浅谈热辐射影响后管道阀门评估方法

浅谈热辐射影响后管道阀门评估方法

刘赛

中国石化工程建设有限公司 北京市 100000

摘要：石化装置在发生火灾事故后，周边的管道阀门受到热辐射的影响而造成劣质化。管道阀门在管道系统中起到重要的作用，管道阀门的合乎使用评估特别重要。本文将介绍石化装置中部分阀门在受到火灾热辐射影响后的评估流程。根据现场实际特点和API相关标准，将现场火灾事故进行热辐射区域划分，根据不同分区热辐射对阀门产生的不同影响，通过不同的检测方式对阀门进行检测，进而评估阀门能否继续使用。

关键词：管道阀门；热辐射；评估方法

Assessment Methods for Piping Valve after Heat Radiation

LIU Sai

Piping Department Sinopec Engineering Incorporation

Abstract: After fire accident in petrochemical plant, the surrounding pipeline valves are affected by heat radiation, resulting in inferior quality. Pipeline valves play an important role in the pipeline system, and the conformity assessment of piping valves is particularly important. This paper will introduce the evaluation process of some valves in petrochemical plant after being affected by fire heat radiation. According to the actual characteristics of the sites and API standards, the heat radiation area of the fire accident is pided. According to the different effects of heat radiation on the valves in different areas, the valves are detected by different detection methods, and then the valves can be evaluated whether it can continue to be used.

Keywords: Piping Valve Heat Radiation Assessment Methods

0. 引言

石化装置发生火灾事故后，事故区域周边的管道、设备和结构等系统均会受到不同程度的影响而造成损毁或者劣质化。管道阀门是管道系统中重要的组成部分，而且生产和采购周期较长，在事故重建工作中处于关键环节。因此如何快速的判断各区域内阀门的能否继续使用至关重要，从而甄别出符合安全标准的阀门可加快现场重建的进度，可以有效的推动事故装置的再次开工投产。本文结合API 579和API 598等标准的要求，按照受热辐射影响将石化装置划分为不同区域，分别介绍火灾事故后不同区域内管道阀门的评估和检修流程。

0. 热辐射区域划分

根据API 579的标准，按照火灾事故时环境温度的高低，可以将热影响区域划分为I-VI区，各分区划分的温度范围如表1所示。由于标高较高时热影响区范围比低标高大，因此不同标高的热影响区范围不同。需根据现场实际情况，以事故点为中心，自地平向上确定不同的标高层，将每一层标高需单独划分热影响区域。

表1 API 579关于热影响区域温度划分^[2]

根据温度和标高划分热辐射区域后，受到热辐射影响的阀门评估和修复可按照划分的热影响区域进行。不同分区由于受到热辐射温度不一致，因此处理的方式有差异。

1.1 不同温度下的热辐射区域划分

1.1.1 热影响区Zone V和Zone VI

Zone VI的热辐射温度超过732℃，该区域属于邻近火源位置，将受到火焰的直接冲击，将会导致铜及铜合金被破坏或熔化、钢材变形、细晶粒钢材发生晶粒生长、用水淬火的钢材变硬，延展性降低，所有热处理和冷加工的材料的特性发生改变等。

同时，Zone V的热辐射温度范围为427℃-732℃，该区域直接暴露于火焰下，属于火灾严重危险的区域，火焰对元件造成严重的热辐射，导致非金属材料的破坏、铝和银材料的焊缝熔化、A193-B7类螺栓软化、合金钢和不锈钢的结构粒度、特性和抗腐蚀性降低、钢材开始氧化并结垢、铜管软化等。

1.1.2 热影响区 Zone IV

Zone IV的温度范围为204℃-427℃，属于中等热暴露区域。在该区域内有机涂层会发生起泡或蒸发的情况、塑料和橡胶被熔化或烧焦导致电缆绝缘层破坏、弹簧可能会软化，阀门和仪表的刻度发生偏离、铝合金材质元件产生较大形变等。

1.1.3 热影响区Zone I到Zone III

Zone I到Zone III的温度范围为环境温度-204℃，属于轻度热暴露区域或者无暴露区域。在该区域内阀门本体基本无损伤，仅有可能使部分阀门表面被熏黑，包含塑料元件的阀门也可能有元件融化的可能。

0. 不同区域内阀门评估及修复

2.1 各热辐射影响区阀门评估及处理方式。

根据1.1章节中划分的不同热辐射影响区域及其影响，对于不同区域下的阀门处理结果如下所示：

(1)．Zone V到Zone VI区域为直接接触火源或直接暴露于火焰下的区域，该区域属于火灾受损最为严重的位置，对碳钢、低合金钢有回火软化、氧化、性能劣化，晶粒长大、变形等影响，对不锈钢有敏化、应力松弛、变形等影响。综上所述，由于该区域的阀门材料可能已经遭受严重影响，导致阀门无法使用，因此Zone V到Zone VI区内所有阀门需要全部更换。

(2). Zone IV为中等热暴露区域，热辐射会对阀门的一些非金属内件、垫片及非金属填料等造成破坏，因此Zone IV区域内的阀门，所有带塑料、橡胶、有机涂层的元件和包含铝合金、双相钢材料的阀门需要直接更换。除以上直接更换的阀门外，其余阀门依据标准做不同的检测，进而评估是否可以继续使用。具体评估和检测方式见后2.2章节。

(3). Zone I到Zone III区域仅为轻度暴露区域，热辐射可能会对阀门的一部分涂漆产生影响。因此，Zone I到Zone III区域内的阀门仅需要做常规目视检测即可。目视检测见后2.2.1章节。

