哪些地方需要用到緊急切斷閥？

閥型的選擇：球閥/閘閥/蝶閥？
閥體是否需要防火？
執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式選擇：氣動(dòng)/電動(dòng)/電液？
執(zhí)行機(jī)構(gòu)防火形式的選擇：火災(zāi)/火災(zāi)可作？
SIL等級(jí)及閥門冗余如何配置？
石油化工生產(chǎn)具有高溫、高壓、易燃、易爆甚有毒的特點(diǎn)。其測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)多、工藝過程復(fù)雜，要求能夠?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行適時(shí)、準(zhǔn)確、有效的監(jiān)視及控制。因此一套能夠裝置的異常情況，并對(duì)可能發(fā)生的潛在危害作出相應(yīng)動(dòng)作以保護(hù)設(shè)備、 防止事故擴(kuò)大化的儀表系統(tǒng)是必不可少的。
緊急切斷裝置在石油化過程中主要就是緊急切斷閥，可以在遇到突發(fā)危及到人員，裝置或設(shè)備運(yùn)行，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染時(shí)緊急切斷閥能快速響應(yīng)，繼而避免事故發(fā)生或者危險(xiǎn)擴(kuò)大。本文就聯(lián)鎖中緊急切斷閥應(yīng)用難點(diǎn)及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，幫助儀表及設(shè)計(jì)人員對(duì)緊急切斷閥的理解和應(yīng)用。

1緊急切斷閥的組成和主要應(yīng)用場(chǎng)景
 
緊急切斷閥主要的組成部分有：執(zhí)行機(jī)構(gòu)（分電動(dòng)和氣動(dòng)），電磁閥（氣動(dòng)閥），閥體以及其他附件。下面為常規(guī)氣動(dòng)切斷閥門簡(jiǎn)配圖： 在石油化過程中，要求緊急切斷和隔離的場(chǎng)所無處不在。例如：切斷反應(yīng)進(jìn)料，切斷加熱爐燃料；高低壓緊急隔離；緊急切斷汽輪機(jī)蒸汽；泵設(shè)火災(zāi)隔離等等。
可以說是緊急切斷閥是運(yùn)行的“衛(wèi)士”。
應(yīng)用場(chǎng)景1：切斷進(jìn)料 應(yīng)用場(chǎng)景2：高低壓隔離 應(yīng)用場(chǎng)景3：泵設(shè)隔離 應(yīng)用場(chǎng)景4：切斷加熱爐燃料
2緊急切斷閥閥型的種類和選型要點(diǎn)
 
石油化工工程中常用的自控緊急切斷閥按照閥體類型一般分為三種：閘閥、球閥、蝶閥。也有個(gè)別工藝包或者業(yè)主要求用GLOBE閥門作為切斷閥。
閘閥一般應(yīng)用在口徑較大的場(chǎng)所(DN250及以上)，投資相對(duì)球閥來說比較低廉。閘閥的主要缺點(diǎn)是：閥體笨重且安裝尺寸較大，填料密封性能不好，閥體也容易卡住。 球閥主要應(yīng)用口徑較小的場(chǎng)所，考慮到投資因素，口徑一般不易大于DN200。介質(zhì)溫度較低時(shí)可選用非金屬密封閥座環(huán)，介質(zhì)溫度較高時(shí)應(yīng)選用金屬密封閥座環(huán)。 切斷蝶閥一般選用三偏心結(jié)構(gòu)，蝶閥具有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大、密封和關(guān)斷性能好、重量輕、結(jié)構(gòu)尺寸小以及造價(jià)便宜等特點(diǎn)。由于蝶板一直在流道中，其流通能力低于閘閥和球閥，尤其高壓蝶閥，閥板較厚，造成流通能力更小。 緊急切斷閥門采用嚴(yán)密關(guān)斷型(TSO)。一般對(duì)于金屬硬密封的隔離閥，泄漏等級(jí)一般要求ANSI CLASS V以上；對(duì)于非金屬軟密封的切斷閥，泄漏等級(jí)一般要求為ANSI CLASS VI，并盡量滿足上下游雙向密封的要求。
一般應(yīng)該遵守API598的內(nèi)漏要求。如果采用ISO5208等級(jí)要求，要求B或C級(jí)。

3緊急切斷閥泄露等級(jí)判定依據(jù)
 
