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緊急切斷閥應用六個難點解讀

日期：2021/03/23 瀏覽：

哪些地方需要用到緊急切斷閥？

閥型的選擇：球閥/閘閥/蝶閥？
閥體是否需要防火？
執行機構的型式選擇：氣動/電動/電液？
執行機構防火形式的選擇：火災/火災可作？
SIL等級及閥門冗余如何配置？
石油化工生產具有高溫、高壓、易燃、易爆甚有毒的特點。其測量點、控制點多、工藝過程復雜，要求能夠對整個生產過程進行適時、準確、有效的監視及控制。因此一套能夠裝置的異常情況，并對可能發生的潛在危害作出相應動作以保護設備、防止事故擴大化的儀表系統是必不可少的。
緊急切斷裝置在石油化過程中主要就是緊急切斷閥，可以在遇到突發危及到人員，裝置或設備運行，造成嚴重的環境污染時緊急切斷閥能快速響應，繼而避免事故發生或者危險擴大。本文就聯鎖中緊急切斷閥應用難點及設計方案進行探討，幫助儀表及設計人員對緊急切斷閥的理解和應用。

1緊急切斷閥的組成和主要應用場景

緊急切斷閥主要的組成部分有：執行機構（分電動和氣動），電磁閥（氣動閥），閥體以及其他附件。下面為常規氣動切斷閥門簡配圖：

在石油化過程中，要求緊急切斷和隔離的場所無處不在。例如：切斷反應進料，切斷加熱爐燃料；高低壓緊急隔離；緊急切斷汽輪機蒸汽；泵設火災隔離等等。
可以說是緊急切斷閥是運行的“衛士”。
應用場景1：切斷進料

應用場景2：高低壓隔離

應用場景3：泵設隔離

應用場景4：切斷加熱爐燃料

2緊急切斷閥閥型的種類和選型要點

石油化工工程中常用的自控緊急切斷閥按照閥體類型一般分為三種：閘閥、球閥、蝶閥。也有個別工藝包或者業主要求用GLOBE閥門作為切斷閥。
閘閥一般應用在口徑較大的場所(DN250及以上)，投資相對球閥來說比較低廉。閘閥的主要缺點是：閥體笨重且安裝尺寸較大，填料密封性能不好，閥體也容易卡住。

球閥主要應用口徑較小的場所，考慮到投資因素，口徑一般不易大于DN200。介質溫度較低時可選用非金屬密封閥座環，介質溫度較高時應選用金屬密封閥座環。

切斷蝶閥一般選用三偏心結構，蝶閥具有轉動力矩大、密封和關斷性能好、重量輕、結構尺寸小以及造價便宜等特點。由于蝶板一直在流道中，其流通能力低于閘閥和球閥，尤其高壓蝶閥，閥板較厚，造成流通能力更小。

緊急切斷閥門采用嚴密關斷型(TSO)。一般對于金屬硬密封的隔離閥，泄漏等級一般要求ANSI CLASS V以上；對于非金屬軟密封的切斷閥，泄漏等級一般要求為ANSI CLASS VI，并盡量滿足上下游雙向密封的要求。
一般應該遵守API598的內漏要求。如果采用ISO5208等級要求，要求B或C級。

3緊急切斷閥泄露等級判定依據

作為緊急切斷用的閥門，往往都特別關注其切斷的嚴密程度也就是泄漏等級。
閥門主要密封部位有：

啟閉件與閥座間的吻合面：此處的泄漏叫內漏，它直接影響閥門截斷介質的能力和設備的正常運行。

填料與閥桿和填料函的配合、閥體與閥蓋的連接處：此處的泄漏叫外漏，即介質從閥內泄漏到閥外，它直接影響生產。造成工作介質損失和企業經濟損失、環境污染，嚴重時會造成生產事故。

