紧急切断阀在液化气储存系统中的应用2.doc

紧急切断阀在九江石化炼油厂 液化气罐区的应用分析 摘要 紧急切断阀是压力容器、压力管道运行中的一个非常重要的安全附件，经常应用到液化气储存罐区及运输槽车等易燃易爆、有毒有害介质工作场合。随着人们对安全重视及规范对安全的细化，中石化九江分公司本着以人为本的原则和满足安全生产的要求，连续几年对液化烃罐区进行安全设施改造，增设紧急切断阀。本文通过对紧急切断阀的应用进行分析，着重阐述紧急切断阀设计原则及安装设置，提出紧急切断阀设置的必要性。 关键词：液化气；紧急切断阀；爆炸；罐区；安全设施 1 引言 近些年，液化气事故频繁发生： 1998 年 3 月 5 日，西安 “3.5”液化石油气泄漏大爆炸事故造成了 7 名消防官兵和 4 名职工死亡、 11 名消防官兵和 20 名职工受伤，造成经济损失达到 400 多万元； 2009 年 6 月 21 日，上海青浦区发生燃气爆炸事故 8 人受伤； 2010 年 7 月 28 日，南京发生燃气爆炸事故已造成百人受伤； 2010 年 8 月30 日，贵溪 1市燃气爆炸事故致 1 死 3 伤。液化气泄漏往往造成严重的火灾、爆炸、中毒等事故，必须采取必要的安全措施。紧急切断阀作为事故状态下的紧急切断装置，已在高危物料加工处理、储存运输 等行业中广泛应用。 2 液化气危险危险性分析 九江石化炼油厂作为中石化江西省境内唯一集炼油、化肥、化工为一体的石油化工企业，年原油加工能力将达到800 万吨，其中液化烃生产能力将达到 70.96 万吨。 九江石化炼油厂液化烃主要生产装置及产量见下表： 年产量 编号 装置名称 产品名称 备注 （吨） 1 1#催化裂化 液化气 172200 1#、 2#气体分馏原料 2 2#催化裂化 液化气 150700 1#气体分馏原料 3 1#延迟焦化 液化气 44300 商品液化气 4 120 万吨 /年连续重整 液化气 46000 饱和液化气 5 1#加氢裂化 液化气 117100 饱和液化气 6 1#、 2#气体分馏 丙烷 21000 7 MTBE 醚后碳四 158300 合计 709600 液化石油气（ Liquefied petroleum gas 简称 LPG）为丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等轻烃组成的混合物，常温常压下为无色低毒气体，由炼油厂各装置加压、降温、液化得到一种无色、挥发性液体。液化石油气闪点低 (低于一60 ) ,爆炸范围宽 (2% 10%)， 3 点火能量小 (0.20.4mJ)。液态烃泄漏至大气中极易气化， 1m 液态石油气可转变为 33250 300m 气态石油气，形成2500 12500m 爆炸性气体。气态石油气的相对密度(空气密度为 1)为 1.5 2.0，易在低洼处积聚，或沿地表扩散，遇火源即发生燃烧或爆炸。 43 液化石油气燃烧热值高，低热值 8.8×10kJ/m不包括水蒸气冷凝热 )；爆炸速度快，为 2000 3000ms。因此，火灾形成的热辐射和爆炸形成的超压威力大，破坏性强，易造成人员伤亡和设备损毁。 液化石油气的膨胀系数较高，在密闭容器或管道内温度升高 引起压力升高，达到一定程度即可发生超压物理性爆炸。压力的上升幅度 p 可由 p=/× t 计算得出。其中 P 为密闭容器或管道内的压力上升值。 为膨胀系数； 为压缩系数； t 为温度升高值。在密闭状态下， LPG容器若出现满液状况，同时伴随温度升高，即可引起超 2压爆炸。 