防逆流保護的設計和實踐經驗總結

趙紅妹，鄒　紅

(中海油石化工程有限公司，山東 濟南　250101)

在石油化工企業生產中，由于物流逆流引發的安全以及污染事故層出不窮。近日，國家安監總局發出警示，要求企業行業對該類事故立即開展安全隱患排查。

物流逆流，顧名思義，指的是非正常情況下，物料以與正常生產時物流流向相反的方向流動。物流逆流造成的危險主要有：(1)物料高壓側竄入低壓側造成設備超壓；(2)可燃易爆介質混入空氣等引發爆炸；(3)工藝物料竄入公用工程管網，造成公用工程污染、系統超壓、人員誤吸入等人身傷亡事故。為了杜絕該類事故的發生，就應在設計之初分析各種可能的工況，采取相應的安全措施，做到本質安全。

1　 防范物流逆流的相關設計標準規定

國內對防物流逆流的相關標準規定很少，僅對公用工程管道和工藝物料連接的情況有所描述。至于對工藝物料管線的防逆流保護措施上，基本沒有相應的規范要求和安全規程可執行、參考。目前可以參考的關于防止物流逆流的相關設計標準主要有：

1.1　《石油化工企業防火設計規范》GB50160-2008[1]

該規范中7.2.7 條規定：公用工程管道與可燃氣體、液化烴和可燃液體的管道或設備連接時應符合下列規定。

(1)連續使用的公用工程管道上應設止回閥，并在其根部設切斷閥；

(2)間歇使用的公用工程管道上應設止回閥和一道切斷閥或設兩道切斷閥，并在兩切斷閥間設檢查閥；

(3)僅在設備停用時使用的公用工程管道應設盲板或斷開。

7.2.11 條規定：離心式可燃氣體壓縮機和可燃液體泵在其出口管道上安裝止回閥。

7.2.16條規定：進出裝置的可燃氣體、液化烴和可燃液體的管道，在裝置的邊界處應設置隔斷閥和8字盲板，在隔斷閥處應設平臺，長度等于或大于8m的平臺應在兩個方向設梯子。

1.2　《工藝系統工程設計技術規定》HG/T 20570-1995[2]

該規范18節《閥門的設置》中規定：公用物料管道盡可能不與工藝物料管道固定連接，應通過軟管站以快速接頭方式連接。當操作需要直連時則應以雙閥連接，中間設檢查閥，檢查閥在停止進料時打開，或加鉛封開。在壓力可能有波動的場合再加上止回閥。

1.3　《石油化工企業職業安全衛生設計規范》SH3047-93[3]

2.2.7 條規定：物料倒流會產生危險的設備管道，應根據具體情況設置自動切斷閥、止回閥或中間容器等。

2　目前存在的問題

上述規范和標準中對防逆流保護的規定過于籠統，保護措施過于簡單。目前在石油化工行業，通用的防逆流設施是用一道止回閥(單向閥)防止物料逆流，如最普遍的機泵出口設置止回閥防止物流逆流。實際上，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《保護層分析(LOPA)方法應用導則》AQ/T3054-2015[4]的要求，止回閥不能作為一道獨立的保護層(IPL)。過于簡單的防逆流保護措施已不太能夠適合現代企業的控制管理模式以及目前國家對安全及職業衛生方面的嚴格限制。

3　防逆流保護建議的安全設計方案

3.1　工藝物料管道的防逆流保護措施

輸送危險物料的泵和壓縮機等增壓設備進出口壓力相差過大時，高壓物料逆流回低壓系統可能造成設備管道系統超壓，造成重大的安全事故。建議根據實際情況以及逆流風險的高低程度選擇采用雙止回閥、設置獨立的緊急切斷閥、增加差壓聯鎖控制的形式，作為保證生產安全的防逆流措施。

(1)出口設置兩道止回閥，且選用不同型式的止回閥

雙單向閥設置在某些國外公司的內部標準中認可作為一道失效概率(1次每10年)的保護屏障，前提是兩個單向閥來自不同廠家或工作原理不同，且有足夠的經驗數據證明單向閥的質量足夠可靠。該種設置方式常見于石油煉化企業防逆流保護的設計中。如圖1，加氫裝置加氫進料泵防逆流設計(措施一)。

(2)設置獨立的緊急切斷閥

在有一道止回閥設計的基礎上，可以在物流輸送系統出口管道上設置獨立的切斷閥，參與緊急聯鎖控制。當設備故障或緊急停車時，聯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生。如圖1，加氫裝置加氫進料泵防逆流設計(措施二)。

(3)增加差壓聯鎖控制

在增壓設備出口管道匯入下游系統之前一般會設置流量或壓力調節閥，建議在調節閥前和緊急切斷閥后增加一個壓差顯示報警聯鎖控制，設置壓差低報警檢測逆流，壓差低低聯鎖關閉緊急切斷閥門，PDIAS聯鎖設定值一般可設置在0～-1kPa。如圖1，加氫裝置加氫進料泵防逆流設計(措施三)。

圖1加氫裝置加氫進料泵防逆流設計

3.2　公用物料管道的防逆流保護措施

原則上公用物料管道盡可能不與工藝物料管道固定連接，應通過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的要求，上述標準規范相關章節給予了基本的描述，現在從實際工程應用方面給予解讀和補充。

連續使用的公用工程管道上應設置止回閥，并在根部設切斷閥(通用設計)；

單個單向閥設計是連續使用的公用工程管道上的基本要求，但很多事故的發生均是在此設計條件下發生的，因此在工藝安全設計中不認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，且來自不同廠家或不同結構型式。如圖2，氮封氣防逆流設計案例。

圖2氮封氣防逆流設計案例

在設備停用時使用的公用工程管道與工藝物料連接處設置閥門+盲板，或直接斷開，停用時臨時接自軟管站。此種設置參見圖2中停車時用的蒸汽管線的防逆流設置。

間歇使用的公用工程管道上應設止回閥和一道切斷閥或設兩道切斷閥，并在兩切斷閥間設檢查閥，如圖3。其中閥門1可以作為吹掃排凈、檢查止回閥泄漏使用，閥門2可以作排凈以及截止閥2的檢查閥使用。當公用物料使用頻次較高以及工藝自動化程度較高時，截止閥2可以換做具有氣源故障關(氣開閥)且具備調節功能的自控閥門，如球閥。

進界區的公用工程管線(雙向流的管線除外)，在界區總管上應設止回閥和8字盲板、緊急切斷閥以及壓差報警聯鎖，如3.1中3)條。

可以根據工業裝置涉及到的物料的危險程度不同，選擇使用其中一條或者幾條防逆流措施。對于非常重要的系統，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　間歇使用的氮氣管道防逆流保護

圖4　氮氣總管管線防逆流保護

對于具體的公用工程介質防逆流保護措施，請參考如下原則性建議(表1)。

表1　公用工程管線防逆流保護建議措施

4　結語

以上介紹了防逆流保護設計規范和標準，指出目前防逆流設計中存在的問題，并結合實際設計案例及工程經驗，給出防逆流保護合理有效的建議方案。在化工工程設計過程中，設計人員需辨識出各種工況的存在及應對措施，具體問題具體分析，選擇安全、適宜的防逆流保護措施。