蒸壓釜快開門聯(lián)鎖裝置強制檢驗的必要性

葉劍文 向小勇 彭泰援 楊柳彬（廣州特種承壓設備檢測研究院 廣州 511300）

蒸壓釜快開門聯(lián)鎖裝置強制檢驗的必要性

葉劍文 向小勇 彭泰援 楊柳彬
（廣州特種承壓設備檢測研究院 廣州 511300）

通過對在用蒸壓釜齒嚙式結構的快開門聯(lián)鎖裝置（以下簡稱聯(lián)鎖裝置）的技術現(xiàn)狀和安全管理方面存在的問題進行研究分析，明確指出蒸壓釜設計技術文件必須提供開啟安全余壓、嚙合齒最小安全接觸面積和最低嚙合度計算資料和聯(lián)鎖裝置安裝試驗技術要求，使制造、安裝、使用、管理、檢驗、修理等環(huán)節(jié)中安全技術得到有效可靠運轉；通過對聯(lián)鎖裝置中本質安全認識和理解，進一步剖析泄氣槽與密封鎖緊機構原理及其本質安全作用，只有大力推行設備本質安全設計，才真正有效地控制得到當設備系統(tǒng)在發(fā)生故障或者操作者誤操作、誤判斷時，不會造成安全事故的發(fā)生；只有對聯(lián)鎖裝置實行強制檢驗，設備的安全運行才得到更有效的保障。

蒸壓釜 快開門聯(lián)鎖裝置 本質安全 強制檢驗

2014年6月15日，廣東省佛山市某區(qū)某建材公司發(fā)生了一起蒸壓釜釜蓋飛出事故，造成2人重傷，經(jīng)調查，事故原因為工人未確認釜門關閉到位，便通汽升壓，從而導致事故發(fā)生。

根據(jù)廣東省質監(jiān)局發(fā)布的《廣東省質監(jiān)局關于警示近期承壓類特種設備安全風險的通報》文件精神，10月15日廣州市增城區(qū)開展了轄區(qū)內蒸壓釜快開門聯(lián)鎖裝置安全檢查行動。全區(qū)12家蒸壓釜使用單位合共67臺，檢查中發(fā)現(xiàn)問題：1）作業(yè)人員方面：現(xiàn)場未見持證安全管理人員有4家單位，現(xiàn)場未見持證操作人員有3家單位。2）其中使用倒汽工藝生產(chǎn)的共34臺次，倒汽系統(tǒng)未有裝設聯(lián)鎖裝置。3）聯(lián)鎖機構失效：汽源聯(lián)鎖機構失效共9臺次，占總數(shù)的13.43%；手動安全柄聯(lián)鎖機構失效共34臺次，占總臺數(shù)的50.75%；手搖減速箱聯(lián)鎖機構失效共35臺次，占總臺數(shù)的52.24%；釜齒發(fā)生變形有1臺。

出現(xiàn)上述問題的主要原因，一是企業(yè)本身的安全主體責任不清，企業(yè)主要負責人及作業(yè)人員沒有這方面的安全風險意識，有些企業(yè)認為聯(lián)鎖裝置阻礙生產(chǎn)效率。二是監(jiān)管部門落實不到位，未盡宣傳教育責任；三是法律、法規(guī)、規(guī)章制度的不健全，技術標準缺失甚至真空，如TSG R0004ü2009《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《固容規(guī)》）和《特種設備目錄》安全附件中未包括快開門聯(lián)鎖裝置，TSG R7001ü2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》（以下簡稱《容檢規(guī)》）無要求對快開門安全聯(lián)鎖功能進行強制性檢驗，只有在《壓力容器使用管理規(guī)則》年度檢查中要求用戶自行檢查。

