李 莉，肖 勇

(中海油石化工程有限公司，山東 青島，266101)

開(kāi)關(guān)閥是油品儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目中涉及安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)不同場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)閥有不同的選型方案。本文以某大型煉廠(chǎng)二甲苯罐區(qū)的開(kāi)關(guān)閥選型為例，通過(guò)分析該罐區(qū)不同設(shè)置點(diǎn)的閥門(mén)的功能，綜合考慮其工作特性、安裝特點(diǎn)、價(jià)格水平，本著安全、可靠、經(jīng)濟(jì)適當(dāng)?shù)脑瓌t，進(jìn)行開(kāi)關(guān)閥的選型設(shè)計(jì)。

1 閥門(mén)的設(shè)置場(chǎng)合

該煉廠(chǎng)的二甲苯罐為內(nèi)浮頂罐，罐容3萬(wàn)立方米。根據(jù)儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)條件，圍繞該罐應(yīng)實(shí)現(xiàn)的控制功能：二甲苯罐液位高高(LSHH)聯(lián)鎖關(guān)閉入口根部開(kāi)關(guān)閥；二甲苯罐液位低低(LSLL)聯(lián)鎖關(guān)閉出口根部開(kāi)關(guān)閥、停二甲苯泵、關(guān)閉泵出口閥。除此之外，外操人員需要根據(jù)不同的工作指令切換管線(xiàn)的操作流程，為節(jié)省人工，提高全罐區(qū)的自動(dòng)化程度，將儲(chǔ)罐的出、入口管線(xiàn)二段支線(xiàn)閥設(shè)置為自控開(kāi)關(guān)閥。二甲苯罐設(shè)置氮封系統(tǒng)，并在氮?dú)夤芫€(xiàn)上設(shè)置開(kāi)關(guān)閥；此外，各罐雨水井設(shè)開(kāi)關(guān)閥。

2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型方案

對(duì)于工藝場(chǎng)合要求“故障狀態(tài)關(guān)閉”的閥門(mén)，根據(jù)《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》應(yīng)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于該煉廠(chǎng)設(shè)有氣源裝置，因此，故障安全型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。要求“故障狀態(tài)關(guān)閉”的工藝場(chǎng)合有：二甲苯罐入口根部閥、二甲苯罐出口根部閥以及氮封管線(xiàn)閥。

其他工藝場(chǎng)合如雨水井、泵出入口閥門(mén)選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)或雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在閥門(mén)的選型過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合考慮安裝空間、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的成本選用合適的設(shè)備。例如，對(duì)于大口徑管道(DN300及以上)，單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的必須有足夠大的輸出力矩，才能快速切斷閥門(mén)，其體積巨大、價(jià)格高昂，不建議在此工況下選用單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其供氣原理見(jiàn)圖1。

對(duì)于雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故障狀態(tài)關(guān)閉的場(chǎng)合應(yīng)帶儲(chǔ)氣罐，其供氣回路較為復(fù)雜，選型時(shí)應(yīng)選擇合適的電磁閥及儲(chǔ)氣罐等安裝附件。電磁閥選用二位五通；儲(chǔ)氣罐的要求為：碳鋼材質(zhì)，符合TSG R0004規(guī)范，具有壓力容器證書(shū)，儲(chǔ)氣罐最小容積應(yīng)滿(mǎn)足在415kPa(G)凈化風(fēng)壓力下閥門(mén)從開(kāi)到關(guān)和從關(guān)到開(kāi)各2次的儲(chǔ)氣量。

其供氣原理見(jiàn)圖2。

圖2 雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門(mén)的電/氣系統(tǒng)圖

2.2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1]

罐區(qū)用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括4～20mA調(diào)節(jié)型或兩位式開(kāi)關(guān)型，大多情況下選用兩位式開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但泵出口的場(chǎng)合例外。直接啟動(dòng)大功率輸油泵，容易導(dǎo)致泵的電機(jī)燒壞，一般通過(guò)調(diào)節(jié)泵出口閥門(mén)的開(kāi)度，使泵背壓?jiǎn)?dòng)。

綜上，該煉廠(chǎng)二甲苯罐區(qū)泵出口閥門(mén)選用調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其他場(chǎng)合選用開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)類(lèi)型分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式或總線(xiàn)式。總線(xiàn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用環(huán)形通信方式，多個(gè)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)串接，接至現(xiàn)場(chǎng)通信單元，最終上傳至DCS系統(tǒng)。這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是電纜用量少，DCS I/O卡件用量少。缺點(diǎn)是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身價(jià)格較高。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用多芯電纜，將其全部信號(hào)一個(gè)一個(gè)引入對(duì)應(yīng)的DCS IO卡件中，其特點(diǎn)與總線(xiàn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)相反。

調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入至控制系統(tǒng)信號(hào)有：就地/遠(yuǎn)程控制信號(hào)、閥門(mén)全開(kāi)指示信號(hào)、閥門(mén)全關(guān)指示信號(hào)、綜合故障報(bào)警信號(hào)、閥位開(kāi)度信號(hào)，并接受控制系統(tǒng)輸出的4～20mA AO指令。

開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入至控制系統(tǒng)信號(hào)有：就地/遠(yuǎn)程控制信號(hào)、閥門(mén)全開(kāi)指示信號(hào)、閥門(mén)全關(guān)指示信號(hào)、綜合故障報(bào)警信號(hào)，并接受控制系統(tǒng)輸出的開(kāi)、關(guān)DO指令。

