火灾紧急隔离阀门的设计探讨.pdf

第 4 7卷第 3期 2 O 1 1 年 6 月 石油化工 自动化 AUT0M AT1 0N I N PETRo CHEM I CAL I NDUSTRY Vo l _ 4 7，No ． 3 J un e，20 11 火灾 紧急隔离 阀 门的设计探讨 李胜 利 中国石油 天然 气华东勘察设计研究 院 ， 山东 青 岛2 6 6 0 7 1 摘 要 结合 国外设计规范和工程公 司的规定及一般做法 ， 重点介绍 了石 油化工行业火 灾隔离 阀的设置原则 ， 详 细阐述 了 隔离 阀门的类型 、 防火结构等设计要求 ， 同时从工程设计角 度阐述 了急停按 钮、 复位按 钮 的设 置和相 关信号 电缆敷设 的设 计 。 火灾隔离 系统 的设计是综合性 的设计 ， 目前 国内还没有专 门的设计规 范做依据 ， 笔者提 出探讨性 的建议供 同行磋商 。 关键 词 紧急隔离 阀； 防火结构 ； 耐火 中 图 分 类 号 TH1 3 7 ． 5 2 ，X9 3 2 文 献 标 志码 B 文 章 编 号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 1 O 3 0 0 1 1 0 3 Th e Di s c u s s i o n o f Fi r e Eme r g e nc y I s o l a t i o n Va l v e De s i g n Li Se n gl i Ch i n a Pe t r o l e u m Ea s t Ch i n a De s i g n I n s t i t u t e ，Qi n g d a o ，2 6 6 0 7 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t How t o s e t u p t h e e me r ge nc y i s o l a t i o n v a l v e，t o r e du c e t he f i r e a c c i d e nt s’ l o s s a r e f oc us e d ． The f i r e i s o l a t i o n va l ve ’ S s e t up pr i nc i p l e，a n d ho w t o s e l e c t t he f i r e i s o l a t i o n v a l v e． a nd ho w t o d e s i gn t he v a l v e l i mi t s wi t c h，e me r g e nc y s t op but t on a n d s i gna l t r a n s mi s s i o n s ys t e m ，e t c a r e e mp ha s i z e d．Th e f i r e i s ol a t i o n v a l v e s y s t e m d e s i gn i s c ompl e x a n d i nc r e a s e e n gi ne e r i n g i nv e s t m e nt ． No w t he r e l a t i vi t y d ome s t i c d e s i gn c o de s ha v e n’ t t he d e t a i l de s i g n r e q ui r e d ．The s ug ge s t i on m a y be pr o v i de d a s a e x pl o r a t l e i d e a f o r c on nt p a r t s ’r e f e r e nc e ． Ke y wo r de me r g e nc y i s ol a t i on v a l v e；f i r e p r o of s t r u c t u r e；f i r e r e s i s t a nt 0 引 言 石化 行业 的生 产 原料 和产 品大 多具 有 易燃 、 易 爆 、 有毒 、 有 害和腐蚀性 ， 生产工艺操作复杂、 连续 性强 ， 具有生产危险性大、 发生火灾爆炸几率高等 特 点 。