防火紧急隔离阀的设计选型.pdf

第 5 o 卷第 5期 2 0 1 4 年 1 O月 石油化工自动化 AUTOM AT1 0N I N P ETR0一 CHEMI CAL I NDUs TRY Vo l _ 5 O。No ． 5 Ot c ，2 0 1 4 防火紧急隔离阀的设计选型 马涛 ， 林洪俊 ， 陈锦玉 1 ．中国石油工程建设公司 华东设计分公司， 山东 青岛 2 6 6 0 7 1 ； 2 ．辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘要 随着 G B 5 0 1 6 0 --2 0 0 8 { 石油化工企业设计防火规范 的实施， 炼化企业新建及改造项 目中出现了一类特殊的紧急切断 阀 ， 在高危设备发生火灾时 ， 可 以通过操作该 阀门 ， 紧急切 断火灾 区域 的原料 ， 有效地降低 火灾造 成的损 失。简要 阐述 了紧急切 断阀在炼油装置 中的设置原则 ， 介绍了紧急隔离阀 E I V 在设计 中应注意 的要点 。通过相关论述和探讨 ， 为工程设计 人员对炼 油厂此类 阀门的合理应用和设计选型提供借鉴。 关键词 紧急隔离阀设计选型逻辑功能 中图分类号 T H1 3 8 ． 5 2 文献标 志码 B 文章编 号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 4 0 5 0 0 1 4 0 3 De s i g n a n d S e l e c t i o n of Em e r g e nc y I s o l a t i o n Sh u t - Do wn Va l v e f o r Fi r e Pr o t e c t i o n Ma T a o ， L i n Ho n g j u n ， C h e n J i n y u 。 1 ．Ea s t Ch i n a De s i g n Br a n c h，Ch i n a P e t r o l e u m En g i n e e r i n gCo n s t r u c t i o n Co r p o r a t i o n， Qi n g d a o ，2 6 6 0 7 1 ，Ch i n a ；2 ．S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d Co n t r o l En g i n e e r i n g ，L i a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y，Fu s h u n，1 1 3 0 0 1 ，Ch i n a A b s t r a c t s Wi t h i mp l e me n t a t i o n o f GB 5 0 1 6 0 --2 0 0 8“ C o d e f o r f i r e p r o t e c t i o n d e s i g n o f p e t r o c h e mi c a l e n t e r p r i s e s ” ，o n e s p e c i a l k i n d o f e me r g e n c y s h u t - o f f v a l v e h a s b e e n wi d e l y u s e d i n n e w c o n s t r u c t e d a n d mo d i f i e d p r o j e c t a t r e f i n e r y e n t e r p r i s e ．Ra w ma t e r i a l i n c o n f l a g r a t i o n a r e a c a n b e i s o l a t e d b y o p e r a t i n g t h i s v a l v e e me r g e n t l y t o r e d u c e l o s s c a u s e d wh e n f i r e o c c u r s a t h i g h r i s k e q u i p me n t ．Ba s i c p r i n c i p l e s o f s e t t i n g e me r g e n c y i s o l a t i o n s h u t d o wn v a l v e EI Vf o r r e f i n e r y i n s t a l l a t i o n a r e b r i e f l y d e s c r i b e d ．Ke y p o i n t s f o r i t s d e s i g n a r e i n t r o d u c e d ． Th r o u g h r e l a t i v e d i s c u s s i o n，i t c a n b e u s e d a s r e f e r e n c e f o r d e s i g n e r s t o a p p l y a n d s e l e c t t h i s k i n d o f v a l v e r e a s o n a b l y f o r r e f i n e r y ． Ke y wo r d s e me r g e n c y i s o l a t i o n s h u t - d o wn v a l v e ；d e s i g n a n d t y p e s e l e c t i o n；l o g i c f u n c t i o n 紧急切断 阀对炼油化 工装置 的安全运行 、 联 锁保护起着 至关重要 的作用 。