蒸壓釜安全聯(lián)鎖裝置結構原理與技術改進研究

溫泉

摘要：針對目前我國蒸壓釜安全聯(lián)鎖裝置結構存在的缺陷，結合《特種設備技術規(guī)范》與《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》分析蒸壓釜安全聯(lián)鎖裝置結構原理，并提出改進方案。對比分析改進后的安全聯(lián)鎖裝置強度和性能大為增強，同時降低了蒸壓釜事故率，整體安全性能也大為提升，為我國特種設備安全防護工作提供了更大探究與應用空間。

Abstract： In view of the current defects in the structure of the autoclave safety interlock device in China， the structural principles of the autoclave safety interlock device are analyzed in conjunction with the "Special Equipment Technical Specifications" and "Fixed Pressure Vessel Safety Technical Supervision Regulations"， and an improvement plan is proposed. By comparing and analyzing the improved safety interlock device， the strength and performance are greatly enhanced， while the autoclave accident rate is reduced， and the overall safety performance is greatly improved， providing greater exploration and application space for the safety protection of special equipment in China.

關鍵詞：快開門;蒸壓釜;安全聯(lián)鎖裝置;結構原理;技術改進

Key words： quick opening door;autoclave;safety interlock device;structural principle;technical improvement

中圖分類號：TQ052.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0120-02

0 ?引言

快開門式壓力容器是指進出容器通道的端蓋和主體間帶有相互嵌套的快速密封鎖緊裝置的容器，常見的快開門式壓力容器包括蒸壓釜、滅菌器、硫化罐等。蒸壓釜作為一種常見的大型壓力容器被廣泛用于加氣磚、灰砂磚、管樁等混凝土建材高溫蒸養(yǎng)護，以提高產(chǎn)品的強度和性能。但因其具有體積大、高溫高壓的特點，一旦發(fā)生事故，所釋放的能量巨大，容易造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

事實證明使用單位安全管理不到位，安全聯(lián)鎖裝置不完善，作業(yè)人員違章操作等問題都是導致蒸壓釜安全事故發(fā)生的常見引出，導致設備在高壓運行過程中釜蓋爆炸飛出，威脅人身安全并造成重大經(jīng)濟損失。

海因里希的事故因果連鎖論表明引發(fā)事故的因素包括人的不安全行為和事物的不安全狀態(tài)，又因人的不安全行為較難控制，因此，為合理預防蒸壓釜事故，應從技術層面上防錯，改進與完善蒸壓釜安全聯(lián)鎖裝置。

1 ?相關規(guī)定及現(xiàn)狀

根據(jù)《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》（TSG21-2016）[1]有關規(guī)定，設計快開門式壓力容器時，設計者應當設置安全聯(lián)鎖裝置，并且對其使用環(huán)境、校驗周期、校驗方法等使用技術要求作出規(guī)定。為防止出現(xiàn)卸壓未盡打開門（即端蓋或釜蓋）或者快開門未完全閉合而升壓，快開門式壓力容器必須裝設安全聯(lián)鎖裝置，且應當滿足以下要求：

①當快開門達到預定關閉部位，方能升壓運行（關門升壓聯(lián)鎖保護）;②當壓力容器的內部壓力完全釋放，方能打開快開門（開門泄壓聯(lián)鎖保護）。

相關特種設備技術規(guī)范和標準并未限定安全聯(lián)鎖裝置的具體結構和型式，不同廠家制造的蒸壓釜安全聯(lián)鎖裝置結構不盡相同，其可靠性和耐用性也有所差異。此外，一些早年制造的蒸壓釜的安全聯(lián)鎖裝置不符合相關規(guī)程的有關規(guī)定。使用單位在完善蒸壓釜安全聯(lián)鎖功能的過程中，采取的改造方式也是五花八門。例如，執(zhí)行器有氣動的，有電動的，也有手動的，往往缺乏可靠性驗證[2]。甚至一些使用單位擅自在釜體或釜蓋的受壓部位進行挖孔或焊接，造成嚴重的安全隱患。

