緊急切斷閥及其應(yīng)用概述

符明海

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

緊急切斷閥又稱為安全切斷閥，在遇到突發(fā)情況時(shí)，該閥會(huì)迅速關(guān)閉或打開，避免發(fā)生事故。?；穬?chǔ)罐、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備和輸送管道上都要求設(shè)置緊急切斷閥，應(yīng)急工況時(shí)，這些閥無需人工操作或電氣控制就會(huì)自行關(guān)閉。

2006 年頒布的TSG D2001—2006 《壓力管道元件制造許可規(guī)則》［1］將緊急切斷閥歸于閥門的典型品種內(nèi)，制造許可按照閥門許可專項(xiàng)條件。 2014年，國家質(zhì)檢總局發(fā)布了《關(guān)于修訂<特種設(shè)備目錄>的公告（2014 年第114 號(hào)）》［2］，將緊急切斷閥與安全閥、 爆破片裝置和氣瓶閥門4 個(gè)品種一并納入安全附件種類。 2015 年， 國家質(zhì)檢總局發(fā)布了《質(zhì)檢總局辦公廳關(guān)于壓力管道氣瓶安全監(jiān)察工作有關(guān)問題的通知（質(zhì)檢辦特〔2015〕675 號(hào)）》［3］，規(guī)定了“新《目錄》將緊急切斷閥劃入安全附件種類，由總局負(fù)責(zé)實(shí)施制造許可，不再劃分級(jí)別，但應(yīng)限定產(chǎn)品參數(shù)范圍， 其許可條件暫按TSG D2001—2006《壓力管道元件制造許可規(guī)則》中閥門的許可條件要求執(zhí)行”。 直到2019 年1 月16 日，國家市場(chǎng)監(jiān)管總局發(fā)布的2019 年第3 號(hào)《市場(chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于特種設(shè)備行政許可有關(guān)事項(xiàng)的公告》［4］中，將安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥和氣瓶閥門4 個(gè)項(xiàng)目歸于安全附件制造單位許可，同年又頒布TSG 07—2019 《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》［5］，劃分了緊急切斷閥的級(jí)別，并規(guī)定了制造許可的專項(xiàng)條件。 由此可見，緊急切斷閥的品種定性從閥門到安全附件、 許可條件從閥門許可條件到有專項(xiàng)條件的“升級(jí)”，是人們對(duì)緊急切斷閥重要性、安全性的認(rèn)識(shí)發(fā)生根本轉(zhuǎn)變的結(jié)果。

1 緊急切斷閥

緊急切斷閥因其特殊性，種類繁多，按功能劃分為4 類。

1.1 過流量切斷型

過流量切斷型緊急切斷閥 （簡稱過流閥）工作溫度一般不高于50℃， 適用介質(zhì)為液化石油氣、液氨、液氮、液態(tài)二氧化硫、丙烯、丙烷、丁烷、丁二烯及其混合物。 過流閥廣泛用在罐/槽車（圖1）、罐式集裝箱、儲(chǔ)罐或管道上，應(yīng)急情況下可手動(dòng)或自動(dòng)快速關(guān)閉，其工作原理為：當(dāng)流經(jīng)閥門的介質(zhì)流量超過允許值時(shí)，閥芯和閥座（圖2）構(gòu)成的節(jié)流面會(huì)造成介質(zhì)壓差增大， 推動(dòng)閥瓣關(guān)閉；當(dāng)閥后管道破裂，流量增大超過管道額度流量時(shí)，該閥也會(huì)迅速關(guān)閉從而切斷介質(zhì)。

圖1 槽車用過流閥

圖2 過流閥的閥芯和閥座

過流閥的額定流量是閥門自動(dòng)關(guān)閉前允許通過的最大流量，管道中介質(zhì)的流量超過額定流量所引起的壓差作用于閥門， 完成自動(dòng)關(guān)閉，額定流量的誤差允許在±10%以內(nèi)。

過流閥的最高工作壓力為罐體的設(shè)計(jì)壓力，按照GB/T 22653—2008《液化氣體設(shè)備用緊急切斷閥》［6］規(guī)定，過流閥的最高工作壓力隨充裝介質(zhì)的不同而不同（表1）。

表1 過流閥的最高工作壓力 MPa

1.2 熱熔切斷型

熱熔切斷型緊急切斷閥（簡稱熱熔閥）通常為低溫介質(zhì)緊急切斷閥（圖3），常用于低溫工況（-196～-29℃），適用于氧、氮、氬、天然氣及乙烯等的低溫介質(zhì)。 管道的公稱通徑大于50mm 時(shí)，閥體通常選用鑄件（圖3a）；公稱通徑不大于50mm且公稱壓力不高于1 500Lb 級(jí)（10.335MPa）時(shí)，閥體通常選用模鍛件（圖3b）； 公稱通徑不大于50mm 且公稱壓力高于1 500Lb 級(jí)時(shí)， 閥體大多選用自由鍛件（圖3c）。

