北京化工學院自動化系 吳國熙
一、調節閥防火的重要性
在化工、石油等自動化系統中，一旦發生了火災，如果系統中某些設備能及時地切斷可燃性流體通向火境之路，那么就可避免大火直接從起火區蔓延到廠區各地所引起的重大損失。
調節閥是自動化系統中的一個重要組成部分，它裝于現場控制流路，因此著火藥味時它是切斷流路避免可燃性流體通向火境的主要設備。在著火情況下，它是打開還是關閉是很關鍵的。由于調節閥由控制室的調節器進行自控，并非人工操作，因此防火閥門的主要特點應該是：能經受調溫而短期工作，或者是當含辛茹苦 關閉時應使泄漏量最小。閥門的防火性應該被看為一項很需要的性能來考慮，希望能夠引起有關人員的重視。
二、調節閥防火的標準
什么樣的閥門才是防火閥門呢？國外所提到的防火閥門（fire—safe valve ）,國外對閥門防火性的定義很多而不統一，這種定義在工業上仍{TodayHot}缺乏明確的規定。到目前為止，仍然沒有一種單一的試驗或定義能明確確定一個閥門是否能防火。
很多工業學會、石油公司、保險公司、閥門制造廠家，以及英國、美國的有關機構已經規定了各種測試方法。但是，被測閥門的種類和主要試驗規格隨測試方法的不同而不同。對燃燒閥門試驗的爭論仍在繼續，有的試圖把兩種或兩種以上方法綜合為一種完整的方法，但仍然沒有定論。應該怎樣才能準確的給防火閥門下定義？這正是我們要研究的問題，首先應該研究閥門的軟閥座標準的問題。
有人認為，在大火中不會熔化的金屬閘閥和球形閥（globe valve ）就是防火閥。這些閥門的設計和結構能保證它在著火的前后都是金屬和金屬（metal—to—metal ）的接觸，這就避免了可燃性流體進入大火這中。但是，金屬閥座在著火前操作時，密封性是不好的。由于泄漏量很小，因此在大多已制訂的防火標準中也是被允許的。
用戶要求閥門在正常操作時既有良好的密封性，同時又具有防火性。不少閥門廠家早在15～２０年前就試圖解決這一復雜問題，他們已經研制了各種各樣的“軟”“硬”密封元件，所有這兩類元件著火這后都能保持金屬面接觸的密封。
硬閥座是用金屬或合金制成的，自身能經受高溫。軟閥座有橡皮、塑料或熔點低于７００ ℉（約370℃）的彈性材料，軟閥座在大火之后能被燒毀，然后憑借系統的壓力，閥板的旋轉，彈簧力或自身重力的作用保持金屬面接觸。但是許多軟閥座閥門在燃燒后的安全性也不理想。如果這些彈性閥座在大火中不能全部燒毀，就不能形成金屬面接觸。下表歸納了包括軟閥座的幾種燃燒試驗，從表中看來，各種試驗標準有不同的閥門試驗規格進行分析和對比，就能了解哪五種標準較為嚴格。必須指出，美國石油學會標準API607“軟密封球閥燃燒{HotTag}試驗（1977年）”是一種暫定標準，它對所有16英寸以下的球閥都適用。后來第二版的標準API RP6F進行了修改，要求更為嚴格一些。
不同制造廠家所提供的閥門只能符合一個或兩個如下表所介紹的防火標準，例如洛克威爾（Rock well ）公司所提供的防火柱塞閥和球閥只能符合API607和API RP6F兩種標準，另一些公司提供的閥門只能符合另一些標準。
三、調節閥防火的具體措施
1、閥體的防火
盡管對閥有的防火性有著不同的看法，制訂的規格不同，試驗方法也不同，但對閥門怎樣才能防火應該有比較一致的看法。對閥體來說，它應該有以下三點性能，而且為保證這三點性能應該采取各種具體措施。
（1）內部泄漏量最小。為了保證這一性能，首先應考慮到閥芯和閥座的金屬面接觸，在著火時或著火這后，閥體處于高溫之中，不管其密封結構如何，彈簧力和外加壓力怎樣變化，都應該保證這一點，應認為這是保證其精密關閉的關鍵。
（2）外部泄漏量最小。為了盡量減小外部泄漏，考慮的方法有：采用能防火的閥桿密封材料，避免用較大的墊片式閥體連結。
（3）有連續的操作性。燃燒后仍能正常工作的閥門，自然就具有抗變形的能力，有抗損性。
為了保證閥體有防火性能，許多廠家都進行過各種嘗試。例如，他們在閥門上包扎了多層的氈罩，用耐火材料砌成箱體，使閥門和外界隔開。但上述方法都不太會令人滿意，因為閥門每次維修都要拆開、砌上。同是，由于閥門安裝位置的限制，這種方法也未必能用。
目前較為滿意的方法是用一種防火袋，它可以在幾分種之內就套上，維修時也易于揭開。袋的材料含有多層的陶瓷纖維（eramic fiber ）或玻璃纖維（fiberglass）用尼龍捆綁裹緊，并用涂有乙烯樹脂的不銹鋼絲綁緊在裝置上。在一般發問 ，并不需改變管道位置，安裝空間小，通過試驗在2000℉的火焰中燃燒30分鐘，閥門仍不損壞，性能令人滿意。
2、執行機構的防火
