儲罐的罐根閥,、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,、適用范圍和標準規(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)計單位和企業(yè)都比較困惑的是,，在儲罐罐根的進出口管道中，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,。在對該問題進行深入探討之前，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行的主動性隔離,，其在儲罐正常運行中是保持長時間開啟狀態(tài),，只有在罐本體檢修、管線維修或者需要隔離物料時,，罐根閥才進行關(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重要特征就是穩(wěn)定性和可靠性,，所以個人認為罐根閥的選型優(yōu)先選擇純機械式閥門,，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作可靠,，故障率相對較低等,，一般罐根閥采用機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,、氣動等閥門,，是因為高故障率的閥門在突發(fā)故障時，由于物料無法進行有效隔離,，所以導致閥門無法進行下線維修,，這是一個最大的硬傷。

第二個是緊急切斷閥,，這里的緊急切斷主要就是指聯(lián)鎖報警或事故狀態(tài)下,，對儲罐進出口管線的物料進行的一個緊急切斷操作，目的有兩個，其一是維持儲罐本體的物料在一個極限范圍之內(nèi),，其二是當罐區(qū)周邊發(fā)生火災(zāi)時或管道泄露時,，及時隔離儲罐與外界的連通，保護儲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特性，第一,，非正常狀態(tài)下才啟動,，也就是說，在儲罐正常進出物料中,，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供調(diào)節(jié)用的閥門。第三個就是金屬軟管,，罐區(qū)采用金屬軟管,，其本質(zhì)是柔性設(shè)計的替代產(chǎn)物，在《GB 50160-2018 石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準 》第6.2.25條中,，明確提出了儲罐的進出口管道應(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,，但同時其付出的代價就是管道結(jié)構(gòu)的不連續(xù),，在一定程度上削弱了管道的整體強度，增加的兩個法蘭接口也成了兩個潛在的泄漏危險源,。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度為代價來換取不均勻沉降造成的位移補償,。

第四個就是工藝操作閥,，之所以再額外增加這個工藝操作閥,，也是企業(yè)罐區(qū)現(xiàn)場作業(yè)流程中*的一環(huán)，這個工藝操作閥可以是手動的,，也可以是遠傳遙控的，其主要作用就是在儲罐進出物料的日常運行中,，需要頻繁的開關(guān)操作進行物料的輸送和切斷,。
明白了以上幾個部件的作用和特性，我們就可以繼續(xù)進入正題環(huán)節(jié),，即上述幾個部件到底該怎么進行順序布置,，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在前哪個在后呢,？工藝操作閥是否可以同時兼做緊急切斷閥呢？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我的觀點，我們按照從罐根開始向外擴展的順序來一一解析,。第一個問題,，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，也就是說當一個閥門保持常開狀態(tài)時（周期可達幾年）,，依然可以保持功能完整,，具備隨時關(guān)閉的能力。我們以常用的三種閥門類型：閘閥,、蝶閥和球閥做對比,，閘閥相對于蝶閥和球閥來說，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械式助力機構(gòu)來實現(xiàn)的，相比較而言,，蝶閥的閥瓣和球罐的閥球在長期保位后,，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動,，摩擦接觸面積較小，而蝶閥和球罐的閉合件做的是旋轉(zhuǎn)運動,，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,，那就是關(guān)閉行程的時間太長,，尤其是管徑較大的閥門，一般都是配置了帶蝸桿的助力機構(gòu),，整個行程下來非常耗時,。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),。對于這種大口徑閘閥，可以配置電動執(zhí)行機構(gòu)來解決這個問題,。綜合比較而言,，在罐根布置常開的閥門時，采用閘板閥門具有一定的比較優(yōu)勢,。

如果我們把罐根閥設(shè)計為常開的閘閥的話,，可能有的朋友就問了，如果我把緊急切斷閥放在罐根呢,，因為緊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)鎖機構(gòu),，如果構(gòu)成重大危險源的話，還要進入SIS系統(tǒng),，另外這種緊急切斷閥都帶有執(zhí)行機構(gòu),，如電動、氣動或液動等,，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,，清罐也無法實現(xiàn)，因為倒料的管道被堵死了,。所以帶聯(lián)鎖功能的緊急切斷閥是不建議設(shè)置在罐根的,。因為這并不是一個*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,，就能達到其功能目的,。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，而是當它和緊急切斷閥同時存在時,，相對位置該如何布置的問題,。換句話說，金屬軟管應(yīng)當布置在緊急切斷閥之前還是之后,。關(guān)于這個問題,，所有的相關(guān)標準均沒有任何提及，但這個問題確確實實困擾著大量的設(shè)計人員和企業(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罐物料進出的閥門,，這里的切斷還有一層隔離的意思，目的是當外界周邊發(fā)生緊急情況時（比如火災(zāi)）,，*阻斷并庇護儲罐這個重大危險源,，以防止火災(zāi)波及儲罐，造成更嚴重的二次事故,。所以遵循這個原則,，我們*可以肯定一點，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,，因為多一道法蘭，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,，除了增加了兩個潛在的泄露源之外，還有一個更為嚴重的隱患問題,，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因素。這個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,，其強度和結(jié)構(gòu)完整性大大降低,，直至泄露失效。

這個并不是危言聳聽,，而是確確實實發(fā)生過的,，在2008年西南某省的一個儲罐發(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,，即儲罐罐口法蘭+罐根閥+緊急切斷閥+金屬軟管，那么還有一個工藝操作閥,，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，因為如果布置在金屬軟管之前的話,，那么金屬軟管的位置就離罐壁比較遠了,，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,？這個要根據(jù)具體問題具體分析，因為牽涉到重大危險源,、SIS系統(tǒng),、以及SIL評估和定級等，本文不再展開討論,。

  最后一個問題,，就是金屬軟管和大拉桿該怎么選擇的問題,，其實這個問題的本質(zhì)就是力學上的一個撓度問題，我們知道罐根管道出入口的柔性設(shè)計,，如果采用金屬軟管的話,，就是一個彎曲撓度的問題。撓度是和軟管的直徑和長度有關(guān),，在長度一定的情況下,，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，根據(jù)管道直徑尺寸和要求的沉降值來進行設(shè)計,，并且參照《SH/T 3412-2017 石油化工管道用金屬軟管選用、檢驗及驗收》《GB/T 14525-2010 波紋金屬軟管通用技術(shù)條件》來進行選型驗證,，如果罐區(qū)現(xiàn)場的安裝距離無法滿足金屬軟管長度的話,，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)容基本上源自我個人在工作中的一些經(jīng)驗總結(jié),，可供參考的標準幾乎沒有,，所以文中的觀點并沒有相關(guān)標準和規(guī)范的支持，僅供大家參考,！