紧急隔断阀（EBV）在现代化大型炼油化工装置上的设计探讨.pdf

工程设计及标准 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 8 ，2 1 8 AUT0M AT1 0N I N P ETR _ CH EM I CAL I NDUS TRY 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 赵 霄 中国石化工程建设公司 ， 北京1 0 0 1 0 1 摘 要 主要阐述了现代化大型炼化装置 中紧急隔断阀的设置原则 和安全作用 ， 并对其设计及选型原则进行了探讨 。着重 比较了紧急 隔断阀和常规紧急 切断阀之间的主要区别 ， 特别从防火设计 的角度强调 了紧急隔断阀在装置火灾中的安全作用 。 关键词 紧急隔断阀； 高火灾危险设备； 火灾危险区 中图分类号T P 2 1 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 O O 8 O 2 0 0 1 8 0 4 Th e De s i g n o f Eme r g e n c y Bl o c k Va l v e i n M o de r ni z e d La r g e S c a l e Re f i n e r y a n d Ch e m i c a l Un i t s Zha o Xi a o S EI ，B e i j i n g，1 0 0 1 0 1，Ch i n a Ab s t r a c t Th e s e t t i n g ph i l o s o p hy a nd s a f e t y f un c t i on o f e m e r ge n c y b l oc k v a l v e s i n mod e r n i z e d l a r ge s c a l e r e f i n e r y a n d c h e mi c a l p l a n t s i s p r e s e nt e d．Th e e ng i n e e r i n g，s e l e c t i o n a n d de s i gn p r i nc i pl e o f e me r g e nc y bl o c k v a l ve s i s d e s c r i b e d ． The ma i n d i f f e r e n c e b e t we e n e me r g e n c y b l oc k v a l v e a nd c o nv e n t i on a l e me r g e n c y s hu t o f f v a l v e i s c o m p a r e d ．Th e s a f e t y f u nc t i o n f o r pl a n t f i r e p r o of of e m e r g e n c y b l oc k v a l ve i s s t r e s s e d f r o m f i r e s a f e d e s i gn p o i nt o f v i e w e s p e c i a l l y ． Ke y wo r d se me r g e nc y b l oc k v a l v e；e qu i p me nt wi t h hi g h f i r e p ot e nt i a l ；f i r e ha z a r d ou s a r e a 1 引 言 近年来 ， 在工 程设计 阶段 对火灾 的预警 以及 发 生火 灾后尽 量 减 少 损 失 的 措 施 有 着 很 高 的 要 求 。 