防火隔離閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)防火罩研究

戴維思

(中國石油化工股份有限公司 南京閥門供應(yīng)儲備中心，江蘇 南京 210001)

石油化工企業(yè)中的原料和產(chǎn)品大多具有易燃易爆的特性，生產(chǎn)過程中如果發(fā)生介質(zhì)泄漏，很容易引發(fā)火災(zāi)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，如果能及時(shí)采取有效措施將易燃介質(zhì)與著火區(qū)隔離，就可以阻止火勢進(jìn)一步擴(kuò)大，減小火災(zāi)對企業(yè)和生產(chǎn)裝置的影響，將損失降低到最低。在石油化工生產(chǎn)裝置中，隔離易燃介質(zhì)與著火區(qū)的有效手段是在易燃介質(zhì)工藝管道上加裝防火隔離閥。根據(jù)工藝操作要求不同和防火隔離閥的作用，防火隔離閥一般分為兩類： 一類是火災(zāi)安全型(fire safe)；另一類是防火型或耐火型(fire proof)。火災(zāi)安全型隔離閥的作用是： 火災(zāi)發(fā)生后，隔離閥處于安全位置(通常為關(guān)閉狀態(tài))，在規(guī)定時(shí)間(通常為30 min)內(nèi)，閥門不會出現(xiàn)內(nèi)漏或外漏；防火型或耐火型隔離閥的作用是： 火災(zāi)發(fā)生后，閥門處于安全位置(通常為關(guān)閉狀態(tài))，在規(guī)定時(shí)間(通常為30 min)內(nèi)，閥門不會出現(xiàn)內(nèi)漏或外漏，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠正常操作。

根據(jù)著火后防火隔離閥所起的作用不同，不同類型防火隔離閥，閥體結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)要求有很大差異。對火災(zāi)安全型隔離閥來說，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)為火災(zāi)安全型，即發(fā)生火災(zāi)時(shí)，閥門應(yīng)自動處于安全位置；閥門應(yīng)能在1 093 ℃烴類池火環(huán)境[1-2]中30 min內(nèi)不產(chǎn)生內(nèi)漏或外漏，閥體滿足API 607[3]或API 6FA或ISO 10497規(guī)定的防火測試要求。對防火型或耐火型隔離閥來說，除閥體應(yīng)滿足上述規(guī)定的防火測試要求外，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)還應(yīng)設(shè)計(jì)為防火安全型，即： 發(fā)生火災(zāi)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)自動將閥門置于安全位置,在1 093 ℃烴類池火環(huán)境中30 min內(nèi),執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍能正常操作。

根據(jù)SH/T 3005—2016《石油化工自動化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]有關(guān)規(guī)定，當(dāng)緊急切斷防火隔離閥有防火保護(hù)措施要求時(shí)，首選安裝防火保護(hù)罩。本文結(jié)合近幾年防火隔離閥采購工作中遇到的問題，對防火隔離閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)加裝防火罩的必要性、防火罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及影響防火罩采購價(jià)格的幾個(gè)重要參數(shù)，進(jìn)行了深入分析和研究。

1 防火罩結(jié)構(gòu)形式

防火隔離閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)加裝防火罩的目的是發(fā)生火災(zāi)后，阻止或減緩防火罩外部熱量傳遞到防火罩內(nèi)，使罩內(nèi)溫度在30 min內(nèi)不會高于罩內(nèi)被保護(hù)對象的工作失效溫度，確保了火災(zāi)發(fā)生后30 min 內(nèi)，防火隔離閥仍能根據(jù)工藝要求進(jìn)行操作。因此，防火隔離閥加裝防火罩的原則為： 閥門應(yīng)處于著火區(qū)域；發(fā)生火災(zāi)后閥門還需要進(jìn)行正常操作。

