執(zhí)行機構(gòu)防火罩在國內(nèi)出現(xiàn)的時間較短，國內(nèi)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)都是參考國外標(biāo)準(zhǔn)而來，有些內(nèi)容并不完善，而且常常引起爭議。在編寫防火罩技術(shù)要求時，由于設(shè)計人員對防火罩產(chǎn)品不了解，采購方也不熟悉，技術(shù)要求經(jīng)常出現(xiàn)漏洞，導(dǎo)致執(zhí)行機構(gòu)防火罩設(shè)計和選型采購存在安全隱患。昌暉儀表將對執(zhí)行機構(gòu)防火罩設(shè)計選型要點和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匯總解讀，幫助相關(guān)設(shè)計人員和采購方對防火罩技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)范。
執(zhí)行機構(gòu)防火罩屬于被動防火的一個概念，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對被動防火有明確的定義，比如API RP 2218-2010 《石油和石化廠的防火應(yīng)用措施》第5.1條：防火措施的主要價值體現(xiàn)在火災(zāi)早期，應(yīng)對措施主要集中于關(guān)閉單元、隔離燃料和火焰、啟動固定滅火設(shè)備和設(shè)置冷卻水流的時候。在這個關(guān)鍵時期，如果非防火的管道以及設(shè)備支撐，由于火災(zāi)損害失去強度，它們可能坍塌從而引起墊片失效、管線破裂以及碳?xì)湮镄孤４送猓绻刂凭€路或供能線路被損害，則可能導(dǎo)致無法操作緊急隔離閥門、減壓或啟動損毀的自動或手動噴水系統(tǒng)。
參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，防火罩的本質(zhì)是在所定義的火的工況下(比如UL1709標(biāo)準(zhǔn)的烴類池火，火溫1093℃)，一定時間之內(nèi)(比如30分鐘)，要確保被保護(hù)的執(zhí)行機構(gòu)不失效(即執(zhí)行機構(gòu)上的溫度不能超過其失效溫度)。
防火罩選型規(guī)格書需明確參數(shù)
1、火的種類
在油氣和石油化工生產(chǎn)中，烴類介質(zhì)引起的火災(zāi)最為危險，所以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都是以烴類火對防火材料或系統(tǒng)進(jìn)行檢測或測試，稱為烴類池火(Hydrocarbon Pool Fire)和烴類噴射火(Hydrocarbon Jet Fire)。比如UL1709標(biāo)準(zhǔn)的烴類池火，火溫為1093℃；
2、保護(hù)時長
針對執(zhí)行機構(gòu)，一般是30分鐘。
3、環(huán)境最高溫度
即防火罩設(shè)計計算起始溫度，一般是以項目當(dāng)?shù)丨h(huán)境最高溫度作為起始溫度，原因是我們無法知道火災(zāi)會在一年當(dāng)中的什么時候發(fā)生，只能選用環(huán)境最高溫度作為起始溫度。
4、最大許可表面溫度
即執(zhí)行機構(gòu)失效溫度，一般是70℃或80℃。
電動執(zhí)行機構(gòu)，比ROTORK電動執(zhí)行機構(gòu)，其樣本手冊中明確注明其失效溫度只有70℃；氣動執(zhí)行機構(gòu)失效溫度一般依賴于執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部密封元件或者執(zhí)行機構(gòu)附件的最大許可溫度，比如ASCO低溫電磁閥，只有65℃，加上設(shè)計裕量也就70℃。內(nèi)部密封件和材質(zhì)有關(guān)，最大許可溫度各有不同，大多執(zhí)行機構(gòu)廠家在其產(chǎn)品手冊中都會注明執(zhí)行機構(gòu)最大許可溫度，有的70℃，有的80℃；特別注意，執(zhí)行機構(gòu)及附件的正確選型也很重要。
