快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置問題分析及預(yù)防措施

陳鴻鵬

(威海市特種設(shè)備檢驗研究院，山東 威海 264200)

1 前 言

近年來，快開門式壓力容器事故時有發(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，對可能出現(xiàn)的不安全操作具有重要的強制中斷和保護功能。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)快開門達到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運行；當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門[1]。但在實際操作中，安全聯(lián)鎖裝置達到什么樣的功能才算符合此規(guī)定的要求，其設(shè)計者、制造者、使用者和檢驗機構(gòu)的理解不盡相同。結(jié)合日常檢查和檢驗情況來看，對常見快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置實際運行情況進行分析，理清安全聯(lián)鎖裝置存在的功能問題，提出有針對性的預(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。一是在快開門未完全閉合的狀態(tài)下進氣升壓，此時因快開門嚙合強度不夠，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，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)定所要達到的目的。在設(shè)計安全聯(lián)鎖裝置時，應(yīng)該綜合考慮使用場景中易出現(xiàn)的安全操作隱患，并在設(shè)計中通過程序控制進行重點預(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)該實現(xiàn)以下功能：一是快開門未嚙合到位時，控制器控制執(zhí)行器關(guān)閉進氣管道，防止氣體進入設(shè)備導(dǎo)致升壓。二是快開門嚙合到位后，控制器發(fā)出鎖止動作信號，此時快開門不能打開，管道進氣才能開啟。三是容器在工作完畢后壓力降低到零時，控制器關(guān)閉快開門的鎖止動作，此時快開門才能開啟。

3 常見的安全隱患

3.1 門到位信號獲取失效

目前獲取門位置的常見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際不符。

3.2 門鎖止動作和狀態(tài)判定失效

常見的門鎖止是利用筒體上固定位置的氣動或電動頂桿等執(zhí)行器，將頂桿插入釜門相對應(yīng)位置的鎖止孔或鎖止位來實現(xiàn)鎖止。但實際運用中，存在兩個問題：一是在粉塵、高溫等不良工況下頂桿易損壞、卡滯無法正常動作或者動作行程變小，不能實現(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)致頂桿無法正常動作到對應(yīng)的鎖止位置。還有部分企業(yè)仍在使用機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)動手柄即發(fā)出鎖止信號。此類設(shè)計不考慮門的開合聯(lián)動情況，僅以手柄旋轉(zhuǎn)作為鎖止依據(jù)，實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。

一是電動或氣動閥門控制。此方法是利用電信號控制電動閥、氣動閥等執(zhí)行器實現(xiàn)進氣的自動控制。主要問題是閥門在高溫、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)計將氣動或電動頂桿頂入閥門手輪間隙使其不能轉(zhuǎn)動，從而防止閥門開啟進氣升壓。該方法的主要問題是被鎖止前閥門的開閉狀態(tài)是不確定的，導(dǎo)致頂桿對手輪進行鎖止動作后，不能明確閥門的實際開閉狀態(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)鎖裝置的進氣控制。筆者認(rèn)為，此類設(shè)計單獨使用不能達到《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中“當(dāng)快開門達到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運行”的要求。

使用以上兩類閥門的管路多數(shù)會設(shè)計一條旁通管路，以便在修理和緊急情況下進行臨時切換，實際使用中，此旁通管路成為繞過安全聯(lián)鎖裝置的方式之一。

3.4 安全冗余和程序邏輯設(shè)計不足

常見安全聯(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，在工作中傳感器若損壞或精度出現(xiàn)漂移數(shù)據(jù)時，將導(dǎo)致設(shè)備誤動作、停機。實際進行測試時，個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后，不再使用壓力信號進行設(shè)備實際工作狀態(tài)判定。部分控制器將安全信號設(shè)計為低電平觸發(fā)，實際運行中若信號電路出現(xiàn)故障斷開，控制器不能分辨是線路故障還是壓力信號，將獲得錯誤的壓力狀態(tài)。個別使用電動或氣動閥門的安全聯(lián)鎖裝置未采取常閉閥門設(shè)計，導(dǎo)致在突然斷電和異常狀態(tài)下不能保證設(shè)備進氣閥門立即切斷，在實際使用中閥門長期通電或通氣動作也會導(dǎo)致其使用壽命縮短。這些硬件和程序設(shè)計不嚴(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)鎖裝置將電接點壓力表開關(guān)作為壓力采集裝置，此類壓力表由于零點附近精準(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，表內(nèi)電接點斷開并輸出“無壓力”信號，與容器內(nèi)仍有余壓的實際情況不符。此時控制器已根據(jù)壓力信號取消門的強制鎖止，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劃當(dāng)中，定期檢查各硬件和軟件的外觀是否完好，運行是否有異常等情況。應(yīng)重點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)行器是否動作到位等情況，發(fā)現(xiàn)問題及時予以處理。檢驗機構(gòu)在定期檢驗中要對安全聯(lián)鎖裝置的關(guān)鍵功能進行檢查和確認(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、氣動閥等，提高采樣的數(shù)據(jù)精度，實現(xiàn)信號和狀態(tài)的直接對應(yīng)，避免出現(xiàn)使用電接點壓力表、頂桿鎖止閥門手輪等存在中間變量導(dǎo)致實際狀態(tài)不清的情況。

4.3 確保進氣控制的準(zhǔn)確性

對于現(xiàn)有頂桿鎖止手輪等進氣控制裝置，應(yīng)更換為電磁閥、氣動閥等執(zhí)行器，實現(xiàn)開閉動作直接響應(yīng)控制信號。對于暫時不具備更換條件的單位，可通過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，通過程序設(shè)計綜合判斷進氣是否已關(guān)閉，出現(xiàn)異常情況應(yīng)能夠及時報警。

4.4 程序設(shè)計側(cè)重設(shè)備安全

控制器程序設(shè)計時應(yīng)避免出現(xiàn)關(guān)鍵信號被屏蔽或錯誤的狀態(tài)下仍能夠正常打開進氣閥門的情況，要確保僅在壓力、門位置、門鎖止?fàn)顟B(tài)、進氣等傳感器信號均正常的狀態(tài)下正常運行，否則應(yīng)該鎖止系統(tǒng)并通過警報提示異常發(fā)生部位。系統(tǒng)設(shè)計時應(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，可以進行冗余設(shè)計，使用2組或2組以上的傳感器和執(zhí)行器，并通過各數(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，制定有針對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)計被合理使用。

5 結(jié) 語

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