由于執行機構直接控制著閥門的位置，所以更需要認真研究。為了使閥門能及時保持關閉，因此在容易著火的場合常選用彈簧式氣動膜片的鋼（鐵）執行機構，主要是利用膜片熔點低這一特點。著火時，由于膜片熔點低很快損壞，因此彈簧移動，使閥門處于關閉位置。利用對熱敏感的可熔式孔塞來降低氣動系統的壓力，特別適用于活塞式往復彈簧執行機構。
嚴重的火災能夠改變金屬零件的特性，有引起金屬變軟并失去回火特性，有些金屬實際上熔化了。彈簧力的大小和回火特性有直接的關系，燃燒后剩余彈簧力能否足夠保持閥門位置，需要對執行機構進行燃燒試驗才能證明。
對蝶閥來說，燃燒后常常需要剩余彈簧力矩來保持閥門的緊閉位置，關閉所需的力似乎遠遠小于執行機構原來的輸出力。在球形閥的執行機構上，剩余彈簧力很重要。在同樣的管道壓力下，平衡式球形閥比不平衡式球形閥所要求的彈簧力要小一些，因此應用在易著火的場合時，人們愿意用平衡式球形閥。
要使執行機構燃燒之后仍能操作，就必須保護彈簧，使它免受火焰退火的影響。保護彈簧可用三種方法：用絕熱材料、用灑水器或用防火涂層。包括上多層的絕熱帶，利用絕熱罩或者用防火袋，使執行機構在著火后正常運行半小時。但是這種絕招和密封方法較為笨重而不便，占空間大。在執行機構頂部裝上灑水器，這種做法增加了安裝和維護費用；而且因火災時經常停水，也無法給灑水器供水。執行機構可以涂上一種含有環氧基（epoxy—based）物質的膨脹薄層，使執行機構正常運行。在一個燃燒試驗中，由于涂料的保護，雖然火溫高達1400～1700℉，執行機構仍能工作42分鐘。試驗用1600磅的彈簧式鑄鐵執行機構，約7英尺長，氣缸孔徑12英寸，利用9個丙烷噴炬來燃燒。在整個燃燒過程中執行機構的彈簧每分鐘往復一次，燃燒后彈簧的輸出力矩只降低6%，而且主要是由于軸承精度下降，摩擦增加所造成的。試驗表明彈簧并不受燃燒火焰的影響，活塞與連桿的密封也依然如舊，密封良好。完成試驗之后，把執行機構浸在冷水中。模擬高溫外殼的突冷作用。試驗表明，執行機構的殼體和內部零件并不因突然冷卻而受到有害的影響。
膨脹涂層是抹上去的，就像是抹水泥一樣，抹時可在現場進行，要注意不要抹住密封部位，這樣會使維修不便。當涂層干固時，就形成了堅硬的、不可滲透的密封層。Jamesbury公司還在主要部位造了盤板和箱體，分別涂抹，這樣維修時就可以搬開盤板。如果執行機構是鋁殼體，即使用涂料也難以防火，因為鋁的熔點低（1033～1150℉），在高于此熔點的碳氫混合火焰中，零件就會失效，閥門不能關閉。
最后，還要介紹一種連桿保護的方法。往復式彈簧裝置是由各個調節閥制造廠家供應的，這些彈簧裝置處于一種“待擊”位置，它只有在著火時才能擊發，擊發時閥門移動到一個自動保險的位置。還將有持元件可以用易熔連桿、脆性連桿或電熱連桿。電熱連桿和易熔連桿的作用一樣，都能受熱啟動。在著火的危險時刻，這些連桿立刻被煙氣隨動裝置所斷開，使閥門處于保險位置。
參考文獻
1、Carey, James A. “Control Valve Update” 《Instrument and Control Systems》,No1,1981
2、Machowski, Stan, “What's a fire-Safe Valve?”,《Instrument and Control Systems》,No3,1981
試規驗格一覽表
試驗規格
OCMA FSV.1和BS5146(石油公司材料協會和英國標準)
EXXONBP8-14-4(EXXON工程研究公司)
AP1607第一版(美國石油學會標準)
FM6033(FM保險公司)
API RP6F第二版(美國石油學會標準)
閥桿位置
垂直
垂直
水平
不規定
水平
孔位置
水平
水平
水平
不規定
水平
閥門是 ”開”還是”關”
開
開
關
關
關
燃燒時的試驗壓力
30磅/英寸 2
25磅/英寸 2
1000℉級壓力值
125磅/英寸 2
決定于壓力級和 ANSI150,210磅/英寸 2 ±10%
試驗介質
汽油或柴油
液烴
水
不規定
水
閥體溫度
能燒壞軟閥座
大于 1200℉
1100℉
不規定
大于 1400℉
燃燒時間
15分
15分
30分
15分
15/30分
何時測量泄漏量
試驗后
試驗后
試驗中
試驗中
試驗后
外部最大泄漏量
沒有明顯的泄漏 (注)
泄漏量可以忽略
20毫升/分/英寸
微量
關閉： 100毫升/分/英寸;打開：400毫升/分/英寸
閥座最大泄漏量
100毫升/分/英寸
10毫升/分/英寸
40毫升/分/英寸
94.6毫升/分/英寸
400毫升/分/英寸
可操作性
打開再關上 ,重復三次
打開再關上 ,重復三次
打開再關上 ,一次
可以操作
關上再打開一次
