羅 凡

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 上海 200062）

快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置通用技術(shù)要求初探

羅 凡

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 上海 200062）

本文通過對近10年來我國快開門式壓力容器事故案例的統(tǒng)計分析，闡述這類設(shè)備安全聯(lián)鎖裝置的技術(shù)現(xiàn)狀和存在的主要問題，分析造成這些問題的主要原因是現(xiàn)階段聯(lián)鎖裝置沒有量化標(biāo)準(zhǔn)和公認(rèn)的檢驗檢測手段。提出在國家新法規(guī)實施之際，組織力量盡快制訂行業(yè)或國家層面上的相關(guān)通用技術(shù)要求的建議，并就進(jìn)一步完善其發(fā)展進(jìn)行了探討。

快開門式壓力容器 通用技術(shù)要求 安全聯(lián)鎖裝置 標(biāo)準(zhǔn)化 模塊化

我國《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《大容規(guī)》）于2016年10月1日起實施?！洞笕菀?guī)》與原已執(zhí)行至今的一系列我國壓力容器的法規(guī)相比較，明顯的變化之一是對快開門式壓力容器（以下簡稱“快開門容器”）的安全聯(lián)鎖裝置（以下簡稱“聯(lián)鎖”），不僅提出了性能要求，而且還明確設(shè)計者對其使用環(huán)境、檢驗周期、檢驗方法等使用技術(shù)要求作出規(guī)定，同時要求在快開門容器定期檢驗工作中，檢驗聯(lián)鎖是否滿足設(shè)計文件規(guī)定的使用技術(shù)要求[1]。這些針對我國壓力容器安全現(xiàn)狀，對設(shè)備設(shè)計者提出的強(qiáng)制性規(guī)定，如何在使用廣泛、結(jié)構(gòu)多樣、型式不同、開關(guān)頻繁的快開門容器上得到真正體現(xiàn)，在聯(lián)鎖的設(shè)計、制造、使用、檢驗等過程中得以貫徹落實，即做到在建造階段保障產(chǎn)品的本質(zhì)安全，在使用階段保障產(chǎn)品的使用風(fēng)險可控，就必須在行業(yè)或者國家層面，制訂量化的、操作性強(qiáng)的快開門容器聯(lián)鎖通用技術(shù)要求，實現(xiàn)聯(lián)鎖的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，本文就此問題進(jìn)行探討。

1 聯(lián)鎖失效是快開門容器事故的主要因素

1.1 快開門容器事故總體情況

2015年10月出版的《特種設(shè)備典型事故案例集（2005—2013）》中收錄的國內(nèi)涉及壓力容器（含氣瓶）的典型事故案例，在2005～2012年的8年間，共發(fā)生壓力容器事故235起，其中快開門容器事故40起，造成傷亡人數(shù)上百人[2]。發(fā)生的事故數(shù)量占整個壓力容器事故總量的17%左右。每年的發(fā)生量見圖1。從圖1可見在壓力容器事故總量每年都整體下降的情況下，快開門容器事故數(shù)量基本維持不變且時有上升趨勢。快開門容器所屬類型設(shè)備的事故分布情況見圖2。

圖1 2005～2012年間壓力容器事故統(tǒng)計情況

圖2 快開門容器所屬類型設(shè)備的事故分析

1.2 快開門容器事故特點匯總

從所見知的事故分析可知，雖然描述的事故經(jīng)過多種多樣，以爆炸等形式居多，但發(fā)生事故的時間一般都在快開門容器開始升壓或泄壓即盡的過程中，破壞的起始位置通常在快開門蓋與壓力容器的連接部位，由于處于需人工操作階段，事故通常會造成操作者傷亡情況的發(fā)生。