閥門內漏標準

常用閥門內漏國內外主要標準有：
1.美國標準/流體控制組織ANSI/FCI70-2《控制閥閥座泄漏》新為2013版；
2. 電工委員會IEC 60534-4《工業過程控制閥-檢驗和例行試驗》新為2006版，其他部分章節2015版；
3.美國石油協會API598《閥門的檢查和試驗》新為2016版；
4.美國閥門及配件工業制造商標準化協會MSS SP-61《鋼制閥門的壓力試驗》新為2019版；
5.標準化組織ISO5208《工業閥門-金屬閥門的壓力試驗》新為2015版；
6.歐洲標準EN12266-1/2《工業閥門閥門的試驗》-壓力試驗、試驗方法和驗收標準新為2012；
7.GB/T13927--2008《工業閥門壓力試驗》等效ISO5208-2007；
8.JB/T9092--1999《閥門的檢驗與試驗》等效API598-96；
9.GB/T 26480-2011《閥門的檢驗和試驗》等效API598-2009；
10.GB/T 4213-2008《氣動調節閥》等效IEC60534；
11.GB/T 17213.4-2015《工業過程控制閥第4部分：檢驗和例行試驗》等同IEC60534-2006。

火災后泄漏標準：
1.ISO10497《閥門試驗-閥門的耐火試驗要求》新為2010版本；
2.API607-2005《轉1/4周閥門和非金屬閥座閥門的耐火試驗》新為2016版本；
3.API6FA《閥門耐火試驗試驗》新為2018版本。
常用標準:

內漏測試對比:

試驗介質，壓力及分級對比表
總而言之：

外漏標準

常用閥門外漏相關標準有:
普通外漏：API598《閥門的檢查和試驗》；是美標閥門常用的檢驗和壓力試驗標準；該標準對上密封試驗的要求是：在規定的壓力下，不允許有目視可見泄漏。

該標準要求比較寬泛，如果沒有特殊要求廠家一般會執行該標準的要求。
低泄漏標準
低泄漏閥門是指閥門實際泄漏量很小，靠常規的水壓、氣壓密封試驗已不能判定，需要借助更加先進的手段和儀器來檢測的微小外泄漏。閥門的這種微小的對外界環境的泄漏稱為低泄漏或逸散性。
目前國內外常見的標準為：
1.標準化組織ISO15848-1《工業閥門：漏氣的測量、試驗及鑒定程序》部分閥門的分類體系和型式試驗鑒定程序；
2.標準化組織ISO15848-2《《工業閥門：漏氣的測量、試驗及鑒定程序》第二部分閥門產品驗收試驗；該標準用以鑒定通ISO15848-1形式試驗的閥門產品；
3.GB/T24681《閥門的逸散性試驗》；該標準參考ISO15848-2編制。
4.殼牌石油公司SHELL MESC SPE77／312《工業閥門：低泄漏測量、分級系統、資格認定程序及開關閥和控制閥的型式認可和產品試驗》。對ISO15848-2的補充；
5.美國環境保護署EPA method 21《揮發性組分泄漏》。針對VOC定義了探頭法: 0.1~3L/min；
6.德國TA-LUFT《空氣質量的技術指導手冊》共233頁；
7.美國石油學會API 622《防逸散過程閥門填料型式試驗》；
8.美國石油學會API 624《帶石墨填料升降桿閥門的型式測試》；
9.美國石油學會API 641《四分之一回轉閥門填料型式試驗》。
ISO 15848 -1測試及分級：
性能等級分為：溫度等級、耐久等級、密封等級三項。出廠標記：ISO FE 例如：

室溫為：-29~40℃

開關閥：機械循環是將閥門從全開全閉為一次循環，一次熱循環是從室溫規定實驗溫度再返回室溫。2015版將CO1由500次為205次。
控制閥：機械循環是50%的閥門行程或者轉角。在室溫或是在室溫選定溫度下分步進行。
ISO 15848 -1測試及分級：
性能等級分為：溫度等級、耐久等級、密封等級三項。

