防火罩在閥門執行機構上的應用研究

■ 王聰 孫玉龍 國家管網集團工程技術創新有限公司華東設計院

近年來，隨著國家對石油化工行業設備的安全管控越來越重視，火災預防在石化企業中的重要性日益顯著，增加防火安全方面的投資也越發必要。因此，創新且經濟有效的防火設備將在石油化工行業的消防安全工作中起到至關重要的作用。

石油化工火災發生時，往往火勢無法在短時間內得到控制并撲滅，而且隨時有著爆炸的危險，火災可能造成的不僅是直接的人員傷亡和巨大的經濟損失，還會導致公司的生產中止，影響公司的社會形象。火災發生時，能否減小損失、保證安全在于對碳氫化合物燃燒時間的控制，相關人員可以通過控制室關閉控制閥來阻止火勢蔓延。因此，閥門、執行機構、儲槽、電纜等各種設施有必要進行外部防火保護，以便在火災發生時操作人員有足夠的時間保證系統安全和阻止火勢在不可控制的情況下繼續蔓延[1]。

一、研究背景

隨著我國石油化工產業的不斷發展，國家對安全生產越來越重視，把安全生產作為民生大事，堅持預防為主、防消結合，實現從災后搶救到災前預防觀念的轉變，提升防災減災救災能力，堅決遏制重特大安全事故，確保安全生產持續穩定進行。

尤其是大型輸油站庫，一旦發生火災，引發爆炸，將對儲罐、輸油管道、輸油設備以及電力系統等關鍵部位造成最直接的損毀，操作人員無法控制，導致火勢進一步惡化，無形中增加了消防人員撲救的難度，企業甚至整個社會將付出慘重代價。

下文以大連7·16 油庫火災事故為案例，對其發生的原因、造成的后果以及存在的問題進行分析，希望引起相關企業和人員的重視，有所啟發，避免類似災難的重現。

（一）事故起因

事故部門在輸油作業過程中，將具有強氧化性的脫硫劑注入了原油管道，導致正在運行的管道產生了化學反應，油庫最終發生了燃爆。

（二）造成后果

在以往發生的油庫輸油管道事故中，從未造成過災難性后果，大多數是由于物理性破裂或機械擊打所導致管道發生漏油。但是，大連油庫火災事故是因將添加劑注入管道發生化學反應燃爆，從當時在現場觀察到的畫面來看，破壞力極大，100 多米的輸油管道炸成碎片，致使原油大量泄漏并引起火災。圖1 為大連7·16 油庫火災事故現場。

圖1 大連7·16 油庫火災事故現場

此次管道內部爆炸并造成嚴重火災的案例在新中國成立以來第一次發生，在世界范圍內也實屬罕見，屬于極端油庫火災事故。

（三）火災控制存在的問題

在事故發展的初始階段，熊熊大火和產生的爆炸氣浪摧毀了整個電力系統[2]，使罐根閥失去動力，無法快速關閉，大量原油不斷泄漏，致使火災失控，破壞力一發不可收拾，造成大面積的流淌火災。另外，多處閥門無法及時關閉，造成事故時多處原油泄漏。

從大連7·16 油庫火災事故中看到，當發生火災時，閥門的執行機構在高溫烈火中無法得到有效控制，導致易燃、易爆介質大量泄漏，流淌火大面積蔓延，對生產設備和人員安全造成了嚴重威脅。

二、研究內容

經研究表明，目前具有防火功能的電動執行機構主要有兩種形式：普通電動執行機構外加裝防火罩結構和整體防火式電動執行機構，且都滿足在1093℃下抵抗烴類火災30 分鐘的防火要求，防火材料或防火設備的防火性能符合UL 1709 防火認證[2]。

（一）類型一：電動執行機構加防火罩

電動執行機構外加防火罩的防火電動執行機構是在普通電動執行機構的外面加裝防火罩，既能保證正常操作，又能滿足防火要求。防火罩又分為柔性防火罩和剛性防火罩，該型式的防火罩需要在電動執行機構的外部獨立安裝，尤其是柔性防火罩需要的安裝空間小、重量輕，適合于現場位置較小的情況，而剛性防火罩需要較大的安裝空間，采用柔性防火罩可以解決空間不足的安裝問題。圖2 為防火罩示意圖。

圖2 防火罩示意圖

此外，電動執行機構和防火罩的分體式結構，便于電動執行機構和防火罩的單獨采購和安裝使用，鎖緊的繃帶可以安全有效地進行拆裝維護，無需特定的工具或人員，當需要維護時，外殼可以便于拆除和安裝，不用切斷儀表或移位設備，也不用移動防火罩就能夠操作儀表和閥門。

