緊急隔斷閥（EBV）在現代化大型煉油化工裝置上的設計探討

關於緊急隔斷閥_EBV_在現代化大型煉油化工裝置上的設計探討 近年來，在工程設計階段對火災的預警以及發生火災後盡量減少損失的措施有著很高的要求。在這些措施中既有完整、獨立、高級別安全等級的火災及氣體檢測系統（FGS）的設計，也有像緊急隔斷閥EBV（EmergencyBlockValve）這樣的火災防範儀錶設備的設計。如果說FGS的設計更偏重於火災的預警和聯動，那麼EBV閥的設計則更側重於火災發生後通過操作相應的儀錶設備有效降低火災造成的損失以及有效避免惡性安全事故的發生。筆者擬從設計角度探討性地闡述EBV閥在現代化大型煉化裝置上的應用。

1 高火災危險設備和火災危險區的定義

由於EBV閥的設計與裝置的火災防範有著密切的關係，因此從工藝和安全形度講，必須首先定義高火災危險設備和火災危險區域，以便確定何處需要設置EBV閥。

不同的標準規範對於高火災危險設備和火災危險區域的具體定義有所不同，以下列舉一個典型的定義來加以說明。

高火災危險設備包括：輸送烴類等可燃液體能力超過45m3/h的機泵；可燃氣體壓縮機功率大於150kW；通過爐管加熱可燃液體的加熱爐；內部的可燃液體溫度超過315℃或已經超過自燃溫度的容器或換熱器；內部壓力大於3.45MPa，模式為放熱反應的烴類反應器等。

火災危險區域包括：距離高火災危險設備水平9m或垂直12m範圍內的區域；距離裝有可燃介質球罐9m範圍內的區域等。

2 EBV閥的基本設置原則和安全作用

EBV閥通常設置在高火災危險設備緊鄰的出入口工藝管線上，其具體位置一般由工藝或安全專業確定。設置的基本原則應當首先能夠充分滿足隔離操作的要求，同時由於火災發生時，過火區域會產生很高的溫度，因此在滿足隔離操作要求的前提下，為了保證EBV閥更好的使用性，其設置應儘可能遠離火災危險區。

當某台高火災危險設備或與其相鄰的工藝管線出現泄漏並發生火災時，操作人員或者工藝聯鎖可以通過及時關閉該設備出入口管線上的EBV閥實現隔離該設備的目的。上游設備向該設備繼續輸入可燃介質的通道將被有針對性地及時切斷，泄漏介質和著火區域面積會在第一時間內得到有效地控制，進而給下一步的消防滅火工作創造有利條件，從而避免惡性安全事故的發生，這也正是EBV閥的安全作用所在。

3 EBV閥的設計及選型原則

3.1 EBV閥的閥型選擇

由於EBV閥屬於有嚴密關斷（TSO）要求（ANSIClassⅤ以上）的切斷閥，因此通常來講，儀錶專業所選取的EBV閥大多以閘閥、球閥和三偏心蝶閥（應用於壓力等級為ANSI600#以下的工藝管線）為主。

閘閥是一種相對比較古典的選型方案，與三偏心蝶閥相比，其主要的缺點如下：閥體笨重且安裝尺寸較大；填料密封存在較為嚴重的泄漏問題；偶爾動作時較容易卡住。

隨著科技的發展，三偏心蝶閥以其卓越的性能（尤其是轉動力矩大、密封及關斷性能好等特點）正在越來越多地在中低壓工藝管線上取代閘閥，特別是在大口徑管道上應用時，蝶閥本身更具有輕便、易於安裝維護、價格便宜等優勢。

比較而言，EBV閥在閥體尺寸上通常要普遍大於工藝用聯鎖切斷閥。大型煉化裝置內高火災危險設備的定義意味著大多數EBV閥所在的工藝管線尺寸都很大，例如大型離心式壓縮機的出入口管線通常都在12"（註：1"=25.4mm，下同）以上，甚至有可能會超過40"，一些大型儲罐及換熱器的出入口管線尺寸也大多在8"以上，只有一些機泵出入口的管線可能在6"以下。

