(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103867775 A(43)申请公布日 2014.06.18
(21)申请号 201410104232.1(22)申请日 2014.03.19
(71)申请人常州大学
地址213164 江苏省常州市武进区滆湖路1
号(72)发明人周宁 孙权 张冰冰 姜帅 张璐
耿莹 滕欣 周菁华(74)专利代理机构常州市英诺创信专利代理事
务所(普通合伙) 32258
代理人王美华 任晓岚(51)Int.Cl.
F16K 31/02(2006.01)F16K 37/00(2006.01)F16K 31/44(2006.01)
(54)发明名称
大型罐区管道紧急切断系统(57)摘要
本发明涉及一种大型罐区管道紧急切断系统，包括紧急切断阀、信号采集器、远程控制模块、管道火灾爆炸检测装置等，紧急切断阀包括壳体、导流孔、闸板、提升装置、电磁装置和外层耐火保护层。紧急切断阀正常情况下处于手动工作状态，且处于常开状态，由人工进行开闸和关闸操作。当远程控制模块需要使用自动切断装置时，可以将切断操作切换至自动工作状态，系统根据管道火灾爆炸检测装置判断各种事故监测感知设备监测到的信号值是否超出设定的安全值。信号采集器同时将实时采集到的各种信号通过有线或者无线网络反馈到现场设备及远程控制模块。当系统在一定时间内无人员进行操作时，远程控制模块转为自动切断模式，系统将启动自动切断装置。
权利要求书1页 说明书5页 附图2页权利要求书1页 说明书5页 附图2页
CN 103867775 ACN 103867775 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种大型罐区管道紧急切断系统，其特征在于：包括紧急切断阀（6），所述紧急切断阀（6）包括壳体（1）、导流孔（2）、闸板（3）、提升装置（4）、电磁装置（5）和锁定机构（8），所述导流孔（2）与所述管道口相连，所述闸板（3）与提升装置（4）相连，所述电磁装置（5）连接所述锁定机构（8）；当提升装置（4）得电时，提升装置（4）提升闸板（3）上移，所述闸板（3）打开所述导流孔（2），闸板（3）上升到预定位置后，电磁装置（5）得电，电磁装置（5）配合所述锁定机构（8）锁定闸板（3）处于所述预定位置，锁定闸板（3）后提升装置（4）断电；当所述电磁装置（5）失电，锁定机构（8）解锁，松开所述闸板（3），使所述闸板（3）下落关闭所述导流孔（2）。
2.如权利要求1所述的大型罐区管道紧急切断系统，其特征在于：包括远程控制模块（9）、信号采集器（7）和管道火灾爆炸检测装置（10），所述紧急切阀（6）与远程控制模块（9）相连，通过接收远程控制模块（9）的指令进行关闸和开闸操作；所述管道火灾爆炸检测装置（10）的检测设备和信号采集器（7）均与远程控制模块（9）相连，远程控制模块（9）通过信号采集器（7）实时监测各个管道火灾爆炸检测装置（10）的运行状态，并通过信号采集器（7）对各个管道火灾爆炸检测装置（10）进行远程控制。
3.如权利要求2所述的大型罐区管道紧急切断系统，其特征在于：信号采集器（7）包含有现场报警装置（12）。
4.如权利要求2所述的大型罐区管道紧急切断系统，其特征在于：当系统在一定时间内无人员操作时，远程控制模块（9）转为自动切断模式，此时，自动切断装置将按照预定程序执行切断管路的动作。
5.如权利要求2所述的大型罐区管道紧急切断系统，其特征在于：还具有外层耐火保护层（11），所述紧急切断阀（6）放置于所述外层耐火保护层（11）的内部，所述管道火灾爆炸检测装置（10）的检测设备放置于所述外层耐火保护层（11）的外部。
6.如权利要求1所述的大型罐区管道紧急切断系统，其特征在于：所述闸板（3）的宽度d和高度h≥导流孔（2）的直径A。
7.如权利要求6所述的大型罐区管道紧急切断系统，其特征在于：所述闸板（3）的宽度d和高度h，与导流孔（2）的直径A比值分别为d/A=1-1.5，h/A=1-1.5。
