液化烃球罐区安全注水系统设计规定报批稿110520.docx
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液化烃球罐区安全注水系统设计规定报批稿110520
液化烃球罐区注水系统设计规定
液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定
中国石化
2011年5月20日
液化烃球罐区注水系统设计规定3..
液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定10
液化烃球罐区注水系统设计规定
1总则
1.1为了规范液化烃球罐区安全注水系统的设计、运行管理，做好防范重大特大事故发生的补救措施，特制定本规定。
1.2本规定适用于股份公司各分（子）公司、控股公司所属炼化企业液化烃球罐的注水系统的设计和运行管理，参股公司参照本规定执行。
1.3本规定提出了液化烃球罐注水系统安全设计的原则和技术要求，液化烃球罐的安全注水系统设计、运行管理除执行本规定外，还应符合国家和行业现行有关标准规范及中国石化集团公司相关技术和安全监督管理规定。
1.4已有液化烃球罐的注水系统设计可以结合实际情况，参照本规定执行。
2规范性引用文件下列文件对于本规范的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规定。
GB50160-2008石油化工企业设计防火规范
SH/T3007-2007石油化工储运系统罐区设计规范
3术语和定义
3.1液化烃
在15℃时，蒸气压大于0.1MPa的烃类液体，不包括液化天然气。
3.2全压力式液化烃储罐以常温压力存储的液化烃储罐。
4适用范围
全压力式液化烃储罐。
5注水系统的安全设计
5.1注水系统的设计原则注水设施的设计应以安全、快速有效、可操作性强为原则，在此前提下，尽可能减少注水设备的一次性投入，节省注水设备的运营费用和设备的检维修费用。
5.2注水水源
可采用稳高压消防水系统作为事故状态下球罐的注水水源。
在进行稳高压消防水系统管网的设计时需考虑球罐泄漏状态下50~100吨/小时的用水需求。
5.3注水点
5.3.1注水点位置
5.3.1.1当物料泵的参数满足表1和表2中对注水水量的规定可以借用进行注水时则需分以下两种情况:
对于需要进行注水作业的液化烃球罐可以采用直接注水或借用工艺泵注水的方案。
采用何种方案，用户在操作时要根据事故状况下高压消防管网压力和液化烃罐的压力指示进行综合判断后确定。
当确定采用直接注水时，通过物料泵入口侧管线完成向球罐的注水操作。
当确定采用间接注水时，则需通过物料泵提压后通过泵的出口倒罐线或泵进、出料管道的跨通线利用泵的入口管道完成向球罐的注水。
两注水方式的接入点位置均设在泵入口过滤器与切断阀之间。
直接注水及借用工艺泵注水系统示意流程见图1。
在利用物料泵完成注水时应满足本规定5.4.1条和5.4.2条中对注水压力和流量的基本要求，同时要考虑进行注水操作时电机能否满足其负荷的需要。
5.3.1.2当物料泵不能满足本规定5.4.1条和5.4.2条中对注水压力和流量的基本要求时，则需设置专用注水泵完成注水。
专用注水泵的参数需符合本规定的要求，与专有注水泵相连接的管线的管路等级与需注水的工艺物料的管路等级保持一致，与物料管线接入点位置见注水系统示意流程图，设置专用泵注水系统示意流程见图2。
5.3.2注水点的连接方式注水点宜采用半固定式连接，需要注水时连接快装接头，实现迅速注水。
快装接头及连接软管宜采用LPG装卸车专用系列产品。
实现半固定连接时除在
连接端设双阀外还应加设单向阀（单向阀流向为从消防水管道流往工艺管道）
及检查阀。
当采用半固定连接方式时,对要进行注水物料管线的快装接头需集中布置,加强管理。
具体连接方式见注水系统示意流程图。
5.3.3注水系统设计及控制要求
5.3.3.1需将稳高压系统的消防管线甩头接至注水点附近，其距物料管线注水连接点的距离不宜大于5m。
需消防管线提供的注水量应视液化烃管线的尺寸确定，宜为50t/h~100t/h，参见本规定5.4.2条的有关内容。
5.3.3.2注水阀前后应设压力测量仪表。
5.4注水泵排量及注水压力的选择
5.4.1设计原则
5.4.1.1通过注水管道向储罐内注入的水量应大于等于从泄漏处流出的水量，以保证从泄漏处流出的是水而不是液化烃，从而防止液化烃的泄漏。