1.3 快開門容器事故主要因素分析

鑒于快開門容器俗稱“開關(guān)”的操作可較快完成，因而在物料等需頻繁間歇進(jìn)出的操作過程中被廣泛應(yīng)用。但使用中若容器的快開門蓋還未閉合到位就升壓，或者開啟時壓力沒有完全釋放，則容易發(fā)生操作者的傷亡事故[3]。因此，自上世紀(jì)90年代起，我國《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》就明確了凡是快開門容器都必須設(shè)計聯(lián)鎖，具有當(dāng)壓力容器的快開門蓋未關(guān)好不能升壓，壓力容器的內(nèi)部壓力未完全釋放，無法打開快開門蓋的安全聯(lián)鎖功能[4]。即通過與內(nèi)壓關(guān)聯(lián)的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)功能來制約不當(dāng)操作，減少事故的發(fā)生。也就是說，對于快開門容器，只要設(shè)計使用的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)不失效，則絕大多數(shù)的事故是可以避免的。但從40例快開門容器事故案例看，明確寫明聯(lián)鎖未安裝、未使用或者已失效的達(dá)13臺，未涉及有否聯(lián)鎖的18臺，其他諸如結(jié)構(gòu)不合理、超壓使用引發(fā)事故的僅占9臺。見圖3。從事故現(xiàn)象的描述可知，那些未涉及有否聯(lián)鎖的事故，若聯(lián)鎖能夠發(fā)揮作用，則事故也是不會發(fā)生的，從而可以認(rèn)為占事故總量77%的事故是聯(lián)鎖失效所致，聯(lián)鎖失效是快開門容器事故的主要因素。

圖3 事故調(diào)查原因分布

2 聯(lián)鎖使用現(xiàn)狀及存在問題分析

我國好多行業(yè)使用的快開門容器基本上都是引進(jìn)國外設(shè)備后再進(jìn)行國產(chǎn)化的，由于使用場合、設(shè)備名稱、引進(jìn)年代等都不一樣，這些結(jié)構(gòu)功能相似的快開門容器都是獨自制訂本行業(yè)技術(shù)要求，未能形成引領(lǐng)且覆蓋整個快開門容器領(lǐng)域的國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，聯(lián)鎖使用現(xiàn)狀及存在問題主要有：

2.1 中外法規(guī)差異影響容器聯(lián)鎖的應(yīng)用

《大容規(guī)》第3．2．16條：快開門式壓力容器，是指進(jìn)出容器通道的端蓋或者封頭和主體間帶有相互嵌套的快速密封鎖緊裝置的壓力容器。安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：

1）當(dāng)快開門達(dá)到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運行；

2）當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門。

美國ASME規(guī)范的定義是：快動或快開封閉組件與標(biāo)準(zhǔn)螺栓法蘭連接（通過一個或一對法蘭緊固）相比較，能快得多地進(jìn)出壓力容器內(nèi)部。而對聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)則區(qū)分開關(guān)快開門是手工操作與機(jī)械操作兩種情況，機(jī)械操作的，聯(lián)鎖功能要求與我國的基本一致，而手工操作的，快開結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成能在開啟與封閉前能看到內(nèi)介質(zhì)的泄漏，設(shè)置音響或目視的報警裝置，使之在快開門未關(guān)閉到位前就加壓，或者在容器內(nèi)的壓力未泄放之前就開啟時提請操作者注意。

德國AD標(biāo)準(zhǔn)的定義是：將快開門蓋或鎖緊裝置作部分地轉(zhuǎn)動或有限度地移動，就能完全打開或閉合。

由于中外法規(guī)等對快開門的定義不同及安全防護(hù)要求差異的存在，造成了我國很多行業(yè)在役的快開門容器，進(jìn)口或者國產(chǎn)的其聯(lián)鎖的功能不一致，致使使用者迷惑究竟需不需要，何以謂之聯(lián)鎖，從而影響了其普及與發(fā)展。

2.2 聯(lián)鎖功能缺少定量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗手段

快開門容器及其聯(lián)鎖雖被法規(guī)明令監(jiān)察迄今已20年多年，一直未能形成具體的質(zhì)量要求和檢驗手段，所有的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)照抄法規(guī)要求，都是功能上的定性要求，適用性與可靠性等還未體現(xiàn)?？扉_門容器進(jìn)行定期檢驗時，法規(guī)要求特種設(shè)備檢驗機(jī)構(gòu)必須對聯(lián)鎖等安全附件進(jìn)行重點檢驗，但又沒有規(guī)定的檢驗方法和設(shè)備，使得檢驗也只能停留在定性判斷其功能能否實現(xiàn)[5]。