一旦 发 生 火 灾 、 泄 漏 等事 故 ， 应 立 即切 断 泄 漏 源 ， 将火 灾 危 险源 与 设 备 隔 离 开 ， 设 置 紧 急 隔 离 阀是 减轻 火灾 损 失 的 重 要 手段 。可 根 据 用 户 的 安 全要求确定 ， 目前还没有具体 、 明确 的设计规范可 遵循 。结 合 以往发 生 的火灾 案例 ， 笔 者探 讨 火灾 紧 急 隔离 阀的设 置原 则 和工程 设计 应 注意 的事 项 。 1 典型 案例 和教训 2 0 0 70 21 6 Va l e r o能 源 公 司 美 国 德 州 Mc k e e 炼 油 厂丙烷 脱 沥青 装 置 P DA 的 一条 丙 烷 管线 因维 护管 理缺 失发 生破 裂 泄漏 ， 引发 火 灾并 造 成一 连 串火 灾 爆 炸 事 故 ， 该 厂 停 止 运 转 2个 月 ， P D A 装置 停工 维修 约 一 年 ， 直接 损 失 超 过 5 0 0 0 万 美元 。U． S ． C S B{{ 事 故 调查 发 现 8 中提 到 事 故 发生 的 6条 基 本 原 因 中 ， 第 2条 是 该 厂 没 有 遵 循 Va l e r o公 司 的 指 令 “ E me r g e n c y I s o l a t i o n Va l v e p r o c e d u r e ” ， 指令 要求 对 于 工厂 可 能 发 生 大量 易 燃 物质 释放 事故 时 ， 应设 置紧 急隔离 阀 E I V ， 以快 速 隔离处理 。第 3条是该 厂 1 9 9 6年 P HA过 程危害分 析 报告 中 ， 曾提及 P D A工厂应装设 遥控操 作切 断 阀 R OS OV R e mo t e l y Op e r a b l e S h u t o f f V a l v e s ， 但 却 未 追踪改善 ， 以致此次发 生大量 泄漏 时 ， 无法 即时关 断 、 阻截 ， 造成严 重 的灾 害损失 。 2 0 1 0 0 1 0 7 T1 7 2 4 ， 位 于甘肃 省 兰州 市 的 中 国石 油兰 州石 化 分公 司 3 1 6号 罐 区发 生一 起 爆 炸 火 灾 事故 ， 造 成 6人 死 亡 、 6人 受 伤 。此 次 事 故 原 因 裂 解 C 球罐 R2 O 2 内物 料从 出 口管线 弯头 处 发 生泄 漏并 迅 速扩 大 ， 泄 漏 的 裂解 C 达 到 爆 炸极 限 ， 遇 点火 源后 发 生 空 间 爆 炸 ， 进 而 引起 周 边 储 罐 泄 漏 、 着火 和爆 炸 。在 国家安 全监 管 总局关 于 中国 石 油 天然气 股份 有 限公 司兰 州 石化 分公 司“ 1 7 ” 爆 炸 火灾 事故 的通报 安 监 总 管三 2 0 1 0 3 8号 中 ， 明确要 求 “ 使 安全设 施 满足 现行 安全标 准 、 规范 的 要 求 ， 特别是 液 态烃 、 液 氯 、 液 氨及 剧毒 化学 品等 重 点 储罐 ， 应按 照 或参 照 参 考 文献 [ 2 ] 的要 求 设 置 紧 急 切 断阀 、 装 备 安全联 锁 装置 ” 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 32 4 修改稿 。 作者简介 李 胜利 1 9 7 2 一 ， 男 ， 山东单 县人 ， 1 9 9 4年 毕业 于 西南石油学院计算机专业 ， 现 工作 于中 国石油天 然气华 东勘察设 计研究院 ， 从 事石油化工 自控 设计 工作， 任高级 工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 石油化工 自动化 第 4 7 卷 以上 仅列 出两 起近 年 发 生严 重 火灾 事 故 的一 些结论 ， 均 明确提 出设置 火灾 隔离 阀 的要 求 。 2设 置原则 隔 离 阀的设置 方式 与设备 的容器 体积 、 介质 及 布 置情 况等 有 着 密 切 的关 系 ， 设 置 形 式 也是 多样 的。隔断阀通 常分A 型安装在设备管 口处 手动操作的阀； B型安装在管道系统 的手动操 作的阀； C型安装在管道 系统 的动 力操作 的 阀 ； D 型 动力操 作 的 阀 ， 并 能 通 过 安 装 在 现场 和控 制室 的按钮 关 阀。 