2
CN 103867775 A
说 明 书
大型罐区管道紧急切断系统
1/5页
技术领域
[0001]
本发明属于大型罐区管道事故安全技术领域，特别涉及大型罐区管道紧急切断系
统。背景技术
当前，石油在输送过程中大多采用平板阀及球阀，一个阀门需要转动几千甚至几
万圈才能关闭，这与阀门的用处、管道的大小、装置的结构等都有关系，主要是阀门的开闭装置是要考虑管道内压力的，我们日常使用的那种大缠距的螺杆（套）结构的截止阀是不能用的。多数油管阀门是平板阀，为了省力，这种阀门的开闭装置多采用涡轮蜗杆结构开启，那么按照油管的大小，手动转动就需要几千甚至几万圈，大型罐区达到8万转也就不稀奇了。
[0003] 因此，现有阀门通常配备有电力系统来控制阀门关闭，而人工手动关闭阀门需要10分钟至50分钟的时间。在遇到紧急情况下，特别是在电力系统出现故障时，很难在短时间内关闭阀门。当管道发生泄漏或者火灾等其他事故时，阀门关闭时间较长，管道阀门在关闭过程中仍有大量油品流出，极易造成事故的继续扩大，增加应急救援的难度，严重威胁罐区及周边安全。
[0002]
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是：为了克服现有大型罐区阀门关闭需要采用电力系统配合控制，事故发生后，电力系统一旦被破坏，电动关闭系统无法继续，工作必须靠人工进行关闸操作,但是由于人工手动关闭时间过长，容易造成事故进一步扩大化的不足，本发明提供一种大型罐区管道紧急切断系统，结构简单、易操作、成本低廉、不受外界电磁影响，能够在多种恶劣环境状况下正常工作，防火堤内外均可使用，可以迅速切断管路。[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型罐区管道紧急切断系统，包括紧急切断阀，所述紧急切断阀包括壳体、导流孔、闸板、提升装置、电磁装置和锁定机构，所述导流孔与所述管道口相连，所述闸板与提升装置相连，所述电磁装置连接所述锁定机构；当提升装置得电时，提升装置提升闸板上移，所述闸板打开所述导流孔，闸板上升到预定位置后，电磁装置得电，电磁装置配合所述锁定机构锁定闸板处于所述预定位置，锁定闸板后提升装置断电；当所述电磁装置失电，锁定机构解锁，松开所述闸板，使所述闸板下落关闭所述导流孔。电磁装置运用电生磁原理，装置通电后产生磁效应，通过产生的磁场实现被控制装置触点的常开与常闭，通过电磁装置配合锁定机构完成各种动作的控制。[0006] 还包括远程控制模块、信号采集器和管道火灾爆炸检测装置，所述紧急切阀与远程控制模块相连，通过接收远程控制模块的指令进行关闸和开闸操作；所述管道火灾爆炸检测装置的检测设备和信号采集器均与远程控制模块相连，远程控制模块通过信号采集器实时监测各个管道火灾爆炸检测装置的运行状态，并通过信号采集器对各个管道火灾爆炸检测装置进行远程控制。
3
CN 103867775 A[0007]
说 明 书
2/5页
信号采集器包含有现场报警装置。
[0008] 当系统在一定时间内无人员操作时，远程控制模块转为自动切断模式，此时，自动切断装置将按照预定程序执行切断管路的动作。[0009] 还具有外层耐火保护层，所述紧急切断阀放置于所述外层耐火保护层的内部，所述管道火灾爆炸检测装置的检测设备放置于所述外层耐火保护层的外部。采用耐火材料制作保护层，避免外部发生火灾时对内部各种控制装置和管道火灾爆炸检测装置造成迅速损坏，能够在一定时间内保护内部设备。
[0010] 所述闸板的宽度d和高度h≥导流孔的直径A。[0011] 所述闸板的宽度d和高度h，与导流孔的直径A比值分别为d/A=1-1.5，h/A=1-1.5。