2.3 快開門容器使用者的安全意識薄弱和聯(lián)鎖自身不完善使得聯(lián)鎖功能發(fā)揮有限

快開門容器聯(lián)鎖功能就是對快開門蓋的開關(guān)操作時機(jī)進(jìn)行必要的限制，當(dāng)快開門蓋未關(guān)好不能升壓，壓力容器的內(nèi)部壓力未完全釋放，無法打開快開門蓋。這樣就需要花費一定的時間，若縮短操作時間所帶來的效益，其價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聯(lián)鎖本身的價值，那么在遇到聯(lián)鎖功能不能滿足實際需要的時候，放棄使用聯(lián)鎖對安全意識薄弱的使用者來說是必然的。這從事故案例的報告也可窺見一斑，40例快開門容器事故分析中未涉及有否聯(lián)鎖的18例，占比達(dá)44%，幾近一半。

快開門容器的聯(lián)鎖現(xiàn)已應(yīng)用了很多技術(shù)手段、是型式多樣的精密儀器設(shè)備，而現(xiàn)在業(yè)內(nèi)僅把其當(dāng)作一個附帶部件，未像產(chǎn)品那樣受重視。其生產(chǎn)過程與通常的壓力容器本體生產(chǎn)不一樣，難以采用特種設(shè)備制造許可等模式來規(guī)范其生產(chǎn)，加之沒有量化的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量因而難以保證[6]。據(jù)文獻(xiàn)介紹，國內(nèi)某地區(qū)內(nèi)所使用的快開門容器的聯(lián)鎖，符合要求的僅為34%，改造修復(fù)一年后仍可使用的不到37%[7]。

3 制訂聯(lián)鎖通用技術(shù)要求的條件基本具備

3.1 《大容規(guī)》的實施給聯(lián)鎖規(guī)范化帶來了新機(jī)遇

2016年10月1日起《大容規(guī)》正式實施，在對快開門容器的聯(lián)鎖功能提出了性能要求的基礎(chǔ)上，還明確設(shè)計者對其使用環(huán)境、檢驗周期、檢驗方法等使用技術(shù)要求作出規(guī)定，同時在定期檢驗的工作中，要求對快開門容器的聯(lián)鎖，檢驗是否滿足設(shè)計文件規(guī)定的使用技術(shù)要求。試想一下，在聯(lián)鎖功能沒有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和公認(rèn)的檢驗手段情況下，設(shè)計者如何對其使用環(huán)境、檢驗周期、檢驗方法等使用技術(shù)要求作出適用的規(guī)定。即使作出規(guī)定，在使用階段又如何對其功能作出合乎使用的判斷呢。因此在國家法規(guī)出臺后，在特種設(shè)備領(lǐng)域開展聯(lián)鎖的通用技術(shù)要求研究，形成相關(guān)的技術(shù)要求與標(biāo)準(zhǔn)勢在必行，這是解決聯(lián)鎖安全問題的基礎(chǔ)與保證。

3.2 聯(lián)鎖系統(tǒng)的檢測與評價方法業(yè)已成形

近10年來國內(nèi)壓力容器行業(yè)對快開門結(jié)構(gòu)形式設(shè)計計算、事故規(guī)律分析、開門余壓爆炸能量計算、聯(lián)鎖檢驗檢測方法等方面都做了較為詳盡的研究，取得較為全面的成果，這些都為開展制訂該通用技術(shù)要求奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2010年上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院會同業(yè)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研單位一起完成了國家質(zhì)檢總局科技計劃項目（2007QK108）《壓力容器用快開端蓋和聯(lián)鎖裝置的型式試驗研究》，把快開門蓋與聯(lián)鎖的適用性研究作為主攻方向，通過型式試驗研究，從“快開門”的定義開始研究，確定快開門容器和聯(lián)鎖的定義范疇。借助計算機(jī)仿真等技術(shù)手段，通過有限元軟件的二次開發(fā)和實驗分析，揭示了快開門容器余壓與操作人員安全的映射關(guān)系，明確快開門蓋開啟時安全內(nèi)壓暨聯(lián)鎖動作壓力的量化區(qū)間。研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的聯(lián)鎖功能系列測試設(shè)備——快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能測試儀，快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能測試臺，快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能在線檢測儀[8]。

