快開門式壓力容器安全聯鎖裝置通用技術要求初探

羅 凡

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院 上海 200062）

快開門式壓力容器安全聯鎖裝置通用技術要求初探

羅 凡

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院 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計分析，闡述這類設備安全聯鎖裝置的技術現狀和存在的主要問題，分析造成這些問題的主要原因是現階段聯鎖裝置沒有量化標準和公認的檢驗檢測手段。提出在國家新法規實施之際，組織力量盡快制訂行業或國家層面上的相關通用技術要求的建議，并就進一步完善其發展進行了探討。

快開門式壓力容器 通用技術要求 安全聯鎖裝置 標準化 模塊化

我國《固定式壓力容器安全技術監察規程》（以下簡稱《大容規》）于2016年10月1日起實施。《大容規》與原已執行至今的一系列我國壓力容器的法規相比較，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”）的安全聯鎖裝置（以下簡稱“聯鎖”），不僅提出了性能要求，而且還明確設計者對其使用環境、檢驗周期、檢驗方法等使用技術要求作出規定，同時要求在快開門容器定期檢驗工作中，檢驗聯鎖是否滿足設計文件規定的使用技術要求[1]。這些針對我國壓力容器安全現狀，對設備設計者提出的強制性規定，如何在使用廣泛、結構多樣、型式不同、開關頻繁的快開門容器上得到真正體現，在聯鎖的設計、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品的本質安全，在使用階段保障產品的使用風險可控，就必須在行業或者國家層面，制訂量化的、操作性強的快開門容器聯鎖通用技術要求，實現聯鎖的標準化、模塊化，本文就此問題進行探討。

1 聯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《特種設備典型事故案例集（2005—2013）》中收錄的國內涉及壓力容器（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，造成傷亡人數上百人[2]。發生的事故數量占整個壓力容器事故總量的17%左右。每年的發生量見圖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，快開門容器事故數量基本維持不變且時有上升趨勢。快開門容器所屬類型設備的事故分布情況見圖2。

圖1 2005～2012年間壓力容器事故統計情況

圖2 快開門容器所屬類型設備的事故分析

1.2 快開門容器事故特點匯總

從所見知的事故分析可知，雖然描述的事故經過多種多樣，以爆炸等形式居多，但發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”的操作可較快完成，因而在物料等需頻繁間歇進出的操作過程中被廣泛應用。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，則容易發生操作者的傷亡事故[3]。因此，自上世紀90年代起，我國《壓力容器安全技術監察規程》就明確了凡是快開門容器都必須設計聯鎖，具有當壓力容器的快開門蓋未關好不能升壓，壓力容器的內部壓力未完全釋放，無法打開快開門蓋的安全聯鎖功能[4]。即通過與內壓關聯的聯鎖機構功能來制約不當操作，減少事故的發生。也就是說，對于快開門容器，只要設計使用的聯鎖機構不失效，則絕大多數的事故是可以避免的。但從40例快開門容器事故案例看，明確寫明聯鎖未安裝、未使用或者已失效的達13臺，未涉及有否聯鎖的18臺，其他諸如結構不合理、超壓使用引發事故的僅占9臺。見圖3。從事故現象的描述可知，那些未涉及有否聯鎖的事故，若聯鎖能夠發揮作用，則事故也是不會發生的，從而可以認為占事故總量77%的事故是聯鎖失效所致，聯鎖失效是快開門容器事故的主要因素。

圖3 事故調查原因分布

2 聯鎖使用現狀及存在問題分析

我國好多行業使用的快開門容器基本上都是引進國外設備后再進行國產化的，由于使用場合、設備名稱、引進年代等都不一樣，這些結構功能相似的快開門容器都是獨自制訂本行業技術要求，未能形成引領且覆蓋整個快開門容器領域的國家規范標準要求，聯鎖使用現狀及存在問題主要有：

2.1 中外法規差異影響容器聯鎖的應用

《大容規》第3．2．16條：快開門式壓力容器，是指進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。安全聯鎖裝置應當滿足以下要求：