罐内液位不上升，从泄漏处流出的完全是水时的水量就是保证注水管道能有效工作的最小水量。
5.4.1.2注水管道内的水必须具备足够的压力，此压力应大于沿程摩阻、局部摩阻，升高的位能（注水点到球罐最高液位的位能差）、破损处的压力（为液化烃在操作温度下的饱和蒸气压和该处的位能差引起的压力之和）。
5.4.2注水水量及破损处压头的确定
5.4.2.1由于液化烃压力储罐的泄漏和起火部位通常是发生在进出口管道阀门处，而阀门阀体本身泄漏和破坏的可能性非常小，因此设计中一般应考虑阀门法兰密封会被破坏或泄漏的因素。
5.4.2.2可以把因法兰密封的破损而引起的泄漏近似地看作容器壁上开一孔口，把此种泄露近似看作孔口出流，泄漏量按公式1计算。
Q5091APP0ρgh/ρ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
（1）
式中：
P—气相饱和蒸汽压，Pa（a）；
P。
—大气压，Pa；
p—密度，kg/m3;
Q─泄漏量，m/h；
μ─流量系数,0.62；
2
g─重力加速度,9.8m/s2；
h—从罐的最高液位到泄漏点的高差，m
A─破损处泄漏面积，m。
以最常用的1000m3、2000m3、3000m3的球罐高度,以混合C4和丙烯罐的操作压力为例，将球罐底部常用管径DN150、DN200、DN250破损后泄漏量的计算结果列于表1（C4泄漏量计算表）和表2（丙烯泄漏量计算表）。
表中的实际泄漏量即为可参考的注水量。
请相关企业和设计单位在进行C3和C4类物料注
水泵流量的确定时，可参考此表1和表2的数据。
表1C4泄漏量计算表
储罐容积
（m3）
球罐直径
（m）
最高液位到泄漏点的高差（m）
计算泄漏量
（泄漏管DN150）
计算泄漏量
（泄漏管DN200）
计算泄漏量
（泄漏管DN250）
备注
m3/h
m3/h
m3/h
1000
12.3
11.29
25.5
34.06
42.57
2000
15.7
14.02
25.9
34.65
43.31
3000
18
15.87
26.25
35
44.00
注1：
表1以C4为例，物料密度为580；罐底和管线的高差确定为1.4米，罐的操作压力0.35MPa（g）.,注2：
实际泄漏量宜按缠绕式垫片的破损裂缝一般不会超过圆周的1/7（对应于圆心角约51°）进行计算。
表2丙烯泄漏量计算表
储罐容积
（m3）
球罐直径
（m）
最高液位到泄漏点的高差（m）
计算泄漏量
（泄漏管DN150）
计算泄漏量
（泄漏管管200）
计算泄漏量
（泄漏管管径250）
备注
m3/h
m3/h
m3/h
1000
12.3
11.29
53.79
71.71
89.6
2000
15.7
14.02
54
72
90
3000
18
15.87
54.21
72.3
90.36
注1：
表2以C3丙烯物料为例，物料密度为512；罐底和管线的高差确定为1.4米，罐的操作压力1.57MPa（g）；注2：
实际泄漏量宜按缠绕式垫片的破损裂缝一般不会超过圆周的1/7（对应于圆心角约51°）进行计算。
5.4.3注水压力的确定
5.4.3.1对于操作压力低于0.4MPa（表压）的液化烃球罐，由于环罐组四周的高压消防水系统压力基本稳定在0.7~1.2MPa之间，因此，稳高压消防水管网的系统压力完全可以满足操作压力低于0.4MPa（表压）的液化烃球罐的注水压力要求。
当高压消防水系统压力不能保证稳定时，需考虑借用物料泵或设置专有泵
进行提压的方案
5.4.3.2对于操作压力高于0.4MPa（表压）的液化烃球罐，借用工艺泵完成注水时，注水流量应大于或等于表1和表2的计算泄漏量，压力应大于需要注水液化烃球罐的最高操作压力和沿程阻力降（包括升高的位能和增大的动能）之和。
如果不能满足上述两点要求，则需要设置专有泵完成注水。
5.5其它补充说明
5.5.1现有企业注水点已采取固定式连接而又不方便整改的，则必须在水与液化烃管线之间增设盲板，但不推荐使用。
5.5.2寒冷地区的注水管道需采取必要的防冻措施，如：
保温、伴热等。
6注水系统的示意流程图
6.1直接注水及借用工艺泵注水系统示意流程图1
LI
LI
6.2设置专有泵注水系统示意流程图2
LI
GB19666-2005
GB50160-2008
SH3020-2001
