目前很多企業(yè)存在罐根閥、緊急切斷閥、金屬軟管、工藝操作閥混用,安裝不規(guī)范等問題,關(guān)于這幾類閥門的布置也一直存在很多誤區(qū)和爭議,罐根閥可以當(dāng)作緊急切斷閥嗎?是不是緊急切斷閥一定放在罐根呢?金屬軟管和緊急切斷閥哪個在前哪個在后呢?工藝操作閥是否可以同時兼做緊急切斷閥呢?等等等等,那么本文結(jié)合個人多年工作經(jīng)驗(yàn),和大家一起探討下罐根閥、緊急切斷閥、金屬軟管、工藝操作閥應(yīng)該如何布置,并就此類閥門的選型規(guī)則進(jìn)行分享,幫助我們走出誤區(qū),答疑解惑。
現(xiàn)在很多設(shè)計單位和企業(yè)都比較困惑的是,在儲罐罐根的進(jìn)出口管道中,關(guān)于罐根閥、緊急切斷閥、金屬軟管(大拉桿)等相互之間的布置,到底有沒有一定的布置順序呢?今天我就來探討一下罐根管道的閥門布置問題。在對該問題進(jìn)行深入探討之前,需要明白各種閥門和金屬軟管的主要功能,讀懂了這些就能大大有助于理解文中后續(xù)部分的思路。
1、罐根閥
罐根閥,顧名思義就是安裝在罐根的第一道閥門,這里的罐根閥并非說的是閥門類型,而是根據(jù)位置衍生出來的一種專用叫法,即不管是什么類型的閥門(包括緊急切斷閥),只要安裝位置處于罐根,都可以稱為罐根閥。
罐根閥由于是緊挨著罐壁法蘭的第一道閥門,其主要功能在于實(shí)現(xiàn)罐設(shè)備本體和連接管道的物理隔離,并且這種隔離一般是在非突發(fā)性事故狀態(tài)下,為了檢修或者其他目的而進(jìn)行的主動性隔離,其在儲罐正常運(yùn)行中是保持長時間開啟狀態(tài),只有在罐本體檢修、管線維修或者需要隔離物料時,罐根閥才進(jìn)行關(guān)閉操作。
2、緊急切斷閥
緊急切斷閥,這里的緊急切斷主要就是指聯(lián)鎖報警或事故狀態(tài)下,對儲罐進(jìn)出口管線的物料進(jìn)行的一個緊急切斷操作。
目的有兩個,其一是維持儲罐本體的物料在一個極限范圍之內(nèi),其二是當(dāng)罐區(qū)周邊發(fā)生火災(zāi)時或管道泄露時,及時隔離儲罐與外界的連通,保護(hù)儲罐免受外界的不利影響。所以關(guān)于緊急切斷閥,我們需要知道他的兩個特性,第一,非正常狀態(tài)下才啟動,也就是說,在儲罐正常進(jìn)出物料中,緊急切斷閥是保持開度狀態(tài)的。第二,緊急快速切斷,換句話說,該閥只能用于完全切斷,不能用于調(diào)節(jié)。工藝操作需要調(diào)節(jié)的話,只能再另外安裝一個供調(diào)節(jié)用的閥門。
3、金屬軟管
金屬軟管,罐區(qū)采用金屬軟管,其本質(zhì)是柔性設(shè)計的替代產(chǎn)物,在《GB50160-2018石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.25條中,明確提出了儲罐的進(jìn)出口管道應(yīng)采用柔性連接。在條文說明中,其主要的目的是為了解決儲罐和管道的不均勻沉降問題,也就是說,金屬軟管的使用純粹是不得已而為之的策略,是為了解決儲罐和管道的不均勻沉降問題,避免因沉降位移差而造成局部應(yīng)力過大,破壞管道和設(shè)備的完整性。
但同時其付出的代價就是管道結(jié)構(gòu)的不連續(xù),在一定程度上削弱了管道的整體強(qiáng)度,增加的兩個法蘭接口也成了兩個潛在的泄漏危險源。所以,關(guān)于金屬軟管的使用,其本質(zhì)目的就是以犧牲部分強(qiáng)度為代價來換取不均勻沉降造成的位移補(bǔ)償。
4、工藝操作閥