2 ?結構原理

蒸壓釜常見的安全聯(lián)鎖裝置可分為手動和自動兩種類型，其結構原理如圖1所示。

2.1 手動安全聯(lián)鎖裝置

固定于釜體法蘭側面，由安全手柄、座子、接桿及球閥等組成。安全手柄上的限位板是一個帶弦切缺口的圓形板，釜蓋關閉時，通過轉動安全手柄，用限位板將釜蓋鎖死，釜蓋即無法打開，排汽球閥相應關閉。開啟釜蓋時，先轉動安全手柄，使限位板脫開，球閥也隨之打開。待釜內余氣通過球閥排出后，方能打開釜蓋。為確保釜蓋關閉到位，防止其在蒸壓釜運行過程中飛出，通常會在關閉釜蓋后，在釜齒間隙之間軸向插入一塊插銷（方形鐵塊），以阻止釜蓋轉動飛出。

2.2 自動安全聯(lián)鎖裝置

此系統(tǒng)由控制柜、電接點壓力表（或壓力傳感器）、位置開關（行程開關或位置傳感器）、執(zhí)行器等元件組成。執(zhí)行器包括用于控制進氣的電磁閥，以及用于限制釜蓋轉動打開的電磁執(zhí)行器（內置于手搖減速機內的電磁鎖止機構）。當釜蓋達到預定關閉部位時，觸動位置開關，控制柜給進氣管上的電磁閥開啟信號，開啟電磁閥，才能進氣升壓;當電接點壓力表檢測到釜內壓力低于安全值時，手搖減速機內置的執(zhí)行器解除鎖止，才允許打開釜蓋。

3 ?缺陷分析

手動安全聯(lián)鎖裝置需要人工扳動安全手柄，安全手柄上的限位板無法保證釜蓋完全關閉到位。傳統(tǒng)的插銷簡單實用，但同樣需要人工操作，在蒸壓釜運行過程中，如果作業(yè)人員疏忽忘記插入插銷，而釜齒又沒有嚙合到位，釜蓋就有飛出爆炸的風險。而且在泄壓打開釜蓋時需要人工讀取壓力表數(shù)值，由于壓力表存在誤差，即使壓力顯示為零，釜內仍然可能有余壓，此時打開釜蓋也會有風險。

自動安全聯(lián)鎖裝置是一套比較復雜的機電一體化系統(tǒng)，蒸壓釜使用環(huán)境通常比較惡劣，高溫高壓、交變載荷、粉塵、積水等因素都會影響安全聯(lián)鎖裝置的可靠性。常見的位置開關為機械式的行程開關，需要與釜蓋和釜體直接接觸，高溫和頻繁操作導致開關元件極易老化和損壞失效。內置逆止機構和電磁執(zhí)行器的手搖減速機結構精密，同樣容易損壞失效，而且不拆卸的情況下無法觀測到其內部機構運行狀態(tài)，一旦內置執(zhí)行器（鎖止機構）失效，釜蓋可以自由轉動開啟，而插銷又沒有插入，就會有釜蓋飛出爆炸的風險[3-5]。

4 ?技術改造

常見的位置開關為機械式的行程開關，為避免高溫對電子元件的損害，可以使用隔熱材料（如石棉、云母或纖維陶瓷等）隔熱。非接觸式的位置開關或傳感器也可以避免電子元件與高溫釜體或釜蓋直接接觸，但如果選用電磁開關，應考慮居里點溫度和鐵質材料對磁性的弱化影響。如果選用光電開關，則應考慮粉塵等環(huán)境因素的影響。一些使用單位有多條蒸壓釜，為了充分利用釜內余熱，提高能源利用率，釜與釜之間連有蒸汽管道，可以相互導氣。導氣過程中如果釜蓋沒有關閉到位，也會有飛出爆炸的風險，電磁閥的安裝應當能夠同時控制進氣管和導氣管，實現(xiàn)對進氣和導氣過程的連鎖保護。因此，插銷結構的改進也尤為重要。

