工藝防誤一體化閥門閉鎖裝置研究

陳 勇

（長園共創電力安全技術股份有限公司， 廣東 珠海 519085）

引言

石油也叫原油，從地下深處開采出來的黏稠黑褐色液體燃料，石油是多種碳氫化合物的混合物，從中可提煉汽油、煤油、柴油、潤滑油等及多種重要化工原料。

天然氣是埋藏在地下的古生物經過億萬年的高溫和高壓等作用而形成的可燃氣體。天然氣其主要成分為甲烷，是一種無色無味無毒、熱值高、燃燒穩定、潔凈環保的優質能源。從上面的介紹可以看出它們的區別是在大自然的存在形式不一樣，簡單說石油常溫是液態的，天然氣常溫是氣態的[1]。

石油和天然氣聯系：都是地底的古生物遺體經過長時間作用形成的以碳水化合物為主要成分的有機能源物質。

1 輸油氣閥門的功能和不同材質介紹

1）閥門是用來開閉管路、控制流向、調節和控制輸送介質的參數（溫度、壓力和流量）的管路附件。根據其功能，可分為關斷閥、止回閥、調節閥等。

2）閥門是流體輸送系統中的控制部件，具有截止、調節、導流、防止逆流、穩壓、分流或溢流泄壓等功能。用于流體控制系統的閥門，從最簡單的截止閥到極為復雜的自控系統中所用的各種閥門，其品種和規格相當繁多。

3）閥門可用于控制空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質、泥漿、油品、液態金屬和放射性介質等各種類型流體的流動。

閥門根據材質還分為鑄鐵閥門，鑄鋼閥門，不銹鋼閥門（201、304、316 等），鉻鉬鋼閥門，鉻鉬釩鋼閥門，雙相鋼閥門，塑料閥門，非標訂制閥門等。因環境和介質的特殊性，石油石化等輸油氣管使用不銹鋼閥門居多[2]。

2 天然氣采集站和處理廠閥門改造方案介紹

改造現場手動閥門，在不改變機構的情況下，使用配套附件進行閉鎖控制，使用閉鎖控制附件包括智能鑰匙、適配器、鑰匙管理機、解鎖鑰匙、各類鎖具、解鎖鑰匙存放盒等。進行操作卡電子化改造，修改業務審批流程的工作模式，采用智能鎖具及鑰匙進行閉鎖管理，實現業務審批、操作卡管理、安全警示、操作確認、權限設置等應用。具體包括以下內容。

一是對單井與注醇工藝流程進行改造試點，在單井的手動翼閥、安全閥手閥、排空閥、閥室備用閘閥采取閉鎖附件加彩虹鎖的閉鎖方式，出站球閥、閥室出口閘閥采用一體化狀態鎖閉鎖，在處理廠注醇工藝的出口閥、排空閥增加一體化狀態鎖，對全廠的安全閥前后手閥、液相取樣點手閥閉鎖。二是配置安全管理智能移動終端（智能鑰匙）。三是對注醇工藝操作卡（起泵、切泵、停泵）、單井工藝操作卡（開井、關井）管理進行電子化改造，同時滿足現場一些異常情況需反復操作某些閥門的應用需求。四是工藝設備作業安全許可管理設施聯調及試運行。五是業務培訓及調試。六是一體化鎖具，注醇工藝鎖具具有閥門開和關以及上鎖狀態判斷，防止閥門操作到位后忘記上鎖。單井出站球閥具有開和關的狀態檢測。七是軟件：具有網絡傳票功能，工程師在辦公電腦上安裝客戶端，與主控室聯網，直接可傳票到主控室的電腦上，鑰匙具有多任務功能，最多可支持4 個任務票，異常情況下可重復操作某個閥門，每次重復需輸入操作密碼，單井開鎖有APP 下操作票功能，可通過管理軟件進行動態碼授權后傳票到智能鑰匙進行操作[3]。

