儲(chǔ)罐的罐根閥、緊急切斷閥、金屬軟管到底該怎么布置

 主要講述了緊急切斷閥的概念、適用范圍和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，但是僅僅講了緊急切斷閥本身的一些問題，現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)單位和企業(yè)都比較困惑的是，在儲(chǔ)罐罐根的進(jìn)出口管道中，關(guān)于罐根閥、緊急切斷閥、金屬軟管（大拉桿）等相互之間的布置，到底有沒有一定的布置順序呢？今天我就來探討一下罐根管道的閥門布置問題。在對(duì)該問題進(jìn)行深入探討之前，需要明白各種閥門和金屬軟管的主要功能，讀懂了這些就能大大有助于理解文中后續(xù)部分的思路。
  首先罐根閥，顧名思義就是安裝在罐根的第一道閥門，這里僅僅定義的是閥門的位置屬性，并沒有定義閥門的型式屬性。罐根閥由于是緊挨著罐壁法蘭的第一道閥門，其主要功能在于實(shí)現(xiàn)罐設(shè)備本體和連接管道的物理隔離，并且這種隔離一般是在非突發(fā)性事故狀態(tài)下，為了檢修或者其他目的而進(jìn)行的主動(dòng)性隔離，其在儲(chǔ)罐正常運(yùn)行中是保持長(zhǎng)時(shí)間開啟狀態(tài)，只有在罐本體檢修、管線維修或者需要隔離物料時(shí)，罐根閥才進(jìn)行關(guān)閉操作。那么我們通過罐根閥功能的介紹，就能明確罐根閥選型的一個(gè)重要特征就是穩(wěn)定性和可靠性，所以個(gè)人認(rèn)為罐根閥的選型優(yōu)先選擇純機(jī)械式閥門，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作可靠，故障率相對(duì)較低等，一般罐根閥采用機(jī)械閘板閥就是出于這種考慮。我之所以不建議采用各種電動(dòng)、氣動(dòng)等閥門，是因?yàn)楦吖收下实拈y門在突發(fā)故障時(shí)，由于物料無法進(jìn)行有效隔離，所以導(dǎo)致閥門無法進(jìn)行下線維修，這是一個(gè)最大的硬傷。

第二個(gè)是緊急切斷閥，這里的緊急切斷主要就是指聯(lián)鎖報(bào)警或事故狀態(tài)下，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線的物料進(jìn)行的一個(gè)緊急切斷操作，目的有兩個(gè)，其一是維持儲(chǔ)罐本體的物料在一個(gè)極限范圍之內(nèi)，其二是當(dāng)罐區(qū)周邊發(fā)生火災(zāi)時(shí)或管道泄露時(shí)，及時(shí)隔離儲(chǔ)罐與外界的連通，保護(hù)儲(chǔ)罐免受外界的不利影響。所以關(guān)于緊急切斷閥，我們需要知道他的兩個(gè)特性，第一，非正常狀態(tài)下才啟動(dòng)，也就是說，在儲(chǔ)罐正常進(jìn)出物料中，緊急切斷閥是保持開度狀態(tài)的。第二，緊急快速切斷，換句話說，該閥只能用于*切斷，不能用于調(diào)節(jié)。工藝操作需要調(diào)節(jié)的話，只能再另外安裝一個(gè)供調(diào)節(jié)用的閥門。第三個(gè)就是金屬軟管，罐區(qū)采用金屬軟管，其本質(zhì)是柔性設(shè)計(jì)的替代產(chǎn)物，在《GB 50160-2018 石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn) 》第6.2.25條中，明確提出了儲(chǔ)罐的進(jìn)出口管道應(yīng)采用柔性連接。在條文說明中，其主要的目的是為了解決儲(chǔ)罐和管道的不均勻沉降問題，也就是說，金屬軟管的使用純粹是不得已而為之的策略，是為了解決儲(chǔ)罐和管道的不均勻沉降問題，避免因沉降位移差而造成局部應(yīng)力過大，破壞管道和設(shè)備的完整性。所以金屬軟管的使用其最大的特性就是為了解決沉降問題，但同時(shí)其付出的代價(jià)就是管道結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，在一定程度上削弱了管道的整體強(qiáng)度，增加的兩個(gè)法蘭接口也成了兩個(gè)潛在的泄漏危險(xiǎn)源。所以，關(guān)于金屬軟管的使用，其本質(zhì)目的就是以犧牲部分強(qiáng)度為代價(jià)來換取不均勻沉降造成的位移補(bǔ)償。

