張 鵬

(九江石化設(shè)計(jì)工程有限公司，江西 九江 332000)

石油化工行業(yè)生產(chǎn)工藝通常屬于高溫、高壓，且加工原料和生產(chǎn)產(chǎn)品大多數(shù)性質(zhì)是易燃、易爆、有毒有害和易腐蝕，一直是屬于高危行業(yè)。儲(chǔ)罐是石油化工企業(yè)中常用于儲(chǔ)存原料和產(chǎn)品的主要設(shè)施，相同或類(lèi)似性質(zhì)的油品儲(chǔ)罐基于土地的利用率及經(jīng)濟(jì)成本通常成組布置成罐區(qū)。石油化工企業(yè)儲(chǔ)存物料的大部分罐區(qū)構(gòu)成了重大危險(xiǎn)源。

一、緊急停車(chē)功能設(shè)置背景

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)企業(yè)數(shù)量急劇增多，伴隨發(fā)生的各種事故也越發(fā)頻繁。2011年7月22日，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)管管理總局局長(zhǎng)辦公室會(huì)議審議通過(guò)了國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號(hào)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》，規(guī)定要求一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源，具備緊急停車(chē)功能；對(duì)重大危險(xiǎn)源中的毒性氣體、劇毒液體及易燃?xì)怏w等重點(diǎn)設(shè)施，設(shè)置緊急切斷裝置[1]。

根據(jù)規(guī)范《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》GB18218-2018的有關(guān)規(guī)定，危險(xiǎn)品重大危險(xiǎn)源是指長(zhǎng)期地或臨時(shí)地生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用和經(jīng)營(yíng)危險(xiǎn)化學(xué)品，且危險(xiǎn)化學(xué)品的數(shù)量等于或超過(guò)臨界量的單元；其中儲(chǔ)存單元是用于儲(chǔ)存危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)罐或倉(cāng)庫(kù)組成的相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，儲(chǔ)罐區(qū)以罐區(qū)防火堤為界限劃分為獨(dú)立的單元，倉(cāng)庫(kù)以獨(dú)立倉(cāng)庫(kù)(獨(dú)立建筑物)為界限劃分為獨(dú)立的單元[3]。石油化工企業(yè)儲(chǔ)存物料的大部分罐區(qū)構(gòu)成了重大危險(xiǎn)源，需實(shí)現(xiàn)緊急切斷功能。

二、緊急停車(chē)原因分析

緊急停車(chē)功能是指對(duì)石油化工等生產(chǎn)單元可能發(fā)生的危險(xiǎn)或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行響應(yīng)和干預(yù)，從而保障生產(chǎn)安全，避免造成重大人身傷害及重大財(cái)產(chǎn)損失的控制系統(tǒng)。

經(jīng)分析，構(gòu)成一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的罐區(qū)需緊急停車(chē)的主要原因如下：

(1)罐區(qū)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)、儲(chǔ)罐破損泄露等事故，需快速切斷物料進(jìn)出管道，使其與其它儲(chǔ)罐或設(shè)施進(jìn)行隔離，防止事故擴(kuò)大化。

(2)上、下游裝置發(fā)生緊急事故，需快速切斷儲(chǔ)罐與裝置之間聯(lián)系的管道，防止事故蔓延至罐區(qū)。

(3)公用工程物料供應(yīng)中斷時(shí)，如停風(fēng)、停電等，一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的罐區(qū)失去動(dòng)力源，無(wú)法正常工作。為保護(hù)罐區(qū)儲(chǔ)罐的安全，快速關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)出口閥門(mén)。