1）當快開門達到預定關閉部位，方能升壓運行；

2）當壓力容器的內部壓力完全釋放，方能打開快開門。

美國ASME規范的定義是：快動或快開封閉組件與標準螺栓法蘭連接（通過一個或一對法蘭緊固）相比較，能快得多地進出壓力容器內部。而對聯鎖機構則區分開關快開門是手工操作與機械操作兩種情況，機械操作的，聯鎖功能要求與我國的基本一致，而手工操作的，快開結構應設計成能在開啟與封閉前能看到內介質的泄漏，設置音響或目視的報警裝置，使之在快開門未關閉到位前就加壓，或者在容器內的壓力未泄放之前就開啟時提請操作者注意。

德國AD標準的定義是：將快開門蓋或鎖緊裝置作部分地轉動或有限度地移動，就能完全打開或閉合。

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

2.2 聯鎖功能缺少定量標準與檢驗手段

快開門容器及其聯鎖雖被法規明令監察迄今已20年多年，一直未能形成具體的質量要求和檢驗手段，所有的產品標準照抄法規要求，都是功能上的定性要求，適用性與可靠性等還未體現。快開門容器進行定期檢驗時，法規要求特種設備檢驗機構必須對聯鎖等安全附件進行重點檢驗，但又沒有規定的檢驗方法和設備，使得檢驗也只能停留在定性判斷其功能能否實現[5]。

2.3 快開門容器使用者的安全意識薄弱和聯鎖自身不完善使得聯鎖功能發揮有限

快開門容器聯鎖功能就是對快開門蓋的開關操作時機進行必要的限制，當快開門蓋未關好不能升壓，壓力容器的內部壓力未完全釋放，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，其價值遠遠大于聯鎖本身的價值，那么在遇到聯鎖功能不能滿足實際需要的時候，放棄使用聯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鎖的18例，占比達44%，幾近一半。

快開門容器的聯鎖現已應用了很多技術手段、是型式多樣的精密儀器設備，而現在業內僅把其當作一個附帶部件，未像產品那樣受重視。其生產過程與通常的壓力容器本體生產不一樣，難以采用特種設備制造許可等模式來規范其生產，加之沒有量化的質量標準，產品質量因而難以保證[6]。據文獻介紹，國內某地區內所使用的快開門容器的聯鎖，符合要求的僅為34%，改造修復一年后仍可使用的不到37%[7]。

3 制訂聯鎖通用技術要求的條件基本具備

3.1 《大容規》的實施給聯鎖規范化帶來了新機遇

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

3.2 聯鎖系統的檢測與評價方法業已成形

近10年來國內壓力容器行業對快開門結構形式設計計算、事故規律分析、開門余壓爆炸能量計算、聯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要求奠定了堅實的基礎。

2010年上海市特種設備監督檢驗技術研究院會同業內產學研單位一起完成了國家質檢總局科技計劃項目（2007QK108）《壓力容器用快開端蓋和聯鎖裝置的型式試驗研究》，把快開門蓋與聯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鎖的定義范疇。借助計算機仿真等技術手段，通過有限元軟件的二次開發和實驗分析，揭示了快開門容器余壓與操作人員安全的映射關系，明確快開門蓋開啟時安全內壓暨聯鎖動作壓力的量化區間。研制出具有自主知識產權的聯鎖功能系列測試設備——快開門式壓力容器安全聯鎖功能測試儀，快開門式壓力容器安全聯鎖功能測試臺，快開門式壓力容器安全聯鎖功能在線檢測儀[8]。

研制成功的這一系列檢測設備既可以便攜地在現場操作，也可以安裝在現場長期值守進行在線檢測，又可在實驗室模擬工況條件下開展重復試驗，全方位保證了快開門容器的使用領域之需。填補國內的空白，徹底改變快開門容器聯鎖功能現場測試和實驗室試驗，沒有準確、便捷測試工具的局面，為進一步提高快開門容器使用安全性提供方法與手段[9]。

3.3 現代制造技術與產業的發展助力聯鎖產品技術進步

隨著《大容規》的貫徹執行，實際使用中聯鎖僅僅停留在功能有沒有的狀態必將終結，現代制造技術與產業的發展，尤其是傳感、傳輸技術的突飛猛進，實現聯鎖功能本質安全已不是遙不可及。20多年來，對聯鎖的功能要求越來越具體，技術探索越來越深入，一批專注于快開門容器和聯鎖制造的企業呼之欲出。真正能夠推動聯鎖產業發展的動力在市場，專業化生產促使商品更為細分，更為實用，而標準化、模塊化使得產品品質可得到進一步提升，我國快開門容器聯鎖的技術現狀將發生重大的變化。

