科威特某石油化工項(xiàng)目閥門等級(jí)劃分和布置要點(diǎn)分析

李曉杰LⅠXiao-jie

（中石化廣州工程有限公司，廣州 510000）

0 引言

閥門是壓力管道系統(tǒng)的重要組成部件，在生產(chǎn)過(guò)程中起著重要作用。其主要功能有接通和截?cái)嘟橘|(zhì)、防止介質(zhì)倒流；調(diào)節(jié)介質(zhì)壓力和流量；分離、混合或分配介質(zhì)；防止介質(zhì)壓力超過(guò)規(guī)定數(shù)值，以保證管道或設(shè)備安全運(yùn)行等。

一般來(lái)說(shuō)，閥門應(yīng)布置在容易接近、便于操作、檢修的地方。成排管道上的閥門應(yīng)集中布置，并設(shè)置操作平臺(tái)和梯子。但目前國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范中對(duì)閥門布置的要求較為籠統(tǒng)，已建成裝置中存在一些閥門操作不便、布置不合理的情況。這種情況給操作人員的正常操作、檢修帶來(lái)不便。科威特某新建石油化工項(xiàng)目，與管道閥門布置相關(guān)的規(guī)范要求對(duì)所有閥門按照其自身的重要性高低進(jìn)行等級(jí)劃分。不同等級(jí)的閥門要滿足對(duì)應(yīng)的布置要求，以便保證操作人員能夠?qū)﹃P(guān)鍵的閥門快速識(shí)別并進(jìn)行有效的操作。

1 閥門的等級(jí)劃分原則

在項(xiàng)目初期，拿到初版的工藝儀表流程圖（P&IDs）之后，就應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目規(guī)范對(duì)所有的閥門基于其重要性劃分為以下三個(gè)等級(jí)：

①VC1 類閥門。

VC1 類閥門包括具有以下三種特點(diǎn)之一的閥門：1）對(duì)于裝置的安全性或日常操作至關(guān)重要的閥門；2）在日常的操作和維修中使用頻率高（每6 個(gè)月不少于1 次）的閥門；3）體積非常大的閥門。例如泵和壓縮機(jī)的進(jìn)出口切斷閥、控制閥及其切斷閥、電磁閥、采樣器上的切斷閥、消防水管道的切斷閥等都屬于VC1 類閥門。

圖1是項(xiàng)目規(guī)定中手輪操作閥門的安裝要求。圖中的距離和高度要求以手輪中心線為測(cè)量基準(zhǔn)。對(duì)于手輪上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)手柄的齒輪傳動(dòng)閥門，最大水平間距以遠(yuǎn)離操作人員的手輪的邊緣為測(cè)量基準(zhǔn)。對(duì)于布置在距離操作面455mm（18in）以下的閥門，宜設(shè)置至少1300mm（51in）的距離以提供操作人員彎腰和跪下操作時(shí)需要的空間。

VC1 類閥門的布置要求是最高的，此類閥門應(yīng)該設(shè)置永久性的操作通道。如果需要在平臺(tái)上操作時(shí)，平臺(tái)應(yīng)配備斜梯。閥門的安裝高度以及水平布置的位置，應(yīng)符合圖1 中“推薦”的安裝范圍，以便保證操作人員能夠快速且沒(méi)有障礙地接近此閥門并進(jìn)行操作。

②VC2 類閥門。

VC2 類閥門是指那些雖然對(duì)于工廠的正常或緊急操作不是非常重要，但在日常的檢修過(guò)程中也會(huì)用到的閥門。例如換熱器進(jìn)出口手動(dòng)操作的切斷閥、所有的止回閥、安全閥及其切斷閥、液位計(jì)和壓力表的切斷閥等都屬于VC2 類閥門。

