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紧急切断阀应用六个难点解读

日期：2021/03/23 浏览：

哪些地方需要用到紧急切断阀？

阀型的选择：球阀/闸阀/蝶阀？
阀体是否需要防火？
执行机构的型式选择：气动/电动/电液？
执行机构防火形式的选择：火灾/火灾可作？
SIL等级及阀门冗余如何配置？
石油化工生产具有高温、高压、易燃、易爆甚有毒的特点。其测量点、控制点多、工艺过程复杂，要求能够对整个生产过程进行适时、准确、有效的监视及控制。因此一套能够装置的异常情况，并对可能发生的潜在危害作出相应动作以保护设备、防止事故扩大化的仪表系统是必不可少的。
紧急切断装置在石油化过程中主要就是紧急切断阀，可以在遇到突发危及到人员，装置或设备运行，造成严重的环境污染时紧急切断阀能快速响应，继而避免事故发生或者危险扩大。本文就联锁中紧急切断阀应用难点及设计方案进行探讨，帮助仪表及设计人员对紧急切断阀的理解和应用。

1紧急切断阀的组成和主要应用场景

紧急切断阀主要的组成部分有：执行机构（分电动和气动），电磁阀（气动阀），阀体以及其他附件。下面为常规气动切断阀门简配图：

在石油化过程中，要求紧急切断和隔离的场所无处不在。例如：切断反应进料，切断加热炉燃料；高低压紧急隔离；紧急切断汽轮机蒸汽；泵设火灾隔离等等。
可以说是紧急切断阀是运行的“卫士”。
应用场景1：切断进料

应用场景2：高低压隔离

应用场景3：泵设隔离

应用场景4：切断加热炉燃料

2紧急切断阀阀型的种类和选型要点

石油化工工程中常用的自控紧急切断阀按照阀体类型一般分为三种：闸阀、球阀、蝶阀。也有个别工艺包或者业主要求用GLOBE阀门作为切断阀。
闸阀一般应用在口径较大的场所(DN250及以上)，投资相对球阀来说比较低廉。闸阀的主要缺点是：阀体笨重且安装尺寸较大，填料密封性能不好，阀体也容易卡住。

球阀主要应用口径较小的场所，考虑到投资因素，口径一般不易大于DN200。介质温度较低时可选用非金属密封阀座环，介质温度较高时应选用金属密封阀座环。

切断蝶阀一般选用三偏心结构，蝶阀具有转动力矩大、密封和关断性能好、重量轻、结构尺寸小以及造价便宜等特点。由于蝶板一直在流道中，其流通能力低于闸阀和球阀，尤其高压蝶阀，阀板较厚，造成流通能力更小。

紧急切断阀门采用严密关断型(TSO)。一般对于金属硬密封的隔离阀，泄漏等级一般要求ANSI CLASS V以上；对于非金属软密封的切断阀，泄漏等级一般要求为ANSI CLASS VI，并尽量满足上下游双向密封的要求。
一般应该遵守API598的内漏要求。如果采用ISO5208等级要求，要求B或C级。

3紧急切断阀泄露等级判定依据

作为紧急切断用的阀门，往往都特别关注其切断的严密程度也就是泄漏等级。
阀门主要密封部位有：

启闭件与阀座间的吻合面：此处的泄漏叫内漏，它直接影响阀门截断介质的能力和设备的正常运行。

填料与阀杆和填料函的配合、阀体与阀盖的连接处：此处的泄漏叫外漏，即介质从阀内泄漏到阀外，它直接影响生产。造成工作介质损失和企业经济损失、环境污染，严重时会造成生产事故。

阀门内漏标准

常用阀门内漏国内外主要标准有：
1.美国标准/流体控制组织ANSI/FCI70-2《控制阀阀座泄漏》新为2013版；
2. 电工委员会IEC 60534-4《工业过程控制阀-检验和例行试验》新为2006版，其他部分章节2015版；
3.美国石油协会API598《阀门的检查和试验》新为2016版；
4.美国阀门及配件工业制造商标准化协会MSS SP-61《钢制阀门的压力试验》新为2019版；
5.标准化组织ISO5208《工业阀门-金属阀门的压力试验》新为2015版；
6.欧洲标准EN12266-1/2《工业阀门阀门的试验》-压力试验、试验方法和验收标准新为2012；
7.GB/T13927--2008《工业阀门压力试验》等效ISO5208-2007；
8.JB/T9092--1999《阀门的检验与试验》等效API598-96；
9.GB/T 26480-2011《阀门的检验和试验》等效API598-2009；
10.GB/T 4213-2008《气动调节阀》等效IEC60534；
11.GB/T 17213.4-2015《工业过程控制阀第4部分：检验和例行试验》等同IEC60534-2006。

火灾后泄漏标准：
1.ISO10497《阀门试验-阀门的耐火试验要求》新为2010版本；
2.API607-2005《转1/4周阀门和非金属阀座阀门的耐火试验》新为2016版本；
3.API6FA《阀门耐火试验试验》新为2018版本。
常用标准:

内漏测试对比:

