緊急切斷閥及其應(yīng)用概述

符明海

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

緊急切斷閥又稱為安全切斷閥，在遇到突發(fā)情況時，該閥會迅速關(guān)閉或打開，避免發(fā)生事故。?；穬?、儲運(yùn)設(shè)備和輸送管道上都要求設(shè)置緊急切斷閥，應(yīng)急工況時，這些閥無需人工操作或電氣控制就會自行關(guān)閉。

2006 年頒布的TSG D2001—2006 《壓力管道元件制造許可規(guī)則》［1］將緊急切斷閥歸于閥門的典型品種內(nèi)，制造許可按照閥門許可專項(xiàng)條件。 2014年，國家質(zhì)檢總局發(fā)布了《關(guān)于修訂<特種設(shè)備目錄>的公告（2014 年第114 號）》［2］，將緊急切斷閥與安全閥、 爆破片裝置和氣瓶閥門4 個品種一并納入安全附件種類。 2015 年， 國家質(zhì)檢總局發(fā)布了《質(zhì)檢總局辦公廳關(guān)于壓力管道氣瓶安全監(jiān)察工作有關(guān)問題的通知（質(zhì)檢辦特〔2015〕675 號）》［3］，規(guī)定了“新《目錄》將緊急切斷閥劃入安全附件種類，由總局負(fù)責(zé)實(shí)施制造許可，不再劃分級別，但應(yīng)限定產(chǎn)品參數(shù)范圍， 其許可條件暫按TSG D2001—2006《壓力管道元件制造許可規(guī)則》中閥門的許可條件要求執(zhí)行”。 直到2019 年1 月16 日，國家市場監(jiān)管總局發(fā)布的2019 年第3 號《市場監(jiān)管總局關(guān)于特種設(shè)備行政許可有關(guān)事項(xiàng)的公告》［4］中，將安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥和氣瓶閥門4 個項(xiàng)目歸于安全附件制造單位許可，同年又頒布TSG 07—2019 《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》［5］，劃分了緊急切斷閥的級別，并規(guī)定了制造許可的專項(xiàng)條件。 由此可見，緊急切斷閥的品種定性從閥門到安全附件、 許可條件從閥門許可條件到有專項(xiàng)條件的“升級”，是人們對緊急切斷閥重要性、安全性的認(rèn)識發(fā)生根本轉(zhuǎn)變的結(jié)果。

1 緊急切斷閥

緊急切斷閥因其特殊性，種類繁多，按功能劃分為4 類。

1.1 過流量切斷型

過流量切斷型緊急切斷閥 （簡稱過流閥）工作溫度一般不高于50℃， 適用介質(zhì)為液化石油氣、液氨、液氮、液態(tài)二氧化硫、丙烯、丙烷、丁烷、丁二烯及其混合物。 過流閥廣泛用在罐/槽車（圖1）、罐式集裝箱、儲罐或管道上，應(yīng)急情況下可手動或自動快速關(guān)閉，其工作原理為：當(dāng)流經(jīng)閥門的介質(zhì)流量超過允許值時，閥芯和閥座（圖2）構(gòu)成的節(jié)流面會造成介質(zhì)壓差增大， 推動閥瓣關(guān)閉；當(dāng)閥后管道破裂，流量增大超過管道額度流量時，該閥也會迅速關(guān)閉從而切斷介質(zhì)。

圖1 槽車用過流閥

圖2 過流閥的閥芯和閥座

過流閥的額定流量是閥門自動關(guān)閉前允許通過的最大流量，管道中介質(zhì)的流量超過額定流量所引起的壓差作用于閥門， 完成自動關(guān)閉，額定流量的誤差允許在±10%以內(nèi)。

過流閥的最高工作壓力為罐體的設(shè)計壓力，按照GB/T 22653—2008《液化氣體設(shè)備用緊急切斷閥》［6］規(guī)定，過流閥的最高工作壓力隨充裝介質(zhì)的不同而不同（表1）。

表1 過流閥的最高工作壓力 MPa

1.2 熱熔切斷型

熱熔切斷型緊急切斷閥（簡稱熱熔閥）通常為低溫介質(zhì)緊急切斷閥（圖3），常用于低溫工況（-196～-29℃），適用于氧、氮、氬、天然氣及乙烯等的低溫介質(zhì)。 管道的公稱通徑大于50mm 時，閥體通常選用鑄件（圖3a）；公稱通徑不大于50mm且公稱壓力不高于1 500Lb 級（10.335MPa）時，閥體通常選用模鍛件（圖3b）； 公稱通徑不大于50mm 且公稱壓力高于1 500Lb 級時， 閥體大多選用自由鍛件（圖3c）。