第四個(gè)就是工藝操作閥，之所以再額外增加這個(gè)工藝操作閥，也是企業(yè)罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程中*的一環(huán)，這個(gè)工藝操作閥可以是手動(dòng)的，也可以是遠(yuǎn)傳遙控的，其主要作用就是在儲(chǔ)罐進(jìn)出物料的日常運(yùn)行中，需要頻繁的開關(guān)操作進(jìn)行物料的輸送和切斷。
明白了以上幾個(gè)部件的作用和特性，我們就可以繼續(xù)進(jìn)入正題環(huán)節(jié)，即上述幾個(gè)部件到底該怎么進(jìn)行順序布置，經(jīng)常有朋友問到，是不是緊急切斷閥一定放在罐根呢？金屬軟管和緊急切斷閥哪個(gè)在前哪個(gè)在后呢？工藝操作閥是否可以同時(shí)兼做緊急切斷閥呢？什么情況下用金屬軟管什么情況下用大拉桿呢？帶著以上問題，為了明確清晰地表達(dá)我的觀點(diǎn)，我們按照從罐根開始向外擴(kuò)展的順序來一一解析。第一個(gè)問題，罐根閥的選型。這里的罐根閥并非說的是閥門類型，而是根據(jù)位置衍生出來的一種專用叫法，即不管是什么類型的閥門（包括緊急切斷閥），只要安裝位置處于罐根，都可以稱為罐根閥。罐根閥的選型，只有一個(gè)原則，就是穩(wěn)定可靠故障率低，罐根閥的狀態(tài)通常為常開，也就是說當(dāng)一個(gè)閥門保持常開狀態(tài)時(shí)（周期可達(dá)幾年），依然可以保持功能完整，具備隨時(shí)關(guān)閉的能力。我們以常用的三種閥門類型：閘閥、蝶閥和球閥做對(duì)比，閘閥相對(duì)于蝶閥和球閥來說，密封性能優(yōu)良，閘板在閉合行程中阻力最小，并且閘板的升降是通過螺紋絲杠的機(jī)械式助力機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，相比較而言，蝶閥的閥瓣和球罐的閥球在長(zhǎng)期保位后，存在銹蝕被卡塞的可能，阻力較大。雖然閘板也存在阻力，但閘板的行程是上下直線運(yùn)動(dòng)，摩擦接觸面積較小，而蝶閥和球罐的閉合件做的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，摩擦接觸面積較大，可靠性大大降低，閘板閥門也有它的劣勢(shì)，那就是關(guān)閉行程的時(shí)間太長(zhǎng)，尤其是管徑較大的閥門，一般都是配置了帶蝸桿的助力機(jī)構(gòu)，整個(gè)行程下來非常耗時(shí)。在黃曉明主演的電影《烈火英雄》中，那種需要轉(zhuǎn)8000轉(zhuǎn)才能關(guān)閉的閥門，絕非虛構(gòu)。對(duì)于這種大口徑閘閥，可以配置電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來解決這個(gè)問題。綜合比較而言，在罐根布置常開的閥門時(shí)，采用閘板閥門具有一定的比較優(yōu)勢(shì)。