3 一體化閥門鎖結構設計

針對注醇排空一種球閥鎖的結構設計進行方案說明，根據上面的改造總體方案要求閥門鎖需一體化設計，具有閥門開和關以及上鎖狀態判斷功能。現場未改造的閥門如下頁圖1 所示。

在改造之前需要對這款閥門的材質、使用環境、安裝位置做一個實際調研，調研完成以后利用閥門現有的尺寸針對性設計固定安裝鎖具。

針對現場的使用環境有防爆要求，產品在結構設計選材上主體材料黃銅，運動和安裝部件選用304 不銹鋼，因為金屬材料表面不產生靜電，而靜電容易產生火花，靜電幾乎是易爆場所的頭號殺手；考慮安裝環境易燃易爆物質，產品設計和安裝嚴禁使用工具開孔、切割，在不動閥門本體情況下產品需安裝方便；為了降低空氣以及腐蝕液體對產品本體氧化，金屬材料選用了表面鈍化處理工藝，金屬鈍化為什么可以阻止材料腐蝕是因為它利用化學或電解的方法在物體表面形成一層致密氧化層保護膜，阻止空氣和其他腐蝕液腐蝕基體。

針對改裝安裝完鎖具后的閥門外觀設計，需保證功能的前提下盡量與閥門以及周邊環境相對協調。

改裝后的閥門功能要求是能在閥門開關閥倆位置都能開鎖和上鎖，同時這兩個位置都必須用鑰匙操作才能上鎖，再一個能夠通過移動終端（智能鑰匙）讀取到下如表1 所示自由兩兩組合的4 種狀態信息。

表1 狀態信息組合表

如圖2 所示，重新設計了一個手柄、限位片和安裝螺母，換掉原來的手柄、限位片、壓住手柄的螺母，用一個中間車加工凹槽的安裝螺母旋緊壓住手柄和限位片，鎖體上設計了三個帶有螺紋的孔，緊定螺釘通過鎖體內的三個螺紋孔頂在安裝螺母的凹槽內，這樣一來鎖體安裝在閥門上完成，鎖具和閥門成一體。當采用開票的智能鑰匙開鎖時鎖桿從閥體的內六角螺釘頭內彈出一段距離，手柄可以旋轉90°開閉閥門，反之鎖桿按下插入閥體的內六角螺釘頭內，手柄不能旋轉閥門上鎖。

開關閥門和開關鎖檢測邏輯如圖3 所示，鎖體內安裝有3 處磁感應元件，2 處分別設計在鎖體對應限位片的左右兩邊，開鎖后，旋轉手柄，磁鐵感應到不同的磁感應元件通斷來判斷閥門的開合情況，另一處設計在鎖體內部接近鎖桿裝磁鐵位置。

鎖體內部裝有ID 碼片、工業分級鎖芯、電路板盒開鎖運動機構，碼片裝在工業分級鎖芯上方，鎖芯尾部為“D”字形，當被授權的智能鑰匙插入鎖芯，智能鑰匙能夠通過讀碼頭RFID 讀取到碼片內的ID 碼值以及閥門狀態和鎖狀態。當碼片的ID 開鎖碼值被鑰匙讀取匹配正確以后鑰匙可以旋轉鎖芯開鎖，反之不能旋轉鑰匙開鎖。

4 結語

實際運用在石油天然氣處理廠和單井閥室的閥門有各種各樣規格大小，它是根據管道流量和用途來設計安裝的，介紹的產品結構設計是一體化采集狀態閥門鎖裝置是首次運用在這種石油天然氣工藝防誤場所[4]，是針對性強的一款球閥的閉鎖進行定制化結構設計的產品，將來一體化閥門狀態鎖產品要設計成模塊化，不受閥門尺寸安裝影響做成通用化，方便安裝和使用，為石油天然氣工藝防誤開發出來更多更優的解決方案。