(4)人為操作失誤時(shí)，能快速切斷儲(chǔ)罐進(jìn)料或出料。

三、實(shí)現(xiàn)緊急停車(chē)功能

國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號(hào)文件對(duì)于一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源如何實(shí)現(xiàn)緊急停車(chē)功能未做詳細(xì)說(shuō)明。緊急停車(chē)通常采用的方式分為自動(dòng)停車(chē)和人工干預(yù)停車(chē)兩種方式。儲(chǔ)罐區(qū)緊急停車(chē)通常是關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)出管道上的緊急切斷閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。石油化工企業(yè)液化烴儲(chǔ)存通常采用球形儲(chǔ)罐，其它介質(zhì)儲(chǔ)存采用常壓立式儲(chǔ)罐。液化烴儲(chǔ)罐與常壓立式儲(chǔ)罐由于儲(chǔ)存介質(zhì)危險(xiǎn)特性不同，其緊急切斷閥設(shè)置方式也不同。

1、液化烴儲(chǔ)罐

液化烴屬于甲A類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性介質(zhì)且遇火極易爆炸，其儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存壓力高，一般采用球形壓力儲(chǔ)罐。液化烴儲(chǔ)罐在石油化工企業(yè)中通常屬于重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象。

規(guī)范GB/T50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(2018年版)中條文規(guī)定，全壓力式液化烴儲(chǔ)罐根部宜設(shè)緊急切斷閥；液化烴的儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)液位計(jì)、溫度計(jì)、壓力表、安全閥，以及高液位報(bào)警和高高液位自動(dòng)聯(lián)鎖切斷進(jìn)料措施[4]。規(guī)范SH/T3007-2014《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》中條文規(guī)定，壓力儲(chǔ)罐應(yīng)另設(shè)一套專(zhuān)用于高高液位報(bào)警并連鎖切斷儲(chǔ)罐進(jìn)料管道閥門(mén)的液位測(cè)量?jī)x表或液位開(kāi)關(guān)。高高液位報(bào)警的設(shè)定高度，不應(yīng)大于液相體積達(dá)到儲(chǔ)罐計(jì)算容積的90%時(shí)的高度[2]。所以，液化烴儲(chǔ)罐無(wú)論是否達(dá)到一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源，其進(jìn)出口都應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥。

液化烴儲(chǔ)罐實(shí)現(xiàn)緊急切斷功能需滿足以下條件：

a.儲(chǔ)罐進(jìn)出口設(shè)置緊急切斷閥，緊急切斷閥可控制室遠(yuǎn)程遙控手動(dòng)關(guān)閉及現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉。

b.當(dāng)儲(chǔ)罐介質(zhì)液位達(dá)到高高液位時(shí)，液位檢測(cè)儀表報(bào)警且聯(lián)鎖關(guān)閉與進(jìn)口緊急切斷閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷控制進(jìn)口緊急切斷閥；

c.儲(chǔ)罐是否設(shè)置低低液位信號(hào)可根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況決定，如設(shè)置，儲(chǔ)罐低低液位信號(hào)可聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐出口緊急切斷閥門(mén)并機(jī)泵停止運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷控制出口緊急切斷閥。

儲(chǔ)罐高高、低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)出閥門(mén)需要考慮聯(lián)鎖后造成的上下油裝置的影響。

2、立式常壓儲(chǔ)罐

立式常壓儲(chǔ)罐通常儲(chǔ)存石腦油、芳烴、汽柴油、蠟油等火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲B、乙類(lèi)及丙類(lèi)的介質(zhì)。儲(chǔ)罐區(qū)是否構(gòu)成重大危險(xiǎn)源可根據(jù)規(guī)范《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》GB18218-2018中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)成一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的儲(chǔ)罐區(qū)需實(shí)現(xiàn)緊急停車(chē)功能。