VC2 類閥門的布置要求低于VC1 類閥門。對(duì)于VC2類閥門，其安裝高度以及水平布置的位置，最佳的情況是和VC1 類閥門一樣符合圖1 中“推薦”的安裝范圍。但這并不是強(qiáng)制性的。條件受限時(shí)，VC2 類閥門的安裝高度以及水平布置的位置也可以符合圖1 中“可以接受”的安裝范圍。此類閥門如果需要在平臺(tái)上操作時(shí)，平臺(tái)可以只通過(guò)固定式直梯到達(dá)，液位計(jì)的切斷閥也可以只通過(guò)固定式直梯操作。但閥門和直梯的距離應(yīng)滿足圖2 的要求。此外，還可以通過(guò)活動(dòng)平臺(tái)或腳手架對(duì)此類閥門進(jìn)行檢修活動(dòng)，前提是要為檢修人員和使用的工具設(shè)備預(yù)留足夠的空間和通道，確保檢修方案實(shí)施的可行性。

圖1 手輪操作閥門的安裝要求

圖2 容器液位計(jì)閥門操作間距要求

③VC3 類閥門。

VC3 類閥門是指在正常的操作條件下不會(huì)用到，只是在一些特殊的情況下才會(huì)用到的閥門。例如水壓試驗(yàn)放空閥、管橋上的高點(diǎn)放空或低點(diǎn)排凝閥等都屬于VC3 類閥門。

對(duì)于VC3 類閥門，最理想的情況是設(shè)置了能夠操作此類閥門所需的永久性通道，但此要求并不是強(qiáng)制性的。對(duì)這些閥門并沒(méi)有特定的布置要求。操作這類閥門時(shí)，可以使用輔助設(shè)備（例如活動(dòng)平臺(tái)、載人電梯、或腳手架等），但應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中提前考慮到對(duì)應(yīng)的可行性并加以說(shuō)明。便攜式的直梯不宜用于操作閥門。特殊情況下需要用到這種方式時(shí)，需要提交業(yè)主審查和批準(zhǔn)。

上面闡述了閥門等級(jí)確定的原則。在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)初版的工藝儀表流程圖PEFS（P&IDs）發(fā)布后，承包商的項(xiàng)目安全工程師就應(yīng)該安排閥門等級(jí)分析會(huì)議（VCA session，即Valve Classification Analysis session）。會(huì)議的主要參與者應(yīng)該包括業(yè)主車間操作工、檢維修單位、管道工程師、工藝工程師、結(jié)構(gòu)工程師以及安全工程師等。會(huì)議負(fù)責(zé)人應(yīng)根據(jù)工藝儀表流程圖準(zhǔn)備一份閥門列表，根據(jù)上述閥門等級(jí)確定原則依次討論并確定工藝儀表流程圖中各個(gè)閥門的等級(jí)，并標(biāo)注在流程圖中。需要指出的是，如果包設(shè)備內(nèi)的閥門也需要進(jìn)行等級(jí)分析，那么包設(shè)備工程師應(yīng)負(fù)責(zé)召開(kāi)包設(shè)備的閥門等級(jí)分析會(huì)議。

2 不同等級(jí)閥門的安裝布置要點(diǎn)分析

一旦閥門等級(jí)劃分為VC1 或者VC2，那么閥門布置時(shí)便要嚴(yán)格遵守項(xiàng)目規(guī)范中關(guān)于閥門安裝高度和水平位置的要求。為了減少額外的操作平臺(tái)的設(shè)置、節(jié)省項(xiàng)目投資，在管道布置時(shí)應(yīng)盡量通過(guò)降低管底標(biāo)高、優(yōu)化閥門安裝的位置以及閥桿水平或傾斜放置等方式滿足閥門的安裝高度要求。如果通過(guò)優(yōu)化管道布置的方式，閥門安裝高度仍然“超標(biāo)”時(shí)，就需要考慮設(shè)置單獨(dú)的操作平臺(tái)。