作為緊急切斷用的閥門，往往都特別關(guān)注其切斷的嚴(yán)密程度也就是泄漏等級(jí)。
閥門主要密封部位有： 啟閉件與閥座間的吻合面：此處的泄漏叫內(nèi)漏，它直接影響閥門截?cái)嘟橘|(zhì)的能力和設(shè)備的正常運(yùn)行。
 
填料與閥桿和填料函的配合、閥體與閥蓋的連接處：此處的泄漏叫外漏，即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到閥外，它直接影響生產(chǎn)。造成工作介質(zhì)損失和企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)事故。

閥門內(nèi)漏標(biāo)準(zhǔn)

 
常用閥門內(nèi)漏國(guó)內(nèi)外主要標(biāo)準(zhǔn)有：
1.美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)/流體控制組織ANSI/FCI70-2《控制閥閥座泄漏》新為2013版；
2. 電工委員會(huì)IEC 60534-4《工業(yè)過程控制閥-檢驗(yàn)和例行試驗(yàn)》新為2006版，其他部分章節(jié)2015版；
3.美國(guó)石油協(xié)會(huì)API598《閥門的檢查和試驗(yàn)》新為2016版；
4.美國(guó)閥門及配件工業(yè)制造商標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)MSS SP-61《鋼制閥門的壓力試驗(yàn)》新為2019版；
5.標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO5208《工業(yè)閥門-金屬閥門的壓力試驗(yàn)》新為2015版；
6.歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12266-1/2《工業(yè)閥門閥門的試驗(yàn)》-壓力試驗(yàn)、試驗(yàn)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) 新為2012；
7.GB/T13927--2008《工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》等效ISO5208-2007；
8.JB/T9092--1999《閥門的檢驗(yàn)與試驗(yàn)》等效API598-96；
9.GB/T 26480-2011《閥門的檢驗(yàn)和試驗(yàn)》等效API598-2009；
10.GB/T 4213-2008《氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥》等效IEC60534；
11.GB/T 17213.4-2015《工業(yè)過程控制閥 第4部分：檢驗(yàn)和例行試驗(yàn)》等同IEC60534-2006。

火災(zāi)后泄漏標(biāo)準(zhǔn)：
1.ISO10497《閥門試驗(yàn)-閥門的耐火試驗(yàn)要求》新為2010版本；
2.API607-2005《轉(zhuǎn)1/4周閥門和非金屬閥座閥門的耐火試驗(yàn)》新為2016版本；
3.API6FA《閥門耐火試驗(yàn)試驗(yàn)》新為2018版本。
常用標(biāo)準(zhǔn): 內(nèi)漏測(cè)試對(duì)比: 試驗(yàn)介質(zhì)，壓力及分級(jí)對(duì)比表
總而言之：

外漏標(biāo)準(zhǔn)

