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關(guān)于緊急隔斷閥_EBV_在現(xiàn)代化大型煉油化工裝置上的設(shè)計(jì)探討 近年來，在工程設(shè)計(jì)階段對火災(zāi)的預(yù)警以及發(fā)生火災(zāi)后盡量減少損失的措施有著很高的要求。在這些措施中既有完整、獨(dú)立、高級別安全等級的火災(zāi)及氣體檢測系統(tǒng)（FGS）的設(shè)計(jì)，也有像緊急隔斷閥EBV（EmergencyBlockValve）這樣的火災(zāi)防范儀表設(shè)備的設(shè)計(jì)。如果說FGS的設(shè)計(jì)更偏重于火災(zāi)的預(yù)警和聯(lián)動，那么EBV閥的設(shè)計(jì)則更側(cè)重于火災(zāi)發(fā)生后通過操作相應(yīng)的儀表設(shè)備有效降低火災(zāi)造成的損失以及有效避免惡性安全事故的發(fā)生。筆者擬從設(shè)計(jì)角度探討性地闡述EBV閥在現(xiàn)代化大型煉化裝置上的應(yīng)用。 1 高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備和火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)的定義 由于EBV閥的設(shè)計(jì)與裝置的火災(zāi)防范有著密切的關(guān)系，因此從工藝和安全角度講，必須首先定義高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備和火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域，以便確定何處需要設(shè)置EBV閥。 不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對于高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備和火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的具體定義有所不同，以下列舉一個(gè)典型的定義來加以說明。 高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備包括：輸送烴類等可燃液體能力超過45m3/h的機(jī)泵；可燃?xì)怏w壓縮機(jī)功率大于150kW；通過爐管加熱可燃液體的加熱爐；內(nèi)部的可燃液體溫度超過315℃或已經(jīng)超過自燃溫度的容器或換熱器；內(nèi)部壓力大于3.45MPa，模式為放熱反應(yīng)的烴類反應(yīng)器等。 火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域包括：距離高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備水平9m或垂直12m范圍內(nèi)的區(qū)域；距離裝有可燃介質(zhì)球罐9m范圍內(nèi)的區(qū)域等。 2 EBV閥的基本設(shè)置原則和安全作用 EBV閥通常設(shè)置在高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備緊鄰的出入口工藝管線上，其具體位置一般由工藝或安全專業(yè)確定。設(shè)置的基本原則應(yīng)當(dāng)首先能夠充分滿足隔離操作的要求，同時(shí)由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)，過火區(qū)域會產(chǎn)生很高的溫度，因此在滿足隔離操作要求的前提下，為了保證EBV閥更好的使用性，其設(shè)置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)。 當(dāng)某臺高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備或與其相鄰的工藝管線出現(xiàn)泄漏并發(fā)生火災(zāi)時(shí)，操作人員或者工藝聯(lián)鎖可以通過及時(shí)關(guān)閉該設(shè)備出入口管線上的EBV閥實(shí)現(xiàn)隔離該設(shè)備的目的。上游設(shè)備向該設(shè)備繼續(xù)輸入可燃介質(zhì)的通道將被有針對性地及時(shí)切斷，泄漏介質(zhì)和著火區(qū)域面積會在第一時(shí)間內(nèi)得到有效地控制，進(jìn)而給下一步的消防滅火工作創(chuàng)造有利條件，從而避免惡性安全事故的發(fā)生，這也正是EBV閥的安全作用所在。 3 EBV閥的設(shè)計(jì)及選型原則 3.1 EBV閥的閥型選擇 由于EBV閥屬于有嚴(yán)密關(guān)斷（TSO）要求（ANSIClassⅤ以上）的切斷閥，因此通常來講，儀表專業(yè)所選取的EBV閥大多以閘閥、球閥和三偏心蝶閥（應(yīng)用于壓力等級為ANSI600#以下的工藝管線）為主。 