防火罩在阀门执行机构上的应用研究

■ 王聪 孙玉龙 国家管网集团工程技术创新有限公司华东设计院

近年来，随着国家对石油化工行业设备的安全管控越来越重视，火灾预防在石化企业中的重要性日益显著，增加防火安全方面的投资也越发必要。因此，创新且经济有效的防火设备将在石油化工行业的消防安全工作中起到至关重要的作用。

石油化工火灾发生时，往往火势无法在短时间内得到控制并扑灭，而且随时有着爆炸的危险，火灾可能造成的不仅是直接的人员伤亡和巨大的经济损失，还会导致公司的生产中止，影响公司的社会形象。火灾发生时，能否减小损失、保证安全在于对碳氢化合物燃烧时间的控制，相关人员可以通过控制室关闭控制阀来阻止火势蔓延。因此，阀门、执行机构、储槽、电缆等各种设施有必要进行外部防火保护，以便在火灾发生时操作人员有足够的时间保证系统安全和阻止火势在不可控制的情况下继续蔓延[1]。

一、研究背景

随着我国石油化工产业的不断发展，国家对安全生产越来越重视，把安全生产作为民生大事，坚持预防为主、防消结合，实现从灾后抢救到灾前预防观念的转变，提升防灾减灾救灾能力，坚决遏制重特大安全事故，确保安全生产持续稳定进行。

尤其是大型输油站库，一旦发生火灾，引发爆炸，将对储罐、输油管道、输油设备以及电力系统等关键部位造成最直接的损毁，操作人员无法控制，导致火势进一步恶化，无形中增加了消防人员扑救的难度，企业甚至整个社会将付出惨重代价。

下文以大连7·16 油库火灾事故为案例，对其发生的原因、造成的后果以及存在的问题进行分析，希望引起相关企业和人员的重视，有所启发，避免类似灾难的重现。

（一）事故起因

事故部门在输油作业过程中，将具有强氧化性的脱硫剂注入了原油管道，导致正在运行的管道产生了化学反应，油库最终发生了燃爆。

（二）造成后果

在以往发生的油库输油管道事故中，从未造成过灾难性后果，大多数是由于物理性破裂或机械击打所导致管道发生漏油。但是，大连油库火灾事故是因将添加剂注入管道发生化学反应燃爆，从当时在现场观察到的画面来看，破坏力极大，100 多米的输油管道炸成碎片，致使原油大量泄漏并引起火灾。图1 为大连7·16 油库火灾事故现场。

图1 大连7·16 油库火灾事故现场

此次管道内部爆炸并造成严重火灾的案例在新中国成立以来第一次发生，在世界范围内也实属罕见，属于极端油库火灾事故。

（三）火灾控制存在的问题

在事故发展的初始阶段，熊熊大火和产生的爆炸气浪摧毁了整个电力系统[2]，使罐根阀失去动力，无法快速关闭，大量原油不断泄漏，致使火灾失控，破坏力一发不可收拾，造成大面积的流淌火灾。另外，多处阀门无法及时关闭，造成事故时多处原油泄漏。

从大连7·16 油库火灾事故中看到，当发生火灾时，阀门的执行机构在高温烈火中无法得到有效控制，导致易燃、易爆介质大量泄漏，流淌火大面积蔓延，对生产设备和人员安全造成了严重威胁。

二、研究内容

经研究表明，目前具有防火功能的电动执行机构主要有两种形式：普通电动执行机构外加装防火罩结构和整体防火式电动执行机构，且都满足在1093℃下抵抗烃类火灾30 分钟的防火要求，防火材料或防火设备的防火性能符合UL 1709 防火认证[2]。

（一）类型一：电动执行机构加防火罩

电动执行机构外加防火罩的防火电动执行机构是在普通电动执行机构的外面加装防火罩，既能保证正常操作，又能满足防火要求。防火罩又分为柔性防火罩和刚性防火罩，该型式的防火罩需要在电动执行机构的外部独立安装，尤其是柔性防火罩需要的安装空间小、重量轻，适合于现场位置较小的情况，而刚性防火罩需要较大的安装空间，采用柔性防火罩可以解决空间不足的安装问题。图2 为防火罩示意图。

图2 防火罩示意图

此外，电动执行机构和防火罩的分体式结构，便于电动执行机构和防火罩的单独采购和安装使用，锁紧的绷带可以安全有效地进行拆装维护，无需特定的工具或人员，当需要维护时，外壳可以便于拆除和安装，不用切断仪表或移位设备，也不用移动防火罩就能够操作仪表和阀门。