年度檢查并不是法定性強制檢驗，意味著這龐然大物的承壓設備在運行狀態(tài)下安全符合性驗證環(huán)節(jié)上，失去有效的、責任性的監(jiān)管。由于沒有法律、法規(guī)、規(guī)章制度、技術標準為基礎，造成日常監(jiān)管工作的困難和混亂，如：1）《固容規(guī)》只要求對快開門容器安全聯(lián)鎖功能進行確認，沒有統(tǒng)一的設計、制造標準要求，導致市場上出現(xiàn)設計五花八門，性能、質量參差的聯(lián)鎖裝置。2）由于聯(lián)鎖裝置沒有一個完整系統(tǒng)性的標準體系，使用者沒法對正確的聯(lián)鎖裝置進行了解、熟悉，難以做好年度檢查這項工作；根據(jù)現(xiàn)階段快開門聯(lián)鎖裝置檢驗技術狀況，聯(lián)鎖裝置解鎖復位壓力值一般為0.003MPa，然而這么一個微小的壓力值，蒸壓釜通常使用的壓力顯示設備是無法實現(xiàn)分辨與顯示的。由于聯(lián)鎖裝置壓力表的精度不夠、誤差大等實際問題，如果強行帶壓試驗聯(lián)鎖裝置，容易造成極大人身安全傷害。例如：內壓在0.05kgf/cm2下，作用在￠2000mm的釜蓋上的力可達15395.8N；而作用在￠2850mm的釜蓋上的力更大，為31262N。故一般的檢驗機構檢驗人員因缺乏專用檢測儀器的原因，只能進行模擬功能試驗，僅靠檢驗人員個人經(jīng)驗的積累對其功能判斷，人為的主觀因素非常大，甚至會有檢驗缺失。綜上所述，由于監(jiān)管制度的缺失和使用者安全意識的缺乏，給快開門聯(lián)鎖裝置從設計、制造、安裝、使用、管理、檢驗、修理等環(huán)節(jié)上留下各種各樣不同程度的安全隱患。

1　聯(lián)鎖裝置技術管理狀況

目前國內外普遍采用的是一種釜門啟閉動作與進排汽聯(lián)鎖機電一體的裝置，也就是使釜內壓力與大氣壓相等情況下才能開門的裝置。它使蒸壓釜處于工作狀態(tài)時，不會因為誤操作打開釜門；反之，如果釜門沒有關好到位就進汽，壓力蒸汽就會泄漏外溢發(fā)出警報。

市場上主導的聯(lián)鎖裝置，基本由釜門嚙合機構、手動安全手柄聯(lián)鎖機構、嚙合齒鎖機構、減速器鎖定機構、汽源鎖定機構、釜齒到位開關、密封鎖緊機構、零壓開關及電氣自動控制系統(tǒng)等機構組成（如圖1所示）。

圖1　常見的蒸壓釜聯(lián)鎖裝置通用結構

聯(lián)鎖裝置的基本安全性能要求：“1）聯(lián)鎖裝置投入運行后，釜門關閉到安全嚙合位置時，方能通入蒸汽升壓，釜門未達到安全嚙合度，蒸壓釜無法進汽投入運行；安全聯(lián)鎖裝置投入后，強行外力作用釜門不能轉動。2）釜內排汽至壓力小于0.003MPa，開啟釜門前先打開安全手柄聯(lián)鎖機構，手動按鈕電氣解鎖，減速器鎖及嚙合齒鎖經(jīng)手動機械解鎖后方能啟動釜門，泄放殘壓后釜齒才能完全脫離；否則無法開啟釜門。3）在鎖緊狀態(tài)下，系統(tǒng)供電、供氣突然中斷，設備運行時聯(lián)鎖裝置應保持自鎖狀態(tài)?！边z憾的是我們在檢驗中，在役的絕大部分蒸壓釜未有上述第3）點的功能，但ASME［1］第4篇《按規(guī)則設計要求》附錄4.B已有這樣的規(guī)定。筆者展望監(jiān)管部門督促完善快開門式聯(lián)鎖裝置相關制度和標準，以確保好人民人身和財產(chǎn)安全。

管理不到位是造成釜門爆炸事故主要原因：1）聯(lián)鎖裝置失效或缺失；2）釜內未降至安全余壓下開門；3）未到達安全嚙合度狀態(tài)下進汽升壓運行；4）因監(jiān)管的不重視和缺失，未對聯(lián)鎖裝置進行安全技術知識普教宣傳和實施法定性強制檢驗，使用者因無知而造成安全意識淡薄，最終導致誤操作事故的發(fā)生。

2　聯(lián)鎖裝置技術“瓶頸”

《固容規(guī)》中“當壓力容器內部壓力完全釋放，方能打開快開門；”但操作時，如何確定容器內壓力已完全釋放（理解為壓力降至表壓值為0）?，F(xiàn)在的市場經(jīng)濟，用普通的工業(yè)壓力傳感器來控制聯(lián)鎖裝置，是無法做到容器內壓精準零值聯(lián)鎖的；而且容器內從微壓降到零的過程本身就需要漫長時間，具體的時間跨度與容器容積、排放口排放面積有直接關系。在實際使用過程中，操作者為了提高生產(chǎn)效率、趕進度，而強行帶微壓開啟釜門，這個微壓值到底多少才是安全未定。