電動執(zhí)行機構(gòu)的齒輪箱120℃失效，容易忽略，同樣需要做被動防火保護(hù)。
5、閥門操作溫度
閥門介質(zhì)溫度順著閥桿會產(chǎn)生熱傳導(dǎo)作用，特別是高溫介質(zhì)，如果不考慮該熱傳導(dǎo)影響，有可能導(dǎo)致執(zhí)行機構(gòu)正常運行時的溫度超過許可溫度；
6、防火罩附件設(shè)置
防火罩主要附件有快速安全檢查門(Quick access door)/檢查門(Inspection hatch)、通風(fēng)格柵(Ventilation griller)和排水塞(Drainage System)，附件可以根據(jù)需要集成到防火罩產(chǎn)品中。快速安全檢查門一般用于手輪、定位、控制面板位置，確保防火罩安裝不影響閥門執(zhí)行機構(gòu)的正常維護(hù)操作。通風(fēng)格柵有兩個作用，一個是防止閥門介質(zhì)順著閥桿有微量泄漏時危險介質(zhì)在防火罩內(nèi)部聚集，帶來危險工況；另一個是防止執(zhí)行機構(gòu)在正常操作時溫度過高。排水塞是防止雨水在防火罩內(nèi)部聚集。
7、閥門執(zhí)行機構(gòu)外形尺寸圖
隨閥配套采購時由閥門廠提供。
8、執(zhí)行機構(gòu)重量
隨閥配套采購時由閥門廠提供。
相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)防火罩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
1、UL1709《Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel》
烴類池火的標(biāo)準(zhǔn)，UL1709《Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel》最早是針對鋼結(jié)構(gòu)防火材料的快速升溫火火焰測試標(biāo)準(zhǔn)，其中提出了一套烴類池火的檢測方法，內(nèi)容包括：它將受保護(hù)鋼柱置于5分鐘內(nèi)達(dá)到2000°F(1093°C)的火焰中，5分鐘之后直到測試結(jié)束溫度不再變化，使受測防火系統(tǒng)承受65,000 BTU/ft2-hr的熱通量。測試在電熱偶一端的平均溫度到達(dá)1000°F(538°C)，或單一電熱偶溫度達(dá)到1200°F(649°C)時結(jié)束。其中538℃，即結(jié)構(gòu)鋼的失效溫度，在此溫度，所測試的結(jié)構(gòu)鋼樣品其強度減少一半。API 2218中明確推薦UL 1709(或等效標(biāo)準(zhǔn))為石油石化廠家使用的防火材料的建議標(biāo)準(zhǔn)測試，即不僅是鋼結(jié)構(gòu)，其他設(shè)備、閥門執(zhí)行機構(gòu)的防火保護(hù)同樣要使用UL1709作為防火材料的標(biāo)準(zhǔn)測試。國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在提到緊急切斷閥執(zhí)行機構(gòu)防火保護(hù)時，都提到要符合UL1709標(biāo)準(zhǔn)，主要是借用UL1709中烴類池火的定義和測試方法，但是執(zhí)行機構(gòu)失效溫度和結(jié)構(gòu)鋼失效溫度是完全不同的，這是需要注意的。
UL1709標(biāo)準(zhǔn)不是唯一的烴類池火火焰測試標(biāo)準(zhǔn)，但是目前已經(jīng)成為最權(quán)威的烴類池火火焰測試標(biāo)準(zhǔn)。陸上石油化工生產(chǎn)和海上油氣平臺都會有應(yīng)用。
2、ISO22899-1《Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials —Part 1:General requirements》
