儲罐的罐根閥、緊急切斷閥、金屬軟管到底該怎么布置

 主要講述了緊急切斷閥的概念、適用范圍和標準規范等，但是僅僅講了緊急切斷閥本身的一些問題，現在很多設計單位和企業都比較困惑的是，在儲罐罐根的進出口管道中，關于罐根閥、緊急切斷閥、金屬軟管（大拉桿）等相互之間的布置，到底有沒有一定的布置順序呢？今天我就來探討一下罐根管道的閥門布置問題。在對該問題進行深入探討之前，需要明白各種閥門和金屬軟管的主要功能，讀懂了這些就能大大有助于理解文中后續部分的思路。
  首先罐根閥，顧名思義就是安裝在罐根的第一道閥門，這里僅僅定義的是閥門的位置屬性，并沒有定義閥門的型式屬性。罐根閥由于是緊挨著罐壁法蘭的第一道閥門，其主要功能在于實現罐設備本體和連接管道的物理隔離，并且這種隔離一般是在非突發性事故狀態下，為了檢修或者其他目的而進行的主動性隔離，其在儲罐正常運行中是保持長時間開啟狀態，只有在罐本體檢修、管線維修或者需要隔離物料時，罐根閥才進行關閉操作。那么我們通過罐根閥功能的介紹，就能明確罐根閥選型的一個重要特征就是穩定性和可靠性，所以個人認為罐根閥的選型優先選擇純機械式閥門，結構穩定，操作可靠，故障率相對較低等，一般罐根閥采用機械閘板閥就是出于這種考慮。我之所以不建議采用各種電動、氣動等閥門，是因為高故障率的閥門在突發故障時，由于物料無法進行有效隔離，所以導致閥門無法進行下線維修，這是一個最大的硬傷。

第二個是緊急切斷閥，這里的緊急切斷主要就是指聯鎖報警或事故狀態下，對儲罐進出口管線的物料進行的一個緊急切斷操作，目的有兩個，其一是維持儲罐本體的物料在一個極限范圍之內，其二是當罐區周邊發生火災時或管道泄露時，及時隔離儲罐與外界的連通，保護儲罐免受外界的不利影響。所以關于緊急切斷閥，我們需要知道他的兩個特性，第一，非正常狀態下才啟動，也就是說，在儲罐正常進出物料中，緊急切斷閥是保持開度狀態的。第二，緊急快速切斷，換句話說，該閥只能用于*切斷，不能用于調節。工藝操作需要調節的話，只能再另外安裝一個供調節用的閥門。第三個就是金屬軟管，罐區采用金屬軟管，其本質是柔性設計的替代產物，在《GB 50160-2018 石油化工企業設計防火標準 》第6.2.25條中，明確提出了儲罐的進出口管道應采用柔性連接。在條文說明中，其主要的目的是為了解決儲罐和管道的不均勻沉降問題，也就是說，金屬軟管的使用純粹是不得已而為之的策略，是為了解決儲罐和管道的不均勻沉降問題，避免因沉降位移差而造成局部應力過大，破壞管道和設備的完整性。所以金屬軟管的使用其最大的特性就是為了解決沉降問題，但同時其付出的代價就是管道結構的不連續，在一定程度上削弱了管道的整體強度，增加的兩個法蘭接口也成了兩個潛在的泄漏危險源。所以，關于金屬軟管的使用，其本質目的就是以犧牲部分強度為代價來換取不均勻沉降造成的位移補償。

第四個就是工藝操作閥，之所以再額外增加這個工藝操作閥，也是企業罐區現場作業流程中*的一環，這個工藝操作閥可以是手動的，也可以是遠傳遙控的，其主要作用就是在儲罐進出物料的日常運行中，需要頻繁的開關操作進行物料的輸送和切斷。
明白了以上幾個部件的作用和特性，我們就可以繼續進入正題環節，即上述幾個部件到底該怎么進行順序布置，經常有朋友問到，是不是緊急切斷閥一定放在罐根呢？金屬軟管和緊急切斷閥哪個在前哪個在后呢？工藝操作閥是否可以同時兼做緊急切斷閥呢？什么情況下用金屬軟管什么情況下用大拉桿呢？帶著以上問題，為了明確清晰地表達我的觀點，我們按照從罐根開始向外擴展的順序來一一解析。第一個問題，罐根閥的選型。這里的罐根閥并非說的是閥門類型，而是根據位置衍生出來的一種專用叫法，即不管是什么類型的閥門（包括緊急切斷閥），只要安裝位置處于罐根，都可以稱為罐根閥。罐根閥的選型，只有一個原則，就是穩定可靠故障率低，罐根閥的狀態通常為常開，也就是說當一個閥門保持常開狀態時（周期可達幾年），依然可以保持功能完整，具備隨時關閉的能力。我們以常用的三種閥門類型：閘閥、蝶閥和球閥做對比，閘閥相對于蝶閥和球閥來說，密封性能優良，閘板在閉合行程中阻力最小，并且閘板的升降是通過螺紋絲杠的機械式助力機構來實現的，相比較而言，蝶閥的閥瓣和球罐的閥球在長期保位后，存在銹蝕被卡塞的可能，阻力較大。雖然閘板也存在阻力，但閘板的行程是上下直線運動，摩擦接觸面積較小，而蝶閥和球罐的閉合件做的是旋轉運動，摩擦接觸面積較大，可靠性大大降低，閘板閥門也有它的劣勢，那就是關閉行程的時間太長，尤其是管徑較大的閥門，一般都是配置了帶蝸桿的助力機構，整個行程下來非常耗時。在黃曉明主演的電影《烈火英雄》中，那種需要轉8000轉才能關閉的閥門，絕非虛構。對于這種大口徑閘閥，可以配置電動執行機構來解決這個問題。綜合比較而言，在罐根布置常開的閥門時，采用閘板閥門具有一定的比較優勢。