常用閥門外漏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有:
普通外漏：API598《閥門的檢查和試驗(yàn)》；是美標(biāo)閥門常用的檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上密封試驗(yàn)的要求是：在規(guī)定的壓力下，不允許有目視可見泄漏。 該標(biāo)準(zhǔn)要求比較寬泛，如果沒有特殊要求廠家一般會(huì)執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)的要求。
低泄漏標(biāo)準(zhǔn)
低泄漏閥門是指閥門實(shí)際泄漏量很小，靠常規(guī)的水壓、氣壓密封試驗(yàn)已不能判定，需要借助更加先進(jìn)的手段和儀器來檢測(cè)的微小外泄漏。閥門的這種微小的對(duì)外界環(huán)境的泄漏稱為低泄漏或逸散性。
目前國(guó)內(nèi)外常見的標(biāo)準(zhǔn)為：
1.標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO15848-1《工業(yè)閥門：漏氣的測(cè)量、試驗(yàn)及鑒定程序》部分 閥門的分類體系和型式試驗(yàn)鑒定程序；
2.標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO15848-2《《工業(yè)閥門：漏氣的測(cè)量、試驗(yàn)及鑒定程序》第二部分 閥門產(chǎn)品驗(yàn)收試驗(yàn)；該標(biāo)準(zhǔn)用以鑒定通ISO15848-1形式試驗(yàn)的閥門產(chǎn)品；
3.GB/T24681《閥門的逸散性試驗(yàn)》；該標(biāo)準(zhǔn)參考ISO15848-2編制。
4.殼牌石油公司SHELL MESC SPE77／312《工業(yè)閥門：低泄漏測(cè)量、分級(jí)系統(tǒng)、資格認(rèn)定程序及開關(guān)閥和控制閥的型式認(rèn)可和產(chǎn)品試驗(yàn)》。對(duì)ISO15848-2的補(bǔ)充；
5.美國(guó)環(huán)境保護(hù)署EPA method 21《揮發(fā)性組分泄漏》。針對(duì)VOC定義了探頭法: 0.1~3L/min；
6.德國(guó)TA-LUFT《空氣質(zhì)量的技術(shù)指導(dǎo)手冊(cè)》共233頁；
7.美國(guó)石油學(xué)會(huì)API 622《防逸散過程閥門填料型式試驗(yàn)》；
8.美國(guó)石油學(xué)會(huì)API 624《帶石墨填料升降桿閥門的型式測(cè)試》；
9.美國(guó)石油學(xué)會(huì)API 641《四分之一回轉(zhuǎn)閥門填料型式試驗(yàn)》。
 ISO 15848 -1測(cè)試及分級(jí)：
性能等級(jí)分為：溫度等級(jí)、耐久等級(jí)、密封等級(jí)三項(xiàng)。出廠標(biāo)記：ISO FE  例如： 室溫為：-29~40℃ 開關(guān)閥：機(jī)械循環(huán)是將閥門從全開全閉為一次循環(huán)，一次熱循環(huán)是從室溫規(guī)定實(shí)驗(yàn)溫度再返回室溫。2015版將CO1由500次為205次。
控制閥：機(jī)械循環(huán)是50%的閥門行程或者轉(zhuǎn)角。在室溫或是在室溫選定溫度下分步進(jìn)行。
ISO 15848 -1測(cè)試及分級(jí)：
性能等級(jí)分為：溫度等級(jí)、耐久等級(jí)、密封等級(jí)三項(xiàng)。 ISO 15848 -2測(cè)試及分級(jí)：
出廠密封性合格檢驗(yàn)，試驗(yàn)采用隨機(jī)抽檢的方式，抽檢的數(shù)少應(yīng)為同種類型（包括同一PN和DN）的同批閥門的3%，機(jī)械循環(huán)試驗(yàn)5次。介質(zhì)：6Bar 97%的氦氣；2015版將C級(jí)由1000PPMV改為200PPM，采用ISO15848-1 附錄B法，采用探頭/嗅探法（0.5~1.5L/min），測(cè)量步驟同EPA Method21，單位為ppm。國(guó)標(biāo)要求試驗(yàn)合格后，銘牌上應(yīng)標(biāo)記“FE”。
閥桿密封泄露量對(duì)比：
4緊急切斷閥防火方面的技術(shù)要求
 
EBV（緊急切斷閥）的主要作用就是當(dāng)發(fā)現(xiàn)有毒或可燃介質(zhì)泄漏或者發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過該閥門手動(dòng)或自動(dòng)將泄漏源與上（下）游設(shè)備隔離，防止災(zāi)情進(jìn)一步蔓延。
主要參考的標(biāo)準(zhǔn)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 緊急切斷閥工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）;
4. 中石化2011年518號(hào)文  液化烴球罐緊急切斷閥選型設(shè)計(jì)規(guī)定。
設(shè)置EBV閥門的主要場(chǎng)所：

壓縮機(jī)

 
1.對(duì)于所有動(dòng)力為200馬力或更大的壓縮機(jī)或處理易燃或有毒物質(zhì)，通常要求配備EBV；
2.所有進(jìn)口和出口管線均需要EBV；
3.如果級(jí)間設(shè)備的液體量大于3.8立方米(1000加侖)，則級(jí)間和級(jí)間設(shè)備之間需要安裝EBV。

泵

 
1.對(duì)于具有密封裝置的泵，如果上游容器包含超過7.6 m3(2000加侖)的輕組份或烴類物質(zhì)超過自燃點(diǎn)或超過316°C (600°F)，通常需要EBV；
2.如果上游容器中含有超過15立方米(4000加侖)的液態(tài)烴，則需要安裝EBV；
3.高排放壓力的泵在其出口(即泵溢流下游)處應(yīng)有EBV，用于反流超壓保護(hù)。

容器

 
1.對(duì)于含有輕組份或有毒物質(zhì)的容器，需要EBV。從這些容器流出的流體應(yīng)該與潛在的泄漏源隔離，如泵、壓縮機(jī)、換熱器和明火設(shè)備。EBV與容器之間的連接分支都應(yīng)有自己的EBV；
2.對(duì)于裝有重組份但超過閃點(diǎn)的液體容器，需要EBV。

