执行机构防火罩在国内出现的时间较短，国内相关规范标准都是参考国外标准而来，有些内容并不完善，而且常常引起争议。在编写防火罩技术要求时，由于设计人员对防火罩产品不了解，采购方也不熟悉，技术要求经常出现漏洞，导致执行机构防火罩设计和选型采购存在安全隐患。昌晖仪表将对执行机构防火罩设计选型要点和相关标准进行汇总解读，帮助相关设计人员和采购方对防火罩技术要求进行规范。
执行机构防火罩属于被动防火的一个概念，在相关标准中对被动防火有明确的定义，比如API RP 2218-2010 《石油和石化厂的防火应用措施》第5.1条：防火措施的主要价值体现在火灾早期，应对措施主要集中于关闭单元、隔离燃料和火焰、启动固定灭火设备和设置冷却水流的时候。在这个关键时期，如果非防火的管道以及设备支撑，由于火灾损害失去强度，它们可能坍塌从而引起垫片失效、管线破裂以及碳氢物泄漏。此外，如果控制线路或供能线路被损害，则可能导致无法操作紧急隔离阀门、减压或启动损毁的自动或手动喷水系统。
参考相关标准，防火罩的本质是在所定义的火的工况下(比如UL1709标准的烃类池火，火温1093℃)，一定时间之内(比如30分钟)，要确保被保护的执行机构不失效(即执行机构上的温度不能超过其失效温度)。
防火罩选型规格书需明确参数
1、火的种类
在油气和石油化工生产中，烃类介质引起的火灾最为危险，所以相关标准中都是以烃类火对防火材料或系统进行检测或测试，称为烃类池火(Hydrocarbon Pool Fire)和烃类喷射火(Hydrocarbon Jet Fire)。比如UL1709标准的烃类池火，火温为1093℃；
2、保护时长
针对执行机构，一般是30分钟。
3、环境最高温度
即防火罩设计计算起始温度，一般是以项目当地环境最高温度作为起始温度，原因是我们无法知道火灾会在一年当中的什么时候发生，只能选用环境最高温度作为起始温度。
4、最大许可表面温度
即执行机构失效温度，一般是70℃或80℃。
电动执行机构，比ROTORK电动执行机构，其样本手册中明确注明其失效温度只有70℃；气动执行机构失效温度一般依赖于执行机构内部密封元件或者执行机构附件的最大许可温度，比如ASCO低温电磁阀，只有65℃，加上设计裕量也就70℃。内部密封件和材质有关，最大许可温度各有不同，大多执行机构厂家在其产品手册中都会注明执行机构最大许可温度，有的70℃，有的80℃；特别注意，执行机构及附件的正确选型也很重要。
电动执行机构的齿轮箱120℃失效，容易忽略，同样需要做被动防火保护。
5、阀门操作温度
阀门介质温度顺着阀杆会产生热传导作用，特别是高温介质，如果不考虑该热传导影响，有可能导致执行机构正常运行时的温度超过许可温度；
6、防火罩附件设置
防火罩主要附件有快速安全检查门(Quick access door)/检查门(Inspection hatch)、通风格栅(Ventilation griller)和排水塞(Drainage System)，附件可以根据需要集成到防火罩产品中。快速安全检查门一般用于手轮、定位、控制面板位置，确保防火罩安装不影响阀门执行机构的正常维护操作。通风格栅有两个作用，一个是防止阀门介质顺着阀杆有微量泄漏时危险介质在防火罩内部聚集，带来危险工况；另一个是防止执行机构在正常操作时温度过高。排水塞是防止雨水在防火罩内部聚集。
7、阀门执行机构外形尺寸图
随阀配套采购时由阀门厂提供。
8、执行机构重量
随阀配套采购时由阀门厂提供。
相关执行机构防火罩设计标准
1、UL1709《Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel》
烃类池火的标准，UL1709《Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel》最早是针对钢结构防火材料的快速升温火火焰测试标准，其中提出了一套烃类池火的检测方法，内容包括：它将受保护钢柱置于5分钟内达到2000°F(1093°C)的火焰中，5分钟之后直到测试结束温度不再变化，使受测防火系统承受65,000 BTU/ft2-hr的热通量。测试在电热偶一端的平均温度到达1000°F(538°C)，或单一电热偶温度达到1200°F(649°C)时结束。其中538℃，即结构钢的失效温度，在此温度，所测试的结构钢样品其强度减少一半。API 2218中明确推荐UL 1709(或等效标准)为石油石化厂家使用的防火材料的建议标准测试，即不仅是钢结构，其他设备、阀门执行机构的防火保护同样要使用UL1709作为防火材料的标准测试。国内相关标准在提到紧急切断阀执行机构防火保护时，都提到要符合UL1709标准，主要是借用UL1709中烃类池火的定义和测试方法，但是执行机构失效温度和结构钢失效温度是完全不同的，这是需要注意的。
