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火災(zāi)安全型切斷球閥的選型及相關(guān)設(shè)計(jì)

文檔作者：任振寰文檔來源：中國天辰工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月23日
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第47卷第3期
2011年6月
石油化工自動化
AUT0M AT10N IN PETRO-CHEM ICAL INDUSTRY
Vo1．47。No．3
June，2011
火災(zāi)安全型切斷球閥的選型及相關(guān)設(shè)計(jì)
任振寰
(中國天辰工程有限公司北京分公司，北京100029)
摘要：控制閥作為最終執(zhí)行元件，其安全性歷來是關(guān)注的焦點(diǎn)。僅僅關(guān)注閥門調(diào)節(jié)品質(zhì)，并考慮其準(zhǔn)確性、可靠性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)
不夠的，同時還要考慮管道及閥門等部件的泄漏問題，從而避免因?yàn)橥獠炕馂?zāi)而引起管道或設(shè)備內(nèi)部物料的燃燒。在該前提
下，F(xiàn)ire Safe，火災(zāi)安全型閥門，F(xiàn)usible Link等概念被相繼引入。針對火災(zāi)安全型軟密封切斷球閥，介紹了其火災(zāi)安全功能和
防靜電功能，以及球閥本體選擇的注意事項(xiàng)，并探討了提高球閥火災(zāi)安全性的方法，值得廣大工程人員借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：火災(zāi)安全；火災(zāi)安全閥；切斷球閥
中圈分類號：TP214 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1007—7324(2011)03—0014—03
Selection and Engineering on Fire Safe Shut off Bali Valve
Ran Zhenhuan
(China Tianchen Enginering Corporation Beijing Branch，Beijing，100029，China)
Abstract：Control valve，as the terminal element of whole control loop，its security is always regarded as
critical point．It’S not enough that only focus on quality，accuracy and reliability of valve control，it
should also pay attention to leakage of pipes and valves to avoid internal stream burning caused by
outside fire source． Under this circumstance，concepts such as，fire safe，fire safe valve，fusible link
etc．a(chǎn)re introduced sequently．The function of fire safe and Anti—static for fire safe soft sealing shut—off
valve is specified，ball valve body selection as well as the method tO improve fire safety level of ball valve
are aslo presented，which iS worth of reference．
Keywords：fire safe；fire safe valve；shut off ball valve
0 引 言
近年來，國內(nèi)廠礦企業(yè)事故時有發(fā)生，生產(chǎn)的安
全問題作為一個越來越突出的問題，亟待重視和妥善
解決。在生產(chǎn)過程中不斷細(xì)化相關(guān)的安全操作規(guī)程、
規(guī)范并大力貫徹執(zhí)行，可以有效地減少事故和損失，
但如果能從另一個角度— —設(shè)計(jì)方面人手，在源頭上
提高安全系數(shù)，無疑會將整個工廠的安全等級帶上一
個新的臺階。在化工和石化設(shè)計(jì)中，對于一般的單座
調(diào)節(jié)閥和自力式調(diào)節(jié)閥，通常對其泄漏等級要求不高
(一般為Ⅳ 級)，而對于切斷球閥，其泄漏等級要求則
較為嚴(yán)格，一般是V級或Ⅵ 級。筆者結(jié)合項(xiàng)目中的
一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討火災(zāi)安全型軟密封切斷球閥(以下
簡稱球閥)的特性及相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
1 相關(guān)概念
1．1 由“安全工程”引出的Fire Safe
“安全工程”作為術(shù)語最早出現(xiàn)在化工工程中，
由于2O世紀(jì)7O～8O年代化學(xué)工業(yè)事故頻出，相繼
發(fā)生了F|ixborough爆炸和北海油田Piper Alpha
平臺爆炸等后果嚴(yán)重的工業(yè)事故，使得安全工程作
為控制生產(chǎn)中人為因素和對工業(yè)事故評估的重要
環(huán)節(jié)逐漸被人們所重視，并且隨著時間的推移，安
全工程逐漸延伸到所有的工程相關(guān)領(lǐng)域。
Fire Safe，即火災(zāi)安全，是“安全工程”的一個