SH3038-2000
TSGR0004-2009
ISO5211
Attachments
ISO5752
IEC60085
IEC60529
IEC60534-4
API598
API607
API609
液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定
1范围
本规范规定了液化烃球罐紧急切断阀的选型设计原则和最低要求。
本规范适用于中国石化新建、扩建及改建石油炼制、石油化工工程项目的液化烃球罐紧急切断阀的选型设计。
2规范性引用文件
下列文件对于本规范的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
阻燃和耐火电线电缆通则石油化工企业设计防火规范石油化工仪表供气设计规范石油化工企业生产装置电力设计技术规范固定式压力容器安全技术监察规程IndustrialValves-Part-TurnActuator
MetalValvesforUseinFlangedPipeSystems-Face-to-FaceandCentre-to-FaceDimensionsElectricalinsulation–Thermalevaluationand
designation
DegreesofProtectionProvidedbyEnclosures（IPCode）
Industrial-ProcessControlValves-Part4:
InspectionandRoutineTesting
ValveInspectionandTesting
FireTestforSoft-seatedQuarter-turnValvesButterflyValves:
Double-flanged,Lug-and
Wafer-type
API6FA
SpecificationforFireTestforValves
API6D
SpecificationforPipelineValves
ASMEB1.20.1
PipeThreads,GeneralPurpose（Inch）
ASMEB16.5
PipeFlangesandFlangedFittings
NPS1/2ThroughNPS24Metric/InchStandard
ASMEB16.10
Face-to-FaceandEnd-to-EndDimensionsofValves
ASMEB16.25
ButtweldingEnds
ASMEB16.34
Valves-Flanged,ThreadedandWeldingEnd
ASMEB46.1
SurfaceTexture（SurfaceRoughness,Waviness,and
Lay）
ASTMA193
StandardSpecificationforAlloy-Steeland
StainlessSteelBoltingforHighTemperatureorHighPressureServiceandOtherSpecialPurposeApplications
ASTMA320
StandardSpecificationforAlloy-Steeland
StainlessSteelBoltingforLow-TemperatureService
FCI70-2
ControlValveSeatLeakage
UL1709
ULStandardforSafetyRapidRiseFireTestsof
ProtectionMaterialsforStructuralSteel
3术语和定义
下列术语和定义适用于本规范。
3.1紧急切断阀（emergencyshutoffvalve）专用于安装在液化烃球罐的进出口管道上，当罐区内发生火灾、泄漏等事故时能够快速及紧密切断（TSO）和隔离易燃及有毒物料的开关阀。
当球罐液位达到或超过高高液位限时，紧急切断阀能用于防止物料溢罐。
从紧急切断阀到球罐管口之间除了接管外不得安装任何其它管件或阀门，其间距应符合配管安装、阀门维修和工艺要求。
紧急切断阀应具有自动和手动关闭功能，手动关闭功能应包括控制室遥控手动关闭及现场手动关闭。
3.2关断时间（shutofftime）紧急切断阀依靠气动、电动或电液执行机构关闭时，由控制系统、安全仪表系统（SIS）或操作员发出关闭阀门信号开始至液流完全关断为止所经历的时间，以秒（s）为单位。