试验介质，压力及分级对比表
总而言之：

外漏标准

常用阀门外漏相关标准有:
普通外漏：API598《阀门的检查和试验》；是美标阀门常用的检验和压力试验标准；该标准对上密封试验的要求是：在规定的压力下，不允许有目视可见泄漏。

该标准要求比较宽泛，如果没有特殊要求厂家一般会执行该标准的要求。
低泄漏标准
低泄漏阀门是指阀门实际泄漏量很小，靠常规的水压、气压密封试验已不能判定，需要借助更加先进的手段和仪器来检测的微小外泄漏。阀门的这种微小的对外界环境的泄漏称为低泄漏或逸散性。
目前国内外常见的标准为：
1.标准化组织ISO15848-1《工业阀门：漏气的测量、试验及鉴定程序》部分阀门的分类体系和型式试验鉴定程序；
2.标准化组织ISO15848-2《《工业阀门：漏气的测量、试验及鉴定程序》第二部分阀门产品验收试验；该标准用以鉴定通ISO15848-1形式试验的阀门产品；
3.GB/T24681《阀门的逸散性试验》；该标准参考ISO15848-2编制。
4.壳牌石油公司SHELL MESC SPE77／312《工业阀门：低泄漏测量、分级系统、资格认定程序及开关阀和控制阀的型式认可和产品试验》。对ISO15848-2的补充；
5.美国环境保护署EPA method 21《挥发性组分泄漏》。针对VOC定义了探头法: 0.1~3L/min；
6.德国TA-LUFT《空气质量的技术指导手册》共233页；
7.美国石油学会API 622《防逸散过程阀门填料型式试验》；
8.美国石油学会API 624《带石墨填料升降杆阀门的型式测试》；
9.美国石油学会API 641《四分之一回转阀门填料型式试验》。
ISO 15848 -1测试及分级：
性能等级分为：温度等级、耐久等级、密封等级三项。出厂标记：ISO FE 例如：

室温为：-29~40℃

开关阀：机械循环是将阀门从全开全闭为一次循环，一次热循环是从室温规定实验温度再返回室温。2015版将CO1由500次为205次。
控制阀：机械循环是50%的阀门行程或者转角。在室温或是在室温选定温度下分步进行。
ISO 15848 -1测试及分级：
性能等级分为：温度等级、耐久等级、密封等级三项。

ISO 15848 -2测试及分级：
出厂密封性合格检验，试验采用随机抽检的方式，抽检的数少应为同种类型（包括同一PN和DN）的同批阀门的3%，机械循环试验5次。介质：6Bar 97%的氦气；2015版将C级由1000PPMV改为200PPM，采用ISO15848-1 附录B法，采用探头/嗅探法（0.5~1.5L/min），测量步骤同EPA Method21，单位为ppm。国标要求试验合格后，铭牌上应标记“FE”。
阀杆密封泄露量对比：

4紧急切断阀防火方面的技术要求

EBV（紧急切断阀）的主要作用就是当发现有毒或可燃介质泄漏或者发生火灾时，通过该阀门手动或自动将泄漏源与上（下）游设备隔离，防止灾情进一步蔓延。
主要参考的标准主要有：
1.API 553-1998Refinery control valves;
2.API 553 -2012 Refinery Valves and Accessories for Control and Safety Instrumented Systems;
3. DEP-T-PE1530-2017 紧急切断阀工艺设计导则（试行）;
4. 中石化2011年518号文液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定。
设置EBV阀门的主要场所：

压缩机

1.对于所有动力为200马力或更大的压缩机或处理易燃或有毒物质，通常要求配备EBV；
2.所有进口和出口管线均需要EBV；
3.如果级间设备的液体量大于3.8立方米(1000加仑)，则级间和级间设备之间需要安装EBV。

泵

1.对于具有密封装置的泵，如果上游容器包含超过7.6 m3(2000加仑)的轻组份或烃类物质超过自燃点或超过316°C (600°F)，通常需要EBV；
2.如果上游容器中含有超过15立方米(4000加仑)的液态烃，则需要安装EBV；
3.高排放压力的泵在其出口(即泵溢流下游)处应有EBV，用于反流超压保护。

容器

1.对于含有轻组份或有毒物质的容器，需要EBV。从这些容器流出的流体应该与潜在的泄漏源隔离，如泵、压缩机、换热器和明火设备。EBV与容器之间的连接分支都应有自己的EBV；
2.对于装有重组份但超过闪点的液体容器，需要EBV。

加热炉

1.每条供加热炉和锅炉的燃气或燃油管线都需要安装EBV。一般情况下，少在每个燃料气或燃料油管线的界线外有一个手动隔离阀；
2.手动EBV阀门经常与自动化SIS阀门一起使用[见9.6 b部分]。在跳车后重开SIS阀门，需要在所有联锁参数都满足后手动复位。另请参阅API556《燃气加热炉仪表、控制和保护系统》第二版；
3.每条工艺进料管线都需要安装EBV，工艺管线内含有易燃液体的燃烧加热炉。EBV应位于加热炉的防火墙或防火区外。
中石化 DEP-T-PE1530-2017紧急切断阀工艺设计导则：