[0012] 本发明的有益效果是，本发明的大型罐区管道紧急切断系统，在切断过程中，通过锁定机构解锁，可以使闸板在重力作用下短时间内切断管路，不像其他设备必须通电才能关闭。结构简单、易操作、成本低廉、检测种类可控，不受外界电磁影响，能够在多种恶劣环境状况下正常工作，安装方便，可以迅速切断管路。通过远程控制端，在现场和远程控制系统无人值守的情况下，都可以通过预定程序执行自动关闭，避免危险事故的发生。即本发明的系统具有实时监测性，减少了各种事故情况发生而造成事故的进一步扩大。而且在事故发生后，可以现场关闭，也可以远程通过软件进行关闭，在现场设备断电时，切断装置会自动进行切断，避免事故发生后人员无法对设备进行关闭进而造成事故的扩大化。附图说明
[0013] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0014] 图1是本发明的大型罐区管道紧急切断系统最优实施例的结构示意图。
[0015] 图2是本发明的大型罐区管道紧急切断系统最优实施例中紧急切断阀的结构示意图。
[0016] 图3是本发明的大型罐区管道紧急切断系统最优实施例中紧急切断阀的闸板与锁定机构的配合示意图。
[0017] 图4是本发明的大型罐区管道紧急切断系统最优实施例的系统关系图。[0018] 图中1、壳体，2、导流孔，3、闸板，3-1、缺口，4、提升装置，5、电磁装置，6、紧急切断阀，7、信号采集器，8、锁定机构，9、远程控制模块，10、管道火灾爆炸检测装置，11、外层耐火保护层，12、管道。具体实施方式
[0019] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。[0020] 如图1所示的大型罐区管道紧急切断系统，包括紧急切断阀6、程控制模块9、信号采集器7和管道火灾爆炸检测装置10，所述紧急切阀6与远程控制模块9相连，通过接收远程控制模块9的指令进行关闸和开闸操作；所述管道火灾爆炸检测装置10的检测设备和信号采集器7均与远程控制模块9相连，远程控制模块9通过信号采集器7实时监测各个管道火灾爆炸检测装置10的运行状态，并通过信号采集器7对各个管道火灾爆炸检测装置
4
CN 103867775 A
说 明 书
3/5页
10进行远程控制。信号采集器7包含有现场报警装置12。当系统在一定时间内无人员操作时，远程控制模块9转为自动切断模式，此时，自动切断装置将按照预定程序执行切断管路的动作。
[0021] 系统还具有外层耐火保护层11，所述紧急切断阀6放置于所述外层耐火保护层11的内部，所述管道火灾爆炸检测装置10的检测设备放置于所述外层耐火保护层11的外部。[0022] 如图2所示，紧急切断阀6包括壳体1、导流孔2、闸板3、提升装置4、电磁装置5和锁定机构8，所述导流孔2与所述管道口相连，所述闸板3与提升装置4相连，所述电磁装置5连接所述锁定机构8；当提升装置4得电时，提升装置4提升闸板3上移，所述闸板3打开所述导流孔2，闸板3提升至预定高度后，电磁装置5得电，电磁装置5配合所述锁定机构8锁定闸板3处于所述预定位置。闸板3被锁定后，提升装置4断电，并且闸板3在下降过程中提升装置4不会对闸板3的下降造成干扰。当所述电磁装置5失电，锁定机构8解锁，松开所述闸板3，使所述闸板3下落关闭所述导流孔2。所述闸板3的宽度d和高度h，大于导流孔2的直径A，与导流孔2的直径A比值分别为d/A=1.1，h/A=1.3。[0023] 如图3所示，列举了一个锁定机构8的具体实施例。闸板3上部有一处缺口3-1用于与锁定机构8配合进行锁定，闸板3在紧急切断阀6处于常开状态时，闸板3的缺口3-1被锁定装置8一端锁定，电磁装置5通电产生的磁力，通过锁定机构8将闸板3固定在被锁定装置8锁定的这一预定高度上。电磁装置5失电后，锁定装置8解锁，闸板3下落，一般闸板3两侧有相应的导向槽，闸板3沿导向槽下落。下落后，闸板3处于两段管道之间，位置稳固，能够可靠地起到切断作用。
[0024] 所述紧急切断阀目前可以应用于输油管道系统，根据不同的管道直径、压强选择不同的切断阀型号及闸板厚度，安全、便捷、有着较强的选择性。
[0025] [0026]
闸板厚度的计算公式为：
