陳鴻鵬

(威海市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東 威海 264200)

1 前 言

近年來(lái)，快開門式壓力容器事故時(shí)有發(fā)生,作為快開門式壓力容器重要安全保障的安全聯(lián)鎖裝置，對(duì)可能出現(xiàn)的不安全操作具有重要的強(qiáng)制中斷和保護(hù)功能。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：當(dāng)快開門達(dá)到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運(yùn)行；當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門[1]。但在實(shí)際操作中，安全聯(lián)鎖裝置達(dá)到什么樣的功能才算符合此規(guī)定的要求，其設(shè)計(jì)者、制造者、使用者和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的理解不盡相同。結(jié)合日常檢查和檢驗(yàn)情況來(lái)看，對(duì)常見(jiàn)快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，理清安全聯(lián)鎖裝置存在的功能問(wèn)題，提出有針對(duì)性的預(yù)防措施。

2 安全聯(lián)鎖裝置功能分析

發(fā)生快開門式壓力容器事故的直接原因主要有兩個(gè)。一是在快開門未完全閉合的狀態(tài)下進(jìn)氣升壓，此時(shí)因快開門嚙合強(qiáng)度不夠，升壓至一定壓力后快開門脫開導(dǎo)致事故發(fā)生。二是在容器內(nèi)壓力未完全降低到零時(shí)打開快開門，快開門在余壓下高速脫開導(dǎo)致事故發(fā)生。所以防止事故的核心是保證在容器內(nèi)部有壓力時(shí)，快開門一定要處于完全嚙合狀態(tài)。這也是《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定所要達(dá)到的目的。在設(shè)計(jì)安全聯(lián)鎖裝置時(shí)，應(yīng)該綜合考慮使用場(chǎng)景中易出現(xiàn)的安全操作隱患，并在設(shè)計(jì)中通過(guò)程序控制進(jìn)行重點(diǎn)預(yù)防。圖1為安全聯(lián)鎖裝置工作的基本原理圖。

圖1 安全聯(lián)鎖裝置工作的基本原理

快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能：一是快開門未嚙合到位時(shí)，控制器控制執(zhí)行器關(guān)閉進(jìn)氣管道，防止氣體進(jìn)入設(shè)備導(dǎo)致升壓。二是快開門嚙合到位后，控制器發(fā)出鎖止動(dòng)作信號(hào)，此時(shí)快開門不能打開，管道進(jìn)氣才能開啟。三是容器在工作完畢后壓力降低到零時(shí)，控制器關(guān)閉快開門的鎖止動(dòng)作，此時(shí)快開門才能開啟。

3 常見(jiàn)的安全隱患

3.1 門到位信號(hào)獲取失效

目前獲取門位置的常見(jiàn)方法是采取行程開關(guān)和接近開關(guān)，其中行程開關(guān)屬于物理接觸型，接近開關(guān)屬于電磁感應(yīng)型，這兩類開關(guān)易受到外力沖擊、物理碰撞等，在設(shè)備長(zhǎng)期使用、頻繁操作后，傳感器及其底座等容易產(chǎn)生形變，導(dǎo)致門完全到位后，出現(xiàn)行程開關(guān)未完全閉合、接近開關(guān)接近距離變大等情況，傳感器獲取的信息與實(shí)際不符。

3.2 門鎖止動(dòng)作和狀態(tài)判定失效

常見(jiàn)的門鎖止是利用筒體上固定位置的氣動(dòng)或電動(dòng)頂桿等執(zhí)行器，將頂桿插入釜門相對(duì)應(yīng)位置的鎖止孔或鎖止位來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖止。但實(shí)際運(yùn)用中，存在兩個(gè)問(wèn)題：一是在粉塵、高溫等不良工況下頂桿易損壞、卡滯無(wú)法正常動(dòng)作或者動(dòng)作行程變小，不能實(shí)現(xiàn)正常鎖止；二是由于釜門重量大，轉(zhuǎn)軸在頻繁使用后易發(fā)生形變，隨著時(shí)間推移或外力碰撞，鎖止孔或鎖止位變形移位，導(dǎo)致頂桿無(wú)法正常動(dòng)作到對(duì)應(yīng)的鎖止位置。還有部分企業(yè)仍在使用機(jī)械式半月板鎖止裝置，這類裝置在半月板轉(zhuǎn)軸上設(shè)置旋轉(zhuǎn)行程開關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄即發(fā)出鎖止信號(hào)。此類設(shè)計(jì)不考慮門的開合聯(lián)動(dòng)情況，僅以手柄旋轉(zhuǎn)作為鎖止依據(jù)，實(shí)際上并不能明確門的鎖止?fàn)顟B(tài)。