（二）类型二：整体防火式电动执行机构

整体防火式电动执行机构是在执行机构上喷涂膨胀防火层，使执行机构在火灾中正常运行。然而，在涂抹涂层时要特别注意，不能封堵密封部位，不然会给维修带来不便，对执行机构外部壳装熔点的要求还比较高，材质为铸铝的外壳不建议使用。整体防火式电动执行机构如图3 所示。

图3 整体防火式电动执行机构示意图

为满足防火要求，整体防火式电动执行机构对执行机构壳体外部防火涂料的选用要求比较苛刻，工程项目的投资相对较大。因此，在化工项目中普通电动执行机构外面加装防火罩的应用相对多一些，可确保生产设备的平稳运行。

三、工作原理

防火罩的防火原理是在1093℃液态烃类（UL1709标准）火灾中控制防火罩内部执行机构的温升不超过30 ～40℃（一般环境最高温度40℃左右），即从环境最高温度或执行机构运行时的最高温度，30 分钟不超过执行机构的失效温度，保证执行机构不失效（70 ～80℃为执行机构失效温度）。

依据标准UL 1709-2007，在1100℃火焰的情况下进行120 分钟的性能检测，并最终测试通过了劳氏认证。时间-温度曲线如图4 所示。

图4 时间-温度曲线

执行机构防火罩是在装置现场组装起来的箱式结构产品，有快速开启门和通风散热格栅，同时承受来自阀杆、执行机构连接支架、电缆和进气管等带来的传导热量，实现在火灾情况下防火罩内部执行机构仅升温30 ～40℃。

四、应用研究

（一）基本条件

防火罩不具备互换性，即用在A 阀门执行机构上的防火罩不能证明用在B 阀门执行机构上具有相同的防火性能，需根据实际工况进行确定[3]：

（1）确定防火罩计算的初始温度。根据环境和介质的最高温度推算执行机构的运行温度；

（2）确定阀门介质温度。阀门介质温度过高会通过支架和阀杆传到执行机构，在执行机构罩上防火罩后影响执行机构的散热，导致执行机构运行超温；

（3）确定不同类型执行机构的失效温度。

（4）确定防火罩的检查窗、散热窗及电缆预留口等外形尺寸、位置参数。

根据上述条件，结合现场实际安装空间确定防火罩的设计方案。

（二）结构组成

防火罩结构组成由内到外依次为玻璃纤维、多层高密度陶瓷棉、不锈钢网、玻璃纤维，金属框架的主要材质为Fe360，并经过防腐涂层处理后制作而成，将特殊的散热片安装在所有管件进出防火罩的连接口处，在发生火灾时，散热片受热膨胀让防火罩结构保持气密性，防止温度传递进防火罩内。防火罩的分解轴测图如图5 所示。

图5 防火罩分解轴测图

（1）散热片。散热片上设置了气孔，当散热片受热膨胀时，气孔会自动紧闭，热空气无法从气孔进入防火罩，使燃烧面积得到有效控制，从而遏制火势的快速蔓延[4]。

（2）散热格栅。根据空气流体力学[5]，精确对流位置，能够满足设备散热要求的情况下保证防火罩的防火性能。

（3）快速开启门。主要包括操作窗、检查窗、维修窗等，能够方便快速操控需要控制、操作、检查或维修的设备。

（4）电缆通槽。将阀门线缆从通槽穿入，避免火灾对电缆的直接伤害，保障执行机构的平稳运行。

防火罩隔热、高效、环保，在炼油厂、海上钻井平台、液化天然气厂等易燃易爆区域已经得到了广泛应用，着火时能够避免外界流淌火进入防火罩内部，防止破坏执行器及附件，将损害和危险降到最低，对输油管道的安全运行起到保驾护航的作用，也可以有效控制环境污染，保护生态环境，具有良好的社会效益。

五、结语

（1）柔性防火罩外壳材质为柔性面料，重量轻，安装空间较灵活，便于拆装，成本低；刚性防火罩外壳材质为不锈钢，从外观上看整洁漂亮，但需要较大的安装空间，拆装不便，制造难度大，成本高。

（2）阀门执行机构防火罩能够在发生火灾时实现对危险源有效隔离或满足工艺正常运行的条件，使火灾险情第一时间得到控制，为实施救援创造有利条件，避免事故进一步扩大。