規(guī)范AQ3053-2015《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐安全技術(shù)規(guī)范》中條文規(guī)定，儲(chǔ)罐物料進(jìn)出口管道靠近罐體處應(yīng)設(shè)一個(gè)總切斷閥，對(duì)大型儲(chǔ)罐，應(yīng)采用帶氣動(dòng)型、液壓型或電動(dòng)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門(mén)，切斷閥應(yīng)具有自動(dòng)關(guān)閉和手動(dòng)關(guān)閉功能，手動(dòng)關(guān)閉包括遙控手動(dòng)關(guān)閉和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉[5]。規(guī)范SH/T3007-2014《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》中條文規(guī)定，儲(chǔ)存Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)毒性液體的常壓儲(chǔ)罐、容量大于或等于3000m3的甲B和乙A類(lèi)可燃液體常壓儲(chǔ)罐、容量大于或等于1×104m3的其他液體常壓儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)高高液位報(bào)警及聯(lián)鎖，高高液位報(bào)警應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)口管道控制閥[2]。所以，常壓儲(chǔ)罐需根據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)屬性、儲(chǔ)罐容量來(lái)設(shè)置緊急切斷閥。

常壓儲(chǔ)罐實(shí)現(xiàn)緊急切斷功能需滿足以下條件：

(1)儲(chǔ)存Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)毒性液體、構(gòu)成一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的常壓儲(chǔ)罐

Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)毒性液體儲(chǔ)罐與液化烴儲(chǔ)罐類(lèi)似，無(wú)論是否達(dá)到一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源，其進(jìn)出口應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥裝置。Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)毒性液體儲(chǔ)罐的緊急切斷功能實(shí)現(xiàn)參照液化烴儲(chǔ)罐。

規(guī)范SH/T3007-2014《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》中條文規(guī)定，裝置原料的常壓儲(chǔ)罐宜設(shè)置低低液位報(bào)警，低低液位宜聯(lián)鎖停泵[2]。一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的常壓儲(chǔ)罐進(jìn)出口應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥裝置，建議低低液位是否自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)閉閥門(mén)及停泵，其它緊急切斷功能實(shí)現(xiàn)參照液化烴儲(chǔ)罐。

儲(chǔ)罐高高、低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)出閥門(mén)需要考慮聯(lián)鎖后造成的上下油裝置的影響。

(2)未構(gòu)成一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的其它常壓儲(chǔ)罐

根據(jù)規(guī)范SH/T3007-2014，甲B、乙A及容量大于或等于1×104m3的其他液體常壓儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置高高液位報(bào)警及聯(lián)鎖，高高液位報(bào)警應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)口管道控制閥。對(duì)于未構(gòu)成一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源但容量大于或等于1×104m3的除甲B、乙A介質(zhì)的其它儲(chǔ)罐進(jìn)口設(shè)置緊急切斷閥。其它緊急切斷功能實(shí)現(xiàn)參照液化烴儲(chǔ)罐。

3、緊急切閥的選型

緊急切斷閥指事故工況下，用于防止物料大量釋放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重危害的切斷裝置。石化行業(yè)中，緊急切斷閥根據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)性質(zhì)主要分為兩種，一種液化烴用緊急切斷閥，另一種易燃和可燃常壓儲(chǔ)罐用緊急切斷閥。查石油化工行業(yè)的各種文件及相關(guān)規(guī)范，對(duì)兩種緊急切斷閥的選型要求整理主要如下：

(1)液化烴用緊急切斷閥[6]

專(zhuān)用于安裝在液化烴球罐的進(jìn)出口管道上，當(dāng)罐區(qū)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、泄漏等事故時(shí)能夠快速及緊密切斷和隔離易燃及有毒物料的開(kāi)關(guān)閥。緊急切斷閥應(yīng)具有自動(dòng)和手動(dòng)關(guān)閉功能，手動(dòng)關(guān)閉功能應(yīng)包括控制室遙控手動(dòng)關(guān)閉及現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉。

a.當(dāng)液化烴球罐區(qū)有可靠的儀表空氣系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選用氣動(dòng)緊急切斷閥。

b.當(dāng)液化烴球罐區(qū)無(wú)儀表空氣系統(tǒng)、但有負(fù)荷分級(jí)為一級(jí)負(fù)荷的電力電源系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的緊急切斷閥。