圖3是兩臺(tái)側(cè)進(jìn)側(cè)出泵的進(jìn)出口管道的布置圖。按照項(xiàng)目閥門等級(jí)劃分的要求，泵進(jìn)出口切斷閥屬于VC1 類閥門。VC1 類閥門的布置要求是最高的，應(yīng)該設(shè)置永久性的操作通道。由于泵體型較大同時(shí)進(jìn)出口管道管徑大，水平管道上齒輪傳動(dòng)閥門的旋轉(zhuǎn)手柄距離地面的高度超過(guò)了1830mm。直接從地面操作不符合圖1“推薦”的安裝范圍。布置時(shí)綜合考慮了出口切斷閥的操作，設(shè)置了能斜梯到達(dá)的操作平臺(tái)，便于正常檢修或者突發(fā)情況下，操作人員能夠快速且沒(méi)有障礙地接近切斷閥對(duì)泵進(jìn)行開(kāi)閉或切換。

圖3 泵進(jìn)出口切斷閥及操作平臺(tái)布置

圖4是裝置界區(qū)管線的布置圖。石油化工企業(yè)生產(chǎn)區(qū)由各種不同的裝置組成，各裝置進(jìn)出的物料管線由系統(tǒng)管廊連接。裝置管廊與系統(tǒng)管廊的聯(lián)接處即為裝置界區(qū)。裝置界區(qū)管線上設(shè)有隔斷閥，其作用是開(kāi)停工時(shí)，裝置與系統(tǒng)進(jìn)出物料的切斷。[3]國(guó)內(nèi)石油化工項(xiàng)目的界區(qū)閥門一般直接布置在管橋界區(qū)各層主梁上。界區(qū)閥門有布置在水平管道和豎直管道兩種方式。與國(guó)內(nèi)項(xiàng)目不同，該項(xiàng)目根據(jù)規(guī)范要求，所有進(jìn)出界區(qū)的管線，除了有“no pocket”（即不能有“液袋”）要求的管線之外，其余管線都是先落地，將界區(qū)切斷閥布置在地面上，然后管線再升起進(jìn)入管橋。按照項(xiàng)目閥門等級(jí)劃分的要求，進(jìn)出界區(qū)管線的切斷閥都是VC1 類閥門。許多切斷閥閥體較大、閥桿較長(zhǎng)，如果直接在地面操作界區(qū)管線切斷閥，閥門的安裝高度超過(guò)了圖1 中“推薦”的安裝位置，因此按照VC1 類閥門的操作要求，設(shè)置了通過(guò)斜梯上下的沿管線方向的操作平臺(tái)。

圖4 界區(qū)切斷閥及操作平臺(tái)布置

圖5所示是布置在一個(gè)構(gòu)架頂平臺(tái)的安全閥組。當(dāng)排入放空總管或去火炬總管的介質(zhì)帶有凝液或可冷凝氣體時(shí)，安全閥的出口應(yīng)高于總管。一般來(lái)說(shuō)，安全閥通常布置在構(gòu)架頂平臺(tái)或者裝置主管橋頂平臺(tái)。安全閥布置時(shí)需要考慮進(jìn)出口管道上的切斷閥的操作，同時(shí)還要考慮安全閥本身的檢修。按照項(xiàng)目閥門等級(jí)劃分的要求，安全閥及其進(jìn)出口的切斷閥屬于VC2 類閥門。布置安全閥時(shí)，應(yīng)盡量降低安全閥和進(jìn)出口切斷閥的安裝高度，這樣可以避免設(shè)置額外的操作檢修平臺(tái)。由于圖5 所示安全閥屬于裝置高壓緊急泄放系統(tǒng)，壓力較高，因此按照工藝要求進(jìn)口設(shè)置了雙切斷閥，安全閥距離構(gòu)架頂平臺(tái)的距離超過(guò)了1830mm。直接從頂平臺(tái)操作檢修不符合圖1 中“可以接受”的安裝范圍。為了滿足安全閥的操作檢修要求，設(shè)置了一個(gè)可以直梯上下的操作平臺(tái)。