在这些 措施 中既有 完 整 、 独 立 、 高 级别 安 全 等 级 的 火灾 及气体 检测 系统 F G S 的设 计 ， 也有 像 紧急 隔 断 阀 E B V E me r g e n c y B l o c k V a l v e 这 样 的火灾 防 范仪表设备的设计。如果说 F GS的设计更偏重于 火灾 的预警 和联动 ， 那 么 E B V 阀 的设 计 则 更 侧 重 于火灾发生后通过 操作相应 的仪表设 备有 效降 低 火 灾 造 成 的 损 失 以 及 有 效 避 免 恶 性 安 全 事 故 的发 生 。笔 者 拟 从 设 计 角 度 探 讨 性 地 阐 述 E B V 阀在 现代 化 大 型炼 化装 置 上 的应用 。 2高火灾危 险设备 和火 灾危 险区的定 义 由于 E B V 阀 的设 计与装 置 的火灾 防范有 着密 切的关系， 因此从工艺和安全角度讲 ， 必须首先定 义高火灾 危 险设 备和 火灾危 险 区域 ， 以便 确定何 处 需 要设置 E B V 阀。 不 同 的标 准规 范对 于 高火 灾 危 险设 备 和火 灾 危 险 区域 的具体定 义有 所不 同 ， 以下 列举一 个典 型 的定 义来加 以说 明 。 高火 灾危 险设 备 包 括 输 送 烃 类 等 可 燃 液体 能力超过 4 5 m。 ／ h的机泵； 可燃气体压缩机功率大 于 1 5 0 k W ； 通过炉 管加 热可燃 液体 的加热炉 ； 内部 的可燃 液体 温度超 过 3 1 5 ℃ 或 已经 超过 自燃 温度 的容 器或换 热器 ； 内部压 力大 于 3 ． 4 5 MP a ， 模 式为 放热反 应 的烃类反 应器 等 。 火灾危 险 区域 包 括 距 离 高 火 灾 危 险设 备 水 平 9 m 或垂 直 1 2 m 范 围 内的 区域 ； 距 离装 有 可燃 介 质球罐 9 m 范 围 内的区域 等 。 3 E B V阀的基 本设 置原则 和安全 作用 E B V 阀通常设置在高火灾危险设备紧邻的出 人 口工艺管线上， 其具体位置一般 由工艺或安全专 业确定 。设置的基本原则应 当首先能够充分满足 隔离操作 的要求 ， 同 时 由于 火 灾发 生 时 ， 过火 区域 会产生很高的温度 ， 因此在满足隔离操作要求的前 收稿 日期 2 0 0 7 一l 1 1 4 。 作者简介 赵霄 1 9 7 4 一 ， 男 ， 山东荣成 人 ， 1 9 9 6年 毕业 于 大连理 工大学 自动化专业 ， 获工学学士学位 ， 现在中国石化工程建 设公 司仪表 自控室从 事石油化工 自动化设计工作 ， 任工程师。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 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 提下 ， 为 了保证 E B V 阀更好 的使 用性 ， 其设 置应 尽 可 能远离 火灾 危险 区 。 当某 台高火灾危险设备或与其相邻的工艺管 线 出现泄 漏并发 生火 灾时 ， 操作人 员 或者工 艺联 锁 可 以通过 及时关 闭该设 备 出入 口管线 上 的 E B V 阀 实现 隔离该 设备 的 目的。上 游 设 备 向该 设 备 继 续 输入 可燃介 质 的通道将 被有 针对 性地 及时切 断 ， 泄 漏介 质和着 火 区域 面 积会 在 第 一 时 间 内得 到 有效 地控 制 ， 进 而给下 一步 的消 防灭火 工作 创造有 利 条 件 ， 从 而避 免恶性 安全 事故 的发 生 ， 这 也 正是 E B V 阀 的安全作 用所在 。 4 E B V阀 的设计及 选型原 则 4 ． 1 E B V阀的 阀型 选择 由于 E B V阀属于有严 密关断 T S O 要求 A N S I C l a s s V以上 的切断 阀 ， 因此通 常来 讲 ， 仪 表专 业所 选取的 E B V 阀大多 以 闸阀 、 球 阀和 三 偏心 蝶 阀 应 用 于压力等级为 A NS I 6 0 0 以下 的工艺 管线 为 主。 