如何正确设计和选用紧急隔离阀EBV?

2022/3/15 0:26:05 人评论 次浏览 分类:控制阀  文章地址://www.e-cumulus.com/tech/4147.html

近些年来,紧急隔离阀EBV(emergencyblockvalve)的概念,通过国外的工艺包设计(PDP),前端工程设计(FEED),以及EPC项目招标文件(ITB),逐渐被国内的工程设计人员接受和熟悉,并在国内的工程项目中得到广泛的应用。但是很多设计人员只知其然,并不了解其中一些技术要求的出处,本文通过介绍EBV在比较有权威性的国际标准规范中的描述,帮助广大工程设计人员全面地了解EBV技术要求的背景资料,并正确合理地设计和选用紧急隔离阀。

1、紧急隔离阀相关术语

与紧急隔离阀相关的术语有以下几类。
1)泄漏源(leaksource)。是指可能泄漏并释放出形成爆炸性混合物的物质所在的位置或地点。
2)火灾区域(firezone)。是指在紧急情况下(发生泄漏或火灾)因不安全而不宜进入的区域,其大小不应小于以泄漏源为中心,半径为7.6m的范围。
3)防火(fireproofing)。防火是个系统性的过程,包含设计、材料选择和材料应用,为受保护的物体或聚集体提供一定的火灾抵御能力。
4)EBV。是在发生泄漏或火灾事故时,用于切断并隔离可燃性或有毒性介质的阀门。EBV的类别与火灾泄漏源和阀门之间的距离有关,通常分为A,B,C,D四种类别。
a)A类EBV安装在设备上,手动操作。在发生泄漏事故时,A类EBV的安装位置不会发生燃烧。
b)B类EBV的安装位置距离泄漏源至少7.6m,在发生泄漏事故时,B类EBV的安装位置会发生燃烧。B类EBV靠手动操作,尺寸在DN200(包括)以下,压力等级在CL300以下。该类阀门距离地面的安装高度应满足操作便利性的要求,如果阀门安装无法在地面上,应设置不高于4.6m的阀门操作平台。
c)C类EBV是通过动力执行机构操作的B类EBV。通过执行机构操作的尺寸大于DN200或者压力等级大于CL300的EBV。C类EBV应安装在火灾区域之外,距离泄漏源至少7.6m,距离地面高度不超过4.6m。阀门在现场可以方便地被操作。
d)D类EBV具有远程操作功能。D类EBV的安装位置没有特别的限制,但是远程操作的地点与泄漏源的最小距离是12m,并位于火灾区域之外。在火灾区域范围内的D类EBV的执行机构、电缆和气管都要求是防火规格,或者是防火设计,能够保证阀门在火灾条件下正常地被操作。另外,穿线管支架、气源管支架、电缆支架均要求防火。

2、通用性的EBV设置导则

2.1 压缩机
功率超过147.10kW以上,或者在可燃性或有毒性介质环境中使用的压缩机,一般要求设置EBV。所有的压缩机入口和出口管道都需要设置EBV。级间设备中驻留液体量超过3.8m3的多级压缩型压缩机,级间设备的进出管道上需要设置EBV。

2.2 泵

对于配置密封系统的泵,上游设备中驻留的轻组分介质或碳氢物(操作温度超过其自燃温度或316℃)液体量超过7.6m3,一般需要设置EBV。
上游设备中驻留碳氢物液体量超过15.2m3的泵,一般需要设置EBV。
高压泵的出口应设置EBV,用于逆流保护。

2.3 容器设备

容器设备应与潜在的泄漏源,例如泵、压缩机、换热器及其他加热型设备等,能够相互隔离。
容器设备中液体的密度虽然比轻组分大,但操作温度高于其闪点,也需要设置EBV。

2.4 加热炉

加热炉(包括锅炉)的各条燃气或燃油管道上都需要设置EBV。
加热炉通常需要设置一个手动的EBV,与自动的SIS安全联锁阀配合使用。在完成安全联锁测试、确认所有的参数与功能满足要求后,首先人工复位EBV,最后再把SIS安全联锁阀打开、把安全联锁投入自动状态。含有可燃性介质的各条进加热炉的管道都需要设置EBV。EBV应布置在加热炉的防火墙之外,或布置在防火分区之外。

3、紧急隔离阀选择原则

安装在防火分区内、介质是可燃性液体的阀门应选择火灾安全型阀。金属密封型切断阀一般能够满足API608或API6FA标准的火灾安全测试,例如连接方式是法兰、螺纹及焊接的闸阀、球阀、高性能蝶阀等。但是,阀门内部的防火型石墨填料及密封材料,并不能完全保证阀的火灾本质安全。另外,该类阀门也不能完全保证内部的其他金属部件在火灾中幸存完好。软密封型切断阀应通过API607标准的耐火测试,或其他等同标准的耐火测试。止回阀不能用于EBV。同样,连续操作的调节阀一般也不能用于EBV。