分支，主要從火災(zāi)層面延伸“安全工程”的概念。在
化工、石化等廠礦生產(chǎn)區(qū)域中，一旦發(fā)生火災(zāi)，如果
裝置中的閥門等設(shè)備能夠及時切斷可燃物料的通
路或在發(fā)生火情時保證管道及閥門不泄漏，將最大
程度地減少火災(zāi)造成的危害，將損失降到最小。
1．2 球閥的火災(zāi)安全功能和防靜電功能
安裝在管線或設(shè)備上的球閥在設(shè)計(jì)中的火災(zāi)安
全功能，是指一旦失火，其外漏和內(nèi)漏均不能超過相
關(guān)規(guī)定Ll ]的泄漏標(biāo)準(zhǔn)；同時由于閥門為軟密封結(jié)構(gòu)，其
球體部分是通過非金屬材料夾持形成密封的，在其動作
時可能產(chǎn)生靜電，因而球體必須與閥本體導(dǎo)通，在電源
電壓不超過12 V的防靜電電路中，電阻值小于1O Q。
收稿日期：2011—04—14(修改稿)。
作者簡介：任振寰(197g一)，男，畢業(yè)予北京化工大學(xué)測控技
術(shù)與儀器專業(yè)，現(xiàn)工作于中國天辰工程有限公司北京分公司，主要
從事石油化工等相關(guān)行業(yè)的自控和儀表設(shè)計(jì)工作，任工程師。
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第3期 任振寰．火災(zāi)安全型切斷球閥的選型及相關(guān)設(shè)計(jì) 15
2 火災(zāi)安全要求場所的球閥選型及相關(guān)設(shè)計(jì)
2．1 設(shè)計(jì)要求及防火結(jié)構(gòu)的介紹
規(guī)范SH3059～2OO1《石油化工管道設(shè)計(jì)器材
選用通則》中第7．2．2中規(guī)定，用于工藝物料和極
度、高度危害介質(zhì)和可燃介質(zhì)管道的球閥、旋塞閥
及其他通用結(jié)構(gòu)的特種閥門，應(yīng)有防火、防靜電結(jié)
構(gòu)。這里只對球閥防火結(jié)構(gòu)做簡單介紹，無論是浮
動球閥還是固定球閥，閥座的耐火結(jié)構(gòu)原理是一樣
的。即在閥座密封面完全失去作用時(如發(fā)生火災(zāi)
時，非金屬閥座熔化)，閥座金屬面能與球體接觸，
達(dá)到暫時密封。對于浮動球閥，靠介質(zhì)的壓力，使
閥座與球體接觸；對固定球閥，主要靠彈性閥座的
彈力，使閥座與球體接觸而達(dá)到密封。當(dāng)然閥座上
的金屬密封面只是起暫時的密封作用。雖然密封要
求不是太嚴(yán)格，但仍有一定的加工要求，即應(yīng)加工成
球面或斜面。如做成球面時，其曲率半徑要與球體
一致，密封面的棱角應(yīng)倒圓，以免在裝拆時損壞球體
表面，密封面的光潔度不得低于V 6。目前有些廠
家的產(chǎn)品，比如TYCO旗下的KTM 球閥，可以在軟
密封失效的時候，由閥體本身的金屬面進(jìn)行密封，其
效果可達(dá)到泄漏等級V級的要求。
2．2 球閥本體的選擇
并不是所有的球閥都可以用于有火災(zāi)安全
要求的特殊場所，閥體本身應(yīng)該有一定的要求。
對于火災(zāi)安全型球閥，目前尚無統(tǒng)一的檢測方
法，很多工業(yè)學(xué)會、石油公司、保險公司、閥門制
造廠家，以及英國、美國的有關(guān)機(jī)構(gòu)都規(guī)定了各
自的測試方法。表1列舉了其中一些組織或機(jī)
構(gòu)進(jìn)行閥門的火災(zāi)安全試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)程序。其目
的是通過相應(yīng)的防火測試以保證球閥滿足以下要
求：內(nèi)部泄漏量最小；外部泄漏量最?。挥羞B續(xù)的
操作性。
表1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Fire safe valve試驗(yàn)規(guī)格對比
注：1．1Psi=6．89 kPa；2．華氏度一攝氏度×1．8+32；3．以上閥門泄漏量，均針對1 in口徑閥門。
目前廣泛被閥門生產(chǎn)廠家用作測試標(biāo)準(zhǔn)的是
美國石油學(xué)會的API607和英國國家標(biāo)準(zhǔn)
BS6755—2(原理：使燃燒試驗(yàn)用閥門處于關(guān)閉狀
態(tài)，充滿加壓的水，使閥門持續(xù)燃燒30 rain，期間
需保持閥門周圍環(huán)境溫度達(dá)到760～980℃ ，并確
定在這段時問內(nèi)通過閥門并排到大氣中的泄漏量。
當(dāng)閥門從燃燒試驗(yàn)的溫度冷卻下來后，對閥門進(jìn)行
靜水壓試驗(yàn)以評定閥門殼體以及閥座的耐壓能力)。
最初美國品牌火災(zāi)安全型球閥多采用API標(biāo)
準(zhǔn)進(jìn)行測試和取得認(rèn)證，而對于歐洲品牌，則多是依
照BS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試并取得認(rèn)證，但隨著廠家之間的
合并及重組，越來越多的公司同時擁有這兩項(xiàng)認(rèn)證，
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16 石油化工自動化 第47卷
如FLOWSERVE，NELES，TYCO等。在進(jìn)行閥門
的選擇時，應(yīng)注明需滿足的火災(zāi)安全認(rèn)證，以免最終
采購的閥門無法滿足相應(yīng)的火災(zāi)安全要求。
2．3 提高球閥火災(zāi)安全性的措施
除了球閥本身應(yīng)考慮選擇火災(zāi)安全型之外，在
進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時，也可以通過其他措施盡量提高安
全等級。
對于控制閥，根據(jù)故障位置分類，其形式有
