防火緊急隔離閥的設(shè)計選型

馬濤，林洪俊，陳錦玉

(1. 中國石油工程建設(shè)公司 華東設(shè)計分公司，山東 青島 266071；2. 遼寧石油化工大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

緊急切斷閥對煉油化工裝置的安全運行、聯(lián)鎖保護(hù)起著至關(guān)重要的作用。隨著GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》的實施以及國外先進(jìn)工藝包的引進(jìn)，在新建煉油裝置或裝置改造中出現(xiàn)了一類特殊的緊急切斷閥，在高危險設(shè)備發(fā)生火災(zāi)后，通過操作此類閥門可以緊急切斷相應(yīng)火災(zāi)區(qū)域原料，避免險情擴(kuò)大，有效地降低火災(zāi)造成的損失。因此，該類閥門又被稱為緊急隔離閥EIV(Emergency Isolation Shut Down Valve)，由于在煉廠中該類閥門往往安裝在液化石油氣罐與其抽出泵之間，也被稱為泵罐隔離閥。最近幾年，筆者所在單位設(shè)計了若干個新建煉廠以及眾多單體裝置和相關(guān)改造項目，其中都涉及了EIV的設(shè)計，筆者就EIV的設(shè)置原則、設(shè)計選型相關(guān)要點等進(jìn)行論述，供煉廠工程設(shè)計人員參考與探討。

1 EIV的設(shè)置原則

自GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》實施以來，在國內(nèi)新建煉化裝置及改擴(kuò)建項目中EIV的使用越來越普遍，該規(guī)范在7.2.15條中明確指出煉化裝置中何處需要設(shè)置EIV：“液化石油氣設(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50 m3的液化石油氣設(shè)備與其抽出泵的間距小于15 m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15 m”[1]。在國外石油化工裝置設(shè)計中，高危險設(shè)備底部出料口設(shè)置緊急切斷閥早已成為通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如美國石油學(xué)會在API RP2001《煉油廠防火》第3章中，明確要求“在裝有大量易燃液體的容器液面下接管處，應(yīng)當(dāng)安裝緊急切斷閥”[2]；并且在API RP553《煉油廠控制閥》第7章中具體說明了壓縮機(jī)、泵、加熱爐、容器等相關(guān)設(shè)備設(shè)置EIV的基本原則；同時許多公司(如雪佛龍、殼牌)將設(shè)置緊急切斷閥的要求列入公司規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)中。結(jié)合國外的規(guī)范要求以及國內(nèi)外大工程公司的設(shè)計實例，原則上均要求EIV設(shè)置在高火災(zāi)危險設(shè)備緊鄰的出口(或入口)工藝管線上，并能夠充分滿足隔離操作的要求，用于停止易燃或有毒物料無節(jié)制的釋放。上述高火災(zāi)危險設(shè)備包括： 容積大于7.571 m3(2 000加侖)輕組分的容器；大于15.5 m3(4 000加侖)的液化石油氣儲罐；內(nèi)部的可燃液體溫度超過315 ℃或已經(jīng)超過自燃溫度的容器或換熱器；輸送烴類等可燃液體能力超過45 m3/h的機(jī)泵；可燃?xì)怏w壓縮機(jī)功率大于150 kW；通過爐管加熱可燃液體的加熱爐；內(nèi)部壓力大于3.45 MPa，模式為放熱反應(yīng)的烴類反應(yīng)器等。但就國內(nèi)項目而言，考慮到投資限制，正在建設(shè)或已經(jīng)建成的煉化項目，EIV設(shè)置所遵循的基本原則還是文獻(xiàn)[1]中的7.2.15條及其條文解釋。

在上述設(shè)置原則下，當(dāng)出現(xiàn)泄漏發(fā)生火災(zāi)時，操作人員或者工藝聯(lián)鎖可通過及時關(guān)閉該設(shè)備出口(或入口)管線上的EIV實現(xiàn)隔離該設(shè)備的目的，為下一步的消防滅火工作創(chuàng)造有利條件，達(dá)到避免惡性安全事故發(fā)生，減小損失的目的。

2 EIV的設(shè)計選型

EIV在煉化裝置中作用重大，但EIV也會因其誤動作關(guān)閉，導(dǎo)致影響裝置正常生產(chǎn)的風(fēng)險發(fā)生，因而必須做好EIV的設(shè)計選型。目前，許多工程設(shè)計人員并沒有重視EIV的設(shè)計選型，甚至在工程設(shè)計中直接套用安全儀表系統(tǒng)中緊急切斷閥的設(shè)計思路來對EIV進(jìn)行選型。筆者認(rèn)為這樣的選型不僅不能正確體現(xiàn)EIV的作用，反而容易因EIV誤動作而影響正常生產(chǎn)。

EIV存在特殊性，其意義不同于裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)中的緊急切斷閥和順控中的切斷閥。首先EIV的存在是一種安全手段，在火災(zāi)發(fā)生時，無論是在現(xiàn)場還是控制室，操作人員都應(yīng)能快速地對它進(jìn)行操作，以盡快隔離易燃物料與火災(zāi)設(shè)備，停止易燃物料的無節(jié)制釋放，避免更大的損失；其次要盡量避免該閥門的誤操作以及氣源故障造成裝置的誤停車。