防火罩的結(jié)構(gòu)形式分為柔性防火罩和剛性防火罩兩種，如圖1所示。

圖1 兩種防火罩結(jié)構(gòu)形式示意

柔性防火罩由耐火隔層和耐火陶瓷纖維壓制構(gòu)成，特點(diǎn)是： 柔軟、輕盈、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝拆卸簡便。剛性防火罩由高性能絕熱材料和不銹鋼表層密封構(gòu)建而成，特點(diǎn)是： 強(qiáng)度高、經(jīng)久耐用、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長。相對柔性防火罩而言，剛性防火罩需要的安裝空間較大，整體成本昂貴。目前，大多數(shù)石化企業(yè)采買的防火罩都以柔性防火罩為主，尤其是加裝防火罩的改造項(xiàng)目，由于安裝空間受限，只能選擇柔性防火罩。

2 柔性防火罩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

柔性防火罩主要由柔性防火材料、安裝固定支架、觀察/檢修窗、通風(fēng)格柵窗、排水塞和緊固附件等組成。各部件的作用如下：

1)柔性防火材料。由耐火防護(hù)層面料、防火纖維、隔熱材料和金屬絲網(wǎng)等構(gòu)成，是防火罩的主體。

2)安裝固定支架。一般采用不銹鋼材料制成，用于固定和支撐柔性防火材料。

3)觀察/檢修窗。用于定期檢查、維修被保護(hù)附件，一般采用快開結(jié)構(gòu)，方便快速巡檢。

4)通風(fēng)格柵窗。用于將防火罩內(nèi)被保護(hù)元件正常工作時(shí)釋放的熱量散發(fā)到外部環(huán)境中，防止防火罩內(nèi)局部過熱。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)且外部環(huán)境達(dá)到一定溫度(例如： 100 ℃)時(shí)，通風(fēng)格柵內(nèi)部自動膨脹，阻止火焰進(jìn)入到防火罩內(nèi)。

5)排水塞。安裝在防火罩外殼底部，正常情況下可將殼體內(nèi)積聚的水排出。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)且外部環(huán)境達(dá)到一定溫度時(shí)，排水塞自動膨脹，阻止火焰進(jìn)入到防火罩內(nèi)。

6)緊固附件。用于將柔性防火罩各部件組合固定聯(lián)接在一起。

另外，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)電纜或供風(fēng)管進(jìn)出口位置，還應(yīng)有預(yù)留孔或預(yù)留件，電纜或供風(fēng)管進(jìn)出口應(yīng)有防火膨脹墊片或其他類似產(chǎn)品，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)且外部環(huán)境達(dá)到一定溫度時(shí)，進(jìn)出口墊片自動膨脹，阻止火焰進(jìn)入到防火罩內(nèi)。

3 影響防火罩價(jià)格的重要參數(shù)

防火罩設(shè)計(jì)時(shí)需要關(guān)注的參數(shù)主要有： 工作溫度、起始溫度、高溫失效溫度、外形尺寸和氣象條件。其中，影響防火罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和價(jià)格的關(guān)鍵參數(shù)是起始溫度、工作失效溫度和外形尺寸。

根據(jù)API相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對防火隔離閥的耐火性能要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)加裝防火罩后，在烴類池火1 093 ℃環(huán)境下30 min內(nèi)，防火罩內(nèi)溫度不能升高到使被保護(hù)對象工作失效的溫度。因此，防火罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮兩個(gè)重要的溫度參數(shù)： 一是防火罩內(nèi)起始溫度；二是被保護(hù)對象的工作失效溫度。起始溫度與工作失效溫度的差值越小，對防火罩的防火性能要求越高，防火罩的制造成本就會越高。

防火罩內(nèi)起始溫度應(yīng)按環(huán)境極端最高溫度或執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其附件正常工作溫度的高值選取，工作失效溫度應(yīng)按被保護(hù)對象中各元件工作失效溫度的最低值選取。

以某項(xiàng)目氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，防火罩內(nèi)被保護(hù)對象主要有氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、空氣過濾減壓閥和電磁閥等。防火罩內(nèi)起始溫度和工作失效溫度應(yīng)按如下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1)起始溫度。該項(xiàng)目所在地環(huán)境極端最高溫度為40 ℃，被保護(hù)對象中電磁閥(正常帶電)的正常工作溫度最高為38 ℃，防火罩的起始溫度應(yīng)選取為40 ℃。