EBV阀与普通切断阀相比大的区别就是防火设计。在火灾发生时，采用EBV阀将着火点与可燃物储存设备隔离。由于平面布置的限制，EBV阀往往处在火灾危险区域。为此，需要该阀在火灾发生情况下，在一定时间（一般不低于30分钟）内仍可以严密隔离，以达到减小火灾的目的。能否在这段时间内依然保证严密隔离就成为紧急隔离设计的关键。为此，此类阀门应具备以下三点性能：
内部泄漏量小。为了保证这一性能，首先应考虑到阀芯和阀座的金属面接触，在着火时或着火后，阀体处于高温之中，不管其密封结构如何，弹簧力和外加压力怎样变化，都应该保证这一点，应认为这是保证其精密关闭的关键。EBV优先选择本质火灾型阀门-金属硬密封阀，且阀座尽量为双向密封。
外部泄漏量小。为了尽量减小外部泄漏，考虑的方法有：采用能防火的阀杆密封材料（用石墨或金属垫片），避免用较大的垫片式阀体连结。
有连续的性。燃烧后仍能正常工作的阀门，应具有抗变形的能力，有抗损性。
注：选择燃烧持续时间为30分钟，是因为这相当于扑灭大多数炼油厂火灾所有需要的长时间。持续时间更长的火情视为大火，比本试验预料的后果更为严重。(摘自API607-93)
另外EBV是否在火灾区域的界定，不考虑受其他泄漏源的影响。如果考虑泄漏或火灾的叠加，那么石化行业内的主装置区内的所有控制阀均应考虑防火。显然目前不是这么做的。
阀体防火认证之前分为三大系列：BS系列(BS5146-1971)、API系列(API607、API6FA)、ISO(ISO10497)系列，到现今BS已经ISO10497所取代。所以目前主要是API和ISO两大体系。
API607主要针对软阀座阀门和1/4转阀门；
API 607自1993年以来做过几次升级；
93年的是第4版主要是针对转¼周软座阀门的耐火试验；
05年的是第5版也是针对转¼周软座阀门的耐火试验，但是测试的工况严格些，要求的指标较多，较严格一些；第5版有两版，一个为05年，一个为08年修订；
10年的是第6版升级到针对转¼周阀门和非金属阀座阀门，指标基本上和05一样；
API 6FA主要针对API 6A（井口采油树阀，6D（管线阀门-闸、截、止、球等）；
ISO10497针对所有用于火灾区的所有阀门。
关于火灾后泄漏量，三个标准基本上一样。

5紧急切断阀阀门执行机构种类及用途
石油化工工程中常用的执行机构按照驱动动力一般分为三种：气动、电动、电液。
1、气动执行机构

气动执行一般应用在大部分石化装置中，具有输出力矩大，，开启速度快，可以做到FC或FO（故障型）等优点，缺点是需要有净化风。可分为薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。还可以分为单作用和双作用两种类型，其中双作用执行机构需增配事故空气罐。由于可以做到事故型，常常被优先选用。
2、电动执行机构

电动执行机构一般应用在石化储运系统中。优点是体积小，输出力矩较大时造价较低，另外不需要净化风。适用于公用工程条件不完善的场所，缺点是开启速度较慢且做不到故障开或故障关。电动执行机构有二种类型，一般分为部分回转电动执行机构和多回转电动执行机构,前者主要控制需要部分回转的阀门例如：球阀，蝶阀等角行程阀门，后者需要多圈数旋转的阀门，例如闸阀等直行程。
3、电液执行机构

电液执行机构是近年来新兴起来的一种执行机构，具有输出力矩大，开启速度快，甚可以做到火灾关阀等特点。缺点是需要配动力油系统较为繁琐，所占空间也往往比较大，易漏油等。
执行机构耐火考虑：用于防火隔离场所时，除阀体需要耐火设计外，其执行机构也需要设计成火灾型或耐火型（或叫防火型）。
火灾型执行机构在正常工况下可以远程控制，但在火灾发生时，如果该阀处于火灾区，其执行机构可能会被损坏，这类执行机构通常采用弹簧复位型。具体做法有：连接开阀气源的供风管一般采用耐日照的易熔断线路，绕在执行机构周围。发生火灾时，气路管路熔断切断气源使阀门回到关闭状态。另外一种做法是，在执行机构上加易熔塞，当火灾发生时，易熔塞熔化，气缸失气阀门关闭。易熔塞一般采用耐温135-500°F（57-260℃）间金属制作而成(中石化设计意见建议是250 ℃)。
耐火型执行机构本身就具有耐火性能。一种做法是：执行机构的外壳采用耐火材料或耐火涂料覆盖，该材料在环境温度急剧上升时，体积能急速膨胀，形成对热浪的阻隔。根据UL1709的要求其耐火（1093℃(2000°F)）时间不小于30分钟。选用这种执行机构时，阀门配套附件，如电缆、气源供风管线等，均采用耐火型，以到达整体防火设计的要求。
电动阀由于做不到FC，所以只能选用耐火型电动执行机构。