綜上，應(yīng)根據(jù)閥門(mén)的平面布置位置，選用不同信號(hào)類(lèi)型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，位置集中的閥門(mén)采用總線(xiàn)式較方便，位置分散的應(yīng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式。

2.3 電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)[2]

對(duì)于石油化工裝置而言，由于企業(yè)本身設(shè)置空壓站，執(zhí)行聯(lián)鎖控制功能的開(kāi)關(guān)閥大多選用氣動(dòng)閥門(mén)；而對(duì)于地面油庫(kù)、地下油庫(kù)、地下LPG庫(kù)、輸油管道、輸氣管道而言，運(yùn)營(yíng)單位往往不設(shè)置空壓站，此時(shí)應(yīng)選擇電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行聯(lián)鎖功能。

電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、油泵、油路及油缸、泵及接線(xiàn)端子等組成。故障安全型電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為帶蓄能器型或彈簧復(fù)位型電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)閥門(mén)需要緊急切斷時(shí)，通常應(yīng)用彈簧復(fù)位式電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但若閥門(mén)口徑過(guò)大(≥DN300)，選擇彈簧復(fù)位時(shí)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)，且由于其油缸體積龐大，將會(huì)對(duì)配管產(chǎn)生不便，尤其現(xiàn)場(chǎng)空間不足時(shí)，更不能選擇彈簧復(fù)位式電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，此時(shí)可選擇帶蓄能器的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際情況可選擇分體式或一體式安裝方案。

3 閥體的選型方案

開(kāi)關(guān)閥的閥體多種多樣，但在煉化裝置罐區(qū)設(shè)計(jì)中比較常用的有閘閥、球閥以及蝶閥。根據(jù)用戶(hù)反饋的信息，球閥、閘閥以及蝶閥的密封性能依次降低，價(jià)格同樣依次降低。

3.1 閘閥

閘閥分為平行單閘板閘閥或平行雙閘板閘閥。一般情況下，泵出口的開(kāi)關(guān)場(chǎng)合選用平行單閘板閘閥，罐區(qū)的開(kāi)關(guān)場(chǎng)合選用平行雙閘板閘閥。受安裝空間的限制，罐根閥一般選用閘閥或蝶閥，但由于用戶(hù)普遍反映蝶閥的密封性能不如閘閥，因此，該煉廠(chǎng)二甲苯罐區(qū)的罐根閥選用雙閘板閥。

3.2 球閥

球閥密封性能最好，但其安裝占用水平空間，建議二段支線(xiàn)閥及氮封閥門(mén)選用球閥。球閥分為固定閥或浮動(dòng)閥，對(duì)于大于DN150的管道建議選用固定閥，小于DN150的管道選用浮動(dòng)閥。

固定閥的特點(diǎn)是球體固定，上游介質(zhì)通過(guò)壓力將浮動(dòng)閥座壓緊至固定球，以此實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的密封；浮動(dòng)閥剛好相反，上游介質(zhì)推動(dòng)浮動(dòng)球，使之?dāng)D壓固定閥座，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閥門(mén)密封。

3.3 蝶閥

該罐區(qū)的蝶閥設(shè)置于雨水井中，根據(jù)業(yè)主的使用經(jīng)驗(yàn)，選用雙偏心蝶閥。安裝于雨水井中的閥門(mén)應(yīng)采用伸長(zhǎng)型閥桿，使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝于井上。

4 SIL等級(jí)[3]

通過(guò)對(duì)該二甲苯罐區(qū)各聯(lián)鎖回路的SIL評(píng)估可知，二甲苯罐液位高高SIF的SIL等級(jí)為SIL1；液位低低的SIL等級(jí)為NA。因此，液位高高SIF所有儀表的SIL等級(jí)不應(yīng)低于SIL1級(jí)。對(duì)于具有SIL等級(jí)要求的閥門(mén)而言，要求其執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須整體取得符合"IEC61508"的認(rèn)證，并具有相應(yīng)的認(rèn)證證書(shū)。

5 其他

閥門(mén)的選型應(yīng)滿(mǎn)足爆炸危險(xiǎn)區(qū)的防爆、防火要求。根據(jù)所處環(huán)境的泄漏介質(zhì)，通常要求的防爆等級(jí)不低于ExdIIBT4或ExdIICT4。執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造企業(yè)必須取得中華人民共和國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)的防爆認(rèn)證，才可應(yīng)用于石化行業(yè)。

石化行業(yè)屬于高危行業(yè)，火災(zāi)、爆炸時(shí)有發(fā)生，如何在火災(zāi)生時(shí)，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障前使閥門(mén)運(yùn)行至安全位置，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)必須考慮的問(wèn)題。通?？稍趫?zhí)行機(jī)構(gòu)上加裝易熔塞，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，高溫融化易熔塞，使氣缸或油缸中的介質(zhì)卸掉，依靠彈簧使閥芯運(yùn)行到安全位置；此外，開(kāi)關(guān)閥應(yīng)符合API 6FA或API 607的耐火標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)論

閥門(mén)選型是個(gè)十分復(fù)雜的論題，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)各類(lèi)閥門(mén)的性能十分熟悉，并了解工藝流程，綜合考慮其安全性、可靠性及易操作性，選用價(jià)格適當(dāng)、水平先進(jìn)的閥門(mén)。本文僅對(duì)罐區(qū)開(kāi)關(guān)閥的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，供各位同行參考。