如果我們把罐根閥設(shè)計(jì)為常開的閘閥的話，可能有的朋友就問了，如果我把緊急切斷閥放在罐根呢，因?yàn)榫o急切斷閥也是保持常開狀態(tài)的，所以放在罐根貌似也沒問題吧？這個(gè)問題我們可以從反面去探討，緊急切斷閥一般都是聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，如果構(gòu)成重大危險(xiǎn)源的話，還要進(jìn)入SIS系統(tǒng)，另外這種緊急切斷閥都帶有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電動(dòng)、氣動(dòng)或液動(dòng)等，并且還要具有FC(故障關(guān))功能。帶著這么多功能附件的緊急切斷閥，其本身的故障率也就大大增加了，所以一旦發(fā)生故障，由于緊靠罐根的緣故，是無法下線檢修的，除非清罐。但是如果發(fā)生故障的緊急切斷閥恰好位于物料出口管道的話，清罐也無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榈沽系墓艿辣欢滤懒?。所以帶?lián)鎖功能的緊急切斷閥是不建議設(shè)置在罐根的。因?yàn)檫@并不是一個(gè)*方案，緊急切斷閥*可以不必放在罐根，而且在滿足安全要求的情況下，能避免出現(xiàn)上述不必要的問題。
我們接著討論金屬軟管的問題，金屬軟管的主要目的是解決儲(chǔ)罐和連接管道的不均勻沉降問題，所以金屬軟管的布置只要不離罐根太遠(yuǎn)，就能達(dá)到其功能目的。但是關(guān)于金屬軟管布置最多的問題不是軟管本身的問題，而是當(dāng)它和緊急切斷閥同時(shí)存在時(shí)，相對(duì)位置該如何布置的問題。換句話說，金屬軟管應(yīng)當(dāng)布置在緊急切斷閥之前還是之后。關(guān)于這個(gè)問題，所有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均沒有任何提及，但這個(gè)問題確確實(shí)實(shí)困擾著大量的設(shè)計(jì)人員和企業(yè)單位。那么我們不妨深入分析一下，到底該怎么布置最為合適呢。
    緊急切斷閥顧名思義，就是在緊急情況下用來切斷儲(chǔ)罐物料進(jìn)出的閥門，這里的切斷還有一層隔離的意思，目的是當(dāng)外界周邊發(fā)生緊急情況時(shí)（比如火災(zāi)），*阻斷并庇護(hù)儲(chǔ)罐這個(gè)重大危險(xiǎn)源，以防止火災(zāi)波及儲(chǔ)罐，造成更嚴(yán)重的二次事故。所以遵循這個(gè)原則，我們*可以肯定一點(diǎn)，就是從緊急切斷閥直至罐根之間是不允許存在分支管線的，并且中間法蘭數(shù)量盡可能的少，因?yàn)槎嘁坏婪ㄌm，也就多一道潛在的泄露源。而金屬軟管一般采用法蘭連接，命中注定會(huì)增加兩道法蘭口的，所以如果把金屬軟管放在緊急切斷閥之前，無疑增加了兩個(gè)潛在的泄露源。將金屬軟管放在緊急切斷閥之前，除了增加了兩個(gè)潛在的泄露源之外，還有一個(gè)更為嚴(yán)重的隱患問題，那就是在事故下結(jié)構(gòu)完整性的問題，典型的就是周圍的流淌火帶來的危險(xiǎn)因素。這個(gè)要從金屬軟管本身的結(jié)構(gòu)說起了，金屬軟管一般內(nèi)層采用波紋管，外層采用鋼絲網(wǎng)套組成，在常溫下保持一定的強(qiáng)度沒有問題，但是一旦處于火災(zāi)的烘烤之下，這種結(jié)構(gòu)并不耐火，持續(xù)高溫下，其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性大大降低，直至泄露失效。

這個(gè)并不是危言聳聽，而是確確實(shí)實(shí)發(fā)生過的，在2008年西南某省的一個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生大火，其罐根的金屬軟管在高溫的炙烤下，直接斷裂了，
所以，將金屬軟管放在緊急切斷閥之前個(gè)人建議是不可取的，存在一定的安全隱患。
通過以上所述，基本明確了罐根閥、緊急切斷閥和金屬軟管的布置順序，即儲(chǔ)罐罐口法蘭+罐根閥+緊急切斷閥+金屬軟管，那么還有一個(gè)工藝操作閥，工藝操作閥只要滿足工藝要求就行了，其位置通常位于金屬軟管之后，因?yàn)槿绻贾迷诮饘佘浌苤暗脑挘敲唇饘佘浌艿奈恢镁碗x罐壁比較遠(yuǎn)了，這樣的話，解決不均勻沉降的功能就弱化了。
關(guān)于工藝操作閥能不能兼做緊急切斷閥呢？這個(gè)要根據(jù)具體問題具體分析，因?yàn)闋可娴街卮笪ｋU(xiǎn)源、SIS系統(tǒng)、以及SIL評(píng)估和定級(jí)等，本文不再展開討論。

  最后一個(gè)問題，就是金屬軟管和大拉桿該怎么選擇的問題，其實(shí)這個(gè)問題的本質(zhì)就是力學(xué)上的一個(gè)撓度問題，我們知道罐根管道出入口的柔性設(shè)計(jì)，如果采用金屬軟管的話，就是一個(gè)彎曲撓度的問題。撓度是和軟管的直徑和長(zhǎng)度有關(guān)，在長(zhǎng)度一定的情況下，直徑小的金屬軟管，容易彎曲，隨著直徑的增加，撓度趨于下降，達(dá)到一定極限值后，幾乎變成剛性的管了。所以罐根軟管的選型設(shè)計(jì)，根據(jù)管道直徑尺寸和要求的沉降值來進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且參照《SH/T 3412-2017 石油化工管道用金屬軟管選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》《GB/T 14525-2010 波紋金屬軟管通用技術(shù)條件》來進(jìn)行選型驗(yàn)證，如果罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的安裝距離無法滿足金屬軟管長(zhǎng)度的話，只能選擇大拉桿來安裝。某外企工程公司通常的做法是DN350以上的采用大拉桿，DN300以下的采用金屬軟管，這樣能大大節(jié)省占地面積。
以上內(nèi)容基本上源自我個(gè)人在工作中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可供參考的標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒有，所以文中的觀點(diǎn)并沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的支持，僅供大家參考！