如果我們把罐根閥設計為常開的閘閥的話，可能有的朋友就問了，如果我把緊急切斷閥放在罐根呢，因為緊急切斷閥也是保持常開狀態的，所以放在罐根貌似也沒問題吧？這個問題我們可以從反面去探討，緊急切斷閥一般都是聯鎖機構，如果構成重大危險源的話，還要進入SIS系統，另外這種緊急切斷閥都帶有執行機構，如電動、氣動或液動等，并且還要具有FC(故障關)功能。帶著這么多功能附件的緊急切斷閥，其本身的故障率也就大大增加了，所以一旦發生故障，由于緊靠罐根的緣故，是無法下線檢修的，除非清罐。但是如果發生故障的緊急切斷閥恰好位于物料出口管道的話，清罐也無法實現，因為倒料的管道被堵死了。所以帶聯鎖功能的緊急切斷閥是不建議設置在罐根的。因為這并不是一個*方案，緊急切斷閥*可以不必放在罐根，而且在滿足安全要求的情況下，能避免出現上述不必要的問題。
我們接著討論金屬軟管的問題，金屬軟管的主要目的是解決儲罐和連接管道的不均勻沉降問題，所以金屬軟管的布置只要不離罐根太遠，就能達到其功能目的。但是關于金屬軟管布置最多的問題不是軟管本身的問題，而是當它和緊急切斷閥同時存在時，相對位置該如何布置的問題。換句話說，金屬軟管應當布置在緊急切斷閥之前還是之后。關于這個問題，所有的相關標準均沒有任何提及，但這個問題確確實實困擾著大量的設計人員和企業單位。那么我們不妨深入分析一下，到底該怎么布置最為合適呢。
    緊急切斷閥顧名思義，就是在緊急情況下用來切斷儲罐物料進出的閥門，這里的切斷還有一層隔離的意思，目的是當外界周邊發生緊急情況時（比如火災），*阻斷并庇護儲罐這個重大危險源，以防止火災波及儲罐，造成更嚴重的二次事故。所以遵循這個原則，我們*可以肯定一點，就是從緊急切斷閥直至罐根之間是不允許存在分支管線的，并且中間法蘭數量盡可能的少，因為多一道法蘭，也就多一道潛在的泄露源。而金屬軟管一般采用法蘭連接，命中注定會增加兩道法蘭口的，所以如果把金屬軟管放在緊急切斷閥之前，無疑增加了兩個潛在的泄露源。將金屬軟管放在緊急切斷閥之前，除了增加了兩個潛在的泄露源之外，還有一個更為嚴重的隱患問題，那就是在事故下結構完整性的問題，典型的就是周圍的流淌火帶來的危險因素。這個要從金屬軟管本身的結構說起了，金屬軟管一般內層采用波紋管，外層采用鋼絲網套組成，在常溫下保持一定的強度沒有問題，但是一旦處于火災的烘烤之下，這種結構并不耐火，持續高溫下，其強度和結構完整性大大降低，直至泄露失效。

這個并不是危言聳聽，而是確確實實發生過的，在2008年西南某省的一個儲罐發生大火，其罐根的金屬軟管在高溫的炙烤下，直接斷裂了，
所以，將金屬軟管放在緊急切斷閥之前個人建議是不可取的，存在一定的安全隱患。
通過以上所述，基本明確了罐根閥、緊急切斷閥和金屬軟管的布置順序，即儲罐罐口法蘭+罐根閥+緊急切斷閥+金屬軟管，那么還有一個工藝操作閥，工藝操作閥只要滿足工藝要求就行了，其位置通常位于金屬軟管之后，因為如果布置在金屬軟管之前的話，那么金屬軟管的位置就離罐壁比較遠了，這樣的話，解決不均勻沉降的功能就弱化了。
關于工藝操作閥能不能兼做緊急切斷閥呢？這個要根據具體問題具體分析，因為牽涉到重大危險源、SIS系統、以及SIL評估和定級等，本文不再展開討論。

  最后一個問題，就是金屬軟管和大拉桿該怎么選擇的問題，其實這個問題的本質就是力學上的一個撓度問題，我們知道罐根管道出入口的柔性設計，如果采用金屬軟管的話，就是一個彎曲撓度的問題。撓度是和軟管的直徑和長度有關，在長度一定的情況下，直徑小的金屬軟管，容易彎曲，隨著直徑的增加，撓度趨于下降，達到一定極限值后，幾乎變成剛性的管了。所以罐根軟管的選型設計，根據管道直徑尺寸和要求的沉降值來進行設計，并且參照《SH/T 3412-2017 石油化工管道用金屬軟管選用、檢驗及驗收》《GB/T 14525-2010 波紋金屬軟管通用技術條件》來進行選型驗證，如果罐區現場的安裝距離無法滿足金屬軟管長度的話，只能選擇大拉桿來安裝。某外企工程公司通常的做法是DN350以上的采用大拉桿，DN300以下的采用金屬軟管，這樣能大大節省占地面積。
以上內容基本上源自我個人在工作中的一些經驗總結，可供參考的標準幾乎沒有，所以文中的觀點并沒有相關標準和規范的支持，僅供大家參考！