谈调节阀的防火性

     北京化工学院自动化系 吴国熙 一、调节阀防火的重要性 在化工、石油等自动化系统中，一旦发生了火灾，如果系统中某些设备能及时地切断可燃性流体通向火境之路，那么就可避免大火直接从起火区蔓延到厂区各地所引起的重大损失。 调节阀是自动化系统中的一个重要组成部分，它装于现场控制流路，因此着火药味时它是切断流路避免可燃性流体通向火境的主要设备。在着火情况下，它是打开还是关闭是很关键的。由于调节阀由控制室的调节器进行自控，并非人工操作，因此防火阀门的主要特点应该是：能经受调温而短期工作，或者是当含辛茹苦 关闭时应使泄漏量最小。阀门的防火性应该被看为一项很需要的性能来考虑，希望能够引起有关人员的重视。 二、调节阀防火的标准 什么样的阀门才是防火阀门呢？国外所提到的防火阀门（fire—safe valve ）,国外对阀门防火性的定义很多而不统一，这种定义在工业上仍{TodayHot}缺乏明确的规定。到目前为止，仍然没有一种单一的试验或定义能明确确定一个阀门是否能防火。 很多工业学会、石油公司、保险公司、阀门制造厂家，以及英国、美国的有关机构已经规定了各种测试方法。但是，被测阀门的种类和主要试验规格随测试方法的不同而不同。对燃烧阀门试验的争论仍在继续，有的试图把两种或两种以上方法综合为一种完整的方法，但仍然没有定论。应该怎样才能准确的给防火阀门下定义？这正是我们要研究的问题，首先应该研究阀门的软阀座标准的问题。 有人认为，在大火中不会熔化的金属闸阀和球形阀（globe valve ）就是防火阀。这些阀门的设计和结构能保证它在着火的前后都是金属和金属（metal—to—metal ）的接触，这就避免了可燃性流体进入大火这中。但是，金属阀座在着火前操作时，密封性是不好的。由于泄漏量很小，因此在大多已制订的防火标准中也是被允许的。 用户要求阀门在正常操作时既有良好的密封性，同时又具有防火性。不少阀门厂家早在15～２０年前就试图解决这一复杂问题，他们已经研制了各种各样的“软”“硬”密封元件，所有这两类元件着火这后都能保持金属面接触的密封。 　　硬阀座是用金属或合金制成的，自身能经受高温。软阀座有橡皮、塑料或熔点低于７００ ℉（约370℃）的弹性材料，软阀座在大火之后能被烧毁，然后凭借系统的压力，阀板的旋转，弹簧力或自身重力的作用保持金属面接触。但是许多软阀座阀门在燃烧后的安全性也不理想。如果这些弹性阀座在大火中不能全部烧毁，就不能形成金属面接触。下表归纳了包括软阀座的几种燃烧试验，从表中看来，各种试验标准有不同的阀门试验规格进行分析和对比，就能了解哪五种标准较为严格。必须指出，美国石油学会标准API607“软密封球阀燃烧{HotTag}试验（1977年）”是一种暂定标准，它对所有16英寸以下的球阀都适用。后来第二版的标准API RP6F进行了修改，要求更为严格一些。 不同制造厂家所提供的阀门只能符合一个或两个如下表所介绍的防火标准，例如洛克威尔（Rock well ）公司所提供的防火柱塞阀和球阀只能符合API607和API RP6F两种标准，另一些公司提供的阀门只能符合另一些标准。 三、调节阀防火的具体措施 1、阀体的防火 尽管对阀有的防火性有着不同的看法，制订的规格不同，试验方法也不同，但对阀门怎样才能防火应该有比较一致的看法。对阀体来说，它应该有以下三点性能，而且为保证这三点性能应该采取各种具体措施。 （1）内部泄漏量最小。为了保证这一性能，首先应考虑到阀芯和阀座的金属面接触，在着火时或着火这后，阀体处于高温之中，不管其密封结构如何，弹簧力和外加压力怎样变化，都应该保证这一点，应认为这是保证其精密关闭的关键。 （2）外部泄漏量最小。为了尽量减小外部泄漏，考虑的方法有：采用能防火的阀杆密封材料，避免用较大的垫片式阀体连结。 （3）有连续的操作性。燃烧后仍能正常工作的阀门，自然就具有抗变形的能力，有抗损性。 为了保证阀体有防火性能，许多厂家都进行过各种尝试。例如，他们在阀门上包扎了多层的毡罩，用耐火材料砌成箱体，使阀门和外界隔开。但上述方法都不太会令人满意，因为阀门每次维修都要拆开、砌上。同是，由于阀门安装位置的限制，这种方法也未必能用。 目前较为满意的方法是用一种防火袋，它可以在几分种之内就套上，维修时也易于揭开。袋的材料含有多层的陶瓷纤维（eramic fiber ）或玻璃纤维（fiberglass）用尼龙捆绑裹紧，并用涂有乙烯树脂的不锈钢丝绑紧在装置上。在一般发问 ，并不需改变管道位置，安装空间小，通过试验在2000℉的火焰中燃烧30分钟，阀门仍不损坏，性能令人满意。 2、执行机构的防火 由于执行机构直接控制着阀门的位置，所以更需要认真研究。为了使阀门能及时保持关闭，因此在容易着火的场合常选用弹簧式气动膜片的钢（铁）执行机构，主要是利用膜片熔点低这一特点。