一、紧急切断阀的定义
关于紧急切断阀的定义,目前在标准规范中,有以下几个标准规范对紧急切断阀这个术语进行了定义,如:
《液化气体设备用紧急切断阀》(GB/T 22653-2008)第3.1条“紧急切断阀:安装在槽车、罐式集装箱、储罐或管道上,应急状况下,可手动或自动快速关闭的阀门”。
《低温介质用紧急切断阀》(GB/T 24918-2010)第3.1条“紧急切断阀:安装在罐车(槽车)、储罐或管道上,出现事故时,用手动或自动快速关闭的阀门”。
《液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定》(中国石化518号文)第3.1条“紧急切断阀(emergency shutoff valve):用于安装在液化烃球罐的进出口管道上,当罐区内发生火灾、泄漏等事故时能够快速及紧密切断(TSO)和隔离可燃及有刺激性有腐蚀性物料的开关阀。当球罐液位达到或超过高高液位限时,紧急切断阀能用于防止物料溢罐。从紧急切断阀到球罐管口之间除了接管外不得安装任何其它管件或阀门,其间距应符合配管安装、阀门修理和工艺要求。紧急切断阀应具有自动和手动关闭功能,手动关闭功能应包括控制室遥控手动关闭及现场手动关闭”。
二、有关紧急切断功能的设置要求
2016年出台的《国家安全监管总局关于印发遏制危险化学品烟花爆竹重特大事故工作意见的通知》(安监总管三〔2016〕62号)中进一步强调“自2017年1月1日起,凡是构成一级、二级重大危险源,未设置紧急停车(紧急切断)功能的危险化学品罐区,一律停止使用”。
应急管理部在2022年2月份下发《油气储存企业紧急切断系统基本要求(试行)》的通知》,对适用于油气储存企业在役的大型地上常压储罐紧急切断阀改造项目提出要求,“所有与储罐直接相连的工艺物料进出管道上均应设置紧急切断阀”。另外多个文件也提到设置紧急停车(紧急切断)功能的要求。
(1)构成一、二级重大危险源的化学品罐区;
(2)大型、液化气体及腐蚀刺激性化学品等重点储罐;
(3)液化石油气球形储罐的液相进出口;
(4)构成三级、四级重大危急源中的腐蚀刺激性气体、腐蚀刺激性液体和可燃气体等设施;
(5)腐蚀刺激性物料储罐、低温储罐和压力球罐的物料进出管道;
(6)液化烃储罐(非球形储罐也包含在内)底部的物料进出管道;
(7)装卸站内无缓冲罐的装卸管道;
三、紧急切断阀的选型
《石油化工自动化仪表选型设计规范》(SHT 3005-2016)第10.1.6条“当工艺对调节阀有紧密切断(TSO)要求或参与紧急切断联锁时,调节阀的允许泄漏等级应选择GB/T 4213 或 ANSI/FCI 70-2标准规定的V级或以上”;
第10.3.6.7条“在用于气动紧急切断阀的执行机构的气缸上应能加装易熔塞,易熔塞的熔点宜为75℃±5℃,当气缸温度达到或超过易熔塞的熔点时,易熔塞熔化将气缸内的压力泄放掉,使另一侧气缸内的弹簧或储气罐内的压缩空气推动活塞将阀门关闭”;
第10.3.7.11 条“用于电动紧急切断阀的执行机构及其附件应有防火措施,安装防火保护罩,防火保护罩应符合UL 1709标准,能够在1093℃下,反抗烃类火灾30分钟”;
第10.3.7.12 条“用于紧急切断阀的电动执行机构的动力电缆及信号电缆宜采取防火保护措施”。
《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T 3007-2014)第6.4.1条“液化烃储罐底部的液化烃出入口管道应设可远程操作的紧急切断阀。紧急切断阀的执行机构应有故障安全措施”
关于故障安全措施,条文解释有以下几种形式:(1)选用故障安全型单气缸气动执行机构;(2)选用双作用气缸气动执行机构时,配置事故空气罐;(3)选用电动执行机构时,采用UPS备用电源或自带蓄能装置的电动执行机构。
《石油化工仪表安装设计规范》(SH/T 3104-2013)第9.4.1条“用于紧急停车联锁的调整阀与开关阀可不设隔断阀和旁路阀”。