閘閥是一種相對比較古典的選型方案，與三偏心蝶閥相比，其主要的缺點(diǎn)如下：閥體笨重且安裝尺寸較大；填料密封存在較為嚴(yán)重的泄漏問題；偶爾動作時(shí)較容易卡住。 隨著科技的發(fā)展，三偏心蝶閥以其卓越的性能（尤其是轉(zhuǎn)動力矩大、密封及關(guān)斷性能好等特點(diǎn)）正在越來越多地在中低壓工藝管線上取代閘閥，特別是在大口徑管道上應(yīng)用時(shí)，蝶閥本身更具有輕便、易于安裝維護(hù)、價(jià)格便宜等優(yōu)勢。 比較而言，EBV閥在閥體尺寸上通常要普遍大于工藝用聯(lián)鎖切斷閥。大型煉化裝置內(nèi)高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備的定義意味著大多數(shù)EBV閥所在的工藝管線尺寸都很大，例如大型離心式壓縮機(jī)的出入口管線通常都在12"（注：1"=25.4mm，下同）以上，甚至有可能會超過40"，一些大型儲罐及換熱器的出入口管線尺寸也大多在8"以上，只有一些機(jī)泵出入口的管線可能在6"以下。 鑒于EBV閥本身的重要性以及其在安裝尺寸和操作上的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性的因素，其基本的閥型選擇原則如下： 管道壓力等級小于ANSI600#時(shí)，8"和8"以下的工藝管線上選用球閥或閘閥；8"以上的工藝管線上選用三偏心蝶閥。 管道壓力等級不小于ANSI600#時(shí)，8"和8"以下的工藝管線上選用球閥或閘閥；8"以上的工藝管線上選用閘閥。 3.2 EBV閥的防火設(shè)計(jì)和選型 與普通的切斷閥相比，EBV閥最大的不同在于對防火設(shè)計(jì)的高要求，這也是EBV閥在火災(zāi)發(fā)生后，能在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)（一般不低于30min）隔離高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備的關(guān)鍵所在。大型煉化裝置由于經(jīng)常受到平面布置、占地面積及工藝管線走向等因素的影響，因此EBV閥通常很難真正做到遠(yuǎn)離火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域。根據(jù)以往國外大型裝置的經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)EBV閥不得不設(shè)置在火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域之中。這就意味著，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，EBV閥所在的著火區(qū)域很快就會處于高溫?zé)局拢芊裨?0min內(nèi)依然保證嚴(yán)密關(guān)斷及操作效果，也就成為EBV閥防火設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。 提到調(diào)節(jié)閥的防火設(shè)計(jì)，就必須對API607這一國際公認(rèn)的閥門火災(zāi)測試規(guī)范進(jìn)行一定的說明。事實(shí)上，能否拿到滿足API607的防火資質(zhì)證明也是EBV閥是否滿足防火設(shè)計(jì)要求的重要標(biāo)志之一[1]。 API607中對于如何進(jìn)行閥門的火災(zāi)測試有非常詳盡的描述，對于測試后的評判標(biāo)準(zhǔn)也有著明確的規(guī)定。為了便于理解，現(xiàn)將典型的測試程序及評判標(biāo)準(zhǔn)簡述如下。 3.2.1 典型測試程序 圖1所示為API607標(biāo)準(zhǔn)中提供的典型測試原理圖，被測閥門的上游管線連通到一個(gè)帶壓的工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的帶壓介質(zhì)為水。被測閥門的下游通過1臺泄放閥連通到一個(gè)常壓冷凝器和一個(gè)常壓校驗(yàn)水箱。被測閥門的下方是一個(gè)連通到燃料系統(tǒng)的火焰噴射裝置。整個(gè)測試系統(tǒng)配備了必要的壓力、液位和溫度檢測儀表、安全閥以及增壓設(shè)備。 測試開始前先將被測閥門置于全關(guān)狀態(tài)，上游系統(tǒng)增壓穩(wěn)定至測試壓力點(diǎn)，同時(shí)打開泄放閥并將下游校驗(yàn)水箱清空。此時(shí)對水罐液位讀數(shù)進(jìn)行記錄。 測試分兩步進(jìn)行，第一步為閥門靜態(tài)泄漏測試（燃燒測試），測試開始后，首先點(diǎn)燃火焰噴射裝置，2min內(nèi)火焰溫度即可達(dá)到測試所需要的760℃。一旦溫度達(dá)到760℃就進(jìn)入測試計(jì)時(shí)階段，即每隔30s對上游管道壓力、閥體上安裝的熱量計(jì)、火焰溫度計(jì)以及閥體上安裝的壓力表的讀數(shù)進(jìn)行記錄。30min后熄滅火焰，收集校驗(yàn)水箱內(nèi)的水并統(tǒng)計(jì)體積容量。閥門靜態(tài)泄漏測試結(jié)束。 緊接著進(jìn)行第二步———操作測試，關(guān)閉泄放閥，在上游管線繼續(xù)保持測試壓力的情況下將被測閥門由全關(guān)打到全開，再由全開打到全關(guān)，然后打開泄放閥，連續(xù)測量5min后，立即獲取泄漏到校驗(yàn)水箱內(nèi)水的體積容量數(shù)據(jù)（閥門內(nèi)漏量），以及通過閥桿和上閥蓋等部位外漏到閥門密封容器內(nèi)水的體積容量數(shù)據(jù)。至此全部測試結(jié)束。
