油气化工码头紧急切断阀的选配

油气化工码头紧急切断阀的选配
徐宏斌; 汪凯
【期刊名称】《《港口装卸》》
【年(卷),期】2019(000)006
【总页数】4页(P38-41)
【关键词】紧急切断阀; 执行机构; 关断时间; 火灾安全
【作者】徐宏斌; 汪凯
【作者单位】中交第四航务工程勘察设计院有限公司
【正文语种】中文
1 引言
油气化工码头(含港口油气化工储库，以下简称码头)装卸、储存物料均为易燃、易爆或有毒危险品，一旦发生泄漏会引发环境安全事故。

2016年12月19日交通运输部颁发《危险货物港口作业重大事故隐患判定指南》，将“工艺设备及管道未根据输送物料的火灾危险性及作业条件，设置相应的仪表、自动联锁保护系统或者紧急切断措施，或者不能正常运行的”定为重大事故隐患[1]；2017年交通运输部办公厅34号文《交通运输部办公厅关于加强港口危险货物储罐安全管理的意见》要求“大型储罐、液化气体储罐及剧毒化学品储罐等重点储罐要按照规定设置紧急切断阀”[2]。

设置必要的紧急切断阀是确保码头装卸作业安全的重要手段之一。

根据相关规范、
标准，码头需要设置紧急切断阀的地方较多。

另外，还需根据工艺流程、生产安全的要求，增设其他必要的紧急切断阀。

本文根据有关国家、行业标准和规范，结合实际工作经验，阐述油气化工码头紧急切断阀的选配技术要求。

2 紧急切断阀
紧急切断阀是安装在设备(槽车、罐式集装箱、储罐)或管道上，应急情况下，可手动或自动快速关闭的阀门，用于紧急隔离、阻止可燃或有毒物料不受控制地释放，防止危险事故的发生。

紧急切断阀按阀门结构型式可分为球阀、蝶阀(三偏心)、闸阀；按阀门执行机构型式可分为电动、气动、电液动等，必要时需配储能器或易熔件；按阀门是否在火灾危险场所内，可分为防火结构型式和非防火结构型式。

选用阀门时，应根据工艺参数、流体特性、响应时间和控制系统要求等综合分析、合理选型。

目前，码头紧急切断阀一般选用球阀和蝶阀等角行程阀门，电动执行机构居多，有防火结构要求。

3 设置紧急切断阀的场合
根据紧急切断阀的功能要求，应根据以下原则在设备或管道上设置紧急切断阀。

(1) 在设备或管道上设置紧急切断阀，避免泄漏后发生不可控情况。

(2) 在不同的工艺流程(包括主流程内部各子项流程)界面处设置紧急切断阀，切断
流程异常情况时往上、下游扩散的路径。

(3) 在不同区域的分界处设置紧急切断阀，避免事故向其他区域扩散。

码头设置紧急切断阀的场合主要有码头水陆域分界处、码头工作平台和港口储库等。

3.1 码头水陆域分界处
码头水陆域分界位置的划分，对于相对简单的平面布置、有明显的陆地和水域界线的码头，比较容易确定；但对于泊位数多、有中间转接平台或突堤的码头，则存在分歧，如沿突堤布置的码头，有人认为水陆域分界应为码头和突堤相接处，有人认为应该在突堤根部，期待今后相关规范修订时予以明确。

几乎所有涉及码头的现行国家标准、行业标准和规范都规定，水陆域分界处要设置切断阀。

由于码头间断装卸作业的特点，无法采集合适的工艺参数与该阀门联锁，阀门通过人工干预切断，设ESD(紧急停车系统)，在DCS系统或现场操作。

3.2 码头工作平台
《内河液化天然气加注码头设计规范》(JTS196-11-2016)要求码头平台上工艺管
道设紧急切断阀；《码头油气回收设施建设技术规范》(JTS196-12-2017)要求船
岸安全装置安装紧急切断阀。

《海港总体设计规范》(JTS165-2013)规定“油品和液体化工输送管道应设置紧急切断装置，并应具有手动操作功能”，可以理解为除水陆分界处外，可根据具体情况在必要处设置紧急切断阀。

其他相关规范均要求在码头工作平台上设置阀门或明确要求设置双阀门，没有要求设紧急切断阀。

为了安全和环保，建议利用其中一个阀门作为事故时紧急关断阀门，一旦码头平台工艺管道发生泄漏，可进行有效控制，尤其在码头工作平台距离水陆域分界紧急切断阀较远时，更有必要。