烴類噴射火的標(biāo)準(zhǔn)：ISO22899-1《Determination of the resistance to jetfires of passive fire protection materials —Part 1:General requirements》最早是針對鋼結(jié)構(gòu)的被動防火材料抗噴射火的測試標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)目前也成為比較權(quán)威的噴射火測試標(biāo)準(zhǔn)，在海上平臺應(yīng)用更多一些。
關(guān)于不同火的火溫曲線，見下圖，
3、API RP 2218-2010《石油和石化廠的防火應(yīng)用措施》
5.1.9 火場情景內(nèi)的應(yīng)急閥門
在起火區(qū)域內(nèi)的應(yīng)急閥門和閥門啟動裝置的操作對于安全關(guān)閉單元、為設(shè)備減壓或切斷火焰的燃料供應(yīng)可能是至關(guān)重要的。重要的應(yīng)急隔離閥門包括供應(yīng)大型塔、收集池和平行罐的泵機管道的抽吸閥門。為了增加應(yīng)急閥門正常工作的概率，應(yīng)考慮為聯(lián)結(jié)閥門的動力線路和信號線路同時加裝防火設(shè)施。閥門的馬達(dá)操控單元應(yīng)充分防火，以保證閥門有足夠的時間完全打開或閉合。屬于失效保護(hù)的閥門不需要防火（但應(yīng)該確保在火災(zāi)中能夠觸發(fā)失效保護(hù)狀態(tài)）。
動力線路和儀表線路可以按照章節(jié)5.1.8.1 所述保護(hù)。馬達(dá)操控裝置應(yīng)被多重防火系統(tǒng)保護(hù)，防火系統(tǒng)應(yīng)使用預(yù)成型的抗火材料，特別設(shè)計的防火毯，或使用膠泥材料或膨脹樹脂涂層永久固定于設(shè)備表面。對于上述選擇，均必須確定防火材料適合受保護(hù)設(shè)備的操作溫度。一些材料盡管可以在UL 1709(或等效)條件下提供30分鐘保護(hù)時間，但限定的非遇火正常溫度可能低至150oF(65°C)。評估也應(yīng)考量寒冷天氣情況。
下列項目需要特別考量：
a.電機暴露在明火時，電機內(nèi)安裝的熱限位開關(guān)可能造成在閥門未完全打開或閉合時電機失靈。應(yīng)考慮關(guān)閉熱限位開關(guān)，或聯(lián)系設(shè)備供應(yīng)商咨詢可能的改裝方案，以確保電機能夠在需要的閥門操作環(huán)境中正常運行。
b.閥門的手動輪和控制桿的防火保護(hù)不能過分影響閥門的易操控的程度。
c.加裝防火設(shè)備后閥門的位置指示必須仍能看見。
d.螺線管操控的閥門的螺線管可以安裝前述防火材料。由于絕熱材料隔熱并限制空氣流通，設(shè)計必須確保能夠有理想的操控。
e. 膜片操控閥門的隔板套可安裝前述防火材料，除非閥門設(shè)計為損壞時啟動。
f. 選擇的防火系統(tǒng)必須評估其在受保護(hù)設(shè)備和設(shè)備環(huán)境處于正常操作溫度下的使用。
4、API RP 553-2012《煉油廠控制安全系統(tǒng)閥門和附件》
3.4.6 D類EBV：為帶遠(yuǎn)程控制的閥門。對閥門位置無限制，但控制系統(tǒng)距離泄漏源至少12米遠(yuǎn)，并且在火災(zāi)區(qū)域外。安裝在高度超過4.6米的EBV閥也在這個類別里。在火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的執(zhí)行機構(gòu)、那部分電纜及儀表管應(yīng)該防火，或設(shè)計為在火災(zāi)條件下操作不失效。具體指導(dǎo)管、儀表管、電纜支撐需要防火。
8.2.2.1 電動馬達(dá)執(zhí)行機構(gòu)，是閘閥的第一選擇，因為電動馬達(dá)在損失電力時會靜態(tài)故障，在火災(zāi)區(qū)域的任何這種閥門執(zhí)行機構(gòu)都應(yīng)做防火保護(hù)，在火災(zāi)區(qū)域的那部分控制電纜也應(yīng)該做防火保護(hù)，耐火電纜是一個選項。
8.2.3.3 氣動執(zhí)行機構(gòu)，火災(zāi)可操作型，該種執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)該使用儀表管硬接線，并且做防火保護(hù)。