Fo(故障開)，F(xiàn)C(故障關(guān))，F(xiàn)L(故障時保位)，F(xiàn)I
(故障時任意位置)。而火災(zāi)作為一種事故或緊急
情況，在其發(fā)生時應(yīng)將閥門置于危害最小的狀態(tài)。
通常來說，火災(zāi)安全型閥門在失火或其他緊急情況
時應(yīng)置于關(guān)閉位置，即選擇FC式閥。該文針對
FC式閥進(jìn)行討論。
2．3．1 通過供氣管線的特殊設(shè)計(jì)來提高火災(zāi)安全性
對于角行程的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其提供旋轉(zhuǎn)扭矩
的動力源是推動活塞的壓縮空氣，而壓縮空氣則是
通過氣動管線傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的，因此可以通過
切斷氣路的方法達(dá)到關(guān)閉球閥的目的。通常在國
內(nèi)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)人員一般會采用直徑為~10，始或
j＆6的紫銅管或不銹鋼管作為氣動管線。上述兩種
材質(zhì)的氣動管線，堅(jiān)固耐用，美觀且便于敷設(shè)，因此
得到廣泛使用。但在生產(chǎn)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時，如果由
于某些原因無法通過聯(lián)鎖及時切斷氣路，壓縮空氣
將維持閥門在開啟狀態(tài)，因而有可能產(chǎn)生更大危
險。在筆者曾經(jīng)參與的項(xiàng)目中，業(yè)主對火災(zāi)安保提
出了更加完備的方案，即用可熔斷供氣管線替代金
屬材質(zhì)的氣動管線。具體到項(xiàng)目中，選用了Nylon
氣動管線，因?yàn)槠淙埸c(diǎn)多在300℃ 以下，所以在火
災(zāi)發(fā)生時，氣動管線將被熔斷，從而切斷氣路，使球
閥回到安全位置。但在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的是，Nylon
的柔韌性雖然好，但不易敷設(shè)，且不如金屬管線堅(jiān)
固，尤其容易在施工中受損(如被切斷等)，導(dǎo)致無
法正常操作。因此，在設(shè)計(jì)中可使用鍍鋅鋼管對其
進(jìn)行穿管保護(hù)，只在近球閥本體處以及可能引發(fā)火
情的地方(如泵，電機(jī)等設(shè)備旁)露出Nylon管，這樣
一來既保證了正常操作，又增加了架設(shè)時的可操作
性。對于較長距離的氣動管線預(yù)置還可以采用穿管
敷設(shè)于電纜橋架內(nèi)的方法，以達(dá)到美觀實(shí)用的效果。
2．3．2 通過對執(zhí)行機(jī)構(gòu)加裝特殊附件來提高火災(zāi)
安全性
火災(zāi)安全理念的引入，除采用以上的Nylon
管線用作氣動管路外，亦可選用一些國外公司生產(chǎn)
的名為Fusible Link的產(chǎn)品作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的附件。
這種被稱為Fusible Link 的附件是由熔點(diǎn)在
135～500。F間的金屬可熔斷物制作而成的，有幾
種不同形式。
a)可熔斷的金屬塞狀物，將其安裝在執(zhí)行機(jī)
構(gòu)的氣缸上。當(dāng)閥門周圍發(fā)生火情時，溫度將升
高，從而達(dá)到Fusible Link的熔點(diǎn)，金屬塞熔化，氣
缸失氣，從而使閥門自動切換至關(guān)閉位置。
b)Fusible Link為一個可熔斷金屬連接片，該
類型一般用于手動開關(guān)閥的火災(zāi)自動回位。手動
開關(guān)閥一般屬于管道專業(yè)的設(shè)計(jì)范疇，但對于部分
手動開關(guān)閥，因其需要配備閥位開關(guān)，所以同樣被
劃歸自控專業(yè)設(shè)計(jì)范圍。這種Fusible Link通常
安裝在閥門頂部，當(dāng)通過手柄開啟閥門，閥桿帶動
頂部的連桿并通過Fusible Link進(jìn)行保位。當(dāng)周
圍發(fā)生火情時，溫度將逐漸升高至Fusible Link的
熔點(diǎn)，此時Fusible Link熔化，從而失去保位功能，
閥門在頂部連桿的驅(qū)動下回到關(guān)閉狀態(tài)。
上述供氣管線特殊設(shè)計(jì)和加裝Fusible link附
件的方法都可以在一定程度上提高生產(chǎn)裝置自身
的安全系數(shù)，以降低發(fā)生火情時可能帶來的損失，
工程設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體的情況選用其中之一
或二者配合使用。
3 結(jié)束語
隨著人們安全生產(chǎn)意識的不斷增強(qiáng)，涉及整個工
藝過程的各個組成部分，諸如設(shè)備、管道、儀表及閥門
的火災(zāi)安全理念都將被逐步強(qiáng)化。作為自控專業(yè)的
設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)過程中不斷汲取先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，
采用先進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)，同時對現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行有
效的優(yōu)化和改良，從而最大限度地提高安全性，為生
產(chǎn)人員的安保工作提供最直接、最行之有效的幫助。
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