鑒於EBV閥本身的重要性以及其在安裝尺寸和操作上的特點，同時考慮到經濟性的因素，其基本的閥型選擇原則如下：

管道壓力等級小於ANSI600#時，8"和8"以下的工藝管線上選用球閥或閘閥；8"以上的工藝管線上選用三偏心蝶閥。

管道壓力等級不小於ANSI600#時，8"和8"以下的工藝管線上選用球閥或閘閥；8"以上的工藝管線上選用閘閥。

3.2 EBV閥的防火設計和選型

與普通的切斷閥相比，EBV閥最大的不同在於對防火設計的高要求，這也是EBV閥在火災發生後，能在相當長的時間內（一般不低於30min）隔離高火災危險設備的關鍵所在。大型煉化裝置由於經常受到平面布置、佔地面積及工藝管線走向等因素的影響，因此EBV閥通常很難真正做到遠離火災危險區域。根據以往國外大型裝置的經驗，大多數EBV閥不得不設置在火災危險區域之中。這就意味著，當火災發生時，EBV閥所在的著火區域很快就會處於高溫燒烤之下，能否在30min內依然保證嚴密關斷及操作效果，也就成為EBV閥防火設計的關鍵所在。

提到調節閥的防火設計，就必須對API607這一國際公認的閥門火災測試規範進行一定的說明。事實上，能否拿到滿足API607的防火資質證明也是EBV閥是否滿足防火設計要求的重要標誌之一[1]。

API607中對於如何進行閥門的火災測試有非常詳盡的描述，對於測試後的評判標準也有著明確的規定。為了便於理解，現將典型的測試程序及評判標準簡述如下。

3.2.1 典型測試程序

圖1所示為API607標準中提供的典型測試原理圖，被測閥門的上游管線連通到一個帶壓的工藝系統，該系統中的帶壓介質為水。被測閥門的下游通過1台泄放閥連通到一個常壓冷凝器和一個常壓校驗水箱。被測閥門的下方是一個連通到燃料系統的火焰噴射裝置。整個測試系統配備了必要的壓力、液位和溫度檢測儀錶、安全閥以及增壓設備。

測試開始前先將被測閥門置於全關狀態，上游系統增壓穩定至測試壓力點，同時打開泄放閥並將下游校驗水箱清空。此時對水罐液位讀數進行記錄。

測試分兩步進行，第一步為閥門靜態泄漏測試（燃燒測試），測試開始後，首先點燃火焰噴射裝置，2min內火焰溫度即可達到測試所需要的760℃。一旦溫度達到760℃就進入測試計時階段，即每隔30s對上游管道壓力、閥體上安裝的熱量計、火焰溫度計以及閥體上安裝的壓力表的讀數進行記錄。30min後熄滅火焰，收集校驗水箱內的水並統計體積容量。閥門靜態泄漏測試結束。

緊接著進行第二步———操作測試，關閉泄放閥，在上游管線繼續保持測試壓力的情況下將被測閥門由全關打到全開，再由全開打到全關，然後打開泄放閥，連續測量5min後，立即獲取泄漏到校驗水箱內水的體積容量數據（閥門內漏量），以及通過閥桿和上閥蓋等部位外漏到閥門密封容器內水的體積容量數據。至此全部測試結束。

3.2.2 典型評判標準

根據API607提供的評判標準，就可以判斷被測閥門能否滿足防火設計要求。

在燃燒測試階段，對於上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級小於Class600或者對於其他壓力等級小於Class900的閥門，評判標準如表1所列。

在燃燒測試階段，對於上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級不小於Class600或者對於其他壓力等級不小於Class900的閥門，評判標準如表2所列。

在操作測試階段，對於上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級小於Class600或者對於其他壓力等級小於Class900的閥門，評判標準如表3所列。

在操作測試階段，對於上游密封或雙向密封的閥門且壓力等級不小於Class600或者對於其他壓力等級不小於Class900的閥門，評判標準如表4所列。

外漏量的評判標準如表5所列。

為了滿足API607標準所提出的防火設計要求，EBV閥在設計和選型方面應該注意以下5個方面的問題。

a）EBV閥的過程連接不能為對夾式管道連接，應該為法蘭式管道安裝。如果管道尺寸大於12"，考慮到經濟性的因素也可以採用支耳式法蘭連接形式。

b）閥座及填料等材質應當選用本質火災安全型材質，如：金屬硬密封閥座及石墨填料等。

c）閥座應當盡量滿足上下游雙向密封的要求。

d）閥門的執行機構必須滿足防火設計要求。EBV閥可以選用電動或氣動執行機構，但依照國外的相關經驗，多數情況還是選擇電動執行機構。主要原因如下：

1）EBV閥本身的尺寸較大，從經濟性角度而言，10"以上的切斷閥，電動執行機構往往比氣動執行機構便宜，而且尺寸越大越便宜。

2）從配套防火角度講，電動執行機構配套的防火附件只需要考慮電纜，而電纜的防火相對比較成熟並且造價很低（耐火型電纜可以在750℃的高溫下連續傳送電信號超過90min[2，4]），氣動執行機構配套的防火附件除了電纜之外還要考慮氣源管線，普通氣源管線無法達到防火要求（如氣動Tube管接頭會因高溫變形而造成儀錶風大量泄漏），做相應的防火處理造價會很高；如果氣動EBV閥只有關鍵時刻切斷管線起隔離設備的作用，選擇合適的故障安全位置（如FC）可能不用再考慮氣源管線的防火問題了。但是實際上，EBV閥經常有在火情中連續操作的工藝要求，在隔離高火災危險設備的同時，保證不發生更大的工藝安全事故。對於這種情況，簡單的設置氣動閥門的故障安全位置就無法滿足EBV閥的操作要求，因此氣動執行機構及其配套氣源管線的防火設計就必須實施了。