圖3 低溫介質(zhì)用熱熔閥

熱熔閥通常安裝在儲(chǔ)運(yùn)低溫介質(zhì)的罐車（槽車）、儲(chǔ)罐或管道上，閥門與管道連接可采用對(duì)接焊和承插焊形式，圖4 為用于低溫液氧儲(chǔ)槽出口管道上的熱熔閥，圖5 為用于液化石油氣等易燃介質(zhì)儲(chǔ)罐站的熱熔閥。 易熔塞是熱熔閥中的一個(gè)重要元件， 當(dāng)外界發(fā)生火災(zāi)或溫度急劇升高時(shí)，操作人員無法靠近閥門，閥門周圍環(huán)境溫度超過閥執(zhí)行器上易熔塞的溫度并達(dá)到緊急自動(dòng)切斷溫度（70℃±5℃）時(shí)，易熔塞熔化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的氣/液卸載，閥門在復(fù)位彈簧作用下自動(dòng)關(guān)閉。

圖4 低溫液氧儲(chǔ)槽出口管道上的熱熔閥

圖5 液化石油氣等易燃介質(zhì)儲(chǔ)罐站的熱熔閥

需要強(qiáng)調(diào)的是：液化天然氣罐式集裝箱用熱熔閥，殼體（包括閥體、閥蓋）強(qiáng)度試驗(yàn)壓力按4倍罐體設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行試驗(yàn)；用于其他情況的熱熔閥，殼體（包括閥體、閥蓋）強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.5 倍； 發(fā)生緊急情況時(shí)， 閥從開始關(guān)閉起，應(yīng)在10s 內(nèi)閉合；罐車和槽車用的熱熔閥還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)后零部件應(yīng)無損傷、緊固件應(yīng)無松脫。

1.3 超壓/欠壓切斷型

超壓/欠壓切斷型緊急切斷閥 （簡稱超壓/欠壓閥）的工作原理如圖6 所示。

圖6 超壓/欠壓切斷型緊急切斷閥的工作原理示意圖

超壓切斷保護(hù)工作原理：閥門自身帶有壓力感應(yīng)管道超壓的元件裝置，該壓力信號(hào)取自閥后管道的壓力，導(dǎo)管將采集到的管線壓力信號(hào)傳輸至壓力感應(yīng)元件裝置。 當(dāng)閥出口管道的壓力出現(xiàn)超壓時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中推桿力大于由超壓彈簧力所設(shè)定的平衡壓力保護(hù)值，推桿向下運(yùn)動(dòng)，壓迫平衡軸向下，O 形支點(diǎn)被推著向上運(yùn)動(dòng)， 打破了預(yù)先設(shè)置好的平衡，因此平衡軸的掛鉤將失去對(duì)控制桿的約束，閥座彈簧力推動(dòng)閥瓣快速向閥座運(yùn)動(dòng)，閥瓣便切斷管線氣流發(fā)揮超壓保護(hù)作用。

欠壓切斷保護(hù)工作原理與超壓切斷保護(hù)工作原理相似： 當(dāng)閥出口管道的壓力出現(xiàn)欠壓時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中推桿力小于由欠壓彈簧力所設(shè)定的平衡壓力保護(hù)值，推桿向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)平衡軸向上，O 形支點(diǎn)被推著向上運(yùn)動(dòng)， 打破了預(yù)先設(shè)置好的平衡，因此平衡軸的掛鉤將失去對(duì)控制桿的約束， 閥座彈簧力推動(dòng)閥瓣快速向閥座運(yùn)動(dòng)，閥瓣便切斷管線氣流發(fā)揮欠壓保護(hù)作用。

圖7 為長輸管線陜京四線西集分輸站的超壓/欠壓閥，型號(hào)為A400-DN400-CLASS600RF，公稱通徑400mm，公稱壓力Class600（10MPa），現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行壓力7.6MPa。

圖7 長輸管線陜京四線西集分輸站的超壓/欠壓閥

1.4 拉斷切斷型

常規(guī)的油品裝卸設(shè)備有軟管和流體裝卸臂（包括船用輸油臂和陸用鶴管）兩類。 通常在油品裝卸過程中， 雖有嚴(yán)格的操作規(guī)程作為保障，但事故也時(shí)有發(fā)生，例如：槽車（火車、汽車）因操作失誤等原因，在未與軟管分開的情況下駛離工作區(qū)，拉斷軟管造成油品大量外泄，一旦遇到摩擦或靜電火花會(huì)即刻引發(fā)事故； 槽車正在裝卸，現(xiàn)場(chǎng)突然失火，不能用正常的方法分開槽車和裝卸臂，造成槽車不能迅速逃離現(xiàn)場(chǎng)。 以上情形均會(huì)釀成重大人身和財(cái)產(chǎn)安全事故，造成經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。 為防患于未然，減小事故損失，設(shè)計(jì)裝卸設(shè)備配備緊急脫離裝置是油品儲(chǔ)運(yùn)過程中保證安全和環(huán)保的重大舉措。