ISO 15848 -2測試及分級：
出廠密封性合格檢驗，試驗采用隨機抽檢的方式，抽檢的數少應為同種類型（包括同一PN和DN）的同批閥門的3%，機械循環試驗5次。介質：6Bar 97%的氦氣；2015版將C級由1000PPMV改為200PPM，采用ISO15848-1 附錄B法，采用探頭/嗅探法（0.5~1.5L/min），測量步驟同EPA Method21，單位為ppm。國標要求試驗合格后，銘牌上應標記“FE”。
閥桿密封泄露量對比：

4緊急切斷閥防火方面的技術要求

EBV（緊急切斷閥）的主要作用就是當發現有毒或可燃介質泄漏或者發生火災時，通過該閥門手動或自動將泄漏源與上（下）游設備隔離，防止災情進一步蔓延。
主要參考的標準主要有：
1.API 553-1998Refinery control valves;
2.API 553 -2012 Refinery Valves and Accessories for Control and Safety Instrumented Systems;
3. DEP-T-PE1530-2017 緊急切斷閥工藝設計導則（試行）;
4. 中石化2011年518號文液化烴球罐緊急切斷閥選型設計規定。
設置EBV閥門的主要場所：

壓縮機

1.對于所有動力為200馬力或更大的壓縮機或處理易燃或有毒物質，通常要求配備EBV；
2.所有進口和出口管線均需要EBV；
3.如果級間設備的液體量大于3.8立方米(1000加侖)，則級間和級間設備之間需要安裝EBV。

泵

1.對于具有密封裝置的泵，如果上游容器包含超過7.6 m3(2000加侖)的輕組份或烴類物質超過自燃點或超過316°C (600°F)，通常需要EBV；
2.如果上游容器中含有超過15立方米(4000加侖)的液態烴，則需要安裝EBV；
3.高排放壓力的泵在其出口(即泵溢流下游)處應有EBV，用于反流超壓保護。

容器

1.對于含有輕組份或有毒物質的容器，需要EBV。從這些容器流出的流體應該與潛在的泄漏源隔離，如泵、壓縮機、換熱器和明火設備。EBV與容器之間的連接分支都應有自己的EBV；
2.對于裝有重組份但超過閃點的液體容器，需要EBV。

加熱爐

1.每條供加熱爐和鍋爐的燃氣或燃油管線都需要安裝EBV。一般情況下，少在每個燃料氣或燃料油管線的界線外有一個手動隔離閥；
2.手動EBV閥門經常與自動化SIS閥門一起使用[見9.6 b部分]。在跳車后重開SIS閥門，需要在所有聯鎖參數都滿足后手動復位。另請參閱API556《燃氣加熱爐儀表、控制和保護系統》第二版；
3.每條工藝進料管線都需要安裝EBV，工藝管線內含有易燃液體的燃燒加熱爐。EBV應位于加熱爐的防火墻或防火區外。
中石化 DEP-T-PE1530-2017緊急切斷閥工藝設計導則：