無論選擇哪種執行機構其防火的主要措施就是塗刷防火塗料。這種塗料屬於高科技產品，成熟的執行機構廠家往往擁有自己的專利產品。它的最大特點就是，當環境溫度急劇上升時，這種塗料的體積會急速膨脹4～5倍甚至更多，膨脹的塗料對熱浪具有極強的阻隔作用，可以阻擋80%以上的輻射熱，而普通的金屬表面只能通過熱反射和熱對流原理抵消大約20%左右的輻射熱。

有了這層高科技的外衣，執行機構完全能夠滿足API607以及UL1709所提出的防火設計要求[3]。有些國際知名廠家的產品甚至可以在1000℃的高溫下連續正常工作30min以上。

e）閥門配套附件如電纜、氣源管線等必須滿足相應的防火設計要求。例如：電纜應該選用防火型的電纜，氣源管線應該包裹防火披覆或防火塗層等。有了以上5個方面的防火設計，EBV閥就能夠出色地完成緊急隔離及操作高火災危險設備的任務，為第一時間控制火情發展進而爭取消防滅火時間創造有利條件。

需要特別說明的是，通常所說的緊急切斷閥完全不同於EBV閥，更不能完全代替EBV閥去完成防火功能。由於緊急切斷閥缺乏完整的防火設計，只能在火災發生時通過切斷工藝管道簡單地隔離高火災危險設備，不具備在火情中連續操作的能力，因此其防火效果是比較有限的，而且無法配合裝置的火災停車動作。相比緊急切斷閥而言，EBV閥在防火過程中具有更加靈活的操作餘地，這種靈活性對於關鍵時刻採取更加有效的防火措施非常有益，可以更大程度地減少火災造成的直接損失和由於火災停車造成的間接損失。

3.3 解決EBV閥誤操作問題的設計原則

EVB閥作為先進的火災安全手段在應用中具有非常重要的意義，但是由於EBV閥所在的位置往往都毗鄰裝置內的大型關鍵設備，一旦EBV閥出現誤動作，有可能會導致比較嚴重的後果，因此在設計中必須對這些問題加以解決以減少不必要的損失。現列舉一個較為極端的例子來解釋該問題。

出於防火考慮，大型離心式壓縮機的出入口經常會設置EBV閥，當操作工對EBV閥進行誤操作時，EBV閥會突然關閉，直接的後果可能會導致大型機組的損壞。

為了避免這一惡劣情況的發生，通常的做法是將壓縮機機組保護聯鎖與EBV閥的閥位開關（或閥位變送器）關聯起來。當出入口EBV閥均處於全開位置時，才能允許啟動壓縮機組；而當出入口EBV閥中有任意一個的閥位低於60%（或50%，依工藝要求而定）時，必須進行相應的停機聯鎖。

簡言之，設計階段要對與EBV閥相關的聯鎖要求進行充分的考慮，以減少誤操作帶來的危害。

另外，鑒於EBV閥的特殊地位，一般來講，工藝操作手冊中通常要對其進行詳細的操作描述，以降低誤操作發生的概率。

4 結束語

EBV閥是為了滿足現代化大型煉化裝置業主或最終用戶高標準的安全要求而產生的，其出現也完全符合近年來國家高度強調安全生產的大勢所趨。依照國外的經驗，儘管EBV閥在裝置一次性投資上可能比較巨大，但考慮到其在未來裝置長期運行過程中所起到的安全作用，它的投資回報率總體上還是非常高的，它的存在可以大幅度降低惡性火災安全事故的發生幾率、有效減少火災損失。由於目前EBV閥的設計在國內的相關標準規範中尚沒有依據，因此筆者也只是從儀錶專業的角度探討性的進行了相關闡述，希望能給未來大型煉化裝置的安全設計提供一些有益的啟示。

參考文獻：1 GB19216。2322003，在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗2 IEC6033121999，TestsforElectricCablesUnderFireConditions3 UL170922007，RapidRiseFireTestsofProtectionMaterialsforStructuralSteel4 API60721993，FireTestforSoft2SeatedQuarter2TurnValves