8.3.1 EBV供氣、關(guān)鍵接線、就地控制盤以及執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)能夠承受1093℃石油火，保持所有內(nèi)部電子控制及接線在至少30分鐘內(nèi)溫度低于93℃。防火保護(hù)應(yīng)能夠承受來自消防栓的持續(xù)水流。防火材料應(yīng)防風(fēng)雨、耐陽光。參考API2218。
5、API 2510A-2010《LPG存儲設(shè)施設(shè)計和操作的防火考慮》
6.5.3.1 自動和遠(yuǎn)程操作閥門
遠(yuǎn)程操作的閥門，無論是液動、氣動或電動操作，在停止燃料流方面會很有用。能建議不止一個操作位置。傾向于失效關(guān)的閥門，由于這些閥門在失去信號時會自動關(guān)閉。除非提供防火保護(hù)，電動閥不能做到這個，由于需要電力使執(zhí)行機構(gòu)動作。氣動或液動閥門需要壓力打開，失去壓力時，可以靠彈簧力自動關(guān)閉。電動閥及其電力供應(yīng)需要特別考慮防火保護(hù)以保證緊急狀況下可以操作。
6、AQ 3053-2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術(shù)規(guī)程》
第6.13條要求“儲罐物料進(jìn)出口管道靠近罐體處應(yīng)設(shè)一個總切斷閥。對大型儲罐，應(yīng)采用帶氣動型、液壓型或電動型執(zhí)行機構(gòu)的閥門。當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)為電動型時，其電源電纜、信號電纜和電動執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)作防火保護(hù)。” 在該標(biāo)準(zhǔn)前言中特別指出，第6.13條為強制性條款。
注：大型儲罐是指公稱直徑大于或等于30m或公稱容積大于或等于10000m3的儲罐。
7、SH/T3005-2016《石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》
10.3.6.14 當(dāng)工藝安全對緊急切斷閥有防火保護(hù)要求時，用于緊急切斷閥的氣動執(zhí)行機構(gòu)及其附件 應(yīng)有防火保護(hù)措施，首選安裝防火保護(hù)罩，防火保護(hù)罩應(yīng)符合UL 1709標(biāo)準(zhǔn)，能夠在1093°C下， 抵抗烴類火災(zāi)30分鐘。
10.3.7.11當(dāng)工藝安全對緊急切斷閥有防火保護(hù)要求時，用于緊急切斷閥的電動執(zhí)行機構(gòu)及其附 件應(yīng)有防火保護(hù)措施，首選安裝防火保護(hù)罩，防火保護(hù)罩應(yīng)符合UL 1709標(biāo)準(zhǔn)，能夠在1093°C下， 抵抗烴類火災(zāi)30分鐘。
8、[2016]39號：中石化《罐區(qū)隱患整改攻堅戰(zhàn)指導(dǎo)意見》
四、低低液位聯(lián)鎖、高高液位聯(lián)鎖
2.對屬于一級或二級重大危險源的儲罐，除設(shè)置高、低液位報警外，還應(yīng)對低低液位和高高液位設(shè)置相應(yīng)的報警及聯(lián)動保護(hù)措施。需設(shè)置獨立 SIS 系統(tǒng)的儲罐，其進(jìn)出口管道上的罐根閥(緊急切斷閥要采取防火措施，應(yīng)具有手動操作功能，并采取防火措施)。
9、SH/T3184-2017《石油化工自動化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》
5.4.1.12 需要防火的開關(guān)閥的電纜和執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)根據(jù)具體情況做防火設(shè)計。
10、DEP-T-PE1530-2017《緊急切斷閥工藝設(shè)計導(dǎo)則(試行)-SEG 》
7.2 氣動執(zhí)行機構(gòu)選型設(shè)計