闸阀是一 种相 对 比较 古典 的选 型方 案 ， 与 三偏 心蝶阀相比， 其主要的缺点如下 阀体笨重且安装 尺寸较 大 ； 填料 密 封 存 在较 为 严 重 的泄 漏 问 题 ； 偶 尔动作 时较容 易卡 住 。 随着 科技 的发 展 ， 三偏 心蝶 阀 以其卓越 的性 能 尤其是 转动力 矩大 、 密封 及关 断性 能好等 特点 正 在 越来越 多地 在 中低 压工 艺管线 上取 代 闸阀 ， 特别 是在大 口径管道上应用时， 蝶阀本身更具有轻便 、 易 于安装 维护 、 价格便 宜等 优势 。 比较 而言 ， E B V 阀在 阀 体 尺 寸上 通 常 要 普 遍 大于工艺用联锁切 断阀。大型炼化装置 内高火灾 危 险设备 的定义 意 味着大 多数 E B V 阀所在 的工 艺 管线尺寸都很大 ， 例如大型离心式压缩机的出入 口 管线通常都在 1 2 ” 注1 ” 一2 5 ． 4 mm， 下同 以上 ， 甚 至有可 能会超 过 4 O ” ， 一些 大 型储 罐及 换 热 器 的 出入 口管 线尺 寸 也 大 多在 8 ” 以上 ， 只有 一 些机 泵 出入 口的管线可 能在 6 ” 以下 。 鉴于 E B V 阀本身 的重要 性 以及其 在安装 尺寸 和操作 上 的特点 ， 同时 考虑 到 经 济 性 的 因素 ， 其 基 本 的阀型选 择原则 如下 管道压 力等 级小 于 ANS I 6 0 0 时 ， 8 ” 和 8 ” 以 下 的工 艺管 线上选 用球 阀或 闸阀 ； 8 ” 以上 的工艺 管 线上选 用三偏 心蝶 阀。 管道压力 等级 不 小 于 AN S I 6 0 0 时 ， 8 ” 和 8 ” 以下 的工艺 管线上 选用球 阀或闸 阀 ； 8 ” 以上 的工艺 管线上 选用 闸 阀。 4 ． 2 E B V阀的防火 设计和 选型 与普通的切断 阀相 比， E B V 阀最大 的不 同在 于对防火 设计 的 高要 求 ， 这 也 是 E B V 阀在 火 灾 发 生后 ， 能 在相 当长 的 时 间 内 一般 不 低 于 3 0 mi n 隔离高火灾危险设备的关键所在。大型炼化装置 由于经 常受到 平面 布置 、 占地 面积及 工艺管 线走 向 等 因素 的影 响 ， 因 此 E B V 阀通 常 很 难 真正 做 到远 离火 灾危 险 区域 。根据 以往 国外 大 型装置 的经验 ， 大 多数 E B V 阀不 得 不设 置 在 火 灾 危 险 区域 之 中 。 这就 意 味着 ， 当火灾 发生 时 ， E B V 阀所 在 的着 火 区 域很 快就会 处 于 高 温烧 烤 之 下 ， 能 否 在 3 0 mi n内 依然保 证 严密关 断 及 操作 效 果 ， 也 就 成 为 E B V 阀 防火设 计 的关键 所在 。 提到 阀门的 防火设 计 ， 就 必 须对 A P I 6 0 7这 一 国际公认 的阀门火灾测试规范进 行一定 的说 明。事 实上， 能否拿到满足 A P I 6 0 7的防火资质证明也是 E B V 阀是 否满足防火设计要求 的重要标志之一 l_ 1 ] 。 AP I 6 0 7中对 于 如何 进 行 阀 门 的火 灾 测 试 有 非常详 尽 的描述 ， 对 于测试后 的评 判标 准也有 着 明 确 的规 定 。为 了便 于理 解 ， 现将典 型 的测试 程 序及 评判标 准简 述如下 。 4 ． 2 ． 1 典 型测试 程序 图 1 所 示为 AP I 6 0 7标 准 中提 供 的 典 型测 试 原 理 图 ， 被测 阀 门的上游 管线 连通 到一个 带压 的工 艺 系统 ， 该系 统 中的带压 介质 为水 。被测 阀门的下 游通过 1 台泄放 阀连 通到一个常压冷凝 器和 一个 常 压校验 水箱 。被测 阀门的下方是一个 连通到燃 料系 统 的火 焰喷射装置 。