S：闸板厚度，单位：mm；[0027] R：密封面半径，单位：mm；[0028] K：系数：钢=0.75，铁=0.75；[0029] P：管道压强，单位：MPa；[0030] [owl:许用弯曲应力，ASTM的标准材料的标准安全系数为1.5；[0031] C：腐蚀余量；（由于闸板只有在切断情况下与管道内液体接触，故此处腐蚀余量可以不考虑）
[0032] 目前长输管道输送油品压力通常小于9MPa，以管道压强在10MPa，管径1m，固定周边（即不考虑管壁厚度）为例，可以通过闸板厚度计算公式得到所用闸板厚度。
[0033]
即在管道压强为10MPa、管径为1M的
管道条件下，选择闸板厚度为342mm的闸板可以满足条件。
闸板3正常情况下处于手动工作状态，且处于常开状态，由人工进行开闸和关闸操作。当远程控制模块9相关人员离开或者需要使用自动切断装置8时，可以将切断操作切换至自动工作状态，此时状态下，系统根据管道火灾爆炸检测装置10判断各种事故监测
[0034]
5
CN 103867775 A
说 明 书
4/5页
感知设备监测到的信号，与检测设备预设的各种信号安全值进行对比，当监测信号值超出设定的安全值时，现场设备报警装置及远程控制模块9将进行报警。现场人员可以手动解除报警，远程控制模块9相关人员根据现场实际情况并综合其他相关信息进行分析是否需要手动解除相关报警以及是否切断管路。当系统在一定时间内无人员进行操作时，远程控制模块9启动自动切断程序，此时，自动切断装置将按照预先设定的自动切断程序执行切断管路等相关动作。
[0035] 紧急切断阀6可以由现场人员手动控制管路，判断是否需要切断管路和解除报警等操作。远程控制模块9包括远程手动切断和自动切断。以下示例只是概念性，不是限定性的，不可以此限制本发明的保护范围。
[0036] 管道火灾爆炸检测装置10包括温度检测组、烟雾检测组、气体浓度检测组等。每个检测组的检测设备均设有安全值和报警值，通过各种监测设备对周围环境进行实时检测。当检测装置的检测信号值超过系统预设的报警值时，信号采集器7通过报警装置自动进行报警，同时通过有线或者无线装置将信号发送至远程控制模块9。现场附近人员可以通过现场实际情况判断是否需要切断管路及解除报警。若现场无人值守，远程控制模块9相关人员可以通过专业监控软件显示的各种数据进行分析判断是否解除报警以及是否恢复管路畅通等手动切断操作。在预定时间内，若无人进行操作，自动切断装置将按照系统预设动作执行自动切断操作。
[0037] 由于各种信号检测传感器种类繁多，本列举检测装置只限于检测方面的理论描述，不限于检测传感器种类，不可以此限制本发明的保护范围。[0038] 温度检测装置：温度传感器通常利用物体的某些性质随外界温度变化而引起变化的特性来感知温度。通常使用光纤测温传感器，测量温度范围一般设定为-40℃到+80℃，测温精度±0.5℃，正常情况下地表温度在夏季为60℃左右，可以将报警温度设置为80℃，当检测到温度超过80℃时启动报警。以上数值可以根据地区、气候等情况进行相应的调整。传感器通过相应的软硬件对外界温度进行判断是否超出预设安全值，并通过有线或无线网络将检测信号传递至远程控制模块，远程控制模块9相关人员可以实时看到检测信号，并进行相应操作。
[0039] 烟感检测装置：烟感检测装置通过装置内部传感器感知烟雾的浓度变化，通过相关软硬件进行信号转换，并判断外界浓度是否超出预设安全值，通过有线或无线网络将检测信号传递至远程控制模块，远程控制模块9相关人员可以实时看到检测信号，并进行相应操作。同时也可以通过远程控制端对各个气体浓度检测装置进行各种安全值与报警值的设置，避免人员现场设置带来的麻烦。（目前国标规定的烟感探测器灵敏度分为三级；I级：<0.5dB/m；II级：>0.5dB/m，<1dB/m；III级：>1dB/m，<2dB/m；将烟感装置报警值按照报警值下限数值设定，避免数值设置偏低而造成误报警次数过多。）气体浓度检测装置：气体浓度检测装置通过检测周围其他待测气体浓度的变化，根据预设值进行判断检测值是否超出安全值范围，不同的检测装置，可以检测不同类型的气体浓度，比如甲烷、氯气、油汽等。并通过有线或无线网络将检测信号传递至远程控制模块，远程控制模块9人员可以实时看到检测信号，并进行相应操作。同时也可以通过远程控制端对各个气体浓度检测装置进行各种安全值与报警值的设置，避免人员现场设置带来的麻烦。（由危险化学品安全技术全书得，汽油油气的爆炸浓度范围是1.3-6.0%，柴油油气浓