3.3 阻止升壓的功能實(shí)現(xiàn)不符合要求

目前常用的阻止快開門式壓力容器升壓的方式有兩種。

一是電動(dòng)或氣動(dòng)閥門控制。此方法是利用電信號(hào)控制電動(dòng)閥、氣動(dòng)閥等執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣的自動(dòng)控制。主要問(wèn)題是閥門在高溫、高壓等高參數(shù)工況下易損壞，致使維修較為頻繁。

二是閥門手輪頂桿鎖止。此類設(shè)計(jì)將氣動(dòng)或電動(dòng)頂桿頂入閥門手輪間隙使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而防止閥門開啟進(jìn)氣升壓。該方法的主要問(wèn)題是被鎖止前閥門的開閉狀態(tài)是不確定的，導(dǎo)致頂桿對(duì)手輪進(jìn)行鎖止動(dòng)作后，不能明確閥門的實(shí)際開閉狀態(tài)。若將此閥門常開，配合使用管路上的其他閥門可以完全避開安全聯(lián)鎖裝置的進(jìn)氣控制。筆者認(rèn)為，此類設(shè)計(jì)單獨(dú)使用不能達(dá)到《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中“當(dāng)快開門達(dá)到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運(yùn)行”的要求。

使用以上兩類閥門的管路多數(shù)會(huì)設(shè)計(jì)一條旁通管路，以便在修理和緊急情況下進(jìn)行臨時(shí)切換，實(shí)際使用中，此旁通管路成為繞過(guò)安全聯(lián)鎖裝置的方式之一。

3.4 安全冗余和程序邏輯設(shè)計(jì)不足

常見(jiàn)安全聯(lián)鎖裝置僅采取1組傳感器采集壓力、門開關(guān)狀態(tài)等信號(hào)，在工作中傳感器若損壞或精度出現(xiàn)漂移數(shù)據(jù)時(shí)，將導(dǎo)致設(shè)備誤動(dòng)作、停機(jī)。實(shí)際進(jìn)行測(cè)試時(shí)，個(gè)別采用頂桿鎖止閥門手輪方法的控制器，若輸出閥門鎖止信號(hào)后，不再使用壓力信號(hào)進(jìn)行設(shè)備實(shí)際工作狀態(tài)判定。部分控制器將安全信號(hào)設(shè)計(jì)為低電平觸發(fā)，實(shí)際運(yùn)行中若信號(hào)電路出現(xiàn)故障斷開，控制器不能分辨是線路故障還是壓力信號(hào)，將獲得錯(cuò)誤的壓力狀態(tài)。個(gè)別使用電動(dòng)或氣動(dòng)閥門的安全聯(lián)鎖裝置未采取常閉閥門設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在突然斷電和異常狀態(tài)下不能保證設(shè)備進(jìn)氣閥門立即切斷，在實(shí)際使用中閥門長(zhǎng)期通電或通氣動(dòng)作也會(huì)導(dǎo)致其使用壽命縮短。這些硬件和程序設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)，存在一定的安全隱患。

3.5 壓力獲取不精準(zhǔn)

目前有一定數(shù)量的安全聯(lián)鎖裝置將電接點(diǎn)壓力表開關(guān)作為壓力采集裝置，此類壓力表由于零點(diǎn)附近精準(zhǔn)度較差、反饋不靈敏，當(dāng)容器內(nèi)壓力降到一定程度的低壓時(shí)，表內(nèi)電接點(diǎn)斷開并輸出“無(wú)壓力”信號(hào)，與容器內(nèi)仍有余壓的實(shí)際情況不符。此時(shí)控制器已根據(jù)壓力信號(hào)取消門的強(qiáng)制鎖止，不能完全滿足《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中“當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門”的要求。

