防火隔離閥執行機構防火罩研究

戴維思

(中國石油化工股份有限公司 南京閥門供應儲備中心，江蘇 南京 210001)

石油化工企業中的原料和產品大多具有易燃易爆的特性，生產過程中如果發生介質泄漏，很容易引發火災?；馂陌l生時，如果能及時采取有效措施將易燃介質與著火區隔離，就可以阻止火勢進一步擴大，減小火災對企業和生產裝置的影響，將損失降低到最低。在石油化工生產裝置中，隔離易燃介質與著火區的有效手段是在易燃介質工藝管道上加裝防火隔離閥。根據工藝操作要求不同和防火隔離閥的作用，防火隔離閥一般分為兩類： 一類是火災安全型(fire safe)；另一類是防火型或耐火型(fire proof)?；馂陌踩透綦x閥的作用是： 火災發生后，隔離閥處于安全位置(通常為關閉狀態)，在規定時間(通常為30 min)內，閥門不會出現內漏或外漏；防火型或耐火型隔離閥的作用是： 火災發生后，閥門處于安全位置(通常為關閉狀態)，在規定時間(通常為30 min)內，閥門不會出現內漏或外漏，閥門執行機構能夠正常操作。

根據著火后防火隔離閥所起的作用不同，不同類型防火隔離閥，閥體結構和執行機構技術要求有很大差異。對火災安全型隔離閥來說，其執行機構應設計為火災安全型，即發生火災時，閥門應自動處于安全位置；閥門應能在1 093 ℃烴類池火環境[1-2]中30 min內不產生內漏或外漏，閥體滿足API 607[3]或API 6FA或ISO 10497規定的防火測試要求。對防火型或耐火型隔離閥來說，除閥體應滿足上述規定的防火測試要求外，閥門執行機構還應設計為防火安全型，即： 發生火災時，執行機構應自動將閥門置于安全位置,在1 093 ℃烴類池火環境中30 min內,執行機構仍能正常操作。

根據SH/T 3005—2016《石油化工自動化儀表選型設計規范》[4]有關規定，當緊急切斷防火隔離閥有防火保護措施要求時，首選安裝防火保護罩。本文結合近幾年防火隔離閥采購工作中遇到的問題，對防火隔離閥執行機構加裝防火罩的必要性、防火罩的結構設計，以及影響防火罩采購價格的幾個重要參數，進行了深入分析和研究。

1 防火罩結構形式

防火隔離閥執行機構加裝防火罩的目的是發生火災后，阻止或減緩防火罩外部熱量傳遞到防火罩內，使罩內溫度在30 min內不會高于罩內被保護對象的工作失效溫度，確保了火災發生后30 min 內，防火隔離閥仍能根據工藝要求進行操作。因此，防火隔離閥加裝防火罩的原則為： 閥門應處于著火區域；發生火災后閥門還需要進行正常操作。

防火罩的結構形式分為柔性防火罩和剛性防火罩兩種，如圖1所示。

圖1 兩種防火罩結構形式示意

柔性防火罩由耐火隔層和耐火陶瓷纖維壓制構成，特點是： 柔軟、輕盈、結構緊湊、安裝拆卸簡便。剛性防火罩由高性能絕熱材料和不銹鋼表層密封構建而成，特點是： 強度高、經久耐用、環境適應性強、使用壽命長。相對柔性防火罩而言，剛性防火罩需要的安裝空間較大，整體成本昂貴。目前，大多數石化企業采買的防火罩都以柔性防火罩為主，尤其是加裝防火罩的改造項目，由于安裝空間受限，只能選擇柔性防火罩。

2 柔性防火罩結構特點

柔性防火罩主要由柔性防火材料、安裝固定支架、觀察/檢修窗、通風格柵窗、排水塞和緊固附件等組成。各部件的作用如下：

1)柔性防火材料。由耐火防護層面料、防火纖維、隔熱材料和金屬絲網等構成，是防火罩的主體。

2)安裝固定支架。一般采用不銹鋼材料制成，用于固定和支撐柔性防火材料。

3)觀察/檢修窗。用于定期檢查、維修被保護附件，一般采用快開結構，方便快速巡檢。

4)通風格柵窗。用于將防火罩內被保護元件正常工作時釋放的熱量散發到外部環境中，防止防火罩內局部過熱。當發生火災且外部環境達到一定溫度(例如： 100 ℃)時，通風格柵內部自動膨脹，阻止火焰進入到防火罩內。

5)排水塞。安裝在防火罩外殼底部，正常情況下可將殼體內積聚的水排出。當發生火災且外部環境達到一定溫度時，排水塞自動膨脹，阻止火焰進入到防火罩內。

6)緊固附件。用于將柔性防火罩各部件組合固定聯接在一起。

另外，在執行機構電纜或供風管進出口位置，還應有預留孔或預留件，電纜或供風管進出口應有防火膨脹墊片或其他類似產品，當發生火災且外部環境達到一定溫度時，進出口墊片自動膨脹，阻止火焰進入到防火罩內。