緊急脫離裝置必須具備以下3 個(gè)特點(diǎn)：

a. 使設(shè)備能夠自動(dòng)、快速脫離；

b. 脫離后的兩部分各自能有效地封閉密封；

c. 避免常規(guī)操作時(shí)出現(xiàn)“脫離”的狀況。

拉斷切斷型緊急切斷閥（簡稱拉斷閥）如圖8所示，主體為兩個(gè)可脫開止回的密封閥，通過可拉斷的螺栓連接。 該密封閥一般為彈簧力關(guān)閉的單向閥（由殼體、閥瓣、主密封圈、主密封座及導(dǎo)流板等組成），當(dāng)輸送管道出現(xiàn)過載拉伸（拉伸力超過允許值）時(shí)，拉斷閥中的連接螺栓脫開，兩個(gè)止回閥自動(dòng)封閉密封，阻止管道液體泄漏。 拉斷閥常用于移動(dòng)罐車裝貨或卸貨使用的卸車膠管，該膠管主要用于易燃、易爆和?；返囊苿?dòng)儲(chǔ)罐與固定設(shè)備間的介質(zhì)輸送。

圖8 拉斷閥

2 緊急切斷閥的應(yīng)用

4 種緊急切斷閥的應(yīng)用情況分述如下：

a. 過流量切斷型。當(dāng)流經(jīng)過流閥介質(zhì)的流量超過允許值時(shí)，由過流閥閥芯和閥座構(gòu)成的節(jié)流面會(huì)引起介質(zhì)產(chǎn)生更大的壓差力來推動(dòng)閥瓣完成關(guān)閉。 該閥門適用于液體危化品。

b. 熱熔切斷型。 火災(zāi)時(shí)，熱熔閥周圍環(huán)境溫度急劇升高， 超過閥執(zhí)行器上易熔塞的溫度時(shí)，易熔塞就會(huì)熔化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的氣/液卸載，該閥門在復(fù)位彈簧作用下即刻自動(dòng)關(guān)閉。

c. 超壓/欠壓切斷型。 超壓/欠壓閥自身帶有壓力感應(yīng)管道超壓/欠壓的元件，壓力信號(hào)取自閥后管道的壓力， 當(dāng)閥出口管道的氣體壓力超出（升高/下降）額定范圍時(shí)，感應(yīng)超壓/欠壓元件會(huì)動(dòng)作——自動(dòng)關(guān)閉閥門。 該閥門具有超壓自動(dòng)切斷、欠壓自動(dòng)切斷的單一或雙重功能。

d. 拉斷切斷型。拉斷閥由兩個(gè)可脫開止回密封閥及其連接面間有拉斷功能的連接螺栓組成，當(dāng)輸送管道出現(xiàn)過載拉伸時(shí)，超過允許值的拉伸力直接拉斷連接螺栓，無需電、液等外加動(dòng)力，并且脫開后的兩個(gè)止回閥能自動(dòng)密封。

3 結(jié)束語

2019 年， 國家市場(chǎng)監(jiān)管總局發(fā)布的公告中，將安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥和氣瓶閥門4個(gè)項(xiàng)目歸于安全附件制造單位許可。 在特種設(shè)備生產(chǎn)單位許可目錄中將緊急切斷閥分為A 級(jí)和B 級(jí)（A 級(jí)為用于移動(dòng)容器上的緊急切斷閥，是由總局實(shí)施的子項(xiàng)目；B 級(jí)為其他緊急切斷閥，是由總局授權(quán)省級(jí)市場(chǎng)監(jiān)管部門實(shí)施或由省級(jí)市場(chǎng)監(jiān)管部門實(shí)施的子項(xiàng)目），并按TSG 07—2019《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》附錄4 中緊急切斷閥專項(xiàng)條件進(jìn)行制造許可。

緊急切斷閥的制造單位應(yīng)當(dāng)持有相應(yīng)的特種設(shè)備制造許可證，緊急切斷閥需要經(jīng)國家質(zhì)檢總局核準(zhǔn)的型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行型式試驗(yàn)，取得型式試驗(yàn)報(bào)告和證書后方可生產(chǎn)和銷售。