開啟安全余壓大小與快開門式容器類型、形式及體積存在著一定關系，聯(lián)鎖裝置解鎖的余壓動作值，應保證如果釜門撞擊到人體頭部，人體不會有受傷害的危險，余壓一般小于0.003MPa［2］；而開啟安全余壓必須保證完全不對操作者人體產(chǎn)生傷害，目前國內規(guī)范和標準均未給出量化的壓力值。上海特檢院聯(lián)合北京化工大學對該壓力值的量化進行了專項研究［2］，對快開門帶壓打開時與人體碰撞情況進行仿真動力學分析論證，得出了相應的數(shù)據(jù)。這里僅引用其結果：

1）帶壓開門時沖擊波Δp對人體的傷害：

Δp ＞ 0.1MPa時，大部分人員死亡；

Δp = 0.05～0.1MPa時，內臟嚴重損傷或者死亡；

Δp = 0.03～0.05MPa時，聽覺器官損傷或骨折；

Δp = 0.02～0.03MPa時，輕微損傷。

2）門蓋為齒嚙式容器開啟時內壓危害區(qū)間分布：

人體距離門蓋0.15m時，門蓋不會撞擊到操作人員的安全內壓值為0.001MPa；人體距離門蓋0.25m時，門蓋不會撞擊到操作人員的安全內壓值為0.0015MPa。門蓋為非平蓋（帶封頭）時，其安全內壓計算公式p≤0.16md/D2S，從公式來看，安全內壓p與門蓋質量md成正比、與門蓋外徑D平方和門蓋直線加速運動至筒體法蘭外表面距離S成反比。不同規(guī)格型號的設備其安全內壓相應有所不同，故蒸壓釜制造出廠時設計技術文件應包括：安全余壓計算書、嚙合齒最小安全接觸面積計算書和最低嚙合度參數(shù)要求，并提供設備在安裝、使用管理、檢驗修理過程中的技術說明。如在沒有設計技術說明時，通?？梢园迅獌葰堄鄩毫Σ淮笥?.001MPa作為釜門開啟的基本安全余壓［2］。

3　對聯(lián)鎖裝置本質安全的理解

設備的本質安全［3］是指通過設計等手段達到使生產(chǎn)設備本身具有安全性，即使系統(tǒng)在發(fā)生故障或者操作者誤操作、誤判斷的情況下也不會造成事故的功能，能夠自動地保證安全的屬性。隨著科學技術的發(fā)展，蒸壓釜的本質安全理念也得到了充分發(fā)揮；法蘭齒機構與聯(lián)鎖裝置分別是蒸壓釜中的兩個構件，而法蘭齒又是聯(lián)鎖裝置中的一個部件；在法蘭齒機構上體現(xiàn)的本質安全有：1）釜門和釜體法蘭間設計帶有相互配套的密封鎖緊機構，2）釜門法蘭齒上設計有從微壓降到零的泄氣槽。其中密封鎖緊機構是釜門密封自鎖的設計，保證了釜內壓力低于某個數(shù)值時才可開門（否則為鎖緊狀態(tài)），反之蒸汽就會泄漏外溢發(fā)出警報。而泄氣槽是泄放余汽和機械過渡的綜合設計，既降低釜齒嚙合時機械接觸摩擦外，更重要是使釜內殘余微壓在短時間里釋放完畢，保證了釜門在安全余壓以下開啟（即由0.003MPa降0.001MPa，下面有作闡述），這是開啟釜門脫齒前最后一道機械泄壓的安全線。只有將獨立的聯(lián)鎖裝置融入到釜體構件之中，才能更有效地發(fā)揮其最根本的安全保障功能。

ASME［1］關于快動（快開）封閉組件的設計規(guī)則4.8.5要求：“1）利用手工操作的鎖緊機構定位的快動封閉組件，應設計成如果容器在承壓狀態(tài)而企圖打開封閉件，則在鎖緊元件完全脫扣并封閉件松脫之前，封閉件先行泄漏。封閉組件的設計應使得任何泄漏都直接遠離操作者，且應排放至安全位置。2）這種封閉組件應設置音響或目視的報警裝置，在夾持元件和鎖緊部件完全就位之前就加壓，或者在容器內的壓力泄放之前就要脫開時提醒操作者注意。”筆者認為密封鎖緊機構及泄氣槽正是符合ASME的該項設計規(guī)則，下面介紹其原理：

1）密封鎖緊機構

（1）由密封圈、截止閥和連接管等組成（如圖2所示），用丁氰膠密封圈鑲嵌于釜體法蘭的環(huán)向的密封槽內，密封槽通過管道和截止閥與釜體內腔和外供汽源相通；這個設計，既保證容器有可靠的密封性能，也保證釜門開啟、旋合的暢順。