着火时，由于膜片熔点低很快损坏，因此弹簧移动，使阀门处于关闭位置。利用对热敏感的可熔式孔塞来降低气动系统的压力，特别适用于活塞式往复弹簧执行机构。 严重的火灾能够改变金属零件的特性，有引起金属变软并失去回火特性，有些金属实际上熔化了。弹簧力的大小和回火特性有直接的关系，燃烧后剩余弹簧力能否足够保持阀门位置，需要对执行机构进行燃烧试验才能证明。 对蝶阀来说，燃烧后常常需要剩余弹簧力矩来保持阀门的紧闭位置，在此关键说明一下北京工程信息价下载官网:共享建材汇(www.gxjch.com),是北京市钢筋水泥混凝土商砼、电线电缆、五金水管等材料信息价期刊电子版查询下载官网，关闭所需的力似乎远远小于执行机构原来的输出力。在球形阀的执行机构上，剩余弹簧力很重要。在同样的管道压力下，平衡式球形阀比不平衡式球形阀所要求的弹簧力要小一些，因此应用在易着火的场合时，人们愿意用平衡式球形阀。 要使执行机构燃烧之后仍能操作，就必须保护弹簧，使它免受火焰退火的影响。保护弹簧可用三种方法：用绝热材料、用洒水器或用防火涂层。包括上多层的绝热带，利用绝热罩或者用防火袋，使执行机构在着火后正常运行半小时。但是这种绝招和密封方法较为笨重而不便，占空间大。在执行机构顶部装上洒水器，这种做法增加了安装和维护费用；而且因火灾时经常停水，也无法给洒水器供水。执行机构可以涂上一种含有环氧基（epoxy—based）物质的膨胀薄层，使执行机构正常运行。在一个燃烧试验中，由于涂料的保护，虽然火温高达1400～1700℉，执行机构仍能工作42分钟。试验用1600磅的弹簧式铸铁执行机构，约7英尺长，气缸孔径12英寸，利用9个丙烷喷炬来燃烧。在整个燃烧过程中执行机构的弹簧每分钟往复一次，燃烧后弹簧的输出力矩只降低6%，而且主要是由于轴承精度下降，摩擦增加所造成的。试验表明弹簧并不受燃烧火焰的影响，活塞与连杆的密封也依然如旧，密封良好。完成试验之后，把执行机构浸在冷水中。模拟高温外壳的突冷作用。试验表明，执行机构的壳体和内部零件并不因突然冷却而受到有害的影响。 膨胀涂层是抹上去的，就像是抹水泥一样，抹时可在现场进行，要注意不要抹住密封部位，这样会使维修不便。当涂层干固时，就形成了坚硬的、不可渗透的密封层。Jamesbury公司还在主要部位造了盘板和箱体，分别涂抹，这样维修时就可以搬开盘板。如果执行机构是铝壳体，即使用涂料也难以防火，因为铝的熔点低（1033～1150℉），在高于此熔点的碳氢混合火焰中，零件就会失效，阀门不能关闭。 最后，还要介绍一种连杆保护的方法。往复式弹簧装置是由各个调节阀制造厂家供应的，这些弹簧装置处于一种“待击”位置，它只有在着火时才能击发，击发时阀门移动到一个自动保险的位置。还将有持元件可以用易熔连杆、脆性连杆或电热连杆。电热连杆和易熔连杆的作用一样，都能受热启动。在着火的危险时刻，这些连杆立刻被烟气随动装置所断开，使阀门处于保险位置。 参考文献 1、Carey, James A. “Control Valve Update” 《Instrument and Control Systems》,No1,1981 2、Machowski, Stan, “What's a fire-Safe Valve?”,《Instrument and Control Systems》,No3,1981 试规验格一览表 试验规格  OCMA FSV.1和BS5146(石油公司材料协会和英国标准)  EXXONBP8-14-4(EXXON工程研究公司)  AP1607第一版(美国石油学会标准)  FM6033(FM保险公司)  API RP6F第二版(美国石油学会标准)  阀杆位置  垂直  垂直  水平  不规定  水平  孔位置  水平  水平  水平  不规定  水平  阀门是 ”开”还是”关”  开  开  关  关  关  燃烧时的试验压力  30磅/英寸 2  25磅/英寸 2  1000℉级压力值  125磅/英寸 2  决定于压力级和 ANSI150,210磅/英寸 2 ±10%  试验介质  汽油或柴油  液烃  水  不规定  水  阀体温度  能烧坏软阀座  大于 1200℉  1100℉  不规定  大于 1400℉  燃烧时间  15分  15分  30分  15分  15/30分  何时测量泄漏量  试验后  试验后  试验中  试验中  试验后  外部最大泄漏量  没有明显的泄漏 (注)  泄漏量可以忽略  20毫升/分/英寸  微量  关闭： 100毫升/分/英寸;打开：400毫升/分/英寸  阀座最大泄漏量  100毫升/分/英寸  10毫升/分/英寸  40毫升/分/英寸  94.6毫升/分/英寸  400毫升/分/英寸  可操作性  打开再关上 ,重复三次  打开再关上 ,重复三次  打开再关上 ,一次  可以操作  关上再打开一次