圖3 低溫介質(zhì)用熱熔閥

熱熔閥通常安裝在儲運(yùn)低溫介質(zhì)的罐車（槽車）、儲罐或管道上，閥門與管道連接可采用對接焊和承插焊形式，圖4 為用于低溫液氧儲槽出口管道上的熱熔閥，圖5 為用于液化石油氣等易燃介質(zhì)儲罐站的熱熔閥。 易熔塞是熱熔閥中的一個重要元件， 當(dāng)外界發(fā)生火災(zāi)或溫度急劇升高時，操作人員無法靠近閥門，閥門周圍環(huán)境溫度超過閥執(zhí)行器上易熔塞的溫度并達(dá)到緊急自動切斷溫度（70℃±5℃）時，易熔塞熔化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的氣/液卸載，閥門在復(fù)位彈簧作用下自動關(guān)閉。

圖4 低溫液氧儲槽出口管道上的熱熔閥

圖5 液化石油氣等易燃介質(zhì)儲罐站的熱熔閥

需要強(qiáng)調(diào)的是：液化天然氣罐式集裝箱用熱熔閥，殼體（包括閥體、閥蓋）強(qiáng)度試驗(yàn)壓力按4倍罐體設(shè)計壓力進(jìn)行試驗(yàn)；用于其他情況的熱熔閥，殼體（包括閥體、閥蓋）強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.5 倍； 發(fā)生緊急情況時， 閥從開始關(guān)閉起，應(yīng)在10s 內(nèi)閉合；罐車和槽車用的熱熔閥還應(yīng)進(jìn)行振動試驗(yàn)，試驗(yàn)后零部件應(yīng)無損傷、緊固件應(yīng)無松脫。

1.3 超壓/欠壓切斷型

超壓/欠壓切斷型緊急切斷閥 （簡稱超壓/欠壓閥）的工作原理如圖6 所示。

圖6 超壓/欠壓切斷型緊急切斷閥的工作原理示意圖

超壓切斷保護(hù)工作原理：閥門自身帶有壓力感應(yīng)管道超壓的元件裝置，該壓力信號取自閥后管道的壓力，導(dǎo)管將采集到的管線壓力信號傳輸至壓力感應(yīng)元件裝置。 當(dāng)閥出口管道的壓力出現(xiàn)超壓時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中推桿力大于由超壓彈簧力所設(shè)定的平衡壓力保護(hù)值，推桿向下運(yùn)動，壓迫平衡軸向下，O 形支點(diǎn)被推著向上運(yùn)動， 打破了預(yù)先設(shè)置好的平衡，因此平衡軸的掛鉤將失去對控制桿的約束，閥座彈簧力推動閥瓣快速向閥座運(yùn)動，閥瓣便切斷管線氣流發(fā)揮超壓保護(hù)作用。

欠壓切斷保護(hù)工作原理與超壓切斷保護(hù)工作原理相似： 當(dāng)閥出口管道的壓力出現(xiàn)欠壓時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中推桿力小于由欠壓彈簧力所設(shè)定的平衡壓力保護(hù)值，推桿向上運(yùn)動，帶動平衡軸向上，O 形支點(diǎn)被推著向上運(yùn)動， 打破了預(yù)先設(shè)置好的平衡，因此平衡軸的掛鉤將失去對控制桿的約束， 閥座彈簧力推動閥瓣快速向閥座運(yùn)動，閥瓣便切斷管線氣流發(fā)揮欠壓保護(hù)作用。

圖7 為長輸管線陜京四線西集分輸站的超壓/欠壓閥，型號為A400-DN400-CLASS600RF，公稱通徑400mm，公稱壓力Class600（10MPa），現(xiàn)場運(yùn)行壓力7.6MPa。

