結(jié)合國外設(shè)計規(guī)范和工程公司的規(guī)定及一般做法，重點介紹了石油化工行業(yè)火災(zāi)隔離閥的設(shè)置原則，詳細闡述了隔離閥門的類型、防火結(jié)構(gòu)等設(shè)計要求，同時從工程設(shè)計角度闡述了急停按鈕、復(fù)位按鈕的設(shè)置和相關(guān)信號電纜敷設(shè)的設(shè)計�；馂�(zāi)隔離系統(tǒng)的設(shè)計是綜合性的設(shè)計，目前國內(nèi)還沒有專門的設(shè)計規(guī)范做依據(jù)，筆者提出探討性的建議供同行磋商。

　　石化行業(yè)的生產(chǎn)原料和產(chǎn)品大多具有易燃、易爆、有毒、有害和腐蝕性，生產(chǎn)工藝操作復(fù)雜、連續(xù)性強，具有生產(chǎn)危險性大、發(fā)生火災(zāi)爆炸幾率高等特點。一旦發(fā)生火災(zāi)、泄漏等事故，應(yīng)立即切斷泄漏源，將火災(zāi)危險源與設(shè)備隔離開，設(shè)置緊急隔離閥是減輕火災(zāi)損失的重要手段�？筛鶕�(jù)用戶的安全要求確定，目前還沒有具體、明確的設(shè)計規(guī)范可遵循。結(jié)合以往發(fā)生的火災(zāi)案例，筆者探討火災(zāi)緊急隔離閥的設(shè)置原則和工程設(shè)計應(yīng)注意的事項。

1、典型案例和教訓(xùn)

　　2007-02-16Valero能源公司美國德州Mckee煉油廠丙烷脫瀝青裝置(PDA)的一條丙烷管線因維護管理缺失發(fā)生破裂泄漏，引發(fā)火災(zāi)并造成一連串火災(zāi)爆炸事故，該廠停止運轉(zhuǎn)2個月，PDA裝置停工維修約一年，直接損失超過5000萬美元。U.S.CSB《事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)(8)》中提到事故發(fā)生的6條基本原因中，第2條是該廠沒有遵循Valero公司的指令“EmergencyIsolationValveprocedure”，指令要求對于工廠可能發(fā)生大量易燃物質(zhì)釋放事故時，應(yīng)設(shè)置緊急隔離閥(EIV)，以快速隔離處理。第3條是該廠1996年P(guān)HA過程危害分析報告中，曾提及PDA工廠應(yīng)裝設(shè)遙控操作切斷閥ROSOV(RemotelyOperableShutoffValves)，但卻未追蹤改善，以致此次發(fā)生大量泄漏時，無法即時關(guān)斷、阻截，造成嚴(yán)重的災(zāi)害損失。

　　2010-01-07T17-24，位于甘肅省蘭州市的中國石油蘭州石化分公司316號罐區(qū)發(fā)生一起爆炸火災(zāi)事故，造成6人死亡、6人受傷。此次事故原因：裂解C4球罐(R202)內(nèi)物料從出口管線彎頭處發(fā)生泄漏并迅速擴大，泄漏的裂解C4達到爆炸極限，遇點火源后發(fā)生空間爆炸，進而引起周邊儲罐泄漏、著火和爆炸。在國家安全監(jiān)管總局關(guān)于中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司“1•7”爆炸火災(zāi)事故的通報(安監(jiān)總管三[2010]8號)中，明確要求：“使安全設(shè)施滿足現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求，特別是液態(tài)烴、液氯、液氨及劇毒化學(xué)品等重點儲罐，應(yīng)按照或參照參考文獻[2]的要求設(shè)置緊急切斷閥、裝備安全聯(lián)鎖裝置”。

　　以上僅列出兩起近年發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi)事故的一些結(jié)論，均明確提出設(shè)置火災(zāi)隔離閥的要求。

