防逆流保護(hù)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

趙紅妹，鄒　紅

(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南　250101)

在石油化工企業(yè)生產(chǎn)中，由于物流逆流引發(fā)的安全以及污染事故層出不窮。近日，國(guó)家安監(jiān)總局發(fā)出警示，要求企業(yè)行業(yè)對(duì)該類(lèi)事故立即開(kāi)展安全隱患排查。

物流逆流，顧名思義，指的是非正常情況下，物料以與正常生產(chǎn)時(shí)物流流向相反的方向流動(dòng)。物流逆流造成的危險(xiǎn)主要有：(1)物料高壓側(cè)竄入低壓側(cè)造成設(shè)備超壓；(2)可燃易爆介質(zhì)混入空氣等引發(fā)爆炸；(3)工藝物料竄入公用工程管網(wǎng)，造成公用工程污染、系統(tǒng)超壓、人員誤吸入等人身傷亡事故。為了杜絕該類(lèi)事故的發(fā)生，就應(yīng)在設(shè)計(jì)之初分析各種可能的工況，采取相應(yīng)的安全措施，做到本質(zhì)安全。

1　 防范物流逆流的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

國(guó)內(nèi)對(duì)防物流逆流的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定很少，僅對(duì)公用工程管道和工藝物料連接的情況有所描述。至于對(duì)工藝物料管線的防逆流保護(hù)措施上，基本沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范要求和安全規(guī)程可執(zhí)行、參考。目前可以參考的關(guān)于防止物流逆流的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要有：

1.1　《石油化工企業(yè)防火設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50160-2008[1]

該規(guī)范中7.2.7 條規(guī)定：公用工程管道與可燃?xì)怏w、液化烴和可燃液體的管道或設(shè)備連接時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定。

(1)連續(xù)使用的公用工程管道上應(yīng)設(shè)止回閥，并在其根部設(shè)切斷閥；

(2)間歇使用的公用工程管道上應(yīng)設(shè)止回閥和一道切斷閥或設(shè)兩道切斷閥，并在兩切斷閥間設(shè)檢查閥；

(3)僅在設(shè)備停用時(shí)使用的公用工程管道應(yīng)設(shè)盲板或斷開(kāi)。

7.2.11 條規(guī)定：離心式可燃?xì)怏w壓縮機(jī)和可燃液體泵在其出口管道上安裝止回閥。

7.2.16條規(guī)定：進(jìn)出裝置的可燃?xì)怏w、液化烴和可燃液體的管道，在裝置的邊界處應(yīng)設(shè)置隔斷閥和8字盲板，在隔斷閥處應(yīng)設(shè)平臺(tái)，長(zhǎng)度等于或大于8m的平臺(tái)應(yīng)在兩個(gè)方向設(shè)梯子。

1.2　《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》HG/T 20570-1995[2]

該規(guī)范18節(jié)《閥門(mén)的設(shè)置》中規(guī)定：公用物料管道盡可能不與工藝物料管道固定連接，應(yīng)通過(guò)軟管站以快速接頭方式連接。當(dāng)操作需要直連時(shí)則應(yīng)以雙閥連接，中間設(shè)檢查閥，檢查閥在停止進(jìn)料時(shí)打開(kāi)，或加鉛封開(kāi)。在壓力可能有波動(dòng)的場(chǎng)合再加上止回閥。

1.3　《石油化工企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3047-93[3]

2.2.7 條規(guī)定：物料倒流會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的設(shè)備管道，應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)置自動(dòng)切斷閥、止回閥或中間容器等。

2　目前存在的問(wèn)題

上述規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)防逆流保護(hù)的規(guī)定過(guò)于籠統(tǒng)，保護(hù)措施過(guò)于簡(jiǎn)單。目前在石油化工行業(yè)，通用的防逆流設(shè)施是用一道止回閥(單向閥)防止物料逆流，如最普遍的機(jī)泵出口設(shè)置止回閥防止物流逆流。實(shí)際上，止回閥只能防止大量流體倒流，不能阻止少量流體泄露，不能做到完全密封，而且比較容易損壞。依據(jù)《保護(hù)層分析(LOPA)方法應(yīng)用導(dǎo)則》AQ/T3054-2015[4]的要求，止回閥不能作為一道獨(dú)立的保護(hù)層(IPL)。過(guò)于簡(jiǎn)單的防逆流保護(hù)措施已不太能夠適合現(xiàn)代企業(yè)的控制管理模式以及目前國(guó)家對(duì)安全及職業(yè)衛(wèi)生方面的嚴(yán)格限制。

3　防逆流保護(hù)建議的安全設(shè)計(jì)方案

3.1　工藝物料管道的防逆流保護(hù)措施

輸送危險(xiǎn)物料的泵和壓縮機(jī)等增壓設(shè)備進(jìn)出口壓力相差過(guò)大時(shí)，高壓物料逆流回低壓系統(tǒng)可能造成設(shè)備管道系統(tǒng)超壓，造成重大的安全事故。建議根據(jù)實(shí)際情況以及逆流風(fēng)險(xiǎn)的高低程度選擇采用雙止回閥、設(shè)置獨(dú)立的緊急切斷閥、增加差壓聯(lián)鎖控制的形式，作為保證生產(chǎn)安全的防逆流措施。