2.2 Zone IV区域内阀门评估和检测

对用Zone IV范围内的阀门，不同种类的阀门需按照流程做评估，进而确定阀门能否继续使用。根据阀门种类，将阀门分为普通阀门（注1）、Y型阀和特殊阀门（注2），检测及评估流程存在差异。

普通阀门为弹性密封或者金属密封的闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、旋塞阀等。

特殊阀门为本体或密封件包含铝合金、塑料、橡胶、聚四氟乙烯、有机涂层、双相钢等材料的阀门。

0. 2. 1. 阀门目视检测要求

(1)根据图纸检查阀门阀体、阀盖、关闭元件、焊缝和接头等位置是否存在异常，并检查阀门法兰是否对齐，表面油漆是否损伤，阀门本体是否凹陷，手轮和阀杆是否弯曲等；

(2)检查阀门有无明显的灼烧痕迹。

如在目视检查中发现有第1项描述的情况，则由总承包方和业主相关专业人士共同确认阀门是否需要现场调整、更换部分阀门组件或者更换整个阀门；

如发现有第2项中明显灼烧痕迹，则需对阀门灼烧痕迹的区域进行硬度测试、渗透试验或磁粉检测，用于检测阀门是否产生裂纹，阀门本体是否已经破坏，进而判断阀门能否使用。

目视检测不合格的阀门应单独列项，初步确定更换或者检修方案后，再将各类阀门汇入到最终的阀门评估清单中。

0. 2. 2. 普通阀门评估及检测流程

(1)普通阀门目视检测：检测要求见2.2.1。

(2)普通阀门压力试验

根据区域内阀门种类和规格，选取一定数量的阀门进行检测，进一步确认阀门是否完好，检测流程如下：

(1)统计待检区域内所有闸阀、截止阀、止回阀、球阀数量，按照各类阀门总数量，每类阀门抽取10%的数量检测。根据API 598的要求，分别对阀门进行壳体压力试验、上密封试验、低压密封试验、高压密封试验等^[3]。

(2)按照阀门分类，如送检中有50%以上的阀门全部通过检测，则认为该类阀门整体合格，仅需要对检测失败的阀门进行维修或更换；

(3)如送检的阀门中合格率小于50%，则该类阀门需要重新抽取10%继续检测。如此次检测的合格率大于50%，则认为该类阀门整体合格，仅需对检测失败的阀门进行维修或更换。

(4)如第二次检测合格率依然小于50%，则认为该类阀门已经全部失效，需要对该类阀门全部进行维修或者更换；

根据之前所做的阀门目视检测及阀门压力试验流程，可最终确认区域内部普通阀门检测的最终数量。将该部分阀门先拆除送至阀门维修厂进行维修，再根据维修后的结果确认是否需要更换阀门。

0. 2. 3. Y型阀门评估及检测流程

(1)阀门目视检查：检测要求见2.2.1章节。

(2)Y型阀门检测及维修方案

由于Y型阀门使用的位置均为工艺要求较高，较为重要的场合，且Y型阀门具有生产、采购周期较长的特点。结合现场实际情况，对区域内Y型阀门全部进行检测，再根据检测的情况更换或维修。现场Y型阀门可分为焊接型和法兰型，分别需采取不同的检测和维修方案。

2.2.3.1 焊接Y型阀门检测及维修方案

(1)制造厂技术人员到现场指导施工单位，在不切割阀门焊缝的情况下进行阀门阀盖的拆除。

(2)制造厂技术人员对拆卸的密封进行检查，如发现划痕等缺陷，则将阀门的配件送至制造厂进行维修。

(3)在阀门配件维修结束并回装后，进行气压试验检查阀体密封，再连同管线一起进行压力试验和密封性试验，检查阀盖垫片及焊接区域，确定阀体外壳有无损坏。

2.2.3.2 法兰Y型阀门检测及维修方案

(1)将Y型阀门从现场拆除；

(2)送至本地阀门检测厂家对阀门进行检测；

(3)根据检测后的结果确定维修方案。

----如检测通过，可直接回装；

----如检测失效，再确定维修厂家进行维修，结束后回装。

2.2.4 特殊阀门评估流程

根据评估要求，对于阀门本体或密封件包含铝合金、塑料、橡胶、聚四氟乙烯、有机涂层、双相钢等材料的阀门需要全部更换。

0. 总结和讨论

石化装置属于高危区域，一旦发生火灾事故，将会导致严重的安全事故。管道阀门的评估和检测是整个管道系统的重要部分，由于部分阀门采购周期较长，无法保证所有的阀门都能更换新的阀门，因此对于火灾事故后各区域内的管道阀门必须建立一套合理系统评估方法。根据API相关标准及石化工程特点，先将现场火灾事故按照热辐射区域划分，根据不同分区中热辐射对阀门产生的不同影响，通过目视检查、压力试验和化学分析等方式对阀门进行检测，根据检测结果分别对阀门采取全部更换、维修或部分更换的方案。通过以上方法，可更为精准快速的确定阀门评估和维修方式，进一步加快现场装置重建工作。

参考文献：

[1] 孙昕荣，周军。城市管道燃气火灾特点及预防扑救探析[C]//2008届（第十届）中国科协年会论文集，郑州；[出版者不详]，2008；211-214.

[2] API 579 服役适应性 2007版

[3] API 598 阀门的检查和试验 2004年5月，第8版