2)工作失效溫度。被保護(hù)對象中，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作失效溫度為95 ℃，空氣過濾減壓閥的工作失效溫度為80 ℃，電磁閥的工作失效溫度為60 ℃，防火罩的工作失效溫度應(yīng)選取為60 ℃。

因此，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在防火罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足在1 093 ℃烴類池火環(huán)境下30 min內(nèi)，防火罩內(nèi)溫度不能升高到工作失效溫度60 ℃。

筆者結(jié)合近幾年項(xiàng)目的招標(biāo)文件中，發(fā)現(xiàn)只要求在1 093 ℃烴類池火環(huán)境下30 min內(nèi)，防火罩內(nèi)溫度不應(yīng)超過多少度，但都沒有對防火罩的起始溫度和工作失效溫度提出明確要求。由于防火罩在取證試驗(yàn)時(shí)，起始溫度采用的都是試驗(yàn)時(shí)的室溫，在1 093 ℃烴類池火環(huán)境下燃燒30 min后，防火罩內(nèi)溫度基本上都達(dá)到了70～80 ℃，因此，如果招標(biāo)文件中沒有對防火罩起始溫度和工作失效溫度提出明確要求，產(chǎn)品供應(yīng)商很可能就會按取證時(shí)的樣品試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)防火罩的結(jié)構(gòu)，因此，供應(yīng)商提供的防火罩就無法滿足具體項(xiàng)目的使用要求。另外，防火罩工作失效溫度的高低對防火罩的散熱方案設(shè)計(jì)也有很大影響。

影響防火罩價(jià)格的重要參數(shù)還有一個(gè)是被保護(hù)對象的外形尺寸，該尺寸決定了防火罩的外形設(shè)計(jì)和現(xiàn)場安裝方案。因此，招標(biāo)文件中應(yīng)提供裝配完電磁閥和空氣過濾減壓閥等附件后的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的詳細(xì)外形結(jié)構(gòu)尺寸，供應(yīng)商應(yīng)按該數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)防火罩結(jié)構(gòu)和外形尺寸，包括安裝支架、預(yù)留觀察窗、電纜以及供風(fēng)管接口位置設(shè)計(jì)等。如果是在役防火隔離閥加裝防火罩，應(yīng)先現(xiàn)場勘測閥門周圍的安裝空間，確定防火罩的加裝方案，然后再進(jìn)行防火罩的結(jié)構(gòu)和外形設(shè)計(jì)。

防火罩設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮項(xiàng)目所在地的氣象條件和安裝環(huán)境，根據(jù)需要考慮防雨、防紫外線、耐鹽霧腐蝕、耐化學(xué)腐蝕等要求，防火罩內(nèi)不應(yīng)存在有害物質(zhì)和石棉衍生物。

4 防火罩安裝事項(xiàng)

防火罩到達(dá)現(xiàn)場后，必須進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)收，安裝前應(yīng)做好技術(shù)指導(dǎo)工作，防火罩應(yīng)配備詳細(xì)的現(xiàn)場安裝圖，確保安裝過程無需動火、無需拆解和更改現(xiàn)場氣路和電路，避免安裝后防火罩包裹不嚴(yán)、各個(gè)部件間的縫隙較大，進(jìn)出線接口未加防火膨脹措施等問題。保證發(fā)生火災(zāi)時(shí)無任何火苗能竄進(jìn)防火罩內(nèi)部，確保防火罩的整體防火性能。

防火罩現(xiàn)場施工安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵照供應(yīng)商圖紙進(jìn)行，施工完畢后應(yīng)組織施工單位、業(yè)主和供應(yīng)商進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)收，確保最終的安裝滿足技術(shù)要求。

5 結(jié)束語

隨著石油化工裝置大型化和安全生產(chǎn)有關(guān)法規(guī)越來越嚴(yán)格，石油化工企業(yè)在火災(zāi)危險(xiǎn)場所使用柔性防火罩的情況越來越多。目前，防火罩品種繁多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，筆者希望通過本文，對防火罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和招投標(biāo)采購工作提供一些參考和借鑒。