这个阀门也可采用ESD控制，可在DCS系统和现场操作。

3.3 港口储库
港口储库内储存、装卸作业一般按区布置，分为储罐区、汽车槽车装卸区、铁路槽车装卸区、灌桶区等。

港口储库标准《散装石油、液体化工产品港口储存通则》已多年未修订，除此之外，没有其他专门的港口储库标准。

对紧急切断阀的设置，主要执行相关国家标准和石油化工行业标准，以及原国家安全生产监督管理总局相关文件，具体如下:
(1) 原油、成品油、液体化工品和液化烃储罐应设高液位联锁自动关闭储罐进口管道的控制阀门，此处阀门按紧急切断阀选配，其中液化烃储罐紧急切断阀的执行机构应有故障安全保障措施。

(2) 可燃液体铁路装卸设施，在距装车栈台边缘10 m以外的可燃液体(润滑油除外)输入管道上，应设便于操作的紧急切断阀。

(3) 可燃液体汽车装卸设施，无缓冲罐时，在距离装卸车鹤位10 m以外的装卸管道上，应设便于操作的紧急切断阀[3]。

(4) 重大危险源中的毒性气体、剧毒液体和易燃气体等重点设施，设置紧急切断装置[4]。

(5) 大型、液化气体及剧毒化学品等重点储罐要设置紧急切断阀[5]。

大型储罐在《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》(AQ3036-2010)第6.3.7条中规定存储量为5 000 m3以上，《立式圆筒形钢制焊接储罐安全技术规程》(AQ3053-2015)第3.1.6条定义大型储罐为“公称直径大于或等于30 m、或公称容积大于或等于10 000 m3的储罐”。

(6) 有毒物料储罐、低温储罐及压力球罐进出物料管道，应设置自动或手动遥控的紧急切断设施[6]。

(7) 可燃液化气或者可燃压缩气储运和装卸设施重要的气相或者液相管道，应当设置紧急切断装置[7]。

(8) 中国石油化工集团公司规定，易燃可燃液体常压储罐储存极度危害液体(I级)和高度危害液体(II级)的储罐，容量大于或等于3 000 m3的甲B和乙A类易燃液体储罐，容量大于或等于10 000 m3的其他可燃液体储罐，构成一级、二级重大危险源罐区储罐进出料管道上，应设紧急切断阀。

储罐进出料管道上的紧急切断阀可以与工艺控制阀共用。

现行标准、规范对紧急切断阀(装置)配置场合的有关规定是最基本的规定，在实际工作中应根据具体情况，在确保设备安全、操作安全、管理安全的情况下，适当配置其他的紧急切断阀，如流程末端(装车鹤位处、码头工作平台上)设置紧急切断阀可有效控制事故泄漏。

港口储库设置的紧急切断阀可选取适当的工艺参数与紧急切
断阀连锁，事故自动关断。

4 紧急切断阀主要技术要求
具备条件时，紧急切断阀应该与相关工艺参数联锁，自动切断，辅以人工操作。

独立的紧急切断阀应接入安全仪表系统(SIS)；兼做紧急切断阀的工艺阀门除满足工
艺阀门的要求外，应满足紧急切断阀的特殊要求。

紧急切断阀需满足相关技术要求，如关闭时间、防火结构等。

4.1 紧急切断阀关断时间的规定
(1) 国家标准和石化行业标准规定紧急切断阀的最大行程时间(阀门从正常操作位置到联锁要求的安全位置的时间)不应超过10 s。

(2) 中国石油化工集团公司要求易燃可燃液体常压储罐进出口管道紧急切断阀，通过气动或电动执行机构全开或全关的时间不应超过180 s。

(3) 《International Safety Guide for Oil Tankers and Terminals》要求码头上
紧急情况下，装卸作业流程关闭时间至少30 s，而且尽可能更长一些。

港口储库紧急切断阀可执行规范规定的关断时间，但水域码头部分常用工艺阀门兼做紧急切断阀，多为大口径的阀门，关断时间太短，容易产生水击，危害管道安全。

目前水域码头部分紧急切断阀关断时间没有规范作出明确规定，建议在确保管道安全的前提下采用最短的关断时间。

4.2 紧急切断阀执行机构主要技术要求
一般在有仪表风气源的情况下，优先选用气动执行机构、其次选用电动执行机构，在高推力、快速行程、长行程的情况下，可以选用电液执行机构[8]。