4 安全預(yù)防措施

4.1 定期進(jìn)行設(shè)備日常檢查

快開門式壓力容器的使用單位應(yīng)將安全聯(lián)鎖裝置列入日常檢查計(jì)劃當(dāng)中，定期檢查各硬件和軟件的外觀是否完好，運(yùn)行是否有異常等情況。應(yīng)重點(diǎn)檢查門位置傳感器和鎖止裝置是否有扭曲、變形、損壞以及閥門等執(zhí)行器是否動(dòng)作到位等情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)予以處理。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在定期檢驗(yàn)中要對(duì)安全聯(lián)鎖裝置的關(guān)鍵功能進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

4.2 采用直接式傳感器和執(zhí)行器

在安全聯(lián)鎖裝置設(shè)計(jì)安裝中，應(yīng)優(yōu)先考慮使用直接采集和直接式傳感器和執(zhí)行器，如壓力傳感器、近距離傳感器、電磁閥、氣動(dòng)閥等，提高采樣的數(shù)據(jù)精度，實(shí)現(xiàn)信號(hào)和狀態(tài)的直接對(duì)應(yīng)，避免出現(xiàn)使用電接點(diǎn)壓力表、頂桿鎖止閥門手輪等存在中間變量導(dǎo)致實(shí)際狀態(tài)不清的情況。

4.3 確保進(jìn)氣控制的準(zhǔn)確性

對(duì)于現(xiàn)有頂桿鎖止手輪等進(jìn)氣控制裝置，應(yīng)更換為電磁閥、氣動(dòng)閥等執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)開閉動(dòng)作直接響應(yīng)控制信號(hào)。對(duì)于暫時(shí)不具備更換條件的單位，可通過(guò)在閥門后管道或容器內(nèi)增設(shè)流量傳感器、壓力傳感器等方式，通過(guò)程序設(shè)計(jì)綜合判斷進(jìn)氣是否已關(guān)閉，出現(xiàn)異常情況應(yīng)能夠及時(shí)報(bào)警。

4.4 程序設(shè)計(jì)側(cè)重設(shè)備安全

控制器程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)關(guān)鍵信號(hào)被屏蔽或錯(cuò)誤的狀態(tài)下仍能夠正常打開進(jìn)氣閥門的情況，要確保僅在壓力、門位置、門鎖止?fàn)顟B(tài)、進(jìn)氣等傳感器信號(hào)均正常的狀態(tài)下正常運(yùn)行，否則應(yīng)該鎖止系統(tǒng)并通過(guò)警報(bào)提示異常發(fā)生部位。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮硬件的特性，在斷電、程序和設(shè)備異常等情況下，硬件恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)后能夠盡量保證容器處于安全狀態(tài)。對(duì)于蒸壓釜、大型滅菌釜等使用頻繁、工況復(fù)雜的壓力容器，可以進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，使用2組或2組以上的傳感器和執(zhí)行器，并通過(guò)各數(shù)據(jù)判斷設(shè)備的綜合狀態(tài)。

4.5 避免應(yīng)急設(shè)計(jì)被不合理使用

使用單位應(yīng)根據(jù)本單位安全聯(lián)鎖裝置的特點(diǎn)，制定有針對(duì)性的安全管理制度和操作規(guī)程，要求作業(yè)人員嚴(yán)格依規(guī)操作，杜絕出現(xiàn)使用旁通管道繞開進(jìn)氣控制、打開維修模式關(guān)閉安全聯(lián)鎖裝置等違章作業(yè)的情況，確保相關(guān)設(shè)備和設(shè)計(jì)被合理使用。

5 結(jié) 語(yǔ)

快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置對(duì)快開門幾個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，是設(shè)備安全運(yùn)行的最后一道安全保證，在設(shè)計(jì)和制造中要做到控制邏輯明晰、狀態(tài)采樣準(zhǔn)確、動(dòng)作執(zhí)行到位。在快開門式壓力容器使用過(guò)程中，更要強(qiáng)化操作人員的依規(guī)操作和日常的安全管理，避免違章操作，提高設(shè)備運(yùn)行過(guò)程整體安全水平。