随着 GB 5 O 1 6 0 2 0 0 8 { 石油化工企业 设计 防火 规范 的实施 以及 国外先进工艺包的引进 ， 在新建 炼油装置或装 置 改造中出现了一类 特殊 的紧急切断 阀， 在高危 险 设备发生火灾后 ， 通过操作此类 阀门可 以紧急切 断相应火 灾 区域 原料 ， 避免 险情扩 大 ， 有效 地 降 低火灾造成的损失 。因此 ， 该类 阀 门又被称为 紧 急 隔 离 阀 E I V E me r g e n c y I s o l a t i o n S h u t D o wn Va l v e ， 由于在炼 厂 中该类 阀 门往往安 装在液 化 石油气罐与其抽 出泵之间， 也被称为泵罐隔离 阀。最近几年 ， 笔者所在单位 设计 了若干个新 建 炼厂 以及众多单体装置和相关改造项 目， 其 中都 涉及了 E I V 的设计 ， 笔者就 E I V的设置原则 、 设 计选型相关要点等进行论述 ， 供炼厂工程设计 人 员参考与探讨 。 1 E I V的设 置原 则 自GB 5 0 1 6 0 -- 2 0 0 8 { 石油化 工企业设计防火 规范 实施 以来 ， 在 国内新建炼化装 置及改扩建项 目中 E I V 的使用越来越普遍 ， 该规范在 7 ． 2 ． 1 5条 中明确指 出炼化装置 中何处需要设 置 E I V “ 液化 石油气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。 的液化石油气设 备与其抽 出 泵的间距小于 1 5 m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问距不 应小于 1 5 m” _ 】 ] 。在国外石油化工装置设计 中， 高 危险设备底部 出料 口设 置紧急切断阀早已成 为通 稿件收到 日期 2 0 1 4 0 5 1 3 ， 修改稿收到 日期 2 0 1 4 0 7 0 6 。 作者简介 马涛 1 9 8 1 一 ， 男 ， 山东 东营 人 ， 2 0 0 4年 毕业 于山东 大 学 自动化专业 ， 2 0 0 7年毕业于中国石油 大学 华 东 控 制理论与 控 制工程专业 ， 现就职于 中国石 油工程 建设 公司华东 设计 分公 司电 控室从事石油化工 自动化工程设计工作 ， 任工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 马涛等．防火紧急隔离阀的设计选型 用的工业标 准 ， 如 美 国石 油学 会在 AP I R P 2 0 0 1 炼油厂防火 第 3章中 ， 明确要求 “ 在装有大量 易 燃液体的容 器液面下接管 处， 应 当安装紧急切 断 阀” [ 。 ； 并且在 AP I RP 5 5 3 炼油厂控制 阀 第 7章 中具体说明了压缩机 、 泵 、 加热炉 、 容器等相关设备 设置 E I V的基本原则 ； 同时许 多公 司 如雪佛龙 、 壳牌 将设置紧急切断阀的要求列入公司规定或标 准 中。结合 国外的规范要求 以及国内外大工程公 司的设计实例， 原则上均要求 E I V设 置在高火灾 危 险设备紧邻的出口 或入 口 工艺管线上 ， 并能够 充分满足隔离操作 的要求 ， 用于停止易燃或有毒物 料无节制 的释放 。上述 高火 灾危 险设备包括 容 积大于 7 ． 5 7 1 m。 2 0 0 0加仑 轻组分的容器 ； 大于 1 5 ． 5 m。 4 0 0 0加仑 的液化石油气储罐 ； 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； 输送烃类等可燃液体能力超过 4 5 ／ h 的机泵； 可燃气体压缩机功率大于 ] 5 0 k W； 通过炉 管加热可燃液体的加热炉； 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 。但就 国内项 目 而言 ， 考虑到投资限制 ， 正在建设 或已经建成 的炼 化项 目， E I V设置所遵循 的基本原则还是文献[ 1 ] 中的 7 ． 2 ． 1 5 条及其条文解释。 在上述设置原则下 ， 当出现泄漏发生火灾时 ， 操作人员或者工艺联锁可通过及时关闭该设备 出 口 或入 口 管线上 的 E I V 实现 隔离该设 备 的 目 的， 为下一步的消防灭火工作创造有利条件 ， 达到 避免恶性安全事故发生， 减小损失的 目的。 2 E l Y的设计选型 E I V在炼化装 置 中作用重大 ， 但 E I V也会 因 其误动作关 闭， 导致 影响装置正 常生产 的风 险发 生 ， 因而必须做好 E I V 的设计选型 。目前 ， 许多工 程设计人员并没有重视 E I V 的设计选型 ， 甚至在 工程设计中直接套用安全仪表系统中紧急切断 阀 的设计思路来对 E I V进行选型 。笔者认 为这样 的 选型不仅不能正 确体 现 E I V 的作用 ， 反而容易 因 E I V误动作而影响正常生产。 E I V存在特 殊性 ， 其 意义不 同于装 置联锁系 统中的紧急切断 阀和顺控中的切断 阀。首先 E I V 的存在是一种安全手段 ， 在火灾发生时， 无论是在 现场还是控制室 ， 操作人员都应能快速地对它进行 操作 ， 以尽快隔离易燃物料与火灾设备 ， 停止易燃 物料 的无节制释放 ， 避免更大 的损失 ； 其次要尽量 避免该阀门的误操作以及气 源故 障造成装置的误 停车。 鉴于以上两点 ， E I V 的设计 选型存 在其独 特 的地方 。