3.2.2 典型評判標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)API607提供的評判標(biāo)準(zhǔn)，就可以判斷被測閥門能否滿足防火設(shè)計(jì)要求。 在燃燒測試階段，對于上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級小于Class600或者對于其他壓力等級小于Class900的閥門，評判標(biāo)準(zhǔn)如表1所列。
在燃燒測試階段，對于上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級不小于Class600或者對于其他壓力等級不小于Class900的閥門，評判標(biāo)準(zhǔn)如表2所列。
在操作測試階段，對于上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級小于Class600或者對于其他壓力等級小于Class900的閥門，評判標(biāo)準(zhǔn)如表3所列。
在操作測試階段，對于上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級不小于Class600或者對于其他壓力等級不小于Class900的閥門，評判標(biāo)準(zhǔn)如表4所列。
外漏量的評判標(biāo)準(zhǔn)如表5所列。
為了滿足API607標(biāo)準(zhǔn)所提出的防火設(shè)計(jì)要求，EBV閥在設(shè)計(jì)和選型方面應(yīng)該注意以下5個(gè)方面的問題。 a）EBV閥的過程連接不能為對夾式管道連接，應(yīng)該為法蘭式管道安裝。如果管道尺寸大于12"，考慮到經(jīng)濟(jì)性的因素也可以采用支耳式法蘭連接形式。 b）閥座及填料等材質(zhì)應(yīng)當(dāng)選用本質(zhì)火災(zāi)安全型材質(zhì)，如：金屬硬密封閥座及石墨填料等。 c）閥座應(yīng)當(dāng)盡量滿足上下游雙向密封的要求。 d）閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須滿足防火設(shè)計(jì)要求。EBV閥可以選用電動或氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但依照國外的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)情況還是選擇電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主要原因如下： 1）EBV閥本身的尺寸較大，從經(jīng)濟(jì)性角度而言，10"以上的切斷閥，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往比氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)便宜，而且尺寸越大越便宜。 2）從配套防火角度講，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套的防火附件只需要考慮電纜，而電纜的防火相對比較成熟并且造價(jià)很低（耐火型電纜可以在750℃的高溫下連續(xù)傳送電信號超過90min[2，4]），氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套的防火附件除了電纜之外還要考慮氣源管線，普通氣源管線無法達(dá)到防火要求（如氣動Tube管接頭會因高溫變形而造成儀表風(fēng)大量泄漏），做相應(yīng)的防火處理造價(jià)會很高；如果氣動EBV閥只有關(guān)鍵時(shí)刻切斷管線起隔離設(shè)備的作用，選擇合適的故障安全位置（如FC）可能不用再考慮氣源管線的防火問題了。但是實(shí)際上，EBV閥經(jīng)常有在火情中連續(xù)操作的工藝要求，在隔離高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備的同時(shí)，保證不發(fā)生更大的工藝安全事故。對于這種情況，簡單的設(shè)置氣動閥門的故障安全位置就無法滿足EBV閥的操作要求，因此氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其配套氣源管線的防火設(shè)計(jì)就必須實(shí)施了。 無論選擇哪種執(zhí)行機(jī)構(gòu)其防火的主要措施就是涂刷防火涂料。