火燒試驗對管線(xiàn)球閥閥座結構的要求

一、前言

　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國的能源消耗已經(jīng)在世界上位居前列，為了滿(mǎn)足我國對石油、天然氣需求的持續增長(cháng)，在未來(lái)一段時(shí)間里，每年將興建幾千公里的大型長(cháng)輸管線(xiàn)，包括增壓站、分輸站、大型儲備庫等油氣儲運項目。由于石油、天然氣易燃易爆的特殊性，業(yè)主對大型油氣儲運項目工程的質(zhì)量要求十分嚴格，對用于這些項目的管線(xiàn)球閥提出除滿(mǎn)足API6D規范要求外，還要求閥門(mén)制造商提供第三方的防火認證，確保閥門(mén)的結構是安全防火型的。

　　目前，我國閥門(mén)制造商取得的防火證，大多是國外認證公司(如Lloyd′s，TUV，ABS等)頒發(fā)，也有一部分是認證公司下設的檢驗公司頒發(fā)。部分閥門(mén)制造商將準備好的被試樣品送至認證公司指定火燒試驗臺進(jìn)行火燒試驗，產(chǎn)品的泄漏量達到API6FA或API607標準規定的范圍，就頒發(fā)防火證書(shū)，被試樣品的結構與提供發(fā)證備案的總裝圖是否一致沒(méi)有明確規定，被試樣品的來(lái)源沒(méi)有明確的確認，火燒試驗臺是否具有供第三方認證試驗所具備的資質(zhì)條件含糊其辭。這樣有些制造商雖取得了防火證，但實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品是否是真正安全防火型的，難以令人信服。項目設計單位、業(yè)主工程技術(shù)部門(mén)對國內一些球閥制造商生產(chǎn)的管線(xiàn)球閥能否安全防火常有質(zhì)疑。精心設計管線(xiàn)球閥的防火結構，向業(yè)主提交可以信服的防火結構設計，是打消業(yè)主顧慮，取得業(yè)主信任的根本。在管線(xiàn)球閥的防火結構設計中，閥座防火結構的設計是關(guān)鍵，閥座的防火性能良好，在火災事故狀態(tài)下可減輕閥桿防火結構、閥體與左右體之間防火結構設計的壓力。這里重點(diǎn)分析管線(xiàn)球閥在火災時(shí)發(fā)生泄漏的原因，對閥門(mén)的防火結構進(jìn)行探討。

　　管線(xiàn)球閥是固定球結構形式，上游端密封為主密封，具有DBB功能，在密封完好的情況下，閥門(mén)在全開(kāi)或全關(guān)狀態(tài)下，可以通過(guò)中腔排污口或放空口來(lái)觀(guān)察上游閥座是否存在泄漏。管線(xiàn)球閥在正常使用下，中腔不帶壓。在火災事故時(shí)，設計合理的閥座防火結構，能夠減緩上游壓力介質(zhì)進(jìn)入中腔的進(jìn)度，避免因中腔升壓而引起介質(zhì)外漏和內漏。具有良好的防火結構設計的閥座，是保證管線(xiàn)球閥具有安全防火性能的主動(dòng)措施。

二、閥座防火結構設計目的

　　1)有效保證在火災事故時(shí)，上游壓力介質(zhì)盡可能少地通過(guò)閥座流入閥體中腔，從而避免內漏和外漏。保證在消防隊員到達事故現場(chǎng)之前，不因閥門(mén)使火災事故擴大;在消防隊員到現場(chǎng)后，利用消防設備能夠快速壓住火勢，消除火災事故。