4、EBV执行机构选择原则

应根据力矩条件、动力条件以及事故安全的要求选择EBV的执行机构。
首选事故安全型、单作用型的气缸执行机构,也可以选择双作用型气缸或者电动执行机构。应考虑通过热(火)触发阀门自动关闭。
EBV的关闭速度应根据应用场合的要求,尽可能地快,但不能损伤阀或造成管道系统液压冲击,如水击。阀的关闭曲线需要程序化设置。
EBV的手轮与传动机构应匹配,施加在EBV手轮上边缘的开关阀的作用力不应超过445N(100lbs)。为了操作的便利性,阀门可设置操作平台,操作滑轮等设施。EBV操作机构和手轮的方位应离向危险区域。
作为操作阀的基本要求,阀门全开与全关位置的指示标志应在操作人员的视角范围内。
对于直行程阀,如果需要设置阀门位置开关,优先采用趋近式开关,对于旋转行程阀,优先采用直接安装在曲轴上的趋近式密封型微动开关。也可以采用模拟量信号输出的阀行程传感器,与位置开关配合使用。

4.1 电动执行机构

电动执行机构首选与闸阀相配。对于电动执行机构,一旦失去电源,阀门将会固定在原位。因此,位于火灾区域的电动执行机构型EBV,不管什么类型的阀,执行机构必须防火。同时,火灾区域内的电缆也应是防火型电缆。耐火型(fire—rated)电缆也是可选项。
对于火灾紧急切断的场合,关闭阀门比保护执行机构电机更为重要,因此,电动执行机构应考虑以下的接线方案: 
1)旁路掉关位置的扭矩开关,使用关位置的位置开关。
2)旁路掉控制回路中的熔断器。
3)旁路掉过热保护功能。
4)旁路掉电机线路中所有的热敏电阻。
5)电动执行机构与阀门的啮合部件应能承受电机的堵转扭矩。
电动执行机构的电源应考虑备用电源,备用电源可以是电池,UPS或独立的供电回路。电机的扭矩应满足预期的负荷,并考虑发泡型防火涂料的隔热影响、操作温度及环境温度的影响,以及阀门的类型。

4.2 气动执行机构

气动执行机构首选与角行程阀,如金属密封球阀、高性能蝶阀相配。对于气动执行机构,仪表气源无风就是事故安全。

4.2.1 火灾事故安全型EBV

在正常情况下,火灾事故安全型EBV可以远程操作,但在火灾情况下,阀门能够自动关闭。推荐采用金属密封型球阀,配置弹簧复位型气缸执行机构,执行机构安装在阀门的顶部位置。执行机构的气路管采用防日晒型聚乙烯材料,气管缆缠绕在执行机构周围。也可以采用易熔塞。
火灾事故安全型EBV在火灾的情况下,气路管材料受热(火)熔化,触发阀门自动关闭。这种EBV可以不需要防火保护。

4.2.2 火灾可操作型EBV

火灾可操作型EBV采用金属硬质材料的气动接管(非软质材料),并要求采取防火措施。执行机构采用弹簧复位型,或者双作用气缸型。如果采用双作用气缸型执行机构,还需要配置止回阀、仪表风事故罐等一系列气路元件。

4.3 电液执行机构

如果没有仪表气源,但仍要求火灾事故安全,可以考虑采用电液执行机构型EBV,并带弹簧复位功能,使阀门具备事故安全的特性。

5、EBV的防火

EBV的气源管路、关键的电子线路、就地操作柱面板以及执行机构,应能够承受1093℃的石油火灾温度,内部的电子控制元件和电路应能够保持低于93℃,并且至少能够维持30min。关键电子线路是指保证阀门关闭的电路,包括控制电路中的变压器,一次或二次接线等。防火保护采用的材料(如防火罩)应能够承受持续喷射的消防水的冲击,并能够防风雨及防日晒。
有两种情况可以不要求防火保护: 执行机构是熔断型气路结构,并在上述的火灾条件下阀门能够自动关闭;阀属于事故安全型,即使在执行机构失效的情况下,阀也能自动关闭。

6、EBV操作按钮柱

EBV操作按钮柱应布置在EBV附近、火灾区域以外位置,并能方便人员远程操作。
如果一个EBV配置了多个操作按钮柱,操作按钮柱应并联连接,相互独立,其中一个操作柱出现故障或失效,其他的操作柱仍然具有操作功能。

在布置EBV操作按钮柱时,应考虑以下关键要素: 

1)按钮距离地面的高度,在地面上对按钮具有可操作性。
2)布置在最可能的疏散通道上。
3)布置在潜在火灾源的上风位置。
4)布置位置远离地面的液体排放口。
5)布置位置与火灾区域有一定的相关联系,与EBV的最短距离是15-30m。
EBV操作按钮柱的设置位置应避免发生因人为或环境因素引起的误动作。
EBV操作按钮柱的颜色应独特醒目,在火灾发生、且需要紧急操作时容易辨认。EBV操作按钮柱应考虑设置永久性的识别铭牌,铭牌内容包括EBV位号、用途、及安装位置等。

7、结束语

有些紧急隔离阀的国际标准规范具有一定的参考意义和推荐性,但并不针对具体的工程项目。工程设计人员应根据具体工程项目中详细定义的要求,强制执行的合同条款,以及国家或地区、行业或业主的行政指令,合理地制订EBV的设计策略。
作者:陈怡(男,1986年毕业于洛阳工学院自动化系,现就职于中石化洛阳工程有限公司,教授级高级工程师)

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