研制成功的這一系列檢測設(shè)備既可以便攜地在現(xiàn)場操作，也可以安裝在現(xiàn)場長期值守進(jìn)行在線檢測，又可在實驗室模擬工況條件下開展重復(fù)試驗，全方位保證了快開門容器的使用領(lǐng)域之需。填補(bǔ)國內(nèi)的空白，徹底改變快開門容器聯(lián)鎖功能現(xiàn)場測試和實驗室試驗，沒有準(zhǔn)確、便捷測試工具的局面，為進(jìn)一步提高快開門容器使用安全性提供方法與手段[9]。

3.3 現(xiàn)代制造技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展助力聯(lián)鎖產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步

隨著《大容規(guī)》的貫徹執(zhí)行，實際使用中聯(lián)鎖僅僅停留在功能有沒有的狀態(tài)必將終結(jié)，現(xiàn)代制造技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是傳感、傳輸技術(shù)的突飛猛進(jìn)，實現(xiàn)聯(lián)鎖功能本質(zhì)安全已不是遙不可及。20多年來，對聯(lián)鎖的功能要求越來越具體，技術(shù)探索越來越深入，一批專注于快開門容器和聯(lián)鎖制造的企業(yè)呼之欲出。真正能夠推動聯(lián)鎖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力在市場，專業(yè)化生產(chǎn)促使商品更為細(xì)分，更為實用，而標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化使得產(chǎn)品品質(zhì)可得到進(jìn)一步提升，我國快開門容器聯(lián)鎖的技術(shù)現(xiàn)狀將發(fā)生重大的變化。

4 聯(lián)鎖通用技術(shù)要求的構(gòu)架設(shè)想

4.1 聯(lián)鎖通用技術(shù)要求可按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的格式編制

快開門容器因其有獨特的結(jié)構(gòu)功能使其使用廣泛、結(jié)構(gòu)多樣、型式不同。為實現(xiàn)其安全使用，與之相配套的快開門容器聯(lián)鎖應(yīng)用了很多技術(shù)手段、是型式多樣的精密儀器設(shè)備。所以快開門容器聯(lián)鎖并不是一種型式、結(jié)構(gòu)固定的產(chǎn)品，但具有相同的工作原理和使用功能，因此可按照《大容規(guī)》對安全聯(lián)鎖裝置的要求，根據(jù)功能與用途來定義快開門容器的聯(lián)鎖產(chǎn)品范圍和基本型式等，涵蓋整個快開門容器領(lǐng)域，成為快開門容器聯(lián)鎖產(chǎn)品的制造、檢驗、使用調(diào)試和定期檢驗的技術(shù)依據(jù)。

4.2 聯(lián)鎖通用技術(shù)要求應(yīng)確定安全聯(lián)鎖裝置關(guān)鍵功能參數(shù)

常用的聯(lián)鎖裝置，其限制快開門關(guān)閉或開啟動作的方式很多，涉及多種技術(shù)手段，具有各種參數(shù)指標(biāo)，但真正能夠判斷安全聯(lián)鎖裝置適用且可靠的安全功能指標(biāo)主要是以下三個：聯(lián)鎖裝置影響快開門開啟或關(guān)閉運動（鎖緊或放開）時，壓力容器內(nèi)的實時壓力值和能連續(xù)可靠實現(xiàn)的次數(shù)?？珊喎Q為：

1） 聯(lián)鎖啟動壓力；

2） 聯(lián)鎖回復(fù)壓力；

3） 聯(lián)鎖疲勞壽命次數(shù)。

現(xiàn)在部分的快開門結(jié)構(gòu)及其密封鎖緊裝置中，設(shè)計了保證快開門蓋未完全關(guān)閉就無法升壓或設(shè)備中的壓力沒有完全釋放就無法開啟門蓋的功能，或者通過程序控制來實現(xiàn)快開門蓋啟閉的聯(lián)鎖功能以及聯(lián)動鎖與鑰匙控制系統(tǒng)等技術(shù)。這些結(jié)構(gòu)與技術(shù)在操作上需多個步驟，比經(jīng)過一次連續(xù)動作后就能夠完成開啟或關(guān)閉過程來的慢，但比逐個上緊緊固螺栓要快的多。因為有多個步驟且環(huán)環(huán)相扣，既有泄壓的時間與空間，保證安全，又可減少因安全聯(lián)鎖裝置失誤所帶來的麻煩。但判斷其是否適用，依然適用上述的三個功能指標(biāo)。因此，聯(lián)鎖裝置技術(shù)要求和型式試驗圍繞這些基本指標(biāo)來展開，明確快開門開啟時安全內(nèi)壓暨聯(lián)鎖動作壓力的量化區(qū)間和可靠性要求。