　　2)真正使產(chǎn)品的結構符合API6D規范的要求。使產(chǎn)品能通過(guò)火燒試驗，取得防火證書(shū)。

三、閥座防火結構設計原理

　　閥座防火結構設計原理為在火災事故狀態(tài)下，使上游壓力介質(zhì)通過(guò)上游閥座泄漏的途徑最少。

　　(1)正常情況下閥座密封情況(無(wú)泄漏)，如圖1、圖2所示。

圖1 橡膠密封閥座

圖2 塑料密封閥座

　　(2)火災情況下，無(wú)防火結構設計該閥座有三種泄漏途徑，如圖3～圖8所示。

　　1)泄漏途徑1如圖3、圖4所示。

圖3 橡膠密封閥座

圖4 塑料密封閥座

　　2)泄漏途徑2如圖5、圖6所示。

圖5 橡膠密封閥座

圖6 塑料密封閥座

　　3)泄漏途徑3如圖7、圖8所示。

圖7 橡膠密封閥座

圖8 塑料密封閥座

　　(3)火災情況下，防火結構設計不完善該閥座存在兩種泄漏途徑，如圖9～圖12所示(紅色為防火石墨圈)。

　　1)泄漏途徑1如圖9、圖10所示。

圖9 橡膠密封閥座

圖10 塑料密封閥座

　　2)泄漏途徑2如圖11、圖12所示。

圖11 橡膠密封閥座

圖12 塑料密封閥座

　　(4)火災情況下，防火結構設計完善的閥座僅存在一種泄漏途徑，如圖13、圖14所示(紅色為防火石墨圈)。

圖13 橡膠密封閥座

圖14 塑料密封閥座

　　在火災情況下，泄漏途徑越少，泄漏量越少，閥門(mén)的防火性能越好，圖13～14表示的結構設計最合理，同時(shí)在閥座軟密封旁邊設計有金屬輔助密封，當軟密封燒壞時(shí)，介質(zhì)推動(dòng)閥座繼續向前靠攏球體，實(shí)現硬密封，使得途徑1的泄漏量非常小，進(jìn)一步提高了防火性能。

四、國外公司管線(xiàn)球閥在國內長(cháng)輸管線(xiàn)工程中的典型閥座防火結構

　　以下6種結構均為國外管線(xiàn)球閥制造公司普遍采用的成熟結構(圖15～20)，雖然閥座整體結構有所差異，但防火結構設計位置均一致，因為在該位置設計防火結構，在火災情況下，閥座僅存在一種泄漏途徑，泄漏途徑最少，泄漏量最少，達到最佳的防火性能，在火燒試驗中也更容易通過(guò)。

圖15 典型結構1(紅色為防火石墨圈)

圖16 典型結構2(紅色為防火石墨圈)

圖17 典型結構3(紅色為防火石墨圈)

圖18 典型結構4(紅色為防火石墨圈)

圖19 典型結構5(紅色為防火石墨圈)

圖20 典型結構6(紅色為防火石墨圈)

五、國內公司管線(xiàn)球閥閥座防火結構情況介紹

　　國內球閥公司由于各自技術(shù)水平、制造水平及工程實(shí)際經(jīng)驗的差異，閥座的防火結構設計水平參差不齊，有的公司閥座無(wú)防火結構設計或防火結構設計不合理，專(zhuān)業(yè)的球閥制造廠(chǎng)閥座防火結構設計與國外公司基本上無(wú)差別。

　　1)國內專(zhuān)業(yè)球閥廠(chǎng)家生產(chǎn)的閥座防火結構設計及實(shí)物如圖21所示。

(a)閥座防火結構圖

(b)閥座防火結構實(shí)物圖

圖21 專(zhuān)業(yè)球閥廠(chǎng)家生產(chǎn)的閥座防火結構(紅色為防火石墨圈)

　　2)國內非專(zhuān)業(yè)球閥制造廠(chǎng)生產(chǎn)的不合理的閥座防火結構設計及產(chǎn)品實(shí)物如圖22所示。

(a)不合理閥座防火結構圖

(b)不合理閥座防火結構實(shí)物圖

圖22 非專(zhuān)業(yè)球閥廠(chǎng)家生產(chǎn)的不合理閥座防火結構(紅色為防火石墨圈)

　　3)國內非專(zhuān)業(yè)球閥制造廠(chǎng)生產(chǎn)的閥座無(wú)防火結構的設計及產(chǎn)品實(shí)物如圖23所示。

(a)閥座無(wú)防火結構圖

(b)閥座無(wú)防火結構實(shí)物圖

1.球體 2.閥座 3.閥座支撐 4.連接體 5、8.O形圈 6.注脂孔 7.彈簧

圖23 非專(zhuān)業(yè)球閥廠(chǎng)家生產(chǎn)的閥座無(wú)防火結構

六、結語(yǔ)

　　合理的閥座防火結構設計，可以保證上游壓力介質(zhì)通過(guò)閥座泄漏的途徑最少，防火性能最好。在管線(xiàn)球閥的防火結構設計時(shí)，應重點(diǎn)關(guān)注閥座的防火結構設計。合理的閥座防火結構是管線(xiàn)球閥在實(shí)際工程中具有安全防火的根本保證，考核防火結構的合理性應嚴格按照API6FA/API607的規范進(jìn)行火燒試驗，考核的樣品不應是制造商的送樣，應是驗證機構的隨機抽樣，這樣才能保證第三方認證的合理性和公證性。

　　通過(guò)近年我國大型油氣儲運項目的建設實(shí)踐，我國一些專(zhuān)業(yè)球閥制造商管線(xiàn)球閥的防火結構設計及管線(xiàn)球閥的制造水平已經(jīng)達到了國外公司的先進(jìn)水平。