這種涂料屬于高科技產(chǎn)品，成熟的執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家往往擁有自己的專利產(chǎn)品。它的最大特點(diǎn)就是，當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升時(shí)，這種涂料的體積會急速膨脹4～5倍甚至更多，膨脹的涂料對熱浪具有極強(qiáng)的阻隔作用，可以阻擋80%以上的輻射熱，而普通的金屬表面只能通過熱反射和熱對流原理抵消大約20%左右的輻射熱。 有了這層高科技的外衣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完全能夠滿足API607以及UL1709所提出的防火設(shè)計(jì)要求[3]。有些國際知名廠家的產(chǎn)品甚至可以在1000℃的高溫下連續(xù)正常工作30min以上。 e）閥門配套附件如電纜、氣源管線等必須滿足相應(yīng)的防火設(shè)計(jì)要求。例如：電纜應(yīng)該選用防火型的電纜，氣源管線應(yīng)該包裹防火披覆或防火涂層等。有了以上5個(gè)方面的防火設(shè)計(jì)，EBV閥就能夠出色地完成緊急隔離及操作高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備的任務(wù)，為第一時(shí)間控制火情發(fā)展進(jìn)而爭取消防滅火時(shí)間創(chuàng)造有利條件。 需要特別說明的是，通常所說的緊急切斷閥完全不同于EBV閥，更不能完全代替EBV閥去完成防火功能。由于緊急切斷閥缺乏完整的防火設(shè)計(jì)，只能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)通過切斷工藝管道簡單地隔離高火災(zāi)危險(xiǎn)設(shè)備，不具備在火情中連續(xù)操作的能力，因此其防火效果是比較有限的，而且無法配合裝置的火災(zāi)停車動作。相比緊急切斷閥而言，EBV閥在防火過程中具有更加靈活的操作余地，這種靈活性對于關(guān)鍵時(shí)刻采取更加有效的防火措施非常有益，可以更大程度地減少火災(zāi)造成的直接損失和由于火災(zāi)停車造成的間接損失。 3.3 解決EBV閥誤操作問題的設(shè)計(jì)原則 EVB閥作為先進(jìn)的火災(zāi)安全手段在應(yīng)用中具有非常重要的意義，但是由于EBV閥所在的位置往往都毗鄰裝置內(nèi)的大型關(guān)鍵設(shè)備，一旦EBV閥出現(xiàn)誤動作，有可能會導(dǎo)致比較嚴(yán)重的后果，因此在設(shè)計(jì)中必須對這些問題加以解決以減少不必要的損失?，F(xiàn)列舉一個(gè)較為極端的例子來解釋該問題。 出于防火考慮，大型離心式壓縮機(jī)的出入口經(jīng)常會設(shè)置EBV閥，當(dāng)操作工對EBV閥進(jìn)行誤操作時(shí)，EBV閥會突然關(guān)閉，直接的后果可能會導(dǎo)致大型機(jī)組的損壞。 為了避免這一惡劣情況的發(fā)生，通常的做法是將壓縮機(jī)機(jī)組保護(hù)聯(lián)鎖與EBV閥的閥位開關(guān)（或閥位變送器）關(guān)聯(lián)起來。當(dāng)出入口EBV閥均處于全開位置時(shí)，才能允許啟動壓縮機(jī)組；而當(dāng)出入口EBV閥中有任意一個(gè)的閥位低于60%（或50%，依工藝要求而定）時(shí)，必須進(jìn)行相應(yīng)的停機(jī)聯(lián)鎖。 簡言之，設(shè)計(jì)階段要對與EBV閥相關(guān)的聯(lián)鎖要求進(jìn)行充分的考慮，以減少誤操作帶來的危害。 另外，鑒于EBV閥的特殊地位，一般來講，工藝操作手冊中通常要對其進(jìn)行詳細(xì)的操作描述，以降低誤操作發(fā)生的概率。 4 結(jié)束語 EBV閥是為了滿足現(xiàn)代化大型煉化裝置業(yè)主或最終用戶高標(biāo)準(zhǔn)的安全要求而產(chǎn)生的，其出現(xiàn)也完全符合近年來國家高度強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)的大勢所趨。依照國外的經(jīng)驗(yàn)，盡管EBV閥在裝置一次性投資上可能比較巨大，但考慮到其在未來裝置長期運(yùn)行過程中所起到的安全作用，它的投資回報(bào)率總體上還是非常高的，它的存在可以大幅度降低惡性火災(zāi)安全事故的發(fā)生幾率、有效減少火災(zāi)損失。由于目前EBV閥的設(shè)計(jì)在國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中尚沒有依據(jù)，因此筆者也只是從儀表專業(yè)的角度探討性的進(jìn)行了相關(guān)闡述，希望能給未來大型煉化裝置的安全設(shè)計(jì)提供一些有益的啟示。
參考文獻(xiàn)：
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