4.3 聯(lián)鎖通用技術(shù)要求需推薦聯(lián)鎖的檢測方法

國內(nèi)的快開門容器聯(lián)鎖產(chǎn)品，絕大多數(shù)停留在功能有沒有的狀態(tài)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身沒有可進(jìn)行檢測的輸入端口，定期檢驗也只能是定性判斷。因此，快開門容器聯(lián)鎖通用技術(shù)要求需著重對聯(lián)鎖產(chǎn)品的檢驗檢測方法作出規(guī)定，設(shè)定合理的檢測精度與可靠度，具體檢測內(nèi)容，明確檢驗規(guī)則。

總之，通過快開門容器聯(lián)鎖通用技術(shù)要求的范圍、規(guī)范性引用文件、基本型式、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸、貯存、產(chǎn)品合格證及產(chǎn)品批量質(zhì)量證明書等章節(jié)的編制與頒布，給聯(lián)鎖設(shè)計者對聯(lián)鎖使用環(huán)境、檢驗周期、檢驗方法等使用技術(shù)要求作出規(guī)定時可有依據(jù)，同時給聯(lián)鎖檢驗工作提供合適的方法。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著《大容規(guī)》的頒布執(zhí)行和集快開門蓋、聯(lián)鎖研發(fā)、制造及技術(shù)服務(wù)于一體的專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，在國家或者行業(yè)層面，開展快開門容器聯(lián)鎖的通用技術(shù)要求研究、制訂量化的、操作性強(qiáng)的快開門容器聯(lián)鎖通用技術(shù)要求非常必要?，F(xiàn)在正是啟動該工作的有利時機(jī)。實現(xiàn)快開門容器聯(lián)鎖的標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化、可極大地提高快開門容器安全使用的效果，減少人的不安全行為形成不安全因素導(dǎo)致的事故數(shù)量。

[1] TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2] 吳旭正，等．特種設(shè)備典型事故案例集(2005～2013) [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015：108-175.

[3] 羅凡，廉風(fēng)，楊蓉遵，等．快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置型式試驗研究初探[J]．機(jī)械制造，2010，（3）：64-67.

[4] 羅凡，閔瑞和，王恒林，等．快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能檢測設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用[J]．化工自動化及儀表，2010，37（12）：99-103.

[5] 羅凡，等．國內(nèi)最大口徑與壓力環(huán)鎖型快開盲板的研制[C]．2014年全國特種設(shè)備安全與節(jié)能學(xué)術(shù)會議論文集，北京：中國質(zhì)檢出版社，2015：375-381.

[6] 羅凡，陳偉忠．我國快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．中國特種設(shè)備安全，2011，27（2）：12-14.

[7] 耿巨林．快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置完好率低分析[J]．中國特種設(shè)備安全，2008，24（7）：33-33.

[8] 劉浩波．壓力容器快開端蓋開蓋過程安全性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]．北京：北京化工大學(xué)，2010：35-40.

[9] 羅凡，陳偉忠．快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能檢驗技術(shù)的探索與實踐[J]．機(jī)械制造，2012，（12）：48-52.

General Technical Requirements Research on Safety Interlock of Quick-opening Closure Pressure Vessel

Luo Fan
(Shanghai Institute of Special Equipment Inspection &Technical Research Shanghai 200062)

With statistical analysis and research of China Quick-opening Closure Pressure Vessel’s accident case study in the past decade, This paper described the technology status and existing problems of the quick-opening closure pressure vessel safety interlock device with critical analysis. In this stage, lack of clear quantitative standards and recognized test detection methods are the root cause of those problem and accident. It was proposed to organize forces to formulate technical requirements and suggestion in the national implementation of the new regulations. And further improving its development is also discussed in this paper.

Quick-opening closure pressure vessel General technical requirements Safety interlock device Standardization Modularization

X933．4

B

1673-257X（2017）03-0020-04

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．003

羅凡(1960～)，男，本科，高級工程師，從事承壓類特種設(shè)備檢驗及新技術(shù)研究工作。

2016-11-03）