c.球閥、閘閥和蝶閥均可用于緊急切斷閥，但不得選用截止閥。

d.在同時(shí)作為進(jìn)出口總管緊急切斷閥時(shí)，應(yīng)選用雙向密封型閥內(nèi)件，閥門(mén)泄漏等級(jí)應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

e.緊急切斷閥的全行程關(guān)斷時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1s/英寸閥門(mén)通徑，緊急切斷閥的全行程打開(kāi)時(shí)間應(yīng)符合安全和工藝操作要求。

f.在液化烴球罐區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)外應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥的現(xiàn)場(chǎng)操作開(kāi)關(guān)，其接點(diǎn)信號(hào)直接送至氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥或電液、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的ESD動(dòng)作端子，用于在緊急情況下現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉緊急切斷閥。

g.緊急切斷閥應(yīng)首選儀表空氣故障關(guān)型，選用彈簧返回型單作用氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)，彈簧表面應(yīng)做防腐處理。

h.當(dāng)工藝特別要求閥門(mén)為儀表空氣故障保持型時(shí)，應(yīng)選用雙作用氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)并配有儀表空氣儲(chǔ)罐，閥門(mén)保位時(shí)間不應(yīng)低于48小時(shí)。

i.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體防爆等級(jí)不應(yīng)低于Exd IIB T4，防護(hù)等級(jí)不應(yīng)低于IP65。

j.電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)選用單作用彈簧返回型液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

k.電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)確保在系統(tǒng)斷電時(shí)閥門(mén)處于全關(guān)狀態(tài)，不允許自行打開(kāi)，僅當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接到上位系統(tǒng)開(kāi)閥信號(hào)時(shí)才能打開(kāi)。

l.氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其附件、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其附件、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力電纜及信號(hào)電纜應(yīng)采取防火保護(hù)措施。

(2)易燃和可燃常壓儲(chǔ)罐用緊急切斷閥[7]

a.緊急切斷閥應(yīng)能在控制室遠(yuǎn)程操控關(guān)斷。

b.煉油廠、石油化工廠、石油化纖廠儲(chǔ)罐的緊急切斷閥宜采用氣動(dòng)閥，并宜具備故障關(guān)功能；原油庫(kù)、成品油庫(kù)、輸油管道附屬站場(chǎng)儲(chǔ)罐的緊急切斷閥可采用電動(dòng)閥。

c.緊急切斷閥閥型可以是閘閥、球閥或大口徑進(jìn)口三偏心蝶閥。

d.儲(chǔ)罐進(jìn)出料管道上的緊急切斷閥可以與工藝控制閥共用。

e.電動(dòng)緊急切斷閥的供電系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定：原油庫(kù)、成品油庫(kù)電纜在罐組內(nèi)應(yīng)采用直埋或電纜溝充砂敷設(shè)，需在地面敷設(shè)的電纜應(yīng)采用阻燃或耐火電纜；煉油廠、石油化工廠、石油化纖廠、輸油管道站場(chǎng)罐區(qū)電纜在罐組內(nèi)應(yīng)采用耐火電纜。電動(dòng)緊急切斷閥應(yīng)配置可移動(dòng)式應(yīng)急動(dòng)力電源裝置，可以采用可移動(dòng)式應(yīng)急動(dòng)力蓄電池組，也可以采用車(chē)載柴油發(fā)電機(jī)組。應(yīng)急動(dòng)力電源裝置的專(zhuān)用接口宜設(shè)置在罐組防火堤外電纜入地處，并應(yīng)位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)之外。

f.不具備故障關(guān)閉功能的氣動(dòng)緊急切斷閥的控制信號(hào)電纜、未埋地敷設(shè)的電動(dòng)緊急切斷閥的控制信號(hào)電纜應(yīng)采用耐火電纜。

g.緊急切斷閥通過(guò)氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)全開(kāi)或全關(guān)的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)180秒。