（2）升壓階段應使密封槽和外供汽源相通，在穩(wěn)壓階段，則使密封槽與釜體內腔相通；密封槽通氣后產(chǎn)生一定壓力，使密封圈往釜門法蘭面方向鼓漲凸出，起到自緊密封作用。

圖2　密封鎖緊機構結構

（3）關門升壓時，當釜門未到預定部位，利用機械設計錯位限制，使密封圈與釜門法蘭面不能自緊密封，蒸汽就會泄漏外溢并發(fā)出警報。

（4）開門前排汽降壓，密封槽與釜體內腔仍然保持相通狀態(tài)，當釜內排汽低至一定壓力值時，密封圈因自身和結構性能自行復位，密封圈脫離釜門法蘭面使密封自緊失效，微壓的蒸汽泄漏外溢并發(fā)出警示，提醒操作者使釜內還有壓力，需繼續(xù)泄壓。

（5）當c閥未關閉，b閥未打開錯誤操作時，這時密封圈始終保持密封鎖緊狀態(tài)，釜門也被密封圈鎖緊不能輕易強行打開，是設計設備的本質安全的一個體現(xiàn)。

2）泄氣槽

為了確保在安全余壓下開啟釜門，釜門設計時增加了一道安全防線。泄氣槽示意圖（如圖3所示）。在釜門法蘭每個齒上銑去一個6mm深、20～25mm寬的臺階。當釜門旋轉開啟時，釜門法蘭和釜體法蘭上的嚙合齒緩慢的相對滑動一個角度到泄汽槽預定位置，停留15s，釜門受釜內極小的余壓作用軸向移動6mm，向釜外溢出余壓蒸汽；泄氣槽能在較短時間內使釜內余壓由0.003MPa連續(xù)降至0.001MPa以下安全余壓的作用，實現(xiàn)安全開啟釜門。

圖3　泄氣槽示意圖

4　安全技術應用和改進

由于人們對聯(lián)鎖裝置中密封鎖緊機構和泄氣槽的兩個部件本質安全的認識不足，在設計、制造和操作中沒得到正確有效應用，或只發(fā)揮其一小部分作用。例如：1）蒸壓釜在運行中密封圈因使用磨損老化漏汽是常見的現(xiàn)象，大多數(shù)人覺得這么大型蒸汽設備，漏小小的蒸汽對經(jīng)濟損失不大。但從上面內容得知，它不僅承擔著聯(lián)鎖裝置中的一項鎖緊功能，還有著安全警報信號功能。2）釜門旋轉開啟時，操作規(guī)程要求緩慢滑動，到泄汽槽位置時要求停留15s溢出余壓蒸汽；但一般沒有設計其限位裝置，而一般的操作人員對泄氣槽功能認識不足，到達泄汽槽位置沒有進行過渡、停留；而是直接脫開釜齒，這時釜內的殘余壓力容易造成人身傷害。以下對上述兩個部件筆者提出改進建議：

1）密封鎖緊機構在使用期間對蓋、孔、閥、圈、片五個安全部件注意保養(yǎng)，每天至少進行一次清潔、潤滑，每15日至少進行一次調整和檢查鎖緊功能是否正常；密封圈一旦發(fā)現(xiàn)老化泄漏應立即更換；必須清楚認識到密封圈是聯(lián)鎖裝置中的一個安全部件，在帶壓運行時，密封圈泄漏是一個警報信號，告知操作者檢查釜齒是否錯位、失位；并警示操作者“釜內有壓，不能直接開門”。

2）泄氣槽限位自鎖器（如圖4所示），在釜體法蘭齒上裝設限位彈簧插銷，在對應的釜門部位焊上一塊銑出一條單向槽坑臺階的模板（A處放大圖，只能往關門方向動作）；當釜門往開門方向轉動到一個角度時，限位彈簧插銷碰到模板槽坑臺階被卡停，此時轉動停止（即到了泄汽位置），受釜內極小的余壓作用釜門軸向移動6mm，待余汽排完后，再手動向外拔起限位彈簧插銷（C向放大圖）順時針轉90°開鎖，這時可繼續(xù)轉動釜門直至釜齒完全脫開。在關門后通汽前，應將限位彈簧插銷手動逆時針轉90°進入自鎖狀態(tài)，運用行程開關或測蹤感應器與聯(lián)鎖裝置進行電氣聯(lián)鎖。