整个 测试系统配备 了必要 的压 力 、 液位 和温度检测仪表 、 安 全阀以及增压设备 。 测试 开始 前先将 被测 阀门置 于全关 状 态 ， 上 游 系统增 压稳 定 至 测试 压力 点 ， 同时打开泄 放 阀并将 下游校验水箱清空 。此时对水罐液位读数进行记录。 测试 分两步 进行 ， 第 一步为 阀 门静 态泄漏 测试 燃烧 测试 ， 测 试开 始后 ， 首先点 燃火焰 喷射 装置 ， 2 mi n内火焰温 度 即 可达 到测 试 所 需要 的 7 6 0℃ 。 一 旦 温度 达到 7 6 0℃就进 入测试 计 时阶段 ， 即每 隔 3 0 S 对 上 游 管道 压 力 、 阀体 上 安装 的热 量计 、 火 焰 温度计 以及 阀体 上安装 的 压力表 的读数进 行记 录 。 3 0 mi n后 熄 灭 火 焰 ， 收 集 校 验 水 箱 内 的水 并 统 计 体积容量。阀门静态泄漏测试结束 。 紧接着 进 行 第 二 步 操 作 测 试 ， 关 闭 泄 放 阀 ， 在 上游 管线继 续保 持测试 压力 的情况 下将 被测 阀 门由全关 打到 全 开 ， 再 由全 开打 到 全关 ， 然 后 打 开泄放 阀 ， 连 续测 量 5 mi n后 ， 立 即 获取 泄 漏 到 校 验水箱 内水 的体 积容量 数据 阀门内漏量 ， 以及 通 过阀杆和上阀盖等部位外漏到阀门密封容器 内水 的体积容量数据 。至此全部测试结束。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 石 油化工 自动化 图 1 典型测 试原理 4 ． 2 ． 2 典 型评判标 准 根 据 AP I 6 0 7提供 的评判标 准 ， 就 可 以判 断被 测 阀门能否满 足 防火设计 要求 。 在 燃烧测 试 阶段 ， 对 于上游 密封或 双 向密封 的 阀门且 压力 等级小 于 C l a s s 6 0 0或 者对 于其他 压力 等级小 于 C l a s s 9 0 0的阀门 ， 评判 标准 如表 1 所 列 。 表 1评 判 标 准 阀体尺寸／ 时 最大泄漏量／ mL mi n ≤ 1 0 1 0 1 OO 1 0 00 注 1时一2 5 ． 4 mm， 下同。 在燃烧测试阶段 ， 对于上游密封或双 向密封 的阀 门且压力等级不小 于 C l a s s 6 0 0或者对 于其他压 力等 级不小于 C l a s s 9 0 0的阀门， 评判标准如表 2所列 。 表 2评 判 标 准 阀体尺寸／ 时 最大泄漏量／ mL mi n ≤ 5 5 20 0 1 00 0 在 操作测 试 阶段 ， 对 于上游 密封或双 向密 封 的 阀 门且压 力等 级小 于 C l a s s 6 0 0或 者对 于其他 压力 等级小 于 C l a s s 9 0 0的 阀门 ， 评判标 准如 表 3所列 。 表 3 评 判 标 准 阀体尺寸／ 时 最大泄漏 量／ mL mi n ≤ 1 0 1 0 20 2 00 在操作 测试 阶段 ， 对于上 游密封 或双 向密封 的 阀 门且压力 等级不 小 于 C l a s s 6 0 0或 者对 于其他压 力 等级 不 小 于 C l a s s 9 0 0的 阀 门， 评 判标 准如 表 4 所 列 。 表 4评 判 标 准 阀体 尺寸／ 时 最大泄漏 量／ mL mi n ≤ 1 0 1 0 1 O O 1 00 0 外漏 量 的评 判标 准如表 5 所 列 。 表 5外 漏 量 的 评 判 标 准 阀体尺寸／ 时 最大泄漏量／ mL mi n ≤ 1 O 1 O 2 5 2 5 0 为 了满 足 A P I 6 0 7标 准所 提 出的 防火 设 计要 求 ， E B V 阀在 设 计 和选 型方 面应 该 注 意 以下 5个 方 面 的问题 。 3 E B V 阀 的过 程 连 接 不 能 为 对 夹 式 管 道 连 接 ， 应该 为 法 兰 式 管 道 安 装 。