球形儲罐是液態烴儲存常用的壓力容器, 是工廠危險性較高的輔助生產單元之一。近年來, 隨著人們安全環保意識的提高, 用于安全環保方面的投資越來越大。針對球形罐區緊急切斷閥系統采取的防火措施越來越多, 哪些是必需的, 哪些是可以簡化的, 哪些又是可有可無的, 也成為廣大設計人員討論越來越多的話題。

本文以近期設計的某石化公司大型液態烴球形罐區為例, 介紹了兩種注水流程方案及緊急切斷閥在防火設計選型上的異同點及其注意事項。

      1) 常見液態烴球形儲罐進出料及注水工藝管道儀表流程如圖1所示, 該項目設計液態烴球形儲罐進出料及注水工藝管道儀表流程如圖2所示。液態烴物料自球形儲罐底部進出料, 管道上一般設總切斷球閥EBV-01, 根據相關安全規范, 為阻止事故狀態下大量液態烴物料的泄漏, 罐底應采取緊急注水措施, 其注水管道上一般設緊急聯鎖球閥EBV-02。為保證安全, 球閥EBV-01, EBV-02應采用氣動執行機構、氣源中斷時關閉型 (FC) 閥門。

       2) 流程方案2與流程方案1的區別。流程方案2與流程方案1相比較, 不同點在于: 一是在EBV-01前后增加了手動隔離閥V₁, V₂;二是注水點由EBV-01之前移到了EBV-01與球罐之間。

        3) 流程方案2在日常操作上的優點。由于在EBV-01前后增設了手動隔離閥V₁, V₂, 增加了操作上的靈活性, 所以流程方案2最大的優點是閥門故障需要維修時可以隨時移出更換。由于罐區各儲罐都設有備用罐, 對各單體罐來講, 都不屬于嚴格意義上的連續生產過程, 因此EBV-01閥門沒有設置旁通閥。

       1) 方案1的注水點設計分析。該流程下, 非正常生產情況時, 由于某種原因, 當確認出現液態烴物料從罐底管道處泄漏或著火時, 為避免液態烴的泄漏形成爆炸性氣體云團, 進而引起爆炸等次生災害的發生, 將要求緊急停車系統 (ESD) 緊急啟動注水系統并打開緊急聯鎖球閥EBV-02, 將水經切斷閥EBV-01注入球罐內, 在球罐內形成一定的水位, 從而阻止液態烴的進一步泄漏。由于切斷閥EBV-01在工藝事故狀態 (需要閥門打開) 與氣源故障狀態 (氣源故障時閥門關閉) 時的閥門開關位置不一致, 故切斷閥EBV-01除了要求閥體、密封件應具有防火結構外 (如閥體應采用金屬硬密封, 密封材料采用石墨材料等) , 氣動執行機構及其附件、電纜等也應采取防火保護措施, 并配帶儀表風罐。

       2) 流程方案2的注水點設計分析。該流程下, 非正常生產情況時, 由于某種原因, 當確認出現液態烴物料從罐底泄漏或著火時, 為避免液態烴的泄漏形成爆炸性氣體云團, 進而引起爆炸等次生災害的發生, 將要求ESD緊急關閉切斷閥EBV-01, 并緊急啟動注水系統及打開EBV-02閥。從注水流程看, 水不經過切斷閥EBV-01, 而是經過EBV-02閥直接注入球罐內。對切斷閥EBV-01來講, 工藝事故狀態下的閥位 (關閉) 與其氣源故障時的閥位 (關閉) 狀態是一致的, 故切斷閥EBV-01僅要求閥體、密封件等應具有防火結構外, 閥門氣動執行機構及其附件等并無強制防火要求, 也不必配帶儀表風罐。

       1) 液態烴球形儲罐緊急注水點方案設置的不同, 對緊急聯鎖閥門防火結構, 特別是氣動執行機構, 其要求也不同, 因此, 緊急聯鎖閥門選型設計時應具體問題具體分析。應采用防火結構的場合就必須設計防火結構, 而對于沒有必要采用防火結構的閥門, 也應盡量避免不必要的浪費。

       2) 實際上, 無論采用注水點1的方案, 還是采用注水點2的方案, 從安全角度考慮, 注水管道上的EBV-02閥安裝在防火堤內時, 建議選用防火型結構, 即要求EBV-02閥體、閥門密封件應具有防火結構, 應符合API 607或API 6FA耐火試驗標準要求, 且閥門氣動執行機構及其附件、電纜等應采取防火保護措施, 并配帶儀表風罐。

       3) 如果有條件, 建議將EBV-02閥安裝在球形液態烴儲罐的防火堤外, 該情況下, 閥門就可以不必采用防火保護措施。

       4) 儀表風罐的容積應滿足執行機構動作2個全行程所需的風量。推薦的儀表風罐容積計算公式如下:

V=2C (p₁+0.1) V₁/ (p-p₁)

式中: V——儀表風罐最小凈體積, 單位L或m³均可;V₁——氣動閥門執行機構氣缸的最小凈體積, 單位與儀表風罐相同;C——安全系數, 根據相關資料推薦, 可取1.2;p₁——氣動執行機構所需要的最小儀表風壓力, MPa (G) ;p——儀表風罐最低工作壓力, MPa (G) 。

       5) 緊急切斷閥EBV-01, 應在防火堤外設置現場手動關閥按鈕或開關, 用于危險情況時現場手動操作。建議EBV-02閥的緊急開閥按鈕或開關設置在注水泵附近, 以縮短注水閥啟動時間。

      6) 緊急切斷/聯鎖閥EBV-01和EBV-02的氣動執行機構的電磁閥不應帶現場手動復位裝置, 應采用控制室邏輯復位。

      7) 液態烴球形儲罐用緊急切斷閥的全行程時間不應大于5 s。

      8) 在氣動緊急切斷閥儀表氣源故障位置與安全聯鎖位置一致時, 在氣動執行機構的氣路上設置易熔塞是一種簡單可靠的火災安全措施。

      9) 防火堤內的多臺緊急聯鎖閥相鄰布置安裝時, 建議采用防火堤外共用儀表風罐等的措施, 以降低項目投資。