2、設(shè)置原則

　　隔離閥的設(shè)置方式與設(shè)備的容器體積、介質(zhì)及布置情況等有著密切的關(guān)系，設(shè)置形式也是多樣的。隔斷閥通常分：A型——安裝在設(shè)備管口處手動操作的閥;B型——安裝在管道系統(tǒng)的手動操作的閥;C型——安裝在管道系統(tǒng)的動力操作的閥;D型——動力操作的閥，并能通過安裝在現(xiàn)場和控制室的按鈕關(guān)閥。

　　根據(jù)國外工程公司的設(shè)計慣例，大型機泵、壓縮機、加熱爐或減壓系統(tǒng)設(shè)置的隔離閥除現(xiàn)場設(shè)置手動按鈕外，還必須在有人值守的控制室內(nèi)設(shè)置操作按鈕。因此大型機泵、壓縮機、加熱爐或是減壓系統(tǒng)設(shè)置的隔離閥均應(yīng)為D型閥。

　　參考文獻[2]中也明確了隔離閥的設(shè)置要求，如第7.2.15節(jié)提到“液化烴設(shè)備抽出管道應(yīng)在靠近設(shè)備根部設(shè)置切斷閥。容積超過50m3的液化烴設(shè)備與其抽出泵的間距小于15m時，該切斷閥應(yīng)為帶手動功能的遙控閥，遙控閥就地操作按鈕距抽出泵的間距不應(yīng)小于15m”。

　　液化石油氣(LPG)設(shè)施的設(shè)計和建造(API2510)規(guī)定：液化烴管道上的切斷閥應(yīng)盡可能靠近罐布置，最好安裝在罐壁管嘴法蘭上。為便于操作和維修，切斷閥安裝位置應(yīng)易于迅速接近。當(dāng)液化烴罐容積約超過38m3(10000gal)時，在火災(zāi)發(fā)生15min內(nèi)，所有位于罐最高液面下管道上的切斷閥應(yīng)能自動關(guān)閉或遙控操作。切斷閥控制系統(tǒng)應(yīng)耐火保護，切斷閥應(yīng)能手動操作。

　　設(shè)計時，必須在遵循《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》的基礎(chǔ)上，根據(jù)安全分析的結(jié)果充分考慮火災(zāi)隔離的設(shè)置，確保在事故發(fā)生時，通過操作緊急隔離閥及時進行系統(tǒng)隔離。

3、設(shè)計

　　根據(jù)隔離閥的分類，一般有現(xiàn)場手動隔離閥和現(xiàn)場、遠程兩地操作的緊急隔離閥，該文重點探討可遠程操作的緊急隔離閥的設(shè)計。

　　3.1、閥門類型

　　在中低壓應(yīng)用場合，緊急隔離閥口徑不大于300mm時，一般選用球閥，大于300mm時，一般選用高性能偏心蝶閥;特殊情況下，可根據(jù)介質(zhì)等條件選用其他類型的閥門，如閘閥、球閥、旋塞閥等;在高壓應(yīng)用場合，一般選用球閥、閘閥等。蝶閥一般應(yīng)用于不大于300bf(1bf=4.448N)壓力等級的場所，最高不超過600bf。

　　選用球閥時，介質(zhì)應(yīng)潔凈不含有固體顆粒。一般情況下，介質(zhì)溫度不小于200°C時應(yīng)選用金屬密封閥座的球閥，介質(zhì)溫度小于200°C時應(yīng)選用非金屬密封軟閥座的球閥，非金屬密封閥座環(huán)一般為PTFE、強化PTFE或其他高溫高強度材料。

　　泄漏等級應(yīng)能滿足ANSIB16.104(ANSI/FCI70.2)或API598規(guī)定的泄漏標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)隔離閥的泄漏等級應(yīng)為嚴(yán)密關(guān)斷(TSO)。對于硬密封金屬閥座，TSO為V級;對于軟密封非金屬閥座，TSO應(yīng)為VI級。

　　3.2、防火及防靜電結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)隔離閥門選用球閥時，應(yīng)設(shè)計為防火、防靜電結(jié)構(gòu)。

　　如果是軟密封閥座，在發(fā)生火災(zāi)被燒壞時仍能保持一定要求的密封性能。防火結(jié)構(gòu)應(yīng)達到API607標(biāo)準(zhǔn)要求。閥門填料應(yīng)優(yōu)先采用石墨基耐高溫填料。