圖5 安全閥及操作平臺(tái)布置

圖6是一臥式容器的液位計(jì)及其操作直梯布置圖。液位計(jì)管口應(yīng)布置在操作人員便于觀察和維修的位置，同時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離液體入口。按照項(xiàng)目閥門等級(jí)劃分的要求，液位計(jì)切斷閥屬于VC2 類閥門。當(dāng)臥式容器液位計(jì)上下管口距離小于1500mm 時(shí)，可以在下方液位計(jì)管口下設(shè)置一操作平臺(tái)，上下液位計(jì)的切斷閥都可在平臺(tái)上操作。當(dāng)臥式容器液位計(jì)上下管口距離大于1500mm 時(shí)，在下方液位計(jì)管口下設(shè)置操作平臺(tái)的方式已經(jīng)不能滿足上部液位計(jì)切斷閥的操作要求了，按照項(xiàng)目要求可以通過(guò)設(shè)置固定式直梯操作液位計(jì)切斷閥。直梯設(shè)置的位置以及相鄰液位計(jì)管嘴之間的距離要滿足圖2 中的要求。即液位計(jì)切斷閥手輪應(yīng)布置在離直梯縱梁邊緣150mm（6in）到610mm（24in）的位置。如果液位計(jì)切斷閥手輪和直梯縱梁邊緣之間的距離過(guò)遠(yuǎn)，那么人站在直梯上即使手臂完全伸展也很難開(kāi)關(guān)液位計(jì)切斷閥。相反，如果液位計(jì)切斷閥手輪和直梯縱梁邊緣之間的距離過(guò)近，也會(huì)給站在直梯上的操作人員帶來(lái)不便。此外應(yīng)該注意閥門手輪的方向以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇應(yīng)該保證閥門的啟閉可單手完成。

圖6 容器液位計(jì)切斷閥及操作直梯布置

圖7是兩個(gè)換熱器管道高點(diǎn)的放空閥。這兩個(gè)放空閥僅用作水壓試驗(yàn)的高點(diǎn)放空，在正常的操作過(guò)程中不會(huì)用到。因此按照項(xiàng)目閥門等級(jí)劃分的要求，這兩個(gè)放空閥屬于VC3 類閥門。對(duì)于VC3 類閥門，最理想的情況是設(shè)置了能夠操作此類閥門所需的永久性通道，但此要求并不是強(qiáng)制性的。在這兩個(gè)放空閥布置的位置設(shè)置操作平臺(tái)成本很高，難度也很大。根據(jù)VC3 類閥門的布置要求，操作這兩個(gè)閥門時(shí)可以搭腳手架或者使用輔助設(shè)備如電動(dòng)曲臂車等。

圖7 換熱器管道高點(diǎn)的放空閥

3 結(jié)論

該項(xiàng)目中閥門依據(jù)其重要性可以劃分為VC1、VC2、VC3 三個(gè)等級(jí)。閥門等級(jí)與閥門布置的要求成正相關(guān)。越是重要的閥門，其布置要求也就越高。這樣有利于對(duì)裝置內(nèi)的所有閥門區(qū)別對(duì)待。對(duì)裝置的正常運(yùn)行關(guān)鍵的閥門（如VC1 類閥門）布置要求較高，操作人員可以快速接近該類閥門并能方便地進(jìn)行有效操作；對(duì)裝置運(yùn)行無(wú)關(guān)緊要的閥門（如VC3 類閥門）布置要求較低。操作這類閥門時(shí)，可以使用輔助設(shè)備（例如活動(dòng)平臺(tái)、載人電梯或腳手架等）。閥門等級(jí)劃分一方面保證了對(duì)關(guān)鍵閥門日常操作的便捷性，有利于提高工廠操作和檢修的效率。另一方面也有利于裝置的簡(jiǎn)潔美觀。