根据 国外工 程 公 司 的设 计 惯 例 ， 大 型机 泵 、 压 缩机 、 加热炉 或减 压 系统设置 的 隔离 阀除现场设 置 手动按钮外 ， 还必须在有人值守的控制室 内设置操 作 按 钮 。因 此大 型机 泵 、 压 缩 机 、 加热 炉 或 是减 压 系统设 置的 隔离 阀均应 为 D 型 阀 。 参考文献[ 2 ] 中也明确 了隔离阀的设置要求 ， 如第 7 ． 2 ． 1 5节提到“ 液化烃设备抽出管道应在靠 近设备根部设置切断 阀。容积超过 5 0 m。 的液 化 烃设备与其抽出泵的间距小于 1 5 r n时 ， 该切断阀 应为带手动功能的遥控阀， 遥控阀就地操作按钮距 抽 出泵的 间距不应 小 于 1 5 m”。 液 化 石 油 气 L P G 设 施 的 设 计 和 建 造 AP I 2 5 1 0 规 定 液化 烃管 道上 的切 断 阀应尽 可 能靠 近 罐布置 ， 最好安装在罐壁管嘴法兰上 。为便于操作 和维修 ， 切断阀安装位置应易于迅速接近 。当液化 烃罐容积约超过 3 8 1T I 。 1 0 o 0 0 g a 1 时 ， 在火灾发生 1 5 mi n内 ， 所 有位 于罐 最 高 液 面 下 管 道上 的切 断 阀应 能 自动 关 闭或 遥 控 操作 。切 断 阀控 制 系 统应 耐火保 护 ， 切 断 阀应 能手动操 作 。 设 计 时 ， 必须 在 遵循 石 油化 工 企业 设 计 防火 规范 的基础上 ， 根据安全分析的结果充分考虑火 灾 隔离 的设置 ， 确 保 在 事故 发 生 时 ， 通 过操 作 紧急 隔 离 阀及 时进 行系 统隔 离 。 3设计 根据隔离阔的分类， 一般有现场手动隔离阀和 现场 、 远程两地操作 的紧急隔离 阀， 该文重点探讨 可远 程操作 的紧 急隔 离阀 的设计 。 3 ． 1 阀 门类 型 在 中低 压 应 用 场 合 ， 紧 急 隔 离 阀 口径 不 大 于 3 0 0 mm 时 ， 一般 选 用 球 阀 ， 大 于 3 0 0 mm 时 ， 一 般 选 用 高性 能偏 心蝶 阀 ； 特殊 情 况 下 ， 可 根据 介 质 等 条 件 选 用其 他 类 型 的 阀 门 ， 如 闸 阀、 球 阀 、 旋 塞 阀 等； 在高压应用场合 ， 一般选用球阀、 闸阀等。蝶阀 一 般 应用 于不 大于 3 0 0 b f 1 b f 4 ． 4 4 8 N 压 力 等 级 的场所 ， 最高 不超 过 6 0 0 b f 。 选用球 阀时 ， 介 质应洁 净不含 有 固体颗 粒 。一 般情 况 下 ， 介 质温度 不小 于 2 0 0℃时应选 用金属 密 封 阀座 的球 阀 ， 介质 温度 小于 2 0 0℃时应 选用非 金 属密 封软 阀座 的球 阀 ， 非 金 属 密 封 阀 座 环 一 般 为 P TF E、 强 化 P TF E或其他 高 温高强 度材 料 。 泄漏 等 级 应 能 满 足 AN S I B 1 6 ．1 0 4 ANS I ／ F C I 7 0 ． 2 或 AP I 5 9 8规定 的泄漏标 准， 火灾隔离 阀的泄漏等级应 为严密关断 TS O 。对 于硬密封 金属 阀座 ， TS O为 V 级 ； 对 于 软密 封 非 金 属 阀座 ， TS O应 为 VI 级 。 3 ． 2防火及 防静 电结 构 当隔离 阀 门选用 球 阀时 ， 应 设 计 为 防火 、 防静 电结构 。 如果是软密封阀座 ， 在发生火灾被烧坏时仍能 保 持一定 要 求 的密 封 性 能 。防火 结 构 应 达 到 AP I 6 0 7标 准要 求 。 阀 门填 料应 优 先 采 用 石 墨 基 耐 高 温填 料 。 阀体、 球体和阀杆之间应具有能导电的结构 ， 球体被非金属材料夹持， 可能产生静 电， 必须与阀 体 导通 。一 旦 出现静 电堆积 ， 对 于可燃 性介质 尤其 是 燃点 低 的介 质 如汽 油 ， 液 化天然 气及 丙烷 等 十 分 危 险 ， 抗静 电设计 应符 合 B S 5 1 4 6 P a r t 1要求 。 3 ． 3 执行 机构 远程 操 作 的 紧急 隔 离 阀可 供 选用 的执行 机 构 有 电动 、 气 动 和 液压 三 种 。在石 油 化 工厂 内 ， 利 用 已有的净化风气源 ， 可优先选用气动执行机构， 它 具有响应时间短 、 关断动作快的优点。