圖7 長輸管線陜京四線西集分輸站的超壓/欠壓閥

1.4 拉斷切斷型

常規(guī)的油品裝卸設(shè)備有軟管和流體裝卸臂（包括船用輸油臂和陸用鶴管）兩類。 通常在油品裝卸過程中， 雖有嚴(yán)格的操作規(guī)程作為保障，但事故也時有發(fā)生，例如：槽車（火車、汽車）因操作失誤等原因，在未與軟管分開的情況下駛離工作區(qū)，拉斷軟管造成油品大量外泄，一旦遇到摩擦或靜電火花會即刻引發(fā)事故； 槽車正在裝卸，現(xiàn)場突然失火，不能用正常的方法分開槽車和裝卸臂，造成槽車不能迅速逃離現(xiàn)場。 以上情形均會釀成重大人身和財產(chǎn)安全事故，造成經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。 為防患于未然，減小事故損失，設(shè)計裝卸設(shè)備配備緊急脫離裝置是油品儲運(yùn)過程中保證安全和環(huán)保的重大舉措。

緊急脫離裝置必須具備以下3 個特點(diǎn)：

a. 使設(shè)備能夠自動、快速脫離；

b. 脫離后的兩部分各自能有效地封閉密封；

c. 避免常規(guī)操作時出現(xiàn)“脫離”的狀況。

拉斷切斷型緊急切斷閥（簡稱拉斷閥）如圖8所示，主體為兩個可脫開止回的密封閥，通過可拉斷的螺栓連接。 該密封閥一般為彈簧力關(guān)閉的單向閥（由殼體、閥瓣、主密封圈、主密封座及導(dǎo)流板等組成），當(dāng)輸送管道出現(xiàn)過載拉伸（拉伸力超過允許值）時，拉斷閥中的連接螺栓脫開，兩個止回閥自動封閉密封，阻止管道液體泄漏。 拉斷閥常用于移動罐車裝貨或卸貨使用的卸車膠管，該膠管主要用于易燃、易爆和?；返囊苿觾夼c固定設(shè)備間的介質(zhì)輸送。

圖8 拉斷閥

2 緊急切斷閥的應(yīng)用

4 種緊急切斷閥的應(yīng)用情況分述如下：

a. 過流量切斷型。當(dāng)流經(jīng)過流閥介質(zhì)的流量超過允許值時，由過流閥閥芯和閥座構(gòu)成的節(jié)流面會引起介質(zhì)產(chǎn)生更大的壓差力來推動閥瓣完成關(guān)閉。 該閥門適用于液體危化品。

b. 熱熔切斷型。 火災(zāi)時，熱熔閥周圍環(huán)境溫度急劇升高， 超過閥執(zhí)行器上易熔塞的溫度時，易熔塞就會熔化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的氣/液卸載，該閥門在復(fù)位彈簧作用下即刻自動關(guān)閉。

c. 超壓/欠壓切斷型。 超壓/欠壓閥自身帶有壓力感應(yīng)管道超壓/欠壓的元件，壓力信號取自閥后管道的壓力， 當(dāng)閥出口管道的氣體壓力超出（升高/下降）額定范圍時，感應(yīng)超壓/欠壓元件會動作——自動關(guān)閉閥門。 該閥門具有超壓自動切斷、欠壓自動切斷的單一或雙重功能。

d. 拉斷切斷型。拉斷閥由兩個可脫開止回密封閥及其連接面間有拉斷功能的連接螺栓組成，當(dāng)輸送管道出現(xiàn)過載拉伸時，超過允許值的拉伸力直接拉斷連接螺栓，無需電、液等外加動力，并且脫開后的兩個止回閥能自動密封。

3 結(jié)束語

2019 年， 國家市場監(jiān)管總局發(fā)布的公告中，將安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥和氣瓶閥門4個項(xiàng)目歸于安全附件制造單位許可。 在特種設(shè)備生產(chǎn)單位許可目錄中將緊急切斷閥分為A 級和B 級（A 級為用于移動容器上的緊急切斷閥，是由總局實(shí)施的子項(xiàng)目；B 級為其他緊急切斷閥，是由總局授權(quán)省級市場監(jiān)管部門實(shí)施或由省級市場監(jiān)管部門實(shí)施的子項(xiàng)目），并按TSG 07—2019《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》附錄4 中緊急切斷閥專項(xiàng)條件進(jìn)行制造許可。

緊急切斷閥的制造單位應(yīng)當(dāng)持有相應(yīng)的特種設(shè)備制造許可證，緊急切斷閥需要經(jīng)國家質(zhì)檢總局核準(zhǔn)的型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行型式試驗(yàn)，取得型式試驗(yàn)報告和證書后方可生產(chǎn)和銷售。