3）生產(chǎn)工況試驗應在模擬工況試驗合格后進行；進行功能試驗前，使用單位的相關部門或人員明確應急的方案和措施：比如采用在釜門與釜體之間安裝一個鏈條鎖，當超過安全內壓誤操作開門時，該鏈條鎖可以起到一個緩沖作用；又比如系統(tǒng)設置有抽真空工藝時，先將釜內抽真空后，才開門蓋等措施，確保試驗人員人身安全。

圖4　泄氣槽限位自鎖器

5　結束語

蒸壓釜廣泛應用于硅酸鹽建材產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)，是一種高風險大型快開門壓力容器，使用過程中一旦操作不當，即釜門未達到安全嚙合度時就升壓或釜中的壓力未降至安全余壓就開啟釜門，極易造成人員傷亡事故。據(jù)公布的資料統(tǒng)計，快開門式壓力容器發(fā)生的事故占整個壓力容器事故總量的30%左右，而其中90%以上的快開門式壓力容器事故均在開關門蓋的過程中發(fā)生的。蒸壓釜操作技術要求較高的特種設備，根據(jù)我國的國情，其快開門聯(lián)鎖裝置的可靠性普遍存在各種各樣的不足，也不可能在短期內提升所有操作者素質，只有制定提高聯(lián)鎖裝置性能標準和加大監(jiān)管宣教檢驗力度，才更加有效地保障人民的人身和財產(chǎn)安全。蒸壓釜快開門聯(lián)鎖裝置的發(fā)展需要我們共同不斷的發(fā)現(xiàn)和完善；1）在聯(lián)鎖裝置設計時，應充分考慮本質安全，盡可能在設備本體構件的設計時共同考慮并完成；2）監(jiān)管部門應加快制定和健全相關安全技術管理規(guī)范，加大研制推廣應用專用的檢測儀器設備力度（如：上海特檢院研制的快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能測試儀），實現(xiàn)統(tǒng)一標準檢驗，提高檢驗工作的準確性、公正性；3）由于使用蒸壓釜行業(yè)的人員綜合素質普遍偏低，除宣傳教育外，還應把蒸壓釜的年度檢查納入法定性強制檢驗，專項發(fā)揮蒸壓釜快開門聯(lián)鎖裝置檢驗的作用，對促進蒸壓釜安全使用有著重大意義。

廣州市質量技術監(jiān)督局制定的DBJ440100/T 218—2015 《蒸壓釜快開門聯(lián)鎖裝置安全技術條件》于2015年05月01日實施，為快開門聯(lián)鎖裝置的規(guī)范化發(fā)展打下堅實的良好基礎，為使蒸壓釜安全有效地運行，提供一道有力的技術保障。

［1］ ASME Boiler and Pressure Vessel Code Ⅷ 2—2010 ASME鍋爐及鍋爐壓力容器規(guī)范［S］.

［2］ 羅凡，廉風，楊蓉遵，等.快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖功能壓力區(qū)間的研究［J］.化 工機械，2010，37（5）552-556.

［3］ GB/T 15236—2008 職業(yè)安全衛(wèi)生術語［S］.

［4］ TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程［S］.

［5］ TSG R7001—2013 壓力容器定期檢驗規(guī)則［S］.

Necessity of Mandatory Inspection of Door Interlock Device in Autoclave

Ye Jianwen Xiang Xiaoyong Peng Taiyuan Yang Liubin
(Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute Guangzhou 511300)

By analyzing the problems of current technical situation and security management of the toothlocked autoclave door interlock hereinafter referred to as interlocking device, it will point out explicitly that the design technical documents of reaction caldron in the aero concrete production must provide the pressure of open security, meshing tooth minimum safety contact area and the minimum degree of meshing calculation data and interlocking device installation test technical requirements. It can make the safety technology effective and reliable operation during manufacturing, installation, using, management, inspection and repairing. Through the intrinsically safe understanding of interlocking device, analyzing the principles of frustrated groove and seal lock mechanism and its effect on the intrinsically safe deeply, it is found that the design of intrinsically safe should be carried out to effectiveky control and avoid the safety accidents happening when the equipment system is failure, operator error operation or false judgment. Only mandatory inspection of interlock is implemented, the safe of equipment operation can be guarantee effectively.

Autoclave Door interlocking device Intrinsic safety Mandatory inspection

X933.4

B

1673-257X（2016）07-0030-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.07.007

葉劍文（1969～），男，本科，主任，高級工程師，從事特種承壓設備檢驗檢測及管理工作。
（

2015-11-18）