《石油化工罐区自动化系统设计规范》(SH/T 3184-2017)第 5.4.1.13条“用于联锁切断进料的紧急切断阀,应在火灾危急区外设置现场手动关阀按钮或开关,用于危急状况时现场手动操作”。
《关于进一步加强危急化学品建设项目安全设计管理》(安监总管三〔2013〕76号)第(二十二)项“腐蚀刺激性物料储罐、低温储罐及压力球罐进出物料管道应设置自动或手动遥控的紧急切断设施”。
《石油化工企业设计防火标准(2018版)》(GB50160-2008 )第6.4.2条 “站内无缓冲罐时,在距装卸车鹤位10m以外的装卸管道上应设便于操作的紧急切断阀”。
归纳以上的条文和标准规范,总结出紧急切断阀需要满足的选型条件如下:
(1)用于紧急切断阀的执行机构及其附件应有防火措施,安装防火保护罩,防火保护罩应符合UL 1709标准,能够在1093℃下,反抗烃类火灾30分钟;
(2)电动执行机构的动力电缆及信号电缆宜采取防火保护措施;
(4)紧急切断阀的执行机构应具有故障关闭功能;
(5)应在火灾危急区外设置现场手动关阀按钮或开关;
(6)腐蚀刺激性物料储罐、低温储罐及压力球罐的紧急切断阀应具有自动或手动遥控功能;
四、紧急切断阀和 SIS系统的关系
SIS系统(Safety Instrumented System安全仪表系统)属于企业生产过程自动化范畴,用于保障安全生产的一套系统,安全等级高于DCS的自动化控制系统。当自动化生产系统出现异常时,SIS会进行干预,降低事故发生的可能性。
实例如下图:
以苯储罐的设计为例,苯储罐采用“2选2”的逻辑结构,通过一台过程级雷达液位计与一台计量级雷达液位计实现液位测量,与高高、低低液位开关形成联锁条件,通过逻辑解算器( Logic Solver )运算,实现对安全联锁切断进、出口紧急切断阀动作的目的。
通过行业标准及生产实践设置符合要求的紧急切断阀,不断完善安全联锁保护系统对于维护生产装置安全生产、保护人员生命及财产安全等具有十分重要的意义,设计单位应做好紧急切断阀的选型及安全联锁保护设计等工作,使用单位在生产过程中不断地探讨与改进,使其应用更加合理化、规范化,必将能充分发挥其在安全保护方面的积极作用。
五、紧急切断阀的位置
1、关于储罐柔性连接
设置柔性连接的目的是为了解决储罐和管道的不均匀沉降问题,避免因沉降位移差而造成局部应力过大,破坏管道和设备的完整性。但同时其付出的代价就是管道结构的不连续,在一定程度上削弱了管道的整体强度,增加的两个法兰接口也成了两个潜在的泄漏危险源。因此,柔性连接其本质目的就是以牺牲部分强度为代价来换取不均匀沉降造成的位移补偿。
①GB 50160-2008(2018年版)石油化工企业设计防火标准
第6.2.25条﹣储罐的进出口管道应采用柔性连接。
②SH/T 3007-2014 石油化工储运系统罐区设计规范
第5.3.10条﹣储罐的主要进出口管道,应采用柔性连接方式,并应满足地基沉降和抗震要求。
第6.2.5条﹣与储罐连接的管道应采用柔性连接方式,并应满足抗震和防止储罐沉降的要求。不宜采用软管连接。
2、切断阀、柔性连接安装顺序问题
5.5危险化学品储罐
5.5.1在有毒物质储罐、液体危险化学品大型储罐的进、出口管道靠近储罐根部位置,应设置Ⅲ类紧急切断阀。紧急切断阀的就地操作按钮应设置在储罐组防火堤外。
5.5.2在液体危险化学品压力储罐进、出口管道上,应设置Ⅲ类紧急切断阀。紧急切断阀宜靠近储罐安装,其就地操作按钮应设置在储罐组防火堤外。紧急切断阀应能适应罐组内潜在泄漏源及相邻储罐介质泄漏时所产生的最低温度。
5.5.3当可燃液体、易燃液体储罐或储罐组构成一级或二级重大危险源时,其内的每一座储罐,均应在储罐的进,出口管道靠近储罐根部的位置设置Ⅲ类紧急切断阀,紧急切断阀的就地操作按钮应设置在储罐组防火堤外。
5.5.4当储罐进、出口管道设有柔性连接时,紧急切断阀应设置在储罐与柔性连接之间。