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防火紧急隔离阀的设计选型


 

 紧急切断阀对炼油化工装置的安全运行、联锁保护起着至关重要的作用。随着GB 50160一2008《石油化工企业设计防火规范》的实施以及国外先进工艺包的引进,在新建炼油装置或装置改造中出现了一类特殊的紧急切断阀,在高危险设备发生火灾后,通过操作此类阀门可以紧急切断相应火灾区域原料,避免险情扩大,有效地降低火灾造成的损失。因此,该类阀门又被称为紧急隔离阀EⅣ(Emergency Isolation Shut DownValve),由于在炼厂中该类阀门往往安装在液化石油气罐与其抽出泵之间,也被称为泵罐隔离阀。
    最近几年,笔者所在单位设计了若干个新建炼厂以及众多单体装置和相关改造项目,其中都涉及了EIV的设计,笔者就EⅣ的设置原则、设计选型相关要点等进行论述,供炼厂工程设计人员参考与探讨。
    自GB 50160一2008《石油化工企业设计防火规范》实施以来,在国内新建炼化装置及改扩建项目中EIV的使用越来越普遍,该规范在7.2.15条中明确指出炼化装置中何处需要设置EIV:“液化石油气设备抽出管道应在靠近设备根部设置切断阀。容积超过50 m3的液化石油气设备与其抽出泵的间距小于15 m时,该切断阀应为带手动功能的遥控阀,遥控阀就地操作按钮距抽出泵的间距不应小于15 m”[1]。在国外石油化工装置设计中,高危险设备底部出料口设置紧急切断阀早已成为通用的工业标准,如美国石油学会在API RP2001《炼油厂防火》第3章中,明确要求“在装有大量易燃液体的容器液面下接管处,应当安装紧急切断阀”[21;并且在API RP553《炼油厂控制阀》第7章中具体说明了压缩机、泵、加热炉、容器等相关设备设置EIV的基本原则;同时许多公司(如雪佛龙、壳牌)将设置紧急切断阀的要求列入公司规定或标准中。结合国外的规范要求以及国内外大工程公司的设计实例,原则上均要求EIV设置在高火灾危险设备紧邻的出口(或入口)工艺管线上,并能够充分满足隔离操作的要求,用于停止易燃或有毒物料无节制的释放。上述高火灾危险设备包括:容积大于7.571 m3(2 000加仑)轻组分的容器;大于15.5 m3(4 000加仑)的液化石油气储罐;内部的可燃液体温度超过315℃或已经超过自燃温度的容器或换热器;输送烃类等可燃液体能力超过45 m3/h的机泵;可燃气体压缩机功率大于150 kw;通过炉管加热可燃液体的加热炉;内部压力大于3.45 MPa,模式为放热反应的烃类反应器等。但就国内项目而言,考虑到投资限制,正在建设或已经建成的炼化项目,EIV设置所遵循的基本原则还是文献[1]中的7.2.15条及其条文解释。
    在上述设置原则下,当出现泄漏发生火灾时,操作人员或者工艺联锁可通过及时关闭该设备出
口(或入口)管线上的EIV实现隔离该设备的目的,为下一步的消防灭火工作创造有利条件,达到避免恶性安全事故发生,减小损失的目的。
    2 EIV的设计选型
    EIV在炼化装置中作用重大,但EIV也会因其误动作关闭,导致影响装置正常生产的风险发生,因而必须做好EIV的设计选型。目前,许多工程设计人员并没有重视EIV的设计选型,甚至在工程设计中直接套用安全仪表系统中紧急切断阀的设计思路来对EIV进行选型。笔者认为这样的选型不仅不能正确体现EIV的作用,反而容易因EIV误动作而影响正常生产。EIV存在特殊性,其意义不同于装置联锁系统中的紧急切断阀和顺控中的切断阀。首先EIV的存在是一种安全手段,在火灾发生时,无论是在
    现场还是控制室,操作人员都应能快速地对它进行操作,以尽快隔离易燃物料与火灾设备,停止易燃物料的无节制释放,避免更大的损失;其次要尽量避免该阀门的误操作以及气源故障造成装置的误停车。鉴于以上两点,EIV的设计选型存在其独特的地方。关于EIV阀门的结构、检测等方面,相关规范都有比较详细的要求,并且国内已经有多篇文章进行了阐述。笔者根据所做多个项目中的经验教训,介绍EIV在平面布置、执行机构选择、阀门附件等方面的设计选型要点:
    1)EIV应优先安装在火灾危险区域之外。若限于平面布置,EIV只能布置在火灾危险区域内时,EIV的执行机构及电缆都应采取防火措施。
    2)EIV执行机构应配手轮机构。EIV应配置阀位开关,包括全开位置开关和全关位置开关。
    3)气动EIV的关闭时间宜小于30 s,大型电动阀的关闭时间应小于120 s。在此范围内阀门关
闭速度应兼顾减少水击效应的影响。
    4)EIV的执行机构应优先选用故障保位模式(FL)。工艺流程对隔离阀无故障安全要求时,气
动执行机构优先选配双气缸执行机构,故障动作模式为FL,气动执行机构宜配双电控电磁阀,动作方式为励磁开励磁关(EOEC)。工艺流程对隔离阀有故障安全要求时,气动执行机构优先选配单气缸,控制信号触点为常闭触点,故障动作模式为FC,根据用途要求配置电磁阀。
    5)气动EIV应配后备气源罐。气源罐容量应至少满足所辖阀门从全开到全关动作1次的需求。
    6)电动执行机构的供电系统应有后备电源。
    3 ElV的逻辑功能
为了更好地发挥EIV的作用,在控制系统中还要设计相应的逻辑功能,如图1所示,该逻辑功能已在多个大型炼化项目中得到成功应用。

