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?，如果控制線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。
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?？焖侔踩珯z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：它將受保護鋼柱置于5分鐘內(nèi)達到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1000°F(538°C)，或單一電熱偶溫度達到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。馬達操控裝置應(yīng)被多重防火系統(tǒng)保護，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 電動馬達執(zhí)行機構(gòu)，是閘閥的第一選擇，因為電動馬達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，在火災(zāi)區(qū)域的那部分控制電纜也應(yīng)該做防火保護，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。
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，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?！?nbsp; 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)有防火保護措施，首選安裝防火保護罩，防火保護罩應(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)有防火保護措施，首選安裝防火保護罩，防火保護罩應(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)動保護措施。需設(shè)置獨立 SIS 系統(tǒng)的儲罐，其進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，首選安裝防火保護罩，防火保護罩應(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，首選安裝防火保護罩，防火保護罩應(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，首選安裝防火保護罩，防火保護罩應(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罩，防火保護罩應(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。
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(英國達肯工程有限公司)
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