±0.2)%C3H8MESG=0.92mm	13次	0.98	—
	阻爆轰型			(7.2±0.2)%C3H8   —	13次	＜1	—
GB20800 .1	进 气 阻 火 器	IIA		(55±1)% H2  MESG=0.65mm	10次	1.38	0.9/0.65
		IIB		(37±1)%H2MESG=0.29mm	10次	1.43	0.5/0.35
		IIC		第一次（27±1)% H2   MESG=0.29  mm第二次、(7.5±1)% C2H2  MESG=0.37mm	各 10 次	1	0.29/.29 0.37/0.37
	排气阻火器试验方法同进气阻火器,但IIA类除可以用(55±1)%H2进行试验外,亦允  许使用在常压下(4.2±0.1)%C3H8(MESG=0.92mm)进行试验。
EN1834	进 气 阻 火 器	IIA	(4.2±0.1)% H2  MESG=0.92mm		10次	0.98	—
		IIB	(4.5±0.5)%H2  MESG=.49mm		10次	1.02	0.5/0.35
		IIC	第一次（27±1)% H2   MESG=0.29mm  第二次、(7.5±1)% C2H2  MESG=0.37mm		各 10 次	1	—
	IIA、IIB、IIC类排气阻火器均使用常压下(4.2±0.1)%C3H8进行试验

注:1)AQ1074规定:按甲烷和空气的理论当量比配入天然气。笔者尚未查出该理论当量比的具体数值。天然气中

甲烷含量约为96%,在甲烷的爆炸极限(4.4%~17%)之外。此处暂以甲烷的最易传爆浓度8.2%代替。

2)查GB3836.11可知,C₃H₈的最易传爆浓度为4.2%。表中的浓度范围包括了该最易传爆浓度,故其最大试验安全

间隙为标准MESG。下同。

3)此安全系数为针对#A类爆炸性气体混合物的安全系数。GB5908为明确规定所涉及的阻火器用于IIA环境,但石

油储罐、管道及其周围存在的爆炸性气体,绝大部分可以归为IIA类。下同。

4)IIC类设备进行试验时施加安全系数的方法是加大设备的隔爆间隙或增加试验初始压力。GB20800.1并未按照

GB3836.2中的相关规定加大间隙或增加初压,所以其安全系数为1。

5)IIC类电气设备除用MESG值较小的H₂做第一次试验外,为了防止C₂H₂不完全燃烧而产生的碳,通过接合面喷出而

点燃周围爆炸性混合物,需用C₂H₂做第二次试验。

另外在SH/3413/1999石油化工石油气管道阻火器选用、检验及验收中规定石油气管道阻火器的检验方法和GB

13347一致,但该标准中明确规定仅适用于IIA级烃类爆炸性气体混合物的输送系统、气体回收系统和气体放空系

统的阻火器。从上表可以看出,除GB20800.1外,大部分阻火器的试验安全系数都约为1。GB20800.1修改采用EN

1834,在阻火器试验方法上,未采用EN1834,但亦未完全参照GB3836.2。如表5所示。

表5 GB20800.1中阻火器内部点燃不传爆试验 安全系数施加情况
阻火器种类		施加试验安全系数情况	备注
进去阻火器	IIA	施加	按照GB3836.2的试验规  定，各级别的阻爆型电  气设备进 行试验时均  施加相应的安全系数
	IIB	施加
	IIC	不施加
排气阻火器	IIA	可以施加
	IIB	施加
	IIC	不施加