两种注水流程方案及紧急切断阀在防火设计选型上的异同点及其注意事项

      球形储罐是液态烃储存常用的压力容器, 是工厂危险性较高的辅助生产单元之一。近年来, 随着人们安全环保意识的提高, 用于安全环保方面的投资越来越大。针对球形罐区紧急切断阀系统采取的防火措施越来越多, 哪些是必需的, 哪些是可以简化的, 哪些又是可有可无的, 也成为广大设计人员讨论越来越多的话题。

本文以近期设计的某石化公司大型液态烃球形罐区为例, 介绍了两种注水流程方案及紧急切断阀在防火设计选型上的异同点及其注意事项。

      1) 常见液态烃球形储罐进出料及注水工艺管道仪表流程如图1所示, 该项目设计液态烃球形储罐进出料及注水工艺管道仪表流程如图2所示。液态烃物料自球形储罐底部进出料, 管道上一般设总切断球阀EBV-01, 根据相关安全规范, 为阻止事故状态下大量液态烃物料的泄漏, 罐底应采取紧急注水措施, 其注水管道上一般设紧急联锁球阀EBV-02。为保证安全, 球阀EBV-01, EBV-02应采用气动执行机构、气源中断时关闭型 (FC) 阀门。

       2) 流程方案2与流程方案1的区别。流程方案2与流程方案1相比较, 不同点在于: 一是在EBV-01前后增加了手动隔离阀V₁, V₂;二是注水点由EBV-01之前移到了EBV-01与球罐之间。

        3) 流程方案2在日常操作上的优点。由于在EBV-01前后增设了手动隔离阀V₁, V₂, 增加了操作上的灵活性, 所以流程方案2最大的优点是阀门故障需要维修时可以随时移出更换。由于罐区各储罐都设有备用罐, 对各单体罐来讲, 都不属于严格意义上的连续生产过程, 因此EBV-01阀门没有设置旁通阀。

       1) 方案1的注水点设计分析。该流程下, 非正常生产情况时, 由于某种原因, 当确认出现液态烃物料从罐底管道处泄漏或着火时, 为避免液态烃的泄漏形成爆炸性气体云团, 进而引起爆炸等次生灾害的发生, 将要求紧急停车系统 (ESD) 紧急启动注水系统并打开紧急联锁球阀EBV-02, 将水经切断阀EBV-01注入球罐内, 在球罐内形成一定的水位, 从而阻止液态烃的进一步泄漏。由于切断阀EBV-01在工艺事故状态 (需要阀门打开) 与气源故障状态 (气源故障时阀门关闭) 时的阀门开关位置不一致, 故切断阀EBV-01除了要求阀体、密封件应具有防火结构外 (如阀体应采用金属硬密封, 密封材料采用石墨材料等) , 气动执行机构及其附件、电缆等也应采取防火保护措施, 并配带仪表风罐。

       2) 流程方案2的注水点设计分析。该流程下, 非正常生产情况时, 由于某种原因, 当确认出现液态烃物料从罐底泄漏或着火时, 为避免液态烃的泄漏形成爆炸性气体云团, 进而引起爆炸等次生灾害的发生, 将要求ESD紧急关闭切断阀EBV-01, 并紧急启动注水系统及打开EBV-02阀。从注水流程看, 水不经过切断阀EBV-01, 而是经过EBV-02阀直接注入球罐内。对切断阀EBV-01来讲, 工艺事故状态下的阀位 (关闭) 与其气源故障时的阀位 (关闭) 状态是一致的, 故切断阀EBV-01仅要求阀体、密封件等应具有防火结构外, 阀门气动执行机构及其附件等并无强制防火要求, 也不必配带仪表风罐。

       1) 液态烃球形储罐紧急注水点方案设置的不同, 对紧急联锁阀门防火结构, 特别是气动执行机构, 其要求也不同, 因此, 紧急联锁阀门选型设计时应具体问题具体分析。应采用防火结构的场合就必须设计防火结构, 而对于没有必要采用防火结构的阀门, 也应尽量避免不必要的浪费。

       2) 实际上, 无论采用注水点1的方案, 还是采用注水点2的方案, 从安全角度考虑, 注水管道上的EBV-02阀安装在防火堤内时, 建议选用防火型结构, 即要求EBV-02阀体、阀门密封件应具有防火结构, 应符合API 607或API 6FA耐火试验标准要求, 且阀门气动执行机构及其附件、电缆等应采取防火保护措施, 并配带仪表风罐。

       3) 如果有条件, 建议将EBV-02阀安装在球形液态烃储罐的防火堤外, 该情况下, 阀门就可以不必采用防火保护措施。

       4) 仪表风罐的容积应满足执行机构动作2个全行程所需的风量。推荐的仪表风罐容积计算公式如下:

V=2C (p₁+0.1) V₁/ (p-p₁)

式中: V——仪表风罐最小净体积, 单位L或m³均可;V₁——气动阀门执行机构气缸的最小净体积, 单位与仪表风罐相同;C——安全系数, 根据相关资料推荐, 可取1.2;p₁——气动执行机构所需要的最小仪表风压力, MPa (G) ;p——仪表风罐最低工作压力, MPa (G) 。

       5) 紧急切断阀EBV-01, 应在防火堤外设置现场手动关阀按钮或开关, 用于危险情况时现场手动操作。建议EBV-02阀的紧急开阀按钮或开关设置在注水泵附近, 以缩短注水阀启动时间。

      6) 紧急切断/联锁阀EBV-01和EBV-02的气动执行机构的电磁阀不应带现场手动复位装置, 应采用控制室逻辑复位。

      7) 液态烃球形储罐用紧急切断阀的全行程时间不应大于5 s。

      8) 在气动紧急切断阀仪表气源故障位置与安全联锁位置一致时, 在气动执行机构的气路上设置易熔塞是一种简单可靠的火灾安全措施。

      9) 防火堤内的多台紧急联锁阀相邻布置安装时, 建议采用防火堤外共用仪表风罐等的措施, 以降低项目投资。