工藝操作閥,之所以再額外增加這個工藝操作閥,也是企業(yè)罐區(qū)現(xiàn)場作業(yè)流程中不可缺少的一環(huán),這個工藝操作閥可以是手動的,也可以是遠(yuǎn)傳遙控的,其主要作用就是在儲罐進(jìn)出物料的日常運(yùn)行中,需要頻繁的開關(guān)操作進(jìn)行物料的輸送和切斷。
關(guān)于工藝操作閥能不能兼做緊急切斷閥呢?這個要根據(jù)具體問題具體分析,因?yàn)闋可娴街卮笪kU源、SIS系統(tǒng)、以及SIL評估和SIL定級等,本文不再展開討論。
明白了以上幾個部件的作用和特性,我們就可以繼續(xù)進(jìn)入正題環(huán)節(jié),我們按照從罐根開始向外擴(kuò)展的順序來一一解析。
如果我們把罐根閥設(shè)計為常開的閘閥,有朋友就問了,如果我把緊急切斷閥放在罐根呢,因?yàn)榫o急切斷閥也是保持常開狀態(tài)的,所以放在罐根貌似也沒問題吧?
這個問題我們可以從反面去探討,緊急切斷閥一般都是聯(lián)鎖機(jī)構(gòu),如果構(gòu)成重大危險源的話,還要進(jìn)入SIS系統(tǒng),另外這種緊急切斷閥都帶有執(zhí)行機(jī)構(gòu),如電動、氣動或液動等,并且還要具有FC(故障關(guān))功能。帶著這么多功能附件的緊急切斷閥,其本身的故障率也就大大增加了,所以一旦發(fā)生故障,由于緊靠罐根的緣故,是無法下線檢修的,除非清罐。但是如果發(fā)生故障的緊急切斷閥恰好位于物料出口管道的話,清罐也無法實(shí)現(xiàn),因?yàn)榈沽系墓艿辣欢滤懒?。所以帶?lián)鎖功能的緊急切斷閥是不建議設(shè)置在罐根的。因?yàn)檫@并不是一個最優(yōu)方案,緊急切斷閥完全可以不必放在罐根,而且在滿足安全要求的情況下,能避免出現(xiàn)上述不必要的問題。
擴(kuò)展知識
罐根閥的選型,最基本的選型原則就是穩(wěn)定可靠故障率低,罐根閥的狀態(tài)通常為常開,也就是說當(dāng)一個閥門保持常開狀態(tài)時(周期可達(dá)幾年),依然可以保持功能完整,具備隨時關(guān)閉的能力。
我們以常用的三種閥門類型:閘閥、蝶閥和球閥做對比:
閥門類型 密封性 閉合行程阻力 啟閉時間 可靠性
閘閥 優(yōu)良,密封面受介質(zhì)的沖刷和侵蝕小 最小 省力 較高
蝶閥 較差 較大 迅速 一般
球閥 差 較大 迅速 一般
閘閥相對于蝶閥和球閥來說,密封性能優(yōu)良,閘板在閉合行程中阻力最小,并且閘板的升降是通過螺紋絲杠的機(jī)械式助力機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的,相比較而言,蝶閥的閥瓣和球閥的閥球在長期保位后,存在銹蝕被卡塞的可能,阻力較大。雖然閘板也存在阻力,但閘板的行程是上下直線運(yùn)動,摩擦接觸面積較小,而蝶閥和球閥的閉合件做的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,摩擦接觸面積較大,可靠性大大降低,閘板閥門也有它的劣勢,那就是關(guān)閉行程的時間太長,尤其是管徑較大的閥門,一般都是配置了帶蝸桿的助力機(jī)構(gòu),整個行程下來非常耗時。綜合比較而言,在罐根布置常開的閥門時,采用閘板閥門具有一定的比較優(yōu)勢。
我們接著討論金屬軟管的問題,金屬軟管的主要目的是解決儲罐和連接管道的不均勻沉降問題,所以金屬軟管的布置只要不離罐根太遠(yuǎn),就能達(dá)到其功能目的。但是關(guān)于金屬軟管布置最多的問題不是軟管本身的問題,而是當(dāng)它和緊急切斷閥同時存在時,相對位置該如何布置的問題。換句話說,金屬軟管應(yīng)當(dāng)布置在緊急切斷閥之前還是之后?