加熱爐

 
1.每條供加熱爐和鍋爐的燃?xì)饣蛉加凸芫€都需要安裝EBV。一般情況下，少在每個(gè)燃料氣或燃料油管線的界線外有一個(gè)手動(dòng)隔離閥；
2.手動(dòng)EBV閥門經(jīng)常與自動(dòng)化SIS閥門一起使用[見9.6 b部分]。在跳車后重開SIS閥門，需要在所有聯(lián)鎖參數(shù)都滿足后手動(dòng)復(fù)位。另請(qǐng)參閱API556《燃?xì)饧訜釥t儀表、控制和保護(hù)系統(tǒng)》第二版；
3.每條工藝進(jìn)料管線都需要安裝EBV，工藝管線內(nèi)含有易燃液體的燃燒加熱爐。EBV應(yīng)位于加熱爐的防火墻或防火區(qū)外。
中石化 DEP-T-PE1530-2017緊急切斷閥工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)則： EBV閥與普通切斷閥相比大的區(qū)別就是防火設(shè)計(jì)。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，采用EBV閥將著火點(diǎn)與可燃物儲(chǔ)存設(shè)備隔離。由于平面布置的限制，EBV閥往往處在火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域。為此，需要該閥在火災(zāi)發(fā)生情況下，在一定時(shí)間（一般不低于30分鐘）內(nèi)仍可以嚴(yán)密隔離，以達(dá)到減小火災(zāi)的目的。能否在這段時(shí)間內(nèi)依然保證嚴(yán)密隔離就成為緊急隔離設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為此，此類閥門應(yīng)具備以下三點(diǎn)性能：
內(nèi)部泄漏量小。為了保證這一性能，首先應(yīng)考慮到閥芯和閥座的金屬面接觸，在著火時(shí)或著火后，閥體處于高溫之中，不管其密封結(jié)構(gòu)如何，彈簧力和外加壓力怎樣變化，都應(yīng)該保證這一點(diǎn)，應(yīng)認(rèn)為這是保證其精密關(guān)閉的關(guān)鍵。EBV優(yōu)先選擇本質(zhì)火災(zāi)型閥門-金屬硬密封閥，且閥座盡量為雙向密封。  
外部泄漏量小。為了盡量減小外部泄漏，考慮的方法有：采用能防火的閥桿密封材料（用石墨或金屬墊片），避免用較大的墊片式閥體連結(jié)。
有連續(xù)的性。燃燒后仍能正常工作的閥門，應(yīng)具有抗變形的能力，有抗損性。  
注：選擇燃燒持續(xù)時(shí)間為30分鐘，是因?yàn)檫@相當(dāng)于撲滅大多數(shù)煉油廠火災(zāi)所有需要的長(zhǎng)時(shí)間。持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的火情視為大火，比本試驗(yàn)預(yù)料的后果更為嚴(yán)重。(摘自API607-93)
另外EBV是否在火災(zāi)區(qū)域的界定，不考慮受其他泄漏源的影響。如果考慮泄漏或火災(zāi)的疊加，那么石化行業(yè)內(nèi)的主裝置區(qū)內(nèi)的所有控制閥均應(yīng)考慮防火。顯然目前不是這么做的。
閥體防火認(rèn)證之前分為三大系列：BS系列(BS5146-1971)、API系列(API607、API6FA)、ISO(ISO10497)系列，到現(xiàn)今BS已經(jīng)ISO10497所取代。所以目前主要是API和ISO兩大體系。
API607主要針對(duì)軟閥座閥門和1/4轉(zhuǎn)閥門；
API 607自1993年以來做過幾次升級(jí)；
93年的是第4版主要是針對(duì)轉(zhuǎn)¼周軟座閥門的耐火試驗(yàn)；
05年的是第5版也是針對(duì)轉(zhuǎn)¼周軟座閥門的耐火試驗(yàn)，但是測(cè)試的工況嚴(yán)格些，要求的指標(biāo)較多，較嚴(yán)格一些；第5版有兩版，一個(gè)為05年，一個(gè)為08年修訂；
10年的是第6版升級(jí)到針對(duì)轉(zhuǎn)¼周閥門和非金屬閥座閥門，指標(biāo)基本上和05一樣；
API 6FA主要針對(duì)API 6A（井口采油樹閥，6D（管線閥門-閘、截、止、球等）；
ISO10497針對(duì)所有用于火災(zāi)區(qū)的所有閥門。
關(guān)于火災(zāi)后泄漏量，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基本上一樣。