关于 E I V阀门的结构、 检测等方面 ， 相关 规范都有比较详细的要求， 并且国内已经有多篇文 章进行了阐述 。笔者根据所做多个项 目中的经验 教训 ， 介绍 E I V在平面布置 、 执行 机构选择 、 阀门 附件等方面的设计选型要点 1 E I V应优先安装在火灾危险区域之外 。若 限于平面布置， E I V 只能布置在 火灾危险 区域 内 时， E I V的执行机构及电缆都应采取防火措施 。 2 E I V执行机构应配手轮机构。E I V应配置 阀位开关 ， 包括全开位置开关和全关位置开关。 3 气动 E I V的关 闭时 间宜小于 3 0 S ， 大型 电 动阀的关闭时间应小于 1 2 0 S 。在此范围内阀门关 闭速度应兼顾减少水击效应的影响。 4 E I V的执行机构应优先选用故障保位模式 F L 。工艺流程对隔离 阀无故障安全要求时 ， 气 动执行机构优先选配双气缸执行机构 ， 故障动作模 式为 F L， 气动执行机构宜配双电控电磁阀， 动作方 式为励磁开励 磁关 E OE C 。工艺 流程对 隔离 阀 有故障安全要 求时 ， 气 动执行机构 优先选配单气 缸 ， 控 制信 号触 点为 常闭触点 ， 故 障动作 模式 为 F C， 根据用途要求配置电磁 阀。 5 气动 E I V应 配后备气源罐 。气源罐 容量 应至少满 足所辖 阀门从 全 开到 全关 动作 1次 的 需求 。 6 电动执行机构 的供 电系统应有后备电源。 3 E l Y的逻辑功能 为了更好地发挥 E I V 的作用 ， 在控制系统 中 还要设计相应的逻辑 功能 ， 如图 1所示 ， 该逻辑功 能已在多个大型炼化项 目中得到成功应用 。 放空 失 电 关 阀关 阀 阀 位 校 验 图 1 E I V 逻 辑功 能典 型 示意 E I V逻辑需要特别注意以下几点 1 E I V在现场设有 开阀按钮 HSC和关 阀 按钮 HSB， 在控制室设关阀按钮 HS A， 这样设 计可以防止控制室人员误操作 ， 即只有现场无危险 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工自动化 第 5 0 卷 时才能打开该 阀。 2 由于该类 阀作 用重 大 ， 为 了确 认 E I V是 否按 照要求 正 常动 作 ， 设 有 阀位校 验 灯 。在 阀 位校验正确 ， 并 在 阀位 关 到位 或 开 到位 后 相 应 的阀门位置状 态灯 E Z L o／ E Z L C 亮 ； 在 阀位 校验失败 时 ， 阀位 校验 报警 灯 E z A 亮 ， 如 图 2 所 示 。 关阀E I V t E XL 置 0 j L一 延时 s O 阀操作命令输 出 ／ ＼是／／、＼ X L 是否E Z C S ] e x L 是否E z 0s I 否 E Z A置 l 报警 E Z A置0 正 常 J 否 E Z A置1 报警 E z A置0 正常 图 2 E I V 阀位 校验 逻辑 示意 是 3 阀门在动作过程中时， 控制 系统 阀门位 置 状态灯和阀位校验报警灯宜显示灰色 ， 代表阀门正 在运行 ， 避免出现误报警 。 4 现场操作按钮 HSC和 HSB应安装在 火灾危险区域之外。现场按钮应 布置在距火灾或 泄漏设备 1 5 m外 ， 且在主导风向的上风 向； 应配带 保护罩 ， 防止有人误碰到按钮导致的误操作 ； 现场 按钮宜分区集 中布置在巡检通道旁， 位置明显 ， 易 于接近 ； 按钮铭牌上应有阀门用途 、 仪表位号等信 息 ， 清晰易辩 。 5 在炼化装置 中， E I V 往往设置在 容器 或 塔 与泵 或压缩机 之间以及压缩机 的出入 口， 因 而在 E I V紧急关 阀的同时 即 E I V离开全开位置 需要去联锁停泵 或压缩机 。 4 控制系统选择 E I V是采用过程控制系统控制还是采用安全 仪表系统控制 ， 应根据项 目安全完整性等级 S I L 分析结果确定 。由于国 内很多项 目未开展 S I L分 析 ， 无法确定装置 的 S I L等级。这种情况下 ， 鉴于 E I V的重要作用 ， 笔者认 为当项 目中已设有 安全 仪表系统时 ， E I V 的控制宜在 安全仪表 系统 中实 现 ， 当项 目中仅设置过程控制 系统时 ， E I V 的控制 在过程控制系统中实现即可 。 5 结论 E I V是为了满足炼化装置 日益严格 的安全要 求而产生的 ， 通过操作 E I V可 以在发生火灾 时有 效地降低损失 ， 避免事故 的扩大。尽管 E 1 V 增加 了工程投资 ， 但考虑到其在安全方面 的作用， 合理 的设置 E I V是非常有必要 的。 参考文献 [ 1 ] 住房和城乡建设部， 质量监督检验检疫总局． G B 5 O l 6 O 一 2 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 ． [2] Ame r i c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ． AP I RP 2 0 0 1 ～1 9 9 8 F i r e Pr o t e c t i o n i n Re f i n e r i e s[ s ] ．7 e d ．AP I ，1 9 9 8 ． [3] A me r i c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ．AP I R P 5 5 3 --1 9 9 8 R e f in e r 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