緊急切斷閥顧名思義,就是在緊急情況下用來切斷儲罐物料進(jìn)出的閥門,這里的切斷還有一層隔離的意思,目的是當(dāng)外界周邊發(fā)生緊急情況時(比如火災(zāi)),徹底阻斷并庇護(hù)儲罐這個重大危險源,以防止火災(zāi)波及儲罐,造成更嚴(yán)重的二次事故。所以遵循這個原則,我們完全可以肯定一點(diǎn),就是從緊急切斷閥直至罐根之間是不允許存在分支管線的,并且中間法蘭數(shù)量盡可能的少,因?yàn)槎嘁坏婪ㄌm,也就多一道潛在的泄露源。而金屬軟管一般采用法蘭連接,命中注定會增加兩道法蘭口的,所以如果把金屬軟管放在緊急切斷閥之前,無疑增加了兩個潛在的泄露源。
將金屬軟管放在緊急切斷閥之前,除了增加了兩個潛在的泄露源之外,還有一個更為嚴(yán)重的隱患問題,那就是在事故下結(jié)構(gòu)完整性的問題,典型的就是周圍的流淌火帶來的危險因素。這個要從金屬軟管本身的結(jié)構(gòu)說起了,金屬軟管一般內(nèi)層采用波紋管,外層采用鋼絲網(wǎng)套組成,在常溫下保持一定的強(qiáng)度沒有問題,但是一旦處于火災(zāi)的烘烤之下,這種結(jié)構(gòu)并不耐火,持續(xù)高溫下,其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性大大降低,直至泄露失效。
事故案例
在2008年西南某省的一個儲罐發(fā)生大火,其罐根的金屬軟管在高溫的炙烤下,直接斷裂了,如下圖:
所以,將金屬軟管放在緊急切斷閥之前個人建議是不可取的,存在一定的安全隱患。
通過以上所述,基本明確了罐根閥、緊急切斷閥和金屬軟管的布置順序,即儲罐罐口法蘭→罐根閥→緊急切斷閥→金屬軟管。
那么還有一個工藝操作閥,工藝操作閥只要滿足工藝要求就行了,其位置通常位于金屬軟管之后,因?yàn)槿绻贾迷诮饘佘浌苤暗脑?,那么金屬軟管的位置就離罐壁比較遠(yuǎn)了,這樣的話,解決不均勻沉降的功能就弱化了。
最后一個問題,就是金屬軟管和大拉桿該怎么選擇的問題,其實(shí)這個問題的本質(zhì)就是力學(xué)上的一個撓度問題。
我們知道罐根管道出入口的柔性設(shè)計,如果采用金屬軟管的話,就是一個彎曲撓度的問題。撓度是和軟管的直徑和長度有關(guān),在長度一定的情況下,直徑小的金屬軟管,容易彎曲,隨著直徑的增加,撓度趨于下降,達(dá)到一定極限值后,幾乎變成剛性的管了。所以罐根軟管的選型設(shè)計,根據(jù)管道直徑尺寸和要求的沉降值來進(jìn)行設(shè)計,并且參照《SH/T3412-2017石油化工管道用金屬軟管選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》《GB/T14525-2010 波紋金屬軟管通用技術(shù)條件》來進(jìn)行選型驗(yàn)證,如果罐區(qū)現(xiàn)場的安裝距離無法滿足金屬軟管長度的話,只能選擇大拉桿來安裝。
大拉桿和金屬軟管典型應(yīng)用
某外企工程公司通常的做法是DN350以上的采用大拉桿,DN300以下的采用金屬軟管,這樣能大大節(jié)省占地面積。
以上內(nèi)容源自個人在工作中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié),僅供大家參考,歡迎評論區(qū)一起探討交流,如有不足之處,歡迎指正!
作者:閆長嶺(青島麗東化工有限公司高級工程師)
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