7.2.11 需要設(shè)置防火措施時，首選安裝防火保護(hù)罩，防火保護(hù)罩應(yīng)符合UL1709標(biāo)準(zhǔn)，能夠在1093℃下，抵抗烴類火災(zāi)30分鐘。
7.3 電動執(zhí)行機構(gòu)選型設(shè)計
7.3.10 需要設(shè)置防火措施時，首選安裝防火保護(hù)罩，防火保護(hù)罩應(yīng)符合UL1709標(biāo)準(zhǔn)，能夠在1093℃下，抵抗烴類火災(zāi)30分鐘。
7.4 電液執(zhí)行機構(gòu)選型設(shè)計
7.4.14 需要設(shè)置防火措施時，首選安裝防火保護(hù)罩，防火保護(hù)罩應(yīng)符合UL1709標(biāo)準(zhǔn)，能夠在1093℃下，抵抗烴類火災(zāi)30分鐘。
11、Q/SH0749-2018《液化烴儲運工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》
12.2.7 g) 液化烴球罐根部緊急切斷閥選用應(yīng)符合中國石化建[2011]518號《液化烴球罐緊急切斷閥選型設(shè)計規(guī)定》；球罐根部緊急切斷閥的防火罩應(yīng)選用適用于戶外露天場合的剛性防火保護(hù)罩，防火保護(hù)罩應(yīng)能夠在1093℃烴類火災(zāi)下30分鐘內(nèi)保證其內(nèi)部溫度低于80℃。
如何采購防火罩
防火罩是根據(jù)閥門和執(zhí)行機構(gòu)尺寸量身定制的產(chǎn)品，并且在設(shè)計時候需要根據(jù)溫升區(qū)間(即失效溫度-溫升起始溫度)去計算所需的防火材料厚度，溫升區(qū)間越小，防火罩設(shè)計難度越高。每個防火罩都需要根據(jù)具體溫升工況來單獨設(shè)計計算，實際所需厚度可能是3層75mm厚-5層125mm厚。而且，防火罩和執(zhí)行機構(gòu)之間一般會通過支架保留一定的空間，由于裝置現(xiàn)場空間問題，這就要求防火罩必須足夠緊湊，同時不能影響閥門和執(zhí)行機構(gòu)的正常操作維護(hù)。
防火罩主要有以下兩種采購方式：
a、隨閥配套采購
新建項目一般采用隨閥配套采購方式，這樣在防火罩設(shè)計時，閥門廠家配合提供閥門執(zhí)行機構(gòu)整體外形圖，在閥門設(shè)計時根據(jù)防火罩廠家建議對閥桿支架長度、手輪軸長度、閥位指示器、或者執(zhí)行機構(gòu)附件位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，執(zhí)行機構(gòu)附件選型時也會由于考慮執(zhí)行機構(gòu)失效溫度而更加合理。防火罩圖紙在設(shè)計完后由防火罩廠家發(fā)給閥門廠家進(jìn)行確認(rèn)，同時由閥門廠家提交給設(shè)計院配管部門，以預(yù)留出足夠的安裝空間。這樣現(xiàn)場安裝也會更加完美。
b、防火罩單獨采購
改造項目一般只能單獨采購防火罩，由于閥門執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)安裝完，現(xiàn)場空間都已經(jīng)確定，單獨采購?fù)鶗浅Ｂ闊赡芤驗槿狈Ψ阑鹫衷O(shè)計參數(shù)、閥桿支架長度不夠、手輪軸長度不夠、執(zhí)行機構(gòu)附件位置不合理、安裝空間不夠等原因而導(dǎo)致防火罩設(shè)計難度加大，或無法設(shè)計防火罩。因此，單獨采購要面對的問題較多。
總而言之，執(zhí)行機構(gòu)防火罩的選型應(yīng)用存在大量的技巧和專業(yè)性，合理有效的防火罩選型設(shè)計，當(dāng)真正發(fā)生火災(zāi)時，可以有效的保護(hù)執(zhí)行機構(gòu)，降低裝置風(fēng)險，因此企業(yè)業(yè)主、設(shè)計方、閥門廠家和防火罩供應(yīng)方都應(yīng)該重視并掌握執(zhí)行機構(gòu)防火罩選型要點。
作者：朱建峰(英國達(dá)肯工程有限公司)
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