4紧急切断阀选型设计
4.1选型设计原则
4.1.1当液化烃球罐区有可靠的仪表空气系统时，应选用气动紧急切断阀。
4.1.2当液化烃球罐区无仪表空气系统、但有负荷分级为一级负荷的电力电源系统时，应选用电液执行机构或电动执行机构驱动的紧急切断阀。
一级负荷电力电源系统的设计应符合SH3038-2000规范。
4.1.3紧急切断阀的防火要求应符合GB50160-2008的相关规定，紧急切断阀应选用符合API607或API6FA标准的火灾安全（fire-safe）型阀门。
4.1.4位于火灾危险区内并用于驱动和控制电动紧急切断阀的电源电缆和信号电缆应选用符合GB/T19666-2005标准的耐火型电缆或按其耐火要求做电缆耐火保护。
4.1.5紧急切断阀的公称通径、压力等级、配管连接形式及等级和阀体材质应符合其所安装管道的配管材料等级规定。
4.1.6紧急切断阀的安装支架、轴承、键销、紧固件等配件应选用钢制材料。
4.1.7严禁用石棉或层压石棉作阀门填料和垫片材料。
4.2阀体选型设计
4.2.1在满足本规定的其它技术要求下，球阀、闸阀和蝶阀均可用于紧急切断阀，但不得选用截止阀（GlobeValve）。
对用于公称通径DN≤200的阀门宜选用球阀或闸阀，对公称通径DN>200的阀门宜选用闸阀、三偏心蝶阀或双偏心高性能蝶阀。
4.2.2紧急切断阀不需要进行口径计算和噪音计算，阀体的公称通径应与工艺管道相同。
4.2.3阀体的设计和制造应符合ASMEB16.34标准或等同中国标准，阀体的压力等级不应低于300Lb，阀体及配件的设计压力、设计温度、材质和耐腐蚀性
能不得低于配管材料等级规定，所有承压部件应满足管道设计条件
4.2.4阀体材质应符合配管材料等级规定，一般为碳钢或低温碳钢，工艺介质有特殊要求时可选用不锈钢、双相不锈钢或其它特种合金，阀盖、盲端、延长阀盖等与介质接触部件的材质及等级不应低于阀体。
4.2.5阀体的配管连接形式、等级和螺栓/螺母/垫片规格及材质应符合配管材料等级规定，当配管材料等级规定未作要求时，应符合下列规定：
a）法兰型终端连接应符合ASMEB16.5标准，垫片应符合ASMEB46.1
标准，螺栓、螺母的材质应符合ASTMA193和ASTMA320标准；
b）对焊型终端连接应符合ASMEB16.25标准；
4.2.6法兰型终端连接阀门的面到面尺寸应符合下列规定：
a）法兰型球阀的面到面尺寸应符合ASMEB16.10标准；
b）法兰型蝶阀的面到面尺寸应符合API609中的B类短型阀门或ISO5752标准；
c）法兰型闸阀的面到面尺寸应符合API6D标准。
4.2.7用于烃类介质的角行程阀门（球阀、蝶阀、偏心旋转阀等）应首选法兰连接型，当DN>12”时，蝶阀及偏心旋转阀也可选用支耳（Lug）连接型，严禁选用对夹（Wafer）连接型。
4.2.8紧急切断阀的阀体应符合API607或API6FA耐火试验标准。
4.2.9紧急切断阀应选用铸钢或锻钢阀体，阀体的测试与检验应符合API598标准。
4.3阀内件选型设计
4.3.1紧急切断阀应选用金属密封阀座及阀内件，带防火垫片及增强型柔性石墨填料，金属密封的要求也可以通过使用特殊设计的软阀座实现，保证软阀座在火灾时（烧化）阀门为金属对金属密封。
阀座及阀内件应能承受API607或API6FA标准的耐火试验。
4.3.2在同时作为进出口总管紧急切断阀时，应选用双向密封型阀内件，阀门泄漏等级应至少达到FCI70-2等级V（ClassV）标准。
4.3.3阀座及阀内件材质最低为316SS，当工艺介质有特殊要求时应选用其它材质，并根据需要对阀内件做表面硬化处理。
4.3.4阀芯（如：
球、蝶板）应由整块金属经机加工或锻造而成，不得采用分
段制造及中空阀芯，阀杆应装有防吹出装置。
4.4阀盖与填料选型设计
4.4.1阀盖应选用符合制造厂标准的整体式或螺栓式结构。
4.4.2阀盖的压力、温度额定值及材质应与阀体一致。
4.4.3阀盖的选型应符合下列规定：
a）当操作温度为0℃～232℃时，应选用普通型阀盖；
b）当操作温度低于0℃时，应选用长颈型阀盖；
c）对于高毒性、强致癌物等高危害性介质，应选用波纹管密封型阀盖。
带波纹管密封的阀应配有压力表，当波纹管泄漏时应有指示。
4.4.4紧急切断阀的密封填料及填料函结构应选用双层密封填料结构。