    EIV逻辑需要特别注意以下几点:
    1)EIV在现场设有开阀按钮HS—C和关阀按钮HS—B,在控制室设关阀按钮HS—A,这样设计可以防止控制室人员误操作,即只有现场无危险时才能打开该阀。
    2)由于该类阀作用重大,为了确认EIV是否按照要求正常动作,设有阀位校验灯。在阀位校验正确,并在阀位关到位(或开到位)后相应的阀门位置状态灯(EZLO/EZLC)亮;在阀位校验失败时,阀位校验报警灯(EZA)亮,如图2所示。

    3)阀门在动作过程中时,控制系统阀门位置状态灯和阀位校验报警灯宜显示灰色,代表阀门正
在运行,避免出现误报警。
    4)现场操作按钮Hs—C和HS—B应安装在火灾危险区域之外。现场按钮应布置在距火灾或泄漏设备15 m外,且在主导风向的上风向;应配带保护罩,防止有人误碰到按钮导致的误操作;现场按钮宜分区集中布置在巡检通道旁,位置明显,易于接近;按钮铭牌上应有阀门用途、仪表位号等信
息,清晰易辩。
    5)在炼化装置中,EIV往往设置在容器(或塔)与泵(或压缩机)之间以及压缩机的出人口,因而在EIV紧急关阀的同时(即EIV离开全开位置)需要去联锁停泵(或压缩机)。
    4控制系统选择
    EIV是采用过程控制系统控制还是采用安全仪表系统控制,应根据项目安全完整性等级(SIL)
分析结果确定。由于国内很多项目未开展SIL分析,无法确定装置的SIL等级。这种情况下,鉴于EIV的重要作用,笔者认为当项目中已设有安全仪表系统时,EIV的控制宜在安全仪表系统中实现,当项目中仅设置过程控制系统时,EIV的控制在过程控制系统中实现即可。
    5结论
    EIV是为了满足炼化装置日益严格的安全要求而产生的,通过操作EIV可以在发生火灾时有效地降低损失,避免事故的扩大。尽管EIV增加了工程投资,但考虑到其在安全方面的作用,合理的设置EIV是非常有必要的。