SIS阀执行机构的选型

2015-02-09中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司

油气田地面工程 2015年1期

中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司

SIS阀执行机构的选型

王书惠中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司

当油气田或管道站场发生火灾或者是大面积泄漏时，采用紧急切断阀进行切断，切断有毒、可燃介质向外面泄放；需要时，启用紧急放空阀，将有毒、可燃介质直接泄放到火炬或者放空立管。根据API 553—2012规范的基本技术要求，结合近几年国内外油气田及天然气、成品油、原油输送管道应用的经验教训，探讨紧急切断阀、紧急放空阀执行机构在设计选型时容易模糊的技术问题，例如：防火、手轮、开关时间、复位、电磁阀配置、诊断等，确保紧急切断阀、紧急放空阀执行机构技术要求和设计选型正确。

执行机构；SIS阀；ESDV；BDV；防火；复位；诊断

紧急切断阀、紧急放空阀作为安全仪表系统的执行设备，在石油天然气行业中的应用越来越多。当油气田或管道站场发生火灾或者是大面积泄漏时，采用紧急切断阀进行切断，切断有毒、可燃介质向外面泄放；需要时，启用紧急放空阀，将有毒、可燃介质直接泄放到火炬或者放空立管。

根据API553—2012规范的基本技术要求，结合近几年国内外油气田及天然气、成品油、原油输送管道应用的经验教训，探讨紧急切断阀、紧急放空阀执行机构在设计选型时容易模糊的技术问题，例如：防火、手轮、开关时间、复位、电磁阀配置、诊断等，确保紧急切断阀、紧急放空阀执行机构技术要求和设计选型正确。

紧急切断阀、紧急放空阀阀体部分如何选型这里不进行讨论。紧急切断阀（ESDV）、紧急放空阀（BDV）由安全仪表系统（SIS系统）控制，统称为SIS阀(包括ESDV和BDV)。

缩写及名词解释：SIS为安全仪表系统（Safety Instrumented System）；ESDV为紧急切断阀（Emergency Shutdown Valve）；BDV为紧急放空阀（Blowdown Valve）；PST为部分行程测试（Partial Stroke Testing）；HMI为人机界面（Human Machine Interface）。

1 执行机构的主要类型

按照API553—2012规范，SIS阀的执行机构一般情况下选择气动执行机构、电液执行机构、电动执行机构。

具体工程中采用哪种形式的执行机构，选型原则是：有气源（空气或者氮气等）时，SIS阀最优采用气动执行机构；无气源时，SIS阀优先考虑采用电液执行机构；通常不推荐电动执行机构作为SIS阀的执行机构，在既无气源又需要考虑价格因素且通过业主批准时，可以采用电动执行机构，但是需要额外的条件进行限制。

2 执行机构的通用技术要求

2.1防火

在执行机构的选型中，防火要求最为模糊。

按照API553—2012规范，SIS阀（软密封）防火测试要求符合API607；SIS阀（金属密封）防火测试要求符合API608、API6FA。

2.2手轮

SIS阀一般独立设置，不参与过程控制，不应配置手轮，因为手轮可能会阻止SIS阀返回到安全状态。

如果设计中要求某些过程控制阀除了具有过程控制阀的功能之外，还要求具有SIS阀的功能，配置手轮必须通过正式的批准和授权。

2.3阀位指示

SIS阀必须配置阀位就地指示。在工程应用中，SIS阀除了就地显示阀位之外，也配套位置开关，SIS阀阀位在控制室HMI上进行显示。

2.4开关时间

在不损坏阀体和产生水击时，执行机构的速度越快越好。一般推荐达到安全状态是5～10 s。对于液体管道，需要考虑减缓管道的水击效应，因此关阀时间需要慎重考虑，需要与工艺计算相结合。

2.5扭矩

SIS阀的执行机构扭矩需要考虑20%～40%的余量，以克服对未知扭矩的需求。

3 气动执行机构

对于角行程的SIS阀（例如球阀、旋塞阀等），最优选择是采用气动执行机构。

气动执行机构的故障安全是指发生仪表气源故障时ESDV关闭或者BDV打开。

3.1防火要求

根据API553—2012规范防火的具体要求，SIS阀执行机构本体及外部所有配件（主要包括气源、关键的电气接线、就地控制盘等）必须能够承受1 093℃的高温，内部所有配件和接线能够承受93℃的高温，且至少持续30min。关键的电气接线定义为：可能阻碍执行机构到达安全位置的接线（主要包括执行机构控制回路的变压器、一次或者二次接线）。

SIS阀设计时除了要求执行机构达到上面的防火要求之外，执行机构的外部供电电缆及控制电缆统一要求为耐火电缆，这样才能保证执行机构在30min能够顺利完成开阀或者关阀的动作；同时，执行机构也要求能够承受火灾中消防水的冲击，防雨、防晒。

3.2复位

执行机构采用故障安全式，并且一直保持在安全位置。当所有运行的条件重新满足要求时，经过SIS命令控制之后的阀门，不能直接打开或者关闭，必须经人工现场复位之后才能打开或者关闭，即人工复位。人工复位按钮可以是在现场设置的HMI盘上的复位按钮，也可以是SIS阀电磁阀自带的复位按钮（复位手柄或者按钮）。

按照API 553—2012规范，推荐SIS阀是失电动作。SIS阀的电磁阀，断电时电磁阀不允许强制或者重置到正常位置。如果SIS阀采用得电动作，电磁阀推荐采用诊断回路，定期、频繁地进行测试。

3.3电磁阀配置

（1）1OOX配置电磁阀。SIS系统设计为故障安全型时，这种配置具有高安全性，同时也具有较高虚假停车的可能性。工程中根据工艺的需要，一般会选择1OO2。任何1个电磁阀失电，那么SIS阀都会打开或者关闭。

（2）2OOX配置电磁阀。SIS系统设计为故障安全型时，这种配置具有高可靠性，降低了虚假停车的可能性，同时也降低了SIS的安全性。工程中根据工艺的需要，一般会选择2OO2、2OO3。任何1个电磁阀出现问题失电，SIS阀不会动作，只有2个电磁阀及以上出现问题时，SIS阀才会动作。

3.4诊断测试

（1）PST功能测试。目前，ESDV阀的PST功能主要有3种方式实现：配套数字阀门定位器；配套阀门位置开关；机械开关。无论采用哪种方式，只要ESDV接到紧急切断命令就能立即执行关阀命令，无论此时ESDV是否正在进行PST测试。ESDV阀配套PST功能，在确保SIS系统安全运行的情况下，ESDV能够在一定范围内保证阀关闭5%或者10%的开度，之后再次返回到全开状态。PST功能克服了ESDV长期处于开状态，产生机械故障（SIS未得到信息）时一旦需要关阀而不能关闭的情况。

（2）旁通阀测试。SIS阀配套旁路阀，实现SIS阀在线的、全行程的测试和维护。典型的SIS是由多个手动切断阀和1个旁通阀（或者是1个盲板）组成。旁通阀在不使用时，必须处于关闭状态，打上铅封或者是锁上。SIS旁通阀带有颜色标识、锁扣、锁栓，防止有人不小心误操作打开。旁通阀符合API 607（软密封）、API608（金属密封）、API 6FA的防火安全要求。旁通阀与SIS阀要求具有同样的或者更高级别的密封。旁通阀不能用于旁通不安全的工艺过程，不能用于工艺装置投产时的旁路。