UL1709标准不是唯一的烃类池火火焰测试标准，但是目前已经成为最权威的烃类池火火焰测试标准。陆上石油化工生产和海上油气平台都会有应用。
2、ISO22899-1《Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials —Part 1:General requirements》
烃类喷射火的标准：ISO22899-1《Determination of the resistance to jetfires of passive fire protection materials —Part 1:General requirements》最早是针对钢结构的被动防火材料抗喷射火的测试标准，该标准目前也成为比较权威的喷射火测试标准，在海上平台应用更多一些。
关于不同火的火温曲线，见下图，
3、API RP 2218-2010《石油和石化厂的防火应用措施》
5.1.9 火场情景内的应急阀门
在起火区域内的应急阀门和阀门启动装置的操作对于安全关闭单元、为设备减压或切断火焰的燃料供应可能是至关重要的。重要的应急隔离阀门包括供应大型塔、收集池和平行罐的泵机管道的抽吸阀门。为了增加应急阀门正常工作的概率，应考虑为联结阀门的动力线路和信号线路同时加装防火设施。阀门的马达操控单元应充分防火，以保证阀门有足够的时间完全打开或闭合。属于失效保护的阀门不需要防火（但应该确保在火灾中能够触发失效保护状态）。
动力线路和仪表线路可以按照章节5.1.8.1 所述保护。马达操控装置应被多重防火系统保护，防火系统应使用预成型的抗火材料，特别设计的防火毯，或使用胶泥材料或膨胀树脂涂层永久固定于设备表面。对于上述选择，均必须确定防火材料适合受保护设备的操作温度。一些材料尽管可以在UL 1709(或等效)条件下提供30分钟保护时间，但限定的非遇火正常温度可能低至150ºF(65°C)。评估也应考量寒冷天气情况。
下列项目需要特别考量：
a.电机暴露在明火时，电机内安装的热限位开关可能造成在阀门未完全打开或闭合时电机失灵。应考虑关闭热限位开关，或联系设备供应商咨询可能的改装方案，以确保电机能够在需要的阀门操作环境中正常运行。
b.阀门的手动轮和控制杆的防火保护不能过分影响阀门的易操控的程度。
c.加装防火设备后阀门的位置指示必须仍能看见。
d.螺线管操控的阀门的螺线管可以安装前述防火材料。由于绝热材料隔热并限制空气流通，设计必须确保能够有理想的操控。
e. 膜片操控阀门的隔板套可安装前述防火材料，除非阀门设计为损坏时启动。
f. 选择的防火系统必须评估其在受保护设备和设备环境处于正常操作温度下的使用。
4、API RP 553-2012《炼油厂控制安全系统阀门和附件》
3.4.6 D类EBV：为带远程控制的阀门。对阀门位置无限制，但控制系统距离泄漏源至少12米远，并且在火灾区域外。安装在高度超过4.6米的EBV阀也在这个类别里。在火灾区域内的执行机构、那部分电缆及仪表管应该防火，或设计为在火灾条件下操作不失效。具体指导管、仪表管、电缆支撑需要防火。
8.2.2.1 电动马达执行机构，是闸阀的第一选择，因为电动马达在损失电力时会静态故障，在火灾区域的任何这种阀门执行机构都应做防火保护，在火灾区域的那部分控制电缆也应该做防火保护，耐火电缆是一个选项。
8.2.3.3 气动执行机构，火灾可操作型，该种执行机构应该使用仪表管硬接线，并且做防火保护。
8.3.1 EBV供气、关键接线、就地控制盘以及执行机构应能够承受1093℃石油火，保持所有内部电子控制及接线在至少30分钟内温度低于93℃。防火保护应能够承受来自消防栓的持续水流。防火材料应防风雨、耐阳光。参考API2218。
5、API 2510A-2010《LPG存储设施设计和操作的防火考虑》
6.5.3.1 自动和远程操作阀门
远程操作的阀门，无论是液动、气动或电动操作，在停止燃料流方面会很有用。能建议不止一个操作位置。倾向于失效关的阀门，由于这些阀门在失去信号时会自动关闭。除非提供防火保护，电动阀不能做到这个，由于需要电力使执行机构动作。气动或液动阀门需要压力打开，失去压力时，可以靠弹簧力自动关闭。电动阀及其电力供应需要特别考虑防火保护以保证紧急状况下可以操作。