　　閥體、球體和閥桿之間應(yīng)具有能導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)，球體被非金屬材料夾持，可能產(chǎn)生靜電，必須與閥體導(dǎo)通。一旦出現(xiàn)靜電堆積，對于可燃性介質(zhì)尤其是燃點低的介質(zhì)(如汽油，液化天然氣及丙烷等)十分危險，抗靜電設(shè)計應(yīng)符合BS5146Part1要求。

　　3.3、執(zhí)行機構(gòu)

　　遠程操作的緊急隔離閥可供選用的執(zhí)行機構(gòu)有電動、氣動和液壓三種。在石油化工廠內(nèi)，利用已有的凈化風(fēng)氣源，可優(yōu)先選用氣動執(zhí)行機構(gòu)，它具有響應(yīng)時間短、關(guān)斷動作快的優(yōu)點。在不能選用氣動執(zhí)行機構(gòu)或沒有凈化風(fēng)氣源時，可以選用電動執(zhí)行機構(gòu)，關(guān)斷時間稍長。液動執(zhí)行機構(gòu)由于要配套控制動力油系統(tǒng)，較顯繁瑣，但是在高推力、快速開關(guān)或者長行程情況下，應(yīng)用效果較好。

　　執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)具有防火性能，應(yīng)能有足夠的防火措施以保證能有足夠的時間使閥門全開或全關(guān)。執(zhí)行機構(gòu)的外殼可以采用耐火材料或耐火涂料覆蓋，UL1709標(biāo)準(zhǔn)下防火時間應(yīng)不小于30min。如果閥門設(shè)計成火災(zāi)時故障安全形式，可以不考慮防火。

　　3.4、附件

　　a)電磁閥。執(zhí)行機構(gòu)配套使用的電磁閥材質(zhì)一般應(yīng)為316不銹鋼、24VDC直流供電、低功耗型、H級高溫絕緣線圈，一般情況下電磁閥不帶復(fù)位功能，復(fù)位通過專門的復(fù)位按鈕或控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

　　b)限位開關(guān)。應(yīng)設(shè)置開閥、關(guān)閥限位開關(guān)，限位開關(guān)一般為機械式或接近式，不銹鋼殼體，并應(yīng)有澆封型腔體或獨立的接線盒。電動執(zhí)行機構(gòu)和限位開關(guān)應(yīng)為一體式的結(jié)構(gòu)。工程設(shè)計時，限位開關(guān)輸出觸點的作用方式一般采用/到位閉合0的形式。

　　c)手輪。如果緊急隔離閥門僅用于緊急隔離，可以根據(jù)工況設(shè)置手輪;如果它還和緊急停車系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，則不設(shè)置手輪。一般情況下，用于隔離的緊急隔離閥不宜用于緊急停車聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。

　　設(shè)置手輪時，閥門上應(yīng)有明確的“手動”和“自動”切換開關(guān)，并有鎖定機構(gòu)。將手輪聯(lián)上或達到“手動”位置，就可以手動操作;正常投用時，必須達到“自動”位置，使手輪與閥桿脫開，并將手輪打到安全位置上(閥門全開的位置上)。

　　3.5、其他

　　a)急停按鈕。應(yīng)在現(xiàn)場和控制室輔操臺分別設(shè)置緊急關(guān)閥按鈕，確保能在危險發(fā)生時操作人員按下按鈕迅速關(guān)斷緊急隔離閥。

　　b)復(fù)位按鈕。應(yīng)在現(xiàn)場緊急隔離閥門處設(shè)置復(fù)位按鈕，在現(xiàn)場確認安全或危險消除后，按下復(fù)位按鈕，將緊急隔離閥置于正常投用狀態(tài)。

　　上述這些按鈕是緊急隔離系統(tǒng)的一部分，由設(shè)計院進行相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計，以確保危險發(fā)生時操作人員能夠迅速響應(yīng)及安全復(fù)位。