3 影響防火罩價格的重要參數

防火罩設計時需要關注的參數主要有： 工作溫度、起始溫度、高溫失效溫度、外形尺寸和氣象條件。其中，影響防火罩結構設計和價格的關鍵參數是起始溫度、工作失效溫度和外形尺寸。

根據API相關標準對防火隔離閥的耐火性能要求，執行機構加裝防火罩后，在烴類池火1 093 ℃環境下30 min內，防火罩內溫度不能升高到使被保護對象工作失效的溫度。因此，防火罩結構設計時，必須考慮兩個重要的溫度參數： 一是防火罩內起始溫度；二是被保護對象的工作失效溫度。起始溫度與工作失效溫度的差值越小，對防火罩的防火性能要求越高，防火罩的制造成本就會越高。

防火罩內起始溫度應按環境極端最高溫度或執行機構及其附件正常工作溫度的高值選取，工作失效溫度應按被保護對象中各元件工作失效溫度的最低值選取。

以某項目氣動執行機構為例，防火罩內被保護對象主要有氣動執行機構、空氣過濾減壓閥和電磁閥等。防火罩內起始溫度和工作失效溫度應按如下原則進行設計：

1)起始溫度。該項目所在地環境極端最高溫度為40 ℃，被保護對象中電磁閥(正常帶電)的正常工作溫度最高為38 ℃，防火罩的起始溫度應選取為40 ℃。

2)工作失效溫度。被保護對象中，氣動執行機構的工作失效溫度為95 ℃，空氣過濾減壓閥的工作失效溫度為80 ℃，電磁閥的工作失效溫度為60 ℃，防火罩的工作失效溫度應選取為60 ℃。

因此，氣動執行機構在防火罩結構設計時，應滿足在1 093 ℃烴類池火環境下30 min內，防火罩內溫度不能升高到工作失效溫度60 ℃。

筆者結合近幾年項目的招標文件中，發現只要求在1 093 ℃烴類池火環境下30 min內，防火罩內溫度不應超過多少度，但都沒有對防火罩的起始溫度和工作失效溫度提出明確要求。由于防火罩在取證試驗時，起始溫度采用的都是試驗時的室溫，在1 093 ℃烴類池火環境下燃燒30 min后，防火罩內溫度基本上都達到了70～80 ℃，因此，如果招標文件中沒有對防火罩起始溫度和工作失效溫度提出明確要求，產品供應商很可能就會按取證時的樣品試驗參數設計防火罩的結構，因此，供應商提供的防火罩就無法滿足具體項目的使用要求。另外，防火罩工作失效溫度的高低對防火罩的散熱方案設計也有很大影響。

影響防火罩價格的重要參數還有一個是被保護對象的外形尺寸，該尺寸決定了防火罩的外形設計和現場安裝方案。因此，招標文件中應提供裝配完電磁閥和空氣過濾減壓閥等附件后的氣動執行機構的詳細外形結構尺寸，供應商應按該數據設計防火罩結構和外形尺寸，包括安裝支架、預留觀察窗、電纜以及供風管接口位置設計等。如果是在役防火隔離閥加裝防火罩，應先現場勘測閥門周圍的安裝空間，確定防火罩的加裝方案，然后再進行防火罩的結構和外形設計。

防火罩設計時還應考慮項目所在地的氣象條件和安裝環境，根據需要考慮防雨、防紫外線、耐鹽霧腐蝕、耐化學腐蝕等要求，防火罩內不應存在有害物質和石棉衍生物。

4 防火罩安裝事項

防火罩到達現場后，必須進行現場驗收，安裝前應做好技術指導工作，防火罩應配備詳細的現場安裝圖，確保安裝過程無需動火、無需拆解和更改現場氣路和電路，避免安裝后防火罩包裹不嚴、各個部件間的縫隙較大，進出線接口未加防火膨脹措施等問題。保證發生火災時無任何火苗能竄進防火罩內部，確保防火罩的整體防火性能。

防火罩現場施工安裝時應嚴格遵照供應商圖紙進行，施工完畢后應組織施工單位、業主和供應商進行現場驗收，確保最終的安裝滿足技術要求。

5 結束語

隨著石油化工裝置大型化和安全生產有關法規越來越嚴格，石油化工企業在火災危險場所使用柔性防火罩的情況越來越多。目前，防火罩品種繁多，產品質量良莠不齊，筆者希望通過本文，對防火罩結構設計和招投標采購工作提供一些參考和借鑒。