5緊急切斷閥閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類及用途
石油化工工程中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照驅(qū)動(dòng)動(dòng)力一般分為三種：氣動(dòng)、電動(dòng)、電液。
1、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)執(zhí)行一般應(yīng)用在大部分石化裝置中，具有輸出力矩大，，開啟速度快，可以做到FC或FO（故障型）等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是需要有凈化風(fēng)?？煞譃楸∧な健⒒钊?、撥叉式和齒輪齒條式。還可以分為單作用和雙作用兩種類型，其中雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)需增配事故空氣罐。由于可以做到事故型，常常被優(yōu)先選用。
2、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在石化儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中。優(yōu)點(diǎn)是體積小，輸出力矩較大時(shí)造價(jià)較低，另外不需要凈化風(fēng)。適用于公用工程條件不完善的場(chǎng)所，缺點(diǎn)是開啟速度較慢且做不到故障開或故障關(guān)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有二種類型，一般分為部分回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),前者主要控制需要部分回轉(zhuǎn)的閥門例如：球閥，蝶閥等角行程閥門，后者需要多圈數(shù)旋轉(zhuǎn)的閥門，例如閘閥等直行程。
3、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)是近年來新興起來的一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有輸出力矩大，開啟速度快，甚可以做到火災(zāi)關(guān)閥等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是需要配動(dòng)力油系統(tǒng)較為繁瑣，所占空間也往往比較大，易漏油等。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)耐火考慮：用于防火隔離場(chǎng)所時(shí)，除閥體需要耐火設(shè)計(jì)外，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)也需要設(shè)計(jì)成火災(zāi)型或耐火型（或叫防火型）。
火災(zāi)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)在正常工況下可以遠(yuǎn)程控制，但在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，如果該閥處于火災(zāi)區(qū)，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能會(huì)被損壞，這類執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常采用彈簧復(fù)位型。具體做法有：連接開閥氣源的供風(fēng)管一般采用耐日照的易熔斷線路，繞在執(zhí)行機(jī)構(gòu)周圍。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，氣路管路熔斷切斷氣源使閥門回到關(guān)閉狀態(tài)。另外一種做法是，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上加易熔塞，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，易熔塞熔化，氣缸失氣閥門關(guān)閉。易熔塞一般采用耐溫135-500°F（57-260℃）間金屬制作而成(中石化設(shè)計(jì)意見建議是250 ℃)。  
耐火型執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身就具有耐火性能。一種做法是：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外殼采用耐火材料或耐火涂料覆蓋，該材料在環(huán)境溫度急劇上升時(shí)，體積能急速膨脹，形成對(duì)熱浪的阻隔。根據(jù)UL1709的要求其耐火（1093℃(2000°F)）時(shí)間不小于30分鐘。選用這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，閥門配套附件，如電纜、氣源供風(fēng)管線等，均采用耐火型，以到達(dá)整體防火設(shè)計(jì)的要求。
電動(dòng)閥由于做不到FC，所以只能選用耐火型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。  

6SIL等級(jí)與緊急切斷閥配置方案
 
石化裝置SIL等級(jí)，根據(jù)IEC61508和IEC61511的規(guī)定：
完整性等級(jí)由低到高為SIL1~SIL4；
過程工業(yè)領(lǐng)域的完整性等級(jí)應(yīng)為SIL1~SIL3，石化裝置就屬過程工業(yè)。
切斷閥配置方案，根據(jù)GB50770的規(guī)定： SIL等級(jí)故障裕度（HFT）：GB50770的規(guī)定是根據(jù)IEC61511中規(guī)定的硬件故障裕度演變過來的。 注意：當(dāng)產(chǎn)品符合經(jīng)驗(yàn)使用原則時(shí)，HFT可減1。GB50770考慮到了該情況。
注：M取N硬件故障裕度=M-N；如：3取2硬件故障裕度為1。
電磁閥的冗余配置：
當(dāng)要求高安全性時(shí)，電磁閥應(yīng)按照“二取一”的方式配置，如下圖： 當(dāng)要求高可用性時(shí)，電磁閥應(yīng)按照“二取二”的方式配置，如下圖：