如 果 管 道 尺 寸 大 于 1 2 ” ， 考虑到经济性 的因素也可 以采用支耳式 法兰 连 接形式 。 b 阀座 及填 料等材 质应 当选 用本 质火 灾安 全 型 材质 ， 如 金 属硬 密封 阀座及 石墨填 料等 。 c 阀座应 当尽量满足上下游双 向密封的要求 。 d 阀门的执行机构必须满 足防火设计要求 。 E B V阀可以选用电动或气动执行机构， 但依照国 外 的相关经验， 多数情况还是选择电动执行机构。 主要原 因如 下 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 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 1 E B V 阀本 身 的尺 寸较 大 ， 从 经 济性 角 度 而 言 ， 1 O ” 以上 的切断 阀 ， 电动执行 机构往 往 比气动 执 行机构便宜 ， 而且尺寸越大越便宜。 2 从配套防火角度讲， 电动执行机构配套的防 火 附件 只需要 考 虑 电缆 ， 而 电缆 的 防火相 对 比较 成 熟并且 造价 很 低 耐火 型 电缆可 以在 7 5 0 ℃ 的高 温 下 连续 传送 电信号超过 9 0 rai n _ 2 ] ， 气动 执行 机 构 配套的防火附件除了电缆之外还要考虑气源管线， 普 通气源 管线 无法达 到 防火要 求 如气 动 Tu b e管 接头会因高温变形而造成仪表风大量泄漏 ， 做相 应的防火处理造价会很高； 如果气动 E B V 阀只有 关 键时刻 切断 管线起 隔离设 备 的作用 ， 选择 合适 的 故 障安全 位置 如 F C 可能 不用再 考虑 气源 管线 的 防 火 问题 了。但 是 实 际 上 ， E B V 阀 经 常有 在 火 情 中连 续操作 的工 艺要 求 ， 在 隔离 高火灾 危 险设备 的 同时 ， 保证 不发 生更大 的工艺 安全 事故 。对 于这种 情况， 简单的设置气动阀门的故障安全位置就无法 满足 E B V阀的操作要求 ， 因此气动执行机构及其 配套 气源管 线 的防火设 计就 必须 实施 了 。 无 论 选 择 哪种 执行 机 构其 防 火 的 主要 措 施 就 是涂刷防火涂料。这种涂料属于高科技产品， 成熟 的执行 机构 厂家 往 往 拥 有 自己 的专 利产 品 。它 的 最大 特点就 是 ， 当环 境 温 度 急剧 上 升 时 ， 这种 涂料 的体 积会急 速膨胀 4 ～5倍 甚 至 更 多 ， 膨 胀 的 涂料 对热 浪具有 极 强 的阻 隔 作 用 ， 可 以阻 挡 8 O 以上 的辐射 热 ， 而普通 的金属 表面 只能通 过热 反射 和热 对流原 理抵 消大约 2 O 左 右 的辐 射热 。 有 了这层高科技 的外衣 ， 执行机构完全 能够满 足 A P I 6 0 7 以及 U L 1 7 0 9所 提 出 的防 火 设 计要 求 ] 。 有 些 国际知 名厂 家 的产 品 甚 至可 以在 1 0 0 0 ℃ 的 高温下连 续正 常工 作 3 O rai n以上 。 e 阀门配套 附件如 电缆 、 气源管线 等必须 满足 相应的防火设计要求。例如电缆应该选用防火型 的电缆 ， 气源管线应该包裹 防火披覆或 防火涂 层等 。 有 了 以上 5个 方 面 的防 火 设 计 ， E B V 阀 就 能 够出色地完成紧急隔离及操作高火灾危险设备的 任务， 为第一时问控制火情发展进而争取消防灭火 时 问创造 有利条 件 。 需要 特别说 明 的是 ， 通 常所说 的紧急切 断 阀完 全 不 同于 E B V 阀 ， 更 不能完 全代 替 E B V 阀去完 成 防 火功能 。 由于紧急 切断 阀缺乏 完整 的防火 设计 ， 只能在火灾发生时通过切断工艺管道简单地隔离 高 火灾危 险 设 备 ， 不 具 备 在 火 情 中连 续 操 作 的 能 力 ， 因此其防火效果是比较有限的， 而且无法配合 装 置 的 火 灾 停 车 动 作 。