液化石油气的燎烧或爆炸有三种情况：一是喷射火，即泄漏后直接燃烧；二是蒸汽云爆炸，即泄漏物与空气形成爆炸性混合物，遇火源发生爆炸；三是沸腾液体扩展成蒸汽爆炸，即 LPG 容器被加热 .LPG 过热蒸发气化，容器破裂释放出的可燃物质迅速燃烧。 3 紧急切断阀的工作原理及设置要求 3.1 紧急切断阀的工作原理 紧急切断阀又叫做安全切断阀，是指在遇到突发情况的时候，阀门会迅速的关闭或者打开，避免造成事故的发生。紧急切断阀的执行机构，按动力来源可以有电动、气动、 3液压三种选择。 3.1.1 电动紧急切断阀 执行机构电动机通常应选择防火防爆结构，通常分为单作用式与双作用式。 单作用式工作原理：阀门在无外压力操作情况下，阀瓣处于常闭状态，在管道或贮罐系统上使用时，靠电源和气源的压力将阀门打开，在气路的压力使用下阀门处于开启状态，当需要关闭阀门时， 可将电源或气源压力泄掉，阀门即自动关。 双作用式工作原理：当控制器按事先编好的程序对某个电磁换向阀输出一个电信号，该电磁换向阀动作，使带压仪表气源通过电磁换向阀的切换进入气动执行机构的气缸下腔推动活塞向上运动，活塞带动阀杆，阀杆提动阀芯使阀门开启，切断换向阀电信号，使活塞反向运动使阀门关闭，这种阀门配置称为常闭式。反之，要做成常开式只需在电磁换向阀与气动执行机构的连接方式变换一下就能实现。 3.1.2 液压紧急切断阀 阀门在无外压力操作情况下，阀瓣处于常闭状态，在贮罐系统上使用时，紧急切断阀与油泵或贮气瓶配套 使用，靠手摇油或氨气的压力将阀门打开，在油路或者气的压力使用下阀门处于开启状态，当需要关闭阀门或遇到有紧急情况时，可将油压或者氨气压力泄掉，阀门即自动关闭。 3.1.3气动紧急切断阀 气动紧急切断阀由多弹簧气动薄膜执行机构或浮动式活塞执行机构与调节阀组成，电磁阀线圈可接收泄露仪器的信号，控制工艺管道内流体的切断、接通或切换。切断阀内结构装有低熔点（易熔合金）的塞子，在出现事故时因温度升增高易熔化泄压来迅速关闭贮罐的出入口来保证贮罐系统的安全。气缸开启压力为 0.3-0.6Mpa，气缸的日常工作压力，不得低于 0.4MPa,保证阀门的正常工作。阀门在无外压力操作情况下，阀瓣处于常闭状态，在贮罐系统上使用时，紧急切断阀与油泵或贮气瓶配套使用，靠手摇油或氨气的压力将阀门打开，在油路或者气的压力使用下阀门处于开启状态，当需要关闭阀门或遇到有紧急情况时，可将油压或者氨气压力泄掉，阀门即自动关闭。 3.2紧急切断阀的设置要求 据国家标准GB50160石油化工企业设计防火规范及石化标准 SH3136液化烃球 5形储罐安全设计规范有关定，液化气石油气球形储罐液相进出口应设置紧急切断阀。根据中国石化液化烃球罐紧急 切断阀选型设计规定紧急切断阀专用于安装在液化烃球罐的进出口管道上，当罐区内发生火灾、泄漏等事故时能够快速及紧密切断（ TSO） 4和隔离易燃及有毒物料的开关阀 。当球罐液位达到或超过高高液位限时，紧急切断阀能用于防止物料溢罐。从紧急切断阀到球罐管口之间除了接管外不得安装任何其它管件或阀门，其间距应符合配管安装、阀门维修和工艺要求。 4 紧急切断阀的应用 4.1 紧急切断阀选用原则 4.1.1 当液化烃球罐区有可靠的仪表空气系统时，应选用气动紧急切断阀；当液化烃球罐区无仪表空气系统、但有负荷分级为一级负 荷的电力电源系统时，应选用电液执行机构或电动执行机构驱动的紧急切断阀。一级负荷电力电源系统的设计应符合 SH 3038-2000 规范。 4.1.2 紧急切断阀的防火要求应符合 GB50160石油化工企业设计防火规范的相关规定，紧急切断阀应选用符合 API607或 API6FA 标准的火灾安全（ fire-safe）型阀门。 84.1.3 紧急切断阀其密封结构应采用耐火结构并符合 ANSI/API607 标准；允许泄露量 7应符合 ANSIB16.104(FCI 70-2)CLASS V 级或以上级。 