(1)出口設(shè)置兩道止回閥，且選用不同型式的止回閥

雙單向閥設(shè)置在某些國(guó)外公司的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)可作為一道失效概率(1次每10年)的保護(hù)屏障，前提是兩個(gè)單向閥來(lái)自不同廠家或工作原理不同，且有足夠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明單向閥的質(zhì)量足夠可靠。該種設(shè)置方式常見(jiàn)于石油煉化企業(yè)防逆流保護(hù)的設(shè)計(jì)中。如圖1，加氫裝置加氫進(jìn)料泵防逆流設(shè)計(jì)(措施一)。

(2)設(shè)置獨(dú)立的緊急切斷閥

在有一道止回閥設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以在物流輸送系統(tǒng)出口管道上設(shè)置獨(dú)立的切斷閥，參與緊急聯(lián)鎖控制。當(dāng)設(shè)備故障或緊急停車(chē)時(shí)，聯(lián)鎖緊急切斷上游高溫高壓物料，防止物料逆流高壓串低壓狀況的發(fā)生。如圖1，加氫裝置加氫進(jìn)料泵防逆流設(shè)計(jì)(措施二)。

(3)增加差壓聯(lián)鎖控制

在增壓設(shè)備出口管道匯入下游系統(tǒng)之前一般會(huì)設(shè)置流量或壓力調(diào)節(jié)閥，建議在調(diào)節(jié)閥前和緊急切斷閥后增加一個(gè)壓差顯示報(bào)警聯(lián)鎖控制，設(shè)置壓差低報(bào)警檢測(cè)逆流，壓差低低聯(lián)鎖關(guān)閉緊急切斷閥門(mén)，PDIAS聯(lián)鎖設(shè)定值一般可設(shè)置在0～-1kPa。如圖1，加氫裝置加氫進(jìn)料泵防逆流設(shè)計(jì)(措施三)。

圖1加氫裝置加氫進(jìn)料泵防逆流設(shè)計(jì)

3.2　公用物料管道的防逆流保護(hù)措施

原則上公用物料管道盡可能不與工藝物料管道固定連接，應(yīng)通過(guò)軟管站以快速接頭方式連接。公用物料管道與工藝物料管道連接時(shí)的要求，上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相關(guān)章節(jié)給予了基本的描述，現(xiàn)在從實(shí)際工程應(yīng)用方面給予解讀和補(bǔ)充。

連續(xù)使用的公用工程管道上應(yīng)設(shè)置止回閥，并在根部設(shè)切斷閥(通用設(shè)計(jì))；

單個(gè)單向閥設(shè)計(jì)是連續(xù)使用的公用工程管道上的基本要求，但很多事故的發(fā)生均是在此設(shè)計(jì)條件下發(fā)生的，因此在工藝安全設(shè)計(jì)中不認(rèn)為一道單向閥是可靠的工藝安全屏障。建議該處使用雙單向閥，且來(lái)自不同廠家或不同結(jié)構(gòu)型式。如圖2，氮封氣防逆流設(shè)計(jì)案例。

圖2氮封氣防逆流設(shè)計(jì)案例

在設(shè)備停用時(shí)使用的公用工程管道與工藝物料連接處設(shè)置閥門(mén)+盲板，或直接斷開(kāi)，停用時(shí)臨時(shí)接自軟管站。此種設(shè)置參見(jiàn)圖2中停車(chē)時(shí)用的蒸汽管線的防逆流設(shè)置。

間歇使用的公用工程管道上應(yīng)設(shè)止回閥和一道切斷閥或設(shè)兩道切斷閥，并在兩切斷閥間設(shè)檢查閥，如圖3。其中閥門(mén)1可以作為吹掃排凈、檢查止回閥泄漏使用，閥門(mén)2可以作排凈以及截止閥2的檢查閥使用。當(dāng)公用物料使用頻次較高以及工藝自動(dòng)化程度較高時(shí)，截止閥2可以換做具有氣源故障關(guān)(氣開(kāi)閥)且具備調(diào)節(jié)功能的自控閥門(mén)，如球閥。

進(jìn)界區(qū)的公用工程管線(雙向流的管線除外)，在界區(qū)總管上應(yīng)設(shè)止回閥和8字盲板、緊急切斷閥以及壓差報(bào)警聯(lián)鎖，如3.1中3)條。

可以根據(jù)工業(yè)裝置涉及到的物料的危險(xiǎn)程度不同，選擇使用其中一條或者幾條防逆流措施。對(duì)于非常重要的系統(tǒng)，比如涉及到光氣、氯氣等極、高度危害物料，建議選用全部的安全措施，如圖4。

圖3　間歇使用的氮?dú)夤艿婪滥媪鞅Ｗo(hù)

圖4　氮?dú)饪偣芄芫€防逆流保護(hù)

對(duì)于具體的公用工程介質(zhì)防逆流保護(hù)措施，請(qǐng)參考如下原則性建議(表1)。

表1　公用工程管線防逆流保護(hù)建議措施

4　結(jié)語(yǔ)

以上介紹了防逆流保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，指出目前防逆流設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)案例及工程經(jīng)驗(yàn)，給出防逆流保護(hù)合理有效的建議方案。在化工工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需辨識(shí)出各種工況的存在及應(yīng)對(duì)措施，具體問(wèn)題具體分析，選擇安全、適宜的防逆流保護(hù)措施。