相 比 紧 急 切 断 阀 而 言 ， E B V 阀在防火过程中具有更加灵活的操作余地 ， 这 种灵 活性对 于关 键 时 刻 采取 更 加 有效 的防 火 措 施 非常有 益 ， 可 以更 大程度 地 减少火 灾造成 的直 接 损 失和 由于火 灾停 车造成 的问接损失 。 4 ． 3解 决 E B V阀误操作 问题 的设计 原则 E VB阀作 为先 进 的火 灾安 全 手段 在应 用 中具 有 非常重 要 的意义 ， 但 是 由于 E B V 阀所 在 的 位 置 往往 都 毗邻装 置 内 的大 型关 键 设 备 ， 一 旦 E B V 阀 出现误 动作 ， 有 可能 会 导致 比较 严 重 的后 果 ， 因此 在设计 中必须对这些 问题 加以解决 以减少 不必要 的 损失 。现 列举 一个较为极端 的例子来解释该 问题 。 出于 防火 考虑 ， 大型离 心式 压缩机 的出人 口经 常会 设 置 E B V 阀 ， 当操作 工对 E B V 阀进行误 操作 时 ， E B V 阀会 突然关 闭 ， 直 接 的后 果可 能会 导 致大 型机组 的损 坏 。 为 了避免这 一恶 劣情况 的发 生 ， 通 常 的做 法是 将压 缩机 机组保 护 联锁 与 E B V 阀的 阀位 开 关 或 阀位 变送 器 关 联 起 来 。当 出人 口 E B V 阀 均处 于 全开 位置 时 ， 才 能允 许 启 动 压缩 机 组 ； 而 当 出人 口 E B V 阀 中有任 意 一 个 的 阀位 低 于 6 O 或 5 O ， 依工艺 要求 而定 时 ， 必须进行 相应 的停 机联锁 。 简言 之 ， 设计 阶段要 对 与 E B V 阀相关 的联 锁 要 求进 行充 分 的考虑 ， 以减少 误操作 带来 的危 害 。 另外 ， 鉴于 E B V 阀的特殊地位， 一般来讲 ， 工 艺操作 手册 中通 常要对 其进 行详 细的操作 描述 ， 以 降低误 操作 发生 的概率 。 5结束 语 E B V 阀是为 了满足 现代 化大 型炼 化装 置业 主 或 最终 用户 高标准 的安 全要 求而产 生 的 ， 其 出现也 完全符合近年来国家高度强调安全生产 的大势所 趋 。依 照 国外 的经 验 ， 尽 管 E B V 阀在装 置 一 次性 投 资上 可能 比较 巨大 ， 但 考虑 到其在 未来装 置长期 运行过程 中所起到的安全作用 ， 它的投资回报率总 体上还是非常高的， 它的存在可以大幅度降低恶性 火 灾安全 事故 的发 生几率 、 有效 减少 火灾损 失 。 由 于 目前 E B V 阀的设计 在 国 内的相 关标 准规 范 中尚 没有 依据 ， 因此 笔者 也只是 从仪 表专业 的角度 探讨 性 的进行 了相关 阐述 ， 希望 能 给未来 大型炼 化装 置 的安 全设 计提供 一些 有益 的启示 。 参考文献 1 API 6 0 71 99 3 ， Fi r e Te s t f o r S o f t Se a t e d Qua r t e r Tu r n Va l v e s 2 I EC 6 0 3 3 11 99 9．Te s t s f o r日 e c t r i c Ca b l e s Un r Fi r e C o n d i t i o n s 3 UL 1 7 0 92 0 0 7，Ra p i d Ri s e Fi r e Te s t s o f Pr o t e c t i o n Ma t e r i a l s f 0 r S t r u c t ur a l S t e e l 4 GB 1 9 2 1 6 ． 2 3 2 0 0 3 ， 在 火焰条 件下 电缆 或 光缆 的线路 完整 性 试 验 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m