4.1.4 球阀、闸阀 和蝶阀均可用于紧急切断阀，但不得选用截止阀（ Globe Valve）。对用于公称通径 DN200 的阀门宜选用球阀或闸阀，对公称通径 DN 200 的阀门宜选用闸阀、三偏心蝶阀或双偏心高性能蝶阀。 4.1.5 紧急切断阀的全行程关断时间不应超过 1s/英寸阀门通径（如： DN = 6”的阀门，关断时间 6s）。 4.2 紧急切断阀在我厂的应用 自 2009 年以来，中石化九江分公司相续对原八罐区液化烃球罐进行安全设施进行整改，储罐罐根进出口管线处增设紧急切断阀，投资近千万，以确保液化烃储罐的安全可靠运行。 储罐罐根进出口管线 处安装紧急切断阀，紧急切断阀选用 O 型直通气动球阀，阀体公称通径应与工艺管道相同。紧急切断阀设置了自动和手动关闭功能，手动关闭功能应包括远程控制室遥控手动关闭及现场手动关闭。 自动关闭功能：在气动执行机构的气缸上加装了易熔塞，当发生火灾时由于温度急剧升高，气缸温度达到或超过易熔塞的熔点时，易熔塞熔化将气缸内的压力泄放掉，使另一侧气缸内的弹簧或储气罐内的压缩空气推动活塞将阀门自动关闭；紧急切断阀为仪表空气故障关型（ FC），当发生停仪表风事故时，阀门自动关闭；紧急切断阀与储罐高高液位计进行连锁，当储罐进料时，液位 达到设定的高高液位值，紧急切断阀进行自动关闭。 手动关闭功能：紧急切断阀阀体配置手轮，能保证阀门能进行手工操作开关；在液化烃球罐区的火灾危险区外，设置了紧急切断阀的现场操作开关，其接点信号直接送至 3 气动执行机构的电磁阀，用于在紧急情况下可现场手动开关紧急切断阀（容积超过 50m 液化烃设备与其输送泵的间距小于 15m 时，该阀现场操作开关距输送泵间距不应小于 15m）；紧急切断阀信号应引进操作室，能实现在操作室进行远程操作阀门的开关，严防事故的发生。 4.3 紧急切断阀设置的必要性 随着近几年，石油化工行业 安全生产事故的密集发生，液化石油气做作为高度危险源越来越引起人们的高度关注，为确保液化石油气安全环保运行，中国石油化工集团公司要求有关单位对液化烃球罐区安全技术进行加强管理。紧急切断阀作为一种安全技术手段，有必要在易燃易爆、涉及重大危险源场所进行应用，以此来减少有关设备及管道运行、人为失误操作及外部环境变化等因素带了的危险性。对此，有关规范也对此进行了强制规定。 5 结束语 液化石油气作为甲 A 类火灾危险性介质，其安全防范措施也应达到最高等级。紧急切断阀只是安全防范措施中的一种技术，液化气储罐 设计还应严格按照有关规范要求，针对其介质特性、参数、结构、附件等进行全面的考虑，做出合理、安全的作品；用户也应当严格按照有关规范及操作规程进行操作，减少失误，才能确保事故发生率降至最低，最大限度的保障人身及财产安全。 参考文献 1宋志远 .林元圭 ;罐区紧急切断阀系统的方案设计及其实现方法 ;炼油化工自动化 ;1997年 06 期 2张旭东 ;浅析液化气储罐安全设计 ;新疆化工 ;2010 年02 期 3计弘名 .王孝委 ;LPG 储存系统的安全设计 ;油气储运 ;2010年第 1 期 4中华人民共和国石油化工行业标准 ;液化烃球形储罐安全设计规范 ;SH3136-2003 5中华人民共和国国家标准 ;石油化工企业设计防火规范 ;GB50160-2008 6中国石化有关液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定 7美国石油学会 ;阀门耐火试验 ;API 607 8美国流体控制学会标准 ;控制阀门阀座泄漏 ; ASME B16.104