4.2.1 一般技术要求
紧急切断阀执行机构输出力矩应为阀门最大扭矩的1.5倍，电气元器件防爆等级不低于安装场所防爆等级，防护等级不低于IP65。

当紧急切断阀安装在火灾危险场
所内时，应在距阀门15 m外设现场操作开关。

当阀门有防火(耐火)安全要求时，电动执行机构及其附件应有防火保护措施，优先采用防火罩，罩体在1 093℃时，耐火30 min以上[9]。

4.2.2 电动执行机构主要技术要求
电动执行机构应采用负荷分级为一级的电源供电。

动力电缆和控制电缆采用直埋或电缆沟充砂敷设，局部地段确需在地面敷设的电缆应采用阻燃或耐火电缆，也可采用电缆保护管、全封闭电缆桥架。

根据具体情况，可配置移动式应急动力电源装置(可移动式应急动力蓄电池组或车
载柴油发电机组)，电源专用接口应位于爆炸危险区之外。

4.2.3 气动执行机构主要技术要求
气动执行机构优先选用弹簧返回单作用的气缸执行机构，仪表风压力建议不低于0.4 MPa。

执行机构的气缸上应加易熔塞，当气缸温度达到易熔塞熔点时，易熔塞熔化并泄放气缸内气体，另一侧气缸内弹簧或储气罐内压缩空气推动气缸活塞[10]，阀门关闭(FC型)。

另一种做法是在靠近阀门的仪表风管道上加装一段易熔、耐老化管段(如
塑料管)，火灾时这段管道熔化，同样达到泄放气缸内气体的目的。

可根据使用场
合的差别选用不同熔点的易熔塞。

4.2.4 电液动执行机构技术要求
电液动执行机构由于结构复杂、占用空间大，目前尚未广泛应用。

这套系统主要是利用液压系统驱动阀门完成开闭动作，执行机构有液压缸、液压泵、液压油罐等，需供动力电。

电液动执行机构比较适用于码头大口径阀门快速关断。

4.3 紧急切断阀防火要求
火灾危险场所即在生产、使用、储存或输送火灾危险物质的过程中，能引起火灾的场所。

石油化工类的火灾危险物质为易燃、易爆石油化工类气体或液体。

码头罐区、装卸船区、装卸车区等属火灾危险场所。

在火灾危险场所内的紧急切断阀应采用防
火结构的阀门，阀门填料函结构应选金属或柔性石墨填料[8]。

《API RP 553 (1998)Refinery Control Valves》对紧急切断阀防火要求也有规定，要求紧急切断阀耐火结构、内部电气控制和电缆在1 093℃下耐火至少20 min；
有火灾安全要求的阀门应满足API 607和API 6FA标准的规定[10]。

4.4 码头紧急切断阀选配主要技术要点
根据相关标准、规范、文件的规定，结合码头作业特点和使用工作经验，码头紧急切断阀选配主要技术要求总结如下：
(1) 码头紧急切断阀中小口径(DN≤200 mm)可选用球阀、闸阀，大口径(DN≥250 mm)可选用三偏心蝶阀、球阀。

(2) 码头紧急切断阀执行机构选型先后顺序为气动、电动、电液动类型，最好选用事故关联型式。

(3) 因码头装卸、储存危险化学品，属火灾危险场所，码头紧急切断阀应选用耐火性能的阀门，执行机构应有防火保护措施。

(4) 码头紧急切断阀设置场合除满足相关规定外，应在装卸工艺流程末端设置紧急切断阀，事故时可有效控制泄漏。

(5) 码头紧急切断阀关断时间要尽量符合规范规定，如有难度，建议执行中国石油化工集团公司180 s的规定，同时应对相应管道进行瞬态流分析。

(6) 码头达到毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源时(按4级危险源分级)，应单独设置紧急切断阀，接入独立的安全仪表系统。

(7) 如可利用工艺阀门兼做紧急切断阀时，应设专门ESD，接入DCS系统，可在DCS系统操作，也可在现场操作。

5 结语
随着油气化工码头安全要求的提高，还会逐步引入HAZOP分析、LOPA、QRA
分析和SIL定级等安全分析工作，对紧急切断阀设置场所、阀门选型、执行机构选
配以及连锁控制提出更高、更明确的要求。

参考文献
【相关文献】
[1] 交通运输部.危险货物港口作业重大事故隐患判定指南[Z].
[2] 交通运输部.交通运输部办公厅关于加强港口危险货物储罐安全管理的意见[Z].
[3] GB50160-2008石油化工企业设计防火标准[S].
[4] 国家安全生产监督管理总局.危险化学品重大危险源监督管理暂行规定[Z].
[5] 国家安全生产监督管理总局.关于进一步加强化学品罐区安全管理的通知[Z].
[6] 国家安全生产监督管理总局.关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知[Z].
[7] TSG D0001-2009.压力管道安全技术监察规程工业管道[S].
[8] HG/T20507-2014自动化仪表选型设计规范[S].
[9] SH/T3005-2016石油化工自动化仪表选型设计规范[S].
[10] API RP 553 (1998)Refinery Control Valves[S].。