4、安裝

　　緊急隔離閥應(yīng)盡量安裝在要切斷的設(shè)備、儲罐或管線的根部或起點位置。

　　當(dāng)設(shè)備或儲罐后安裝2臺及以上抽出泵時，緊急隔離閥應(yīng)安裝在泵入口公用管線上，且與泵的間距不宜小于5m(水平距離)，如受空間限制，也應(yīng)盡量拉大與泵的距離。

　　當(dāng)要隔離的設(shè)備與其抽出泵之間距離小于15m時，現(xiàn)場緊急關(guān)閥按鈕應(yīng)布置在距離相應(yīng)抽出泵15m(水平距離)之外的區(qū)域，安裝地點應(yīng)在安全、明顯、方便接近、操作的地方。復(fù)位按鈕應(yīng)緊鄰緊急隔離閥現(xiàn)場布置安裝。

5、系統(tǒng)設(shè)計

　　用于火災(zāi)隔離控制的電氣、儀表和控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進行防火保護設(shè)計，除非系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計為發(fā)生火災(zāi)時故障安全型。

　　火災(zāi)隔離控制系統(tǒng)可以通過SIS來實現(xiàn)，現(xiàn)場關(guān)閥按鈕、輔操臺關(guān)閥按鈕、復(fù)位按鈕信號均傳輸至SIS，通過邏輯運算輸出信號至緊急隔離閥，控制緊急隔離閥的關(guān)斷和復(fù)位。

　　在輔操臺上的緊急隔離閥關(guān)斷、復(fù)位按鈕應(yīng)集中在一個區(qū)域布置。

　　如果用于激活緊急停車設(shè)備(包括泄壓或隔離系統(tǒng))的控制電纜在火災(zāi)發(fā)生時暴露在火焰中，那么電纜應(yīng)具有15~30min的耐火能力。用于火災(zāi)隔離系統(tǒng)的電纜應(yīng)該是具有防火性能的耐火電纜，UL1709標(biāo)準(zhǔn)下耐火時間不小于15min。如果不采用耐火電纜，電纜必須采用埋地、耐火電纜槽盒內(nèi)敷設(shè)或遠離潛在高火災(zāi)危險區(qū)域之外敷設(shè)。

　　除控制閥及附件需考慮防火設(shè)計外，控制閥的儀表風(fēng)系統(tǒng)或液壓油系統(tǒng)也要考慮防火設(shè)計。在高火災(zāi)危險區(qū)域內(nèi)，火災(zāi)緊急隔離閥的動力系統(tǒng)管路盡可能采用ASTM304，316或321不銹鋼管，這些管材自身具有較高的耐火能力，不需要進行額外的防火處理。

6、結(jié)束語

　　首先工藝專業(yè)應(yīng)對緊急隔離閥設(shè)置做出全面考慮，避免緊急隔離閥的關(guān)閉帶來潛在的新危險，常見情況如下：

　　a)泵吸入口前的緊急隔離閥應(yīng)考慮與泵電機聯(lián)動，關(guān)閉緊急隔離閥后應(yīng)立即停泵，防止無流量對泵的損壞。

　　b)當(dāng)設(shè)備容器或儲罐后安裝2臺及以上抽出泵時，緊急隔離閥應(yīng)安裝在泵入口公用總管線上。

　　c)緊急隔離閥不宜用于緊急停車系統(tǒng)，應(yīng)盡量避免與緊急停車保護系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。緊急隔離閥的控制方式僅為遙控手動控制。如果緊急隔離閥參與緊急停車保護，閥門的設(shè)計還應(yīng)滿足安全保護系統(tǒng)的要求。

　　關(guān)于火災(zāi)緊急隔離閥的設(shè)計和應(yīng)用，國內(nèi)石化行業(yè)沒有專門的設(shè)計規(guī)范，或相關(guān)規(guī)范沒有進行詳盡的規(guī)定。筆者希望通過以上介紹，在石油化工安全設(shè)計時供同行借鑒，并提出問題引起相關(guān)部門重視，進而制訂出具體的相關(guān)規(guī)范，以服務(wù)于石油化工企業(yè)的安全生產(chǎn)。

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