EBV閥與普通切斷閥相比大的區別就是防火設計。在火災發生時，采用EBV閥將著火點與可燃物儲存設備隔離。由于平面布置的限制，EBV閥往往處在火災危險區域。為此，需要該閥在火災發生情況下，在一定時間（一般不低于30分鐘）內仍可以嚴密隔離，以達到減小火災的目的。能否在這段時間內依然保證嚴密隔離就成為緊急隔離設計的關鍵。為此，此類閥門應具備以下三點性能：
內部泄漏量小。為了保證這一性能，首先應考慮到閥芯和閥座的金屬面接觸，在著火時或著火后，閥體處于高溫之中，不管其密封結構如何，彈簧力和外加壓力怎樣變化，都應該保證這一點，應認為這是保證其精密關閉的關鍵。EBV優先選擇本質火災型閥門-金屬硬密封閥，且閥座盡量為雙向密封。
外部泄漏量小。為了盡量減小外部泄漏，考慮的方法有：采用能防火的閥桿密封材料（用石墨或金屬墊片），避免用較大的墊片式閥體連結。
有連續的性。燃燒后仍能正常工作的閥門，應具有抗變形的能力，有抗損性。
注：選擇燃燒持續時間為30分鐘，是因為這相當于撲滅大多數煉油廠火災所有需要的長時間。持續時間更長的火情視為大火，比本試驗預料的后果更為嚴重。(摘自API607-93)
另外EBV是否在火災區域的界定，不考慮受其他泄漏源的影響。如果考慮泄漏或火災的疊加，那么石化行業內的主裝置區內的所有控制閥均應考慮防火。顯然目前不是這么做的。
閥體防火認證之前分為三大系列：BS系列(BS5146-1971)、API系列(API607、API6FA)、ISO(ISO10497)系列，到現今BS已經ISO10497所取代。所以目前主要是API和ISO兩大體系。
API607主要針對軟閥座閥門和1/4轉閥門；
API 607自1993年以來做過幾次升級；
93年的是第4版主要是針對轉¼周軟座閥門的耐火試驗；
05年的是第5版也是針對轉¼周軟座閥門的耐火試驗，但是測試的工況嚴格些，要求的指標較多，較嚴格一些；第5版有兩版，一個為05年，一個為08年修訂；
10年的是第6版升級到針對轉¼周閥門和非金屬閥座閥門，指標基本上和05一樣；
API 6FA主要針對API 6A（井口采油樹閥，6D（管線閥門-閘、截、止、球等）；
ISO10497針對所有用于火災區的所有閥門。
關于火災后泄漏量，三個標準基本上一樣。

5緊急切斷閥閥門執行機構種類及用途
石油化工工程中常用的執行機構按照驅動動力一般分為三種：氣動、電動、電液。
1、氣動執行機構

氣動執行一般應用在大部分石化裝置中，具有輸出力矩大，，開啟速度快，可以做到FC或FO（故障型）等優點，缺點是需要有凈化風?？煞譃楸∧な健⒒钊?、撥叉式和齒輪齒條式。還可以分為單作用和雙作用兩種類型，其中雙作用執行機構需增配事故空氣罐。由于可以做到事故型，常常被優先選用。
2、電動執行機構

電動執行機構一般應用在石化儲運系統中。優點是體積小，輸出力矩較大時造價較低，另外不需要凈化風。適用于公用工程條件不完善的場所，缺點是開啟速度較慢且做不到故障開或故障關。電動執行機構有二種類型，一般分為部分回轉電動執行機構和多回轉電動執行機構,前者主要控制需要部分回轉的閥門例如：球閥，蝶閥等角行程閥門，后者需要多圈數旋轉的閥門，例如閘閥等直行程。
3、電液執行機構

電液執行機構是近年來新興起來的一種執行機構，具有輸出力矩大，開啟速度快，甚可以做到火災關閥等特點。缺點是需要配動力油系統較為繁瑣，所占空間也往往比較大，易漏油等。
執行機構耐火考慮：用于防火隔離場所時，除閥體需要耐火設計外，其執行機構也需要設計成火災型或耐火型（或叫防火型）。
火災型執行機構在正常工況下可以遠程控制，但在火災發生時，如果該閥處于火災區，其執行機構可能會被損壞，這類執行機構通常采用彈簧復位型。具體做法有：連接開閥氣源的供風管一般采用耐日照的易熔斷線路，繞在執行機構周圍。發生火災時，氣路管路熔斷切斷氣源使閥門回到關閉狀態。另外一種做法是，在執行機構上加易熔塞，當火災發生時，易熔塞熔化，氣缸失氣閥門關閉。易熔塞一般采用耐溫135-500°F（57-260℃）間金屬制作而成(中石化設計意見建議是250 ℃)。
耐火型執行機構本身就具有耐火性能。一種做法是：執行機構的外殼采用耐火材料或耐火涂料覆蓋，該材料在環境溫度急劇上升時，體積能急速膨脹，形成對熱浪的阻隔。根據UL1709的要求其耐火（1093℃(2000°F)）時間不小于30分鐘。選用這種執行機構時，閥門配套附件，如電纜、氣源供風管線等，均采用耐火型，以到達整體防火設計的要求。
電動閥由于做不到FC，所以只能選用耐火型電動執行機構。