鑒于以上兩點，EIV的設(shè)計選型存在其獨特的地方。關(guān)于EIV閥門的結(jié)構(gòu)、檢測等方面，相關(guān)規(guī)范都有比較詳細(xì)的要求，并且國內(nèi)已經(jīng)有多篇文章進(jìn)行了闡述。筆者根據(jù)所做多個項目中的經(jīng)驗教訓(xùn)，介紹EIV在平面布置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇、閥門附件等方面的設(shè)計選型要點：

1) EIV應(yīng)優(yōu)先安裝在火災(zāi)危險區(qū)域之外。若限于平面布置，EIV只能布置在火災(zāi)危險區(qū)域內(nèi)時，EIV的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及電纜都應(yīng)采取防火措施。

2) EIV執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)配手輪機(jī)構(gòu)。EIV應(yīng)配置閥位開關(guān)，包括全開位置開關(guān)和全關(guān)位置開關(guān)。

3) 氣動EIV的關(guān)閉時間宜小于30 s，大型電動閥的關(guān)閉時間應(yīng)小于120 s。在此范圍內(nèi)閥門關(guān)閉速度應(yīng)兼顧減少水擊效應(yīng)的影響。

4) EIV的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先選用故障保位模式(FL)。工藝流程對隔離閥無故障安全要求時，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)先選配雙氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故障動作模式為FL，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)宜配雙電控電磁閥，動作方式為勵磁開勵磁關(guān)(EOEC)。工藝流程對隔離閥有故障安全要求時，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)先選配單氣缸，控制信號觸點為常閉觸點，故障動作模式為FC，根據(jù)用途要求配置電磁閥。

5) 氣動EIV應(yīng)配后備氣源罐。氣源罐容量應(yīng)至少滿足所轄閥門從全開到全關(guān)動作1次的需求。

6) 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供電系統(tǒng)應(yīng)有后備電源。

3 EIV的邏輯功能

為了更好地發(fā)揮EIV的作用，在控制系統(tǒng)中還要設(shè)計相應(yīng)的邏輯功能，如圖1所示，該邏輯功能已在多個大型煉化項目中得到成功應(yīng)用。

圖1 EIV邏輯功能典型示意

EIV邏輯需要特別注意以下幾點：

1) EIV在現(xiàn)場設(shè)有開閥按鈕HS-C和關(guān)閥按鈕HS-B，在控制室設(shè)關(guān)閥按鈕HS-A，這樣設(shè)計可以防止控制室人員誤操作，即只有現(xiàn)場無危險時才能打開該閥。

2) 由于該類閥作用重大，為了確認(rèn)EIV是否按照要求正常動作，設(shè)有閥位校驗燈。在閥位校驗正確，并在閥位關(guān)到位(或開到位)后相應(yīng)的閥門位置狀態(tài)燈(EZLO/EZLC)亮；在閥位校驗失敗時，閥位校驗報警燈(EZA)亮，如圖2所示。

圖2 EIV閥位校驗邏輯示意

3) 閥門在動作過程中時，控制系統(tǒng)閥門位置狀態(tài)燈和閥位校驗報警燈宜顯示灰色，代表閥門正在運行，避免出現(xiàn)誤報警。

4) 現(xiàn)場操作按鈕HS-C和HS-B應(yīng)安裝在火災(zāi)危險區(qū)域之外?，F(xiàn)場按鈕應(yīng)布置在距火災(zāi)或泄漏設(shè)備15 m外，且在主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向；應(yīng)配帶保護(hù)罩，防止有人誤碰到按鈕導(dǎo)致的誤操作；現(xiàn)場按鈕宜分區(qū)集中布置在巡檢通道旁，位置明顯，易于接近；按鈕銘牌上應(yīng)有閥門用途、儀表位號等信息，清晰易辯。

5) 在煉化裝置中，EIV往往設(shè)置在容器(或塔)與泵(或壓縮機(jī))之間以及壓縮機(jī)的出入口，因而在EIV緊急關(guān)閥的同時(即EIV離開全開位置)需要去聯(lián)鎖停泵(或壓縮機(jī))。

4 控制系統(tǒng)選擇

EIV是采用過程控制系統(tǒng)控制還是采用安全儀表系統(tǒng)控制，應(yīng)根據(jù)項目安全完整性等級(SIL)分析結(jié)果確定。由于國內(nèi)很多項目未開展SIL分析，無法確定裝置的SIL等級。這種情況下，鑒于EIV的重要作用，筆者認(rèn)為當(dāng)項目中已設(shè)有安全儀表系統(tǒng)時，EIV的控制宜在安全儀表系統(tǒng)中實現(xiàn)，當(dāng)項目中僅設(shè)置過程控制系統(tǒng)時，EIV的控制在過程控制系統(tǒng)中實現(xiàn)即可。

5 結(jié) 論

EIV是為了滿足煉化裝置日益嚴(yán)格的安全要求而產(chǎn)生的，通過操作EIV可以在發(fā)生火災(zāi)時有效地降低損失，避免事故的擴(kuò)大。盡管EIV增加了工程投資，但考慮到其在安全方面的作用，合理的設(shè)置EIV是非常有必要的。

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