4.4.5紧急切断阀应选用增强型柔性石墨填料（密度≥1360kg/m3）并配有上下密封环，选用其它密封填料应满足API607或API6FA标准。
4.5执行机构选型原则
4.5.1在有可靠仪表气源的场合应选用气动执行机构，在没有仪表气源的场合应按4.1.2及4.1.3条执行。
4.5.2应根据工艺对阀门最大关闭压差、阀体口径及关断时间的要求，合理选择执行机构的额定输出力矩并进行核算。
执行机构的安全系数、尺寸（活塞面积）应由制造厂选择，确保不会对阀杆和阀座造成损害。
4.5.3执行机构应能保证阀门在各种工况下（包括最大差压）平稳开启及关闭，执行机构的输出力矩应至少留有50%的安全系数，即执行机构的输出力矩应为阀门最大扭矩的1.5倍，并且不应对阀门造成损坏，执行机构应有限位保护功能。
4.5.4阀门制造厂应提供阀门最大破坏扭矩，阀轴的强度应至少按执行机构最大扭矩的1.15倍选定。
4.5.5紧急切断阀的全行程关断时间不应超过1s/英寸阀门通径（如：
DN=6”的阀门，关断时间≤6s）。
4.5.6紧急切断阀的全行程打开时间应符合安全和工艺操作要求。
4.5.7气动执行机构应配有与阀轴直接相连的阀位指示器。
阀的开、关位置应采用文字明确标识
4.5.8执行机构与阀体的连接应符合ISO5211标准或制造厂标准。
4.5.9紧急切断阀的执行机构不应设置行程机械限位装置。
4.5.10执行机构的电子/电气部分的防爆等级不应低于安装场所的防爆等级，外壳防护等级不应低于IEC60529规定的IP65。
4.5.11在液化烃球罐区的火灾危险区外应设置紧急切断阀的现场操作开关，其接点信号直接送至气动执行机构的电磁阀或电液、电动执行机构的ESD动作端
子，用于在紧急情况下现场手动关闭紧急切断阀。
4.5.12执行机构应在阀门制造厂装配及测试合格后，由阀门供货商整体供货，执行机构在工厂调试后，应作永久定位标记，确保现场安装时不至于发生位置变化，执行机构供货商应协助阀门供货商做好工厂及现场的安装及调试工作。
4.6气动执行机构选型设计
4.6.1紧急切断阀应首选仪表空气故障关型（FC），选用弹簧返回型单作用气缸执行机构，弹簧表面应做防腐处理。
4.6.2当工艺特别要求阀门为仪表空气故障保持型（FL）时，应选用双作用气缸执行机构并配有仪表空气储罐，阀门保位时间不应低于48h。
4.6.3气动执行机构的规格应确保阀门在下述条件下能够全行程动作：
上游操作压力（P1）的125%或最大切断差压（ΔPmax）的110%，二者取较大值。
4.6.4气动执行机构的尺寸应根据仪表空气的最低压力来计算并选型，当仪表空气的最低压力值无法确定时，应按照415kPag计算。
4.6.5气动执行机构及其组件的强度应至少能承受执行机构产生的1000kPa的推力。
4.6.6电磁阀、限位开关、手轮/手柄、气动继动器、气动保位阀、快速排气装置、气动先导阀、空气过滤减压器及储气罐等附件的选用应符合阀门规格书的要求，所有附件的安装不得影响阀门的火灾安全和故障安全。
4.6.7在气动执行机构的气缸上应能加装易熔塞，易熔塞的熔点宜为250℃，当气缸温度达到或超过易熔塞的熔点时，易熔塞熔化将气缸内的压力泄放掉，使另一侧气缸内的弹簧或储气罐内的压缩空气推动活塞将阀门关闭。
4.6.8在气动执行机构的气路上应能加装手动阀，现场操作手动阀能将阀门关闭，该手动阀应设铅封保护。
4.6.9用于紧急切断阀的电磁阀应符合下列规定：
a）电磁阀应选用直接作用式、至少5.5毫米流通孔径、316不锈钢阀体；
b）电磁阀应选用24VDC供电、最大功耗≤4W、高温（等级H）绝缘耐用型及长期带电型线圈；
c）用于弹簧复位型单作用执行机构的电磁阀应为2位3通型、通用型及断电排气式，用于双作用执行机构的电磁阀应为2位4通型或2位5通型。
d）电磁阀的防爆等级不应低于ExdIIBT4，防护等级不应低于IP65。
4.6.10用于紧急切断阀的储气罐应符合下列规定：
a）储气罐应为碳钢材质，符合TSGR0004-2009规范，并具有压力容器证书；
b）储气罐最小容积应满足阀门在415kPag仪表空气压力下阀门全行程开、关各1次的储气量。
4.6.11气动执行机构的气源质量及供气配管应符合下列规定：
a）气动执行机构的气源质量应符合SH3020-2001规范；
b）所有气动附件
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