4 聯鎖通用技術要求的構架設想

4.1 聯鎖通用技術要求可按照產品標準的格式編制

快開門容器因其有獨特的結構功能使其使用廣泛、結構多樣、型式不同。為實現其安全使用，與之相配套的快開門容器聯鎖應用了很多技術手段、是型式多樣的精密儀器設備。所以快開門容器聯鎖并不是一種型式、結構固定的產品，但具有相同的工作原理和使用功能，因此可按照《大容規》對安全聯鎖裝置的要求，根據功能與用途來定義快開門容器的聯鎖產品范圍和基本型式等，涵蓋整個快開門容器領域，成為快開門容器聯鎖產品的制造、檢驗、使用調試和定期檢驗的技術依據。

4.2 聯鎖通用技術要求應確定安全聯鎖裝置關鍵功能參數

常用的聯鎖裝置，其限制快開門關閉或開啟動作的方式很多，涉及多種技術手段，具有各種參數指標，但真正能夠判斷安全聯鎖裝置適用且可靠的安全功能指標主要是以下三個：聯鎖裝置影響快開門開啟或關閉運動（鎖緊或放開）時，壓力容器內的實時壓力值和能連續可靠實現的次數。可簡稱為：

1） 聯鎖啟動壓力；

2） 聯鎖回復壓力；

3） 聯鎖疲勞壽命次數。

現在部分的快開門結構及其密封鎖緊裝置中，設計了保證快開門蓋未完全關閉就無法升壓或設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快開門蓋啟閉的聯鎖功能以及聯動鎖與鑰匙控制系統等技術。這些結構與技術在操作上需多個步驟，比經過一次連續動作后就能夠完成開啟或關閉過程來的慢，但比逐個上緊緊固螺栓要快的多。因為有多個步驟且環環相扣，既有泄壓的時間與空間，保證安全，又可減少因安全聯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。因此，聯鎖裝置技術要求和型式試驗圍繞這些基本指標來展開，明確快開門開啟時安全內壓暨聯鎖動作壓力的量化區間和可靠性要求。

4.3 聯鎖通用技術要求需推薦聯鎖的檢測方法

國內的快開門容器聯鎖產品，絕大多數停留在功能有沒有的狀態，產品結構本身沒有可進行檢測的輸入端口，定期檢驗也只能是定性判斷。因此，快開門容器聯鎖通用技術要求需著重對聯鎖產品的檢驗檢測方法作出規定，設定合理的檢測精度與可靠度，具體檢測內容，明確檢驗規則。

總之，通過快開門容器聯鎖通用技術要求的范圍、規范性引用文件、基本型式、技術要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸、貯存、產品合格證及產品批量質量證明書等章節的編制與頒布，給聯鎖設計者對聯鎖使用環境、檢驗周期、檢驗方法等使用技術要求作出規定時可有依據，同時給聯鎖檢驗工作提供合適的方法。

5 結束語

綜上所述，隨著《大容規》的頒布執行和集快開門蓋、聯鎖研發、制造及技術服務于一體的專業化生產企業的發展，在國家或者行業層面，開展快開門容器聯鎖的通用技術要求研究、制訂量化的、操作性強的快開門容器聯鎖通用技術要求非常必要。現在正是啟動該工作的有利時機。實現快開門容器聯鎖的標準化，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致的事故數量。

[1] TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

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

[3] 羅凡，廉風，楊蓉遵，等．快開門式壓力容器安全聯鎖裝置型式試驗研究初探[J]．機械制造，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鎖功能檢測設備的研發和應用[J]．化工自動化及儀表，2010，37（12）：99-103.

[5] 羅凡，等．國內最大口徑與壓力環鎖型快開盲板的研制[C]．2014年全國特種設備安全與節能學術會議論文集，北京：中國質檢出版社，2015：375-381.

[6] 羅凡，陳偉忠．我國快開門式壓力容器安全聯鎖功能的技術現狀與發展[J]．中國特種設備安全，2011，27（2）：12-14.

[7] 耿巨林．快開門式壓力容器安全聯鎖裝置完好率低分析[J]．中國特種設備安全，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構優化[D]．北京：北京化工大學，2010：35-40.

[9] 羅凡，陳偉忠．快開門式壓力容器安全聯鎖功能檢驗技術的探索與實踐[J]．機械制造，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，從事承壓類特種設備檢驗及新技術研究工作。

2016-11-03）