一種方式是在傳統(tǒng)插銷的基礎上進行改進（圖2）。傳統(tǒng)的插銷是軸向插入釜齒間隙的長方形鐵塊，通過加裝位置開關和執(zhí)行器使其具有安全聯(lián)鎖功能。這種改進方式不需要對釜蓋或釜體進行挖孔或焊接，不影響設備的力學性能，尤其適用于舊釜改造。插銷位置開關的電路可與釜蓋位置開關的電路串聯(lián)，形成雙重保險，確保插銷插入，釜蓋關閉到位，才能進氣升壓。執(zhí)行器可以選用電磁推桿，插銷執(zhí)行器的電路與手搖減速器內置執(zhí)行器的電路并聯(lián)，釜內有壓力時，控（一種氣動執(zhí)行器），但需要增加一套氣動系統(tǒng)。此外，也可以在排氣管前端（閥門前靠釜體側）或者壓力表接管處旁接一條氣管，連通釜內氣壓，利用釜內蒸汽推動活塞桿缸。因為蒸壓釜具有高溫高壓特性，如果使用釜內蒸汽推動，活塞桿缸需要選擇能夠耐受高溫高壓的材質。

另一種改進方式是在釜蓋和釜體法蘭位置增加限位塊（孔），通過圓柱型插銷限制釜蓋轉動（圖3）。將執(zhí)行器安裝在釜體端口法蘭外側，執(zhí)行器直接帶動插銷，升壓運行時，插銷插入釜蓋和釜體的限位塊（孔）內，即可限制釜蓋轉動飛出。執(zhí)行器的選用與上述方式類似，電磁或氣動的方式均可。這種改進方式結構簡單，且無需人工操作。但是安裝執(zhí)行器和限位塊需要對釜體和釜蓋挖孔或焊接，有可能影響設備的力學和安全性能。此外，插銷還應具有足夠的抗剪切強度，防止運行過程中釜蓋轉動造成的破壞。按照特種設備有關法律法規(guī)，只有持有相應許可資質的生產(chǎn)單位才可以從事壓力容器的設計制造或改造。

除了從技術層面改進設備，加強安全管理對事故預防也很重要，例如，在插銷上加鎖，由專人負責巡查，可以一定程度上保證釜齒嚙合到位，防止釜蓋爆炸飛出。同時，應當加強安全教育培訓，做好設備及安全附件、安全聯(lián)鎖保護裝置的日常檢查和維護保養(yǎng)。

5 ?結論

①傳統(tǒng)蒸壓釜聯(lián)鎖保護裝置中插銷的改進，能夠在不需要對釜蓋或釜體進行挖孔或焊接，不影響設備的力學性能，尤其適用于舊釜改造。

②對于新型蒸壓釜聯(lián)鎖保護裝置則增加限位塊（孔），適用于電磁或氣動的方式，并且此種改進方式結構簡單，且無需人工操作。

③安全聯(lián)鎖裝置的可靠性與蒸壓釜的安全性能密切相關，對傳統(tǒng)的插銷進行技術改造，使其具有聯(lián)鎖保護功能，可以減少人為操作失誤，有利于提高蒸壓釜的安全性能，有效預防事故發(fā)生。

參考文獻：

[1]國家質檢總局.TSG21-2016，固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].2016.

[2]周兵，李越勝，吳士強.蒸壓釜快開門安全聯(lián)鎖裝置專項分析[J].特種設備安全技術，2014（1）：59-60.

[3]曾凡小，劉崇石.一起蒸壓釜釜蓋沖脫事故分析及思考[J]. 中國化工貿易，2019，11（5）：252-254.

[4]郭梓奎，鄭偉文，莫杏顯.淺析蒸壓釜安全聯(lián)鎖裝置的優(yōu)化改進[J].科技創(chuàng)新與應用，2013（16）：33.

[5]饒永康.蒸壓釜門安全聯(lián)鎖裝置的設計[J].工業(yè)技術，2013（9）：76-77.