[0040]
6
CN 103867775 A
说 明 书
5/5页
度爆炸范围是0.6%-7.5%，我们在设置时候以下限为报警值，避免数值设置偏低而造成误报警次数过多。）
[0041] 紧急切断阀6：紧急切断阀6接收来自远程控制模块9发送的开闸和关闸指令，同时也将装置当前处于关闸或开闸的信息传递至远程控制模块9。紧急切断阀6根据远程控制模块9发送的指令对电磁装置5和提升装置4进行控制，进行管路的切断与恢复。[0042] 手动模式：紧急切断阀6通过接收远程控制模块9相关人员发送的开闸指令，紧急切断阀6通过提升装置4将闸板3抬升，通过抬提升装置4提升至一定高度后，提升装置4通过锁定机构8锁定闸板3在预定位置，并保持此位置不动，使闸板3不会下落，保持管路正常流通，正常情况下处于开闸状态。在紧急情况下，现场人员可以通过紧急切断阀6上的切断按钮或开关手动对电磁装置5进行控制，使得锁定机构8解除对闸板3的锁定，使闸板3在重力作用下迅速下降至导流孔2底部切断管路。[0043] 自动模式：远程控制模块9发送开闸指令至紧急切断阀6，闸板3在提升装置4动作下将闸板3提升至预定高度，此时锁定机构8锁定闸板3在预定位置，并保持此位置不动。在紧急情况下，自动切断装置对电磁装置5进行控制，使得锁定机构8在电磁装置5配合下解除对闸板3的锁定，使闸板3在重力作用下迅速下降至导流孔2底部切断管路。[0044] 电磁装置5：电磁装置5运用电生磁原理，装置通电后产生磁效应，通过产生的磁场实现被控制装置触点的常开与常闭。通过电磁装置5连接锁定机构8完成对闸板3的锁定与解锁控制。
[0045] 远程控制模块9：远程控制模块9包括有专门配套的监控软件和相应的硬件设备。通过软硬件可以实时监测每个切断装置和各个传感器检测信号的运行状况。对各个紧急切断阀6和管道火灾爆炸检测装置10进行相应的编号，实现大批量的数据监测。通过远程控制模块9可以实现人工的远程监控、切断管路等操作。同时也可以通过指令使得自动切断装置完成相应的动作。正常情况下，各个系统处于正常工作状态。此时远程控制模块9通过网络实时监测各个紧急切断阀6和管道火灾爆炸检测装置10，包括阀门处于关闭还是开启状态；温度、浓度、烟感检测装置当前的检测值以及安全值。当紧急切断阀6断电时，电磁装置5失去磁力，锁定机构8解锁，闸板3在重力作用下迅速下降切断管路。若紧急切断阀6有电，当管道火灾爆炸检测装置10检测到异常信号时，通过网络将信号传递至远程控制模块9，远程控制模块9可以通过显示设备显示异常装置所反馈的异常值。通过系统、人员分析，如果需要切断管路，人工通过远程控制模块9系统将关阀指令发送值需要关闭阀门的紧急切断装置6，紧急切断装置6在收到关阀指令后执行关阀动作。如果管道火灾爆炸检测装置10将检测到的异常信号通过网络将信号传递至远程控制模块9，远程控制模块9在一定时间内无人员干预操作，系统将按照之前预定程序转为自动切断管路操作，此时远程控制模块9自动发送关阀指令至需要关阀的紧急切断阀6，紧急切断阀6在收到关阀指令后执行关阀动作。
[0046] 本发明可以有效保护现场操作人员的生命安全，以及能够迅速切断管路，避免损失的继续扩大和现场人员操作时带来的各种救援时机的延误，为应急救援赢得宝贵时间。[0047] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
7
CN 103867775 A
说 明 书 附 图
1/2页
图1
图2
8
CN 103867775 A
说 明 书 附 图
2/2页
图3
图4
9
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容