（二）類型二：整體防火式電動執行機構

整體防火式電動執行機構是在執行機構上噴涂膨脹防火層，使執行機構在火災中正常運行。然而，在涂抹涂層時要特別注意，不能封堵密封部位，不然會給維修帶來不便，對執行機構外部殼裝熔點的要求還比較高，材質為鑄鋁的外殼不建議使用。整體防火式電動執行機構如圖3 所示。

圖3 整體防火式電動執行機構示意圖

為滿足防火要求，整體防火式電動執行機構對執行機構殼體外部防火涂料的選用要求比較苛刻，工程項目的投資相對較大。因此，在化工項目中普通電動執行機構外面加裝防火罩的應用相對多一些，可確保生產設備的平穩運行。

三、工作原理

防火罩的防火原理是在1093℃液態烴類（UL1709標準）火災中控制防火罩內部執行機構的溫升不超過30 ～40℃（一般環境最高溫度40℃左右），即從環境最高溫度或執行機構運行時的最高溫度，30 分鐘不超過執行機構的失效溫度，保證執行機構不失效（70 ～80℃為執行機構失效溫度）。

依據標準UL 1709-2007，在1100℃火焰的情況下進行120 分鐘的性能檢測，并最終測試通過了勞氏認證。時間-溫度曲線如圖4 所示。

圖4 時間-溫度曲線

執行機構防火罩是在裝置現場組裝起來的箱式結構產品，有快速開啟門和通風散熱格柵，同時承受來自閥桿、執行機構連接支架、電纜和進氣管等帶來的傳導熱量，實現在火災情況下防火罩內部執行機構僅升溫30 ～40℃。

四、應用研究

（一）基本條件

防火罩不具備互換性，即用在A 閥門執行機構上的防火罩不能證明用在B 閥門執行機構上具有相同的防火性能，需根據實際工況進行確定[3]：

（1）確定防火罩計算的初始溫度。根據環境和介質的最高溫度推算執行機構的運行溫度；

（2）確定閥門介質溫度。閥門介質溫度過高會通過支架和閥桿傳到執行機構，在執行機構罩上防火罩后影響執行機構的散熱，導致執行機構運行超溫；

（3）確定不同類型執行機構的失效溫度。

（4）確定防火罩的檢查窗、散熱窗及電纜預留口等外形尺寸、位置參數。

根據上述條件，結合現場實際安裝空間確定防火罩的設計方案。

（二）結構組成

防火罩結構組成由內到外依次為玻璃纖維、多層高密度陶瓷棉、不銹鋼網、玻璃纖維，金屬框架的主要材質為Fe360，并經過防腐涂層處理后制作而成，將特殊的散熱片安裝在所有管件進出防火罩的連接口處，在發生火災時，散熱片受熱膨脹讓防火罩結構保持氣密性，防止溫度傳遞進防火罩內。防火罩的分解軸測圖如圖5 所示。

圖5 防火罩分解軸測圖

（1）散熱片。散熱片上設置了氣孔，當散熱片受熱膨脹時，氣孔會自動緊閉，熱空氣無法從氣孔進入防火罩，使燃燒面積得到有效控制，從而遏制火勢的快速蔓延[4]。

（2）散熱格柵。根據空氣流體力學[5]，精確對流位置，能夠滿足設備散熱要求的情況下保證防火罩的防火性能。

（3）快速開啟門。主要包括操作窗、檢查窗、維修窗等，能夠方便快速操控需要控制、操作、檢查或維修的設備。

（4）電纜通槽。將閥門線纜從通槽穿入，避免火災對電纜的直接傷害，保障執行機構的平穩運行。

防火罩隔熱、高效、環保，在煉油廠、海上鉆井平臺、液化天然氣廠等易燃易爆區域已經得到了廣泛應用，著火時能夠避免外界流淌火進入防火罩內部，防止破壞執行器及附件，將損害和危險降到最低，對輸油管道的安全運行起到保駕護航的作用，也可以有效控制環境污染，保護生態環境，具有良好的社會效益。

五、結語

（1）柔性防火罩外殼材質為柔性面料，重量輕，安裝空間較靈活，便于拆裝，成本低；剛性防火罩外殼材質為不銹鋼，從外觀上看整潔漂亮，但需要較大的安裝空間，拆裝不便，制造難度大，成本高。

（2）閥門執行機構防火罩能夠在發生火災時實現對危險源有效隔離或滿足工藝正常運行的條件，使火災險情第一時間得到控制，為實施救援創造有利條件，避免事故進一步擴大。