四、上下游裝置關(guān)系的處理

罐區(qū)儲(chǔ)罐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急切斷功能后，為不影響上下游裝置的生產(chǎn)，保證罐區(qū)安全的前提下，需考慮上游裝置來(lái)物料的去處及如何保證下游裝置原料的供應(yīng)。

儲(chǔ)罐進(jìn)出口緊急切斷分為人為操作切斷和自動(dòng)切斷。

當(dāng)人為操作切斷時(shí)，需人為判斷是否快速開(kāi)啟另一座儲(chǔ)罐。

當(dāng)儲(chǔ)罐閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，對(duì)上下游裝置無(wú)重大影響的油品物料，可直接設(shè)置高高液位聯(lián)鎖關(guān)閉罐前進(jìn)口總閥及低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉罐前出口總閥；對(duì)上下游裝置有重大影響的油品物料，可優(yōu)化工藝流程，經(jīng)總結(jié)主要工藝方案如下：

1、儲(chǔ)罐進(jìn)口閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉

(1)方案一：自動(dòng)開(kāi)啟另一座儲(chǔ)罐收油

此方案對(duì)儲(chǔ)罐的自動(dòng)化程度要求高，不僅要求儲(chǔ)罐入口緊急切斷閥為遠(yuǎn)程操作閥，還要求儲(chǔ)罐入口的工藝操作閥也需為遠(yuǎn)程操作閥。儲(chǔ)罐收油時(shí)，儲(chǔ)罐液位信號(hào)、裝置來(lái)油管道工藝操作閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)、罐總的緊急切斷閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)均引進(jìn)控制系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)儲(chǔ)罐非正常自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，由控制系統(tǒng)根據(jù)同種物料其它儲(chǔ)罐的液位信號(hào)、閥位信號(hào)判斷開(kāi)啟相關(guān)儲(chǔ)罐的工藝操作閥。

(2)方案二：每種物料分別設(shè)置泄壓儲(chǔ)罐

此方案要求罐區(qū)每種物料分別設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)泄壓儲(chǔ)罐。每根自裝置過(guò)來(lái)的油品管道末端設(shè)置遠(yuǎn)程壓力檢測(cè)儀表及遠(yuǎn)程控制閥，控制閥與壓力信號(hào)聯(lián)鎖，控制閥后管道接至對(duì)應(yīng)的泄壓儲(chǔ)罐。當(dāng)一座儲(chǔ)罐非正常自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，自裝置來(lái)的油品管道壓力升高，壓力檢測(cè)儀表信號(hào)聯(lián)鎖開(kāi)啟遠(yuǎn)程控制閥，物料進(jìn)入泄壓儲(chǔ)罐。

2、儲(chǔ)罐出口閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉

儲(chǔ)罐出口自動(dòng)關(guān)閉通常是通過(guò)低低液位聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)。儲(chǔ)罐開(kāi)啟方案同儲(chǔ)罐進(jìn)口閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉方案一類(lèi)似。

五、結(jié)語(yǔ)

一級(jí)或二級(jí)重大危險(xiǎn)源的儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置緊急切斷功能，既能保證儲(chǔ)罐運(yùn)行安全、避免事故惡化造成重大人身傷害及重大財(cái)產(chǎn)損失，又能提高企業(yè)的自動(dòng)化水平、減少人員操作失誤概率，符合現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展規(guī)律和目標(biāo)。

由于現(xiàn)有石油化工企業(yè)罐區(qū)工藝設(shè)置復(fù)雜，各性質(zhì)相近物料混合儲(chǔ)存，且儲(chǔ)罐存儲(chǔ)功能多樣。結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本、技術(shù)等方面原因，罐區(qū)儲(chǔ)罐緊急切斷后上下游裝置關(guān)系很難做到完全自動(dòng)控制，需進(jìn)一步研究完善。