在不能选用 气动执 行机 构或 没有净 化风 气源 时 ， 可 以选 用 电动 执行机 构 ， 关 断时 间稍 长 。液动执 行机 构 由于要配 套控制动力油系统 ， 较显繁琐 ， 但是在高推力 、 快速 开关或者长行程情况下 ， 应用效果较好。 执行机构应 具 有防火 性 能 ， 应 能有 足 够 的防火 措施以保证能有足够的时间使阀门全开或全关。执 行机构的外壳可以采用耐火材料或耐火涂料覆盖 ， UL 1 7 0 9 标 准下防火 时 间应 不小 于 3 0 mi n 。如果 阕 门设 计成火灾 时故障安全形式 ， 可以不考虑防火 。 3 ． 4附件 a 电磁阀。执行机构配套使用 的电磁 阀材质 一 般应 为 3 1 6不锈钢 、 2 4 V D C直 流供 电 、 低 功耗 型 、 H级 高温绝缘线 圈 ， 一 般情 况下 电磁 阀不 带 复位功 能 ， 复位 通过专 门的复位按 钮或控制 系统 实现 。 b 限位 开关 。应 设置 开 阀 、 关 阀 限位 开关 ， 限 位开关一般 为机械式或接近式 ， 不锈 钢壳体 ， 并 应有 浇封型腔体或 独立的接线盒 。 电动执行 机构 和限位 开关应 为一 体式 的结 构 。工 程设 计 时 ， 限位 开 关输 出触点 的作用 方式一般采用“ 到位 闭合” 的形式 。 c 手 轮 。如 果 紧 急 隔 离 阀 门 仅 用 于 紧 急 隔 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 李胜利．火灾紧急隔离 阀门的设计探讨 1 3 离 ， 可 以根 据工 况 设 置 手 轮 ； 如 果 它 还 和 紧 急停 车 系统 关 联 ， 则 不设 置 手 轮 。一 般 情 况下 ， 用 于 隔离 的紧急 隔离 阀不 宜用 于 紧急停 车联 锁保 护 系统 。 设 置手 轮 时 ， 阀门 上应 有 明确 的 “ 手 动 ” 和“自 动 ” 切换 开关 ， 并 有 锁 定 机 构 。将 手 轮 联 上 或 达 到 “ 手 动” 位 置 ， 就可 以手 动操 作 ； 正 常投用 时 ， 必须 达 到 “ 自动 ” 位 置 ， 使 手 轮 与 阀杆 脱 开 ， 并 将 手 轮 打 到 安全 位置 上 阀 门全开 的位 置上 。 3 ． 5其他 a 急停 按钮 。应 在现 场 和控 制 室 辅操 台分别 设置紧急关 阀按钮 ， 确保能在危险发生时操作人员 按下按 钮 迅速 关断 紧急 隔离 阀 。 b 复位 按钮 。应 在现 场 紧急 隔 离 阀 门处设 置 复位按 钮 ， 在现 场 确认 安 全 或危 险消 除后 ， 按 下 复 位 按钮 ， 将 紧急 隔离 阀置 于正 常 投用状 态 。 上 述这 些按 钮是 紧 急隔 离 系统 的一部 分 ， 由设 计 院进 行相 关 系统设 计 ， 以确 保危 险发 生 时操 作人 员 能够 迅速 响应 及安 全 复位 。 4安装 紧急 隔离 阀应尽 量安 装在 要切 断 的设 备 、 储 罐 或 管线 的根 部或起 点 位置 。 当设 备 或储 罐后 安装 2台及 以上抽 出泵时 ， 紧 急 隔离 阀应 安装 在泵 人 口公用 管线 上 ， 且 与泵 的间 距 不宜小 于 5 r n 水 平 距 离 ， 如 受 空 间 限制 ， 也 应 尽 量拉 大与泵 的距 离 。 当要 隔 离 的 设 备 与 其 抽 出 泵 之 间 距 离 小 于 1 5 m时 ， 现 场 紧 急 关 阀按 钮 应 布 置 在 距 离 相 应 抽 出泵 1 5 m 水 平 距 离 之 外 的 区域 ， 安装 地 点应 在 安全 、 明显 、 方 便接 近 、 操作 的地 方 。复 位按钮 应 紧 邻 紧急 隔离 阀现场 布置 安装 。 5系统设 计 用于 火灾 隔离 控制 的 电气 、 仪表 和控 制 系统 应 当进行 防火保 护设 计 ， 除非 系统 已经设 计 为发 生 火 灾时故 障 安全 型 。 火 灾 隔离控 制 系统 可 以通过 S I S来实 现 ， 现 场 关 阀按 钮 、 辅操 台关 阀 按钮 、 复 位 按 钮 信号 均 传 输 至 S I S ， 通过逻辑运算输 出信号至 紧急隔离阀 ， 控 制紧 急隔 离 阀的关 断和 复位 。 在 辅操 台上 的 紧急 隔离 阀关 断 、 复位 按钮 应集 中在一 个 区域 布置 。 