6、AQ 3053-2015《立式圆筒形钢制焊接储罐安全技术规程》
第6.13条要求“储罐物料进出口管道靠近罐体处应设一个总切断阀。对大型储罐，应采用带气动型、液压型或电动型执行机构的阀门。当执行机构为电动型时，其电源电缆、信号电缆和电动执行机构应作防火保护。” 在该标准前言中特别指出，第6.13条为强制性条款。
注：大型储罐是指公称直径大于或等于30m或公称容积大于或等于10000m3的储罐。
7、SH/T3005-2016《石油化工自动化仪表选型设计规范》
10.3.6.14 当工艺安全对紧急切断阀有防火保护要求时，用于紧急切断阀的气动执行机构及其附件 应有防火保护措施，首选安装防火保护罩，防火保护罩应符合UL 1709标准，能够在1093°C下， 抵抗烃类火灾30分钟。
10.3.7.11当工艺安全对紧急切断阀有防火保护要求时，用于紧急切断阀的电动执行机构及其附 件应有防火保护措施，首选安装防火保护罩，防火保护罩应符合UL 1709标准，能够在1093°C下， 抵抗烃类火灾30分钟。
8、[2016]39号：中石化《罐区隐患整改攻坚战指导意见》
四、低低液位联锁、高高液位联锁
2.对属于一级或二级重大危险源的储罐，除设置高、低液位报警外，还应对低低液位和高高液位设置相应的报警及联动保护措施。需设置独立 SIS 系统的储罐，其进出口管道上的罐根阀(紧急切断阀要采取防火措施，应具有手动操作功能，并采取防火措施)。
9、SH/T3184-2017《石油化工自动化系统设计规范》
5.4.1.12 需要防火的开关阀的电缆和执行机构应根据具体情况做防火设计。
10、DEP-T-PE1530-2017《紧急切断阀工艺设计导则(试行)-SEG 》
7.2 气动执行机构选型设计
7.2.11 需要设置防火措施时，首选安装防火保护罩，防火保护罩应符合UL1709标准，能够在1093℃下，抵抗烃类火灾30分钟。
7.3 电动执行机构选型设计
7.3.10 需要设置防火措施时，首选安装防火保护罩，防火保护罩应符合UL1709标准，能够在1093℃下，抵抗烃类火灾30分钟。
7.4 电液执行机构选型设计
7.4.14 需要设置防火措施时，首选安装防火保护罩，防火保护罩应符合UL1709标准，能够在1093℃下，抵抗烃类火灾30分钟。
11、Q/SH0749-2018《液化烃储运工程技术标准》
12.2.7 g) 液化烃球罐根部紧急切断阀选用应符合中国石化建[2011]518号《液化烃球罐紧急切断阀选型设计规定》；球罐根部紧急切断阀的防火罩应选用适用于户外露天场合的刚性防火保护罩，防火保护罩应能够在1093℃烃类火灾下30分钟内保证其内部温度低于80℃。
如何采购防火罩
防火罩是根据阀门和执行机构尺寸量身定制的产品，并且在设计时候需要根据温升区间(即失效温度-温升起始温度)去计算所需的防火材料厚度，温升区间越小，防火罩设计难度越高。每个防火罩都需要根据具体温升工况来单独设计计算，实际所需厚度可能是3层75mm厚-5层125mm厚。而且，防火罩和执行机构之间一般会通过支架保留一定的空间，由于装置现场空间问题，这就要求防火罩必须足够紧凑，同时不能影响阀门和执行机构的正常操作维护。
防火罩主要有以下两种采购方式：
a、随阀配套采购
新建项目一般采用随阀配套采购方式，这样在防火罩设计时，阀门厂家配合提供阀门执行机构整体外形图，在阀门设计时根据防火罩厂家建议对阀杆支架长度、手轮轴长度、阀位指示器、或者执行机构附件位置进行优化设计，执行机构附件选型时也会由于考虑执行机构失效温度而更加合理。防火罩图纸在设计完后由防火罩厂家发给阀门厂家进行确认，同时由阀门厂家提交给设计院配管部门，以预留出足够的安装空间。这样现场安装也会更加完美。
b、防火罩单独采购
改造项目一般只能单独采购防火罩，由于阀门执行机构已经安装完，现场空间都已经确定，单独采购往往会非常麻烦，可能因为缺乏防火罩设计参数、阀杆支架长度不够、手轮轴长度不够、执行机构附件位置不合理、安装空间不够等原因而导致防火罩设计难度加大，或无法设计防火罩。因此，单独采购要面对的问题较多。
总而言之，执行机构防火罩的选型应用存在大量的技巧和专业性，合理有效的防火罩选型设计，当真正发生火灾时，可以有效的保护执行机构，降低装置风险，因此企业业主、设计方、阀门厂家和防火罩供应方都应该重视并掌握执行机构防火罩选型要点。
作者：朱建峰(英国达肯工程有限公司)
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