如 果用 于激 活 紧急停 车设 备 包括 泄压 或 隔离 系统 的控制 电缆 在 火 灾 发 生 时 暴 露 在 火 焰 中 ， 那 么电缆应 具 有 1 5 ～3 0 rai n的耐 火 能力 。用 于火 灾 隔离 系统 的电缆应 该 是具 有 防火性 能 的耐火 电缆 ， UL 1 7 0 9标准 下 耐 火 时 间不 小 于 1 5 mi n 。如 果 不 采用 耐 火 电缆 ， 电 缆必 须 采 用 埋 地 、 耐 火 电缆槽 盒 内敷 设 或远 离潜 在高 火灾 危 险区域 之外 敷设 。 除控 制 阀及 附件需 考 虑 防火设 计外 ， 控 制 阀的 仪表 风 系统或 液 压 油 系 统 也 要 考 虑 防火 设 计 。在 高火 灾危 险 区域 内 ， 火 灾 紧急 隔离 阀的动 力 系统管 路 尽 可 能采 用 AS TM 3 0 4 ， 3 1 6或 3 2 1不 锈 钢 管 ， 这 些 管材 自身 具有 较高 的 耐火能 力 ， 不需要 进行 额 外 的防火 处理 。 6 结 束语 首先 工 艺 专业 应 对 紧 急 隔 离 阀设 置 做 出全 面 考 虑 ， 避免 紧急 隔 离 阀 的关 闭带 来 潜 在 的 新 危 险 ， 常 见情 况如 下 a 泵 吸人 口前 的 紧急 隔离 阀应考 虑 与泵 电机 联 动 ， 关 闭 紧急 隔 离 阀后 应 立 即停 泵 ， 防止 无 流量 对泵 的损坏 。 b 当设备 容器 或储 罐后 安 装 2台及 以上 抽 出 泵 时 ， 紧急 隔离 阀应安 装在 泵入 口公 用 总管线 上 。 c 紧急隔离阀不宜用于紧急停车系统 ， 应尽量避 免与紧急停车保护系统相关联 。紧急隔离 阀的控制方 式仅为遥控手动控制 。如果紧急隔离阀参 与紧急停车 保 护， 阀门的设计还应满足安全保护系统的要求 。 关 于火灾 紧 急隔离 阀的设计 和 应用 ， 国 内石化 行业没有专门的设计规范 ， 或相关规范没有进行详 尽 的规定 。笔 者希 望通 过 以上介 绍 ， 在石 油化 工安 全设计时供同行借鉴 ， 并提出问题引起相关部门重 视 ， 进而制订出具体 的相关规范， 以服务于石油化 工 企业 的安 全 生产 。 参 考 文献 [1] 中国石化集 团上海 工程 有限公 司． 新 编化工 工艺设 计手册 第一册[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 1 0 ． [2] 陆德 民， 张振基 ， 黄步余． 石油化工 自动控 制设 计手册 [ M] ． 3版． 北京 化学 工业出版社， 2 0 0 0 ． [3] 中国石化集团洛 阳石油 化工 工程公 司． G B 5 0 1 6 02 0 0 8石 油化 工 企 业 设 计 防 火 规 范 [ S] ．北 京 中 国 计 划 出 版 社 ， 2 0 0 9 ． [4] 国家石油和化学工业局． S H 3 0 0 51 9 9 9石油化工 自动化仪 表选型设计规范E s 3 ． 北京 中国石化出版社， 1 9 9 9 ． [5] 国家石油 和化学工业 局． S H／ T 3 1 0 42 0 0 0石油化工仪 表 安装设计规范E s 3 ． 北京 中国石化出版社 ， 2 0 0 1 ． [6] 国家石油和化学工业局． S H／ T 3 0 1 92 0 0 3石油化工仪表管 道线路设 计规范E s 3 ． 北京 中国石化出版社 ， 2 0 0 1 ． [7] 中华 人民共和国 国家 质量监 督检 验检疫 总局 ， 中国 国家 标 准化管理 委员会 ． G B ／ T2 1 1 0 92 0 0 7过程 工业领域 安全 仪 表 系统的功能安全 E s 3 ． 北京 中国标准 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 8]陈让 曲， 张培合． 事故 隔离阀在石 油化工装 置的应用 E J 3 ． 石 油 化 工 安 全 技 术 ， 2 0 0 4， 1 1 2 ． [ 9] 赵霄． 紧急 隔断阀 E B V 在现 代化大 型炼油 化工装 置上 的设计探讨 E J 3 ． 石油化工 自动化 ， 2 0 0 8 ， 2 1 82 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m