基于機(jī)械聯(lián)鎖裝置的管理模式及安全應(yīng)用探討

龔達(dá)樂，王凱衛(wèi)，吳剛，陸地

(中國石油工程建設(shè)有限公司 北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100085)

油氣行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場是企業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)提供的主要場所，亦是企業(yè)生產(chǎn)安全事故的主要發(fā)生地。人、機(jī)、環(huán)境等諸多因素隨機(jī)變化，任何人的不安全行為，物的不安全狀態(tài)，環(huán)境的不安全條件以及管理制度、流程的缺陷，都可能導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故的發(fā)生[1]。因此，企業(yè)安全生產(chǎn)管理的主戰(zhàn)場就在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場，隨著企業(yè)對安全生產(chǎn)、安全管理的重視，安全生產(chǎn)管理已經(jīng)不只是安全部門和安全管理人員的責(zé)任，與現(xiàn)場所有人員息息相關(guān)，必須依靠現(xiàn)場所有人員共同完成。為了提高企業(yè)安全績效，必須重視生產(chǎn)作業(yè)過程的優(yōu)化和生產(chǎn)人員的有效控制才能實(shí)現(xiàn)。因此，可靠有效的工業(yè)現(xiàn)場安全管理模式是油氣行業(yè)現(xiàn)場管理的重點(diǎn)。

1 工業(yè)現(xiàn)場安全管理現(xiàn)狀

現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理又稱運(yùn)行安全管理，是運(yùn)用科學(xué)的管理思想、方法、手段合理配置和優(yōu)化組合影響生產(chǎn)現(xiàn)場安全的要素，保證生產(chǎn)現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理滿足規(guī)定的要求?，F(xiàn)場管理要素包括： 人員、機(jī)器/設(shè)備、材料、方法、環(huán)境，隱患和風(fēng)險(xiǎn)同樣存在于以上方面；通過查詢類、支撐類、情景分析類、功能分析類等風(fēng)險(xiǎn)識別方法辨識出現(xiàn)場可能存在的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取必要的防范措施或者指定對應(yīng)的安全控制和消除風(fēng)險(xiǎn)[2]。依據(jù)現(xiàn)行的法律法規(guī)，目前大部分安全管理是通過建立各項(xiàng)安全生產(chǎn)管理制度體系規(guī)范生產(chǎn)過程參與各方的安全生產(chǎn)行為，通過建立安全管理制度、執(zhí)行安全操作培訓(xùn)、建立安全操作規(guī)程、執(zhí)行安全操作檢查一整套閉環(huán)安全生產(chǎn)管理模式，以防止和避免安全事故的發(fā)生。

然而，“安全是設(shè)計(jì)和規(guī)劃出來的，而不是檢查出來的，設(shè)計(jì)是保障，檢查是輔助?！鄙鲜龅陌踩芾砟Ｊ蕉紵o法避免人為因素的影響，無法從本質(zhì)上解決誤操作、誤判斷的問題，無法從根本上消除風(fēng)險(xiǎn)。

2 基于機(jī)械聯(lián)鎖裝置的安全管理模式

通常要求達(dá)到以下安全生產(chǎn)管理目標(biāo)： 現(xiàn)場設(shè)備安全狀態(tài)是明確的，要求通過可視化工具展現(xiàn)出設(shè)備的不安全狀態(tài)；安全操作過程是可控的，要求通過各種可靠限制強(qiáng)制安全的操作行為；安全操作結(jié)果是可預(yù)知的，要求從本質(zhì)上將操作流程固化，可判斷每一步驟操作結(jié)果。

對于油氣行業(yè)現(xiàn)場常見的安全風(fēng)險(xiǎn)采用基于邏輯聯(lián)鎖裝置進(jìn)行安全管理，同樣需要通過各類風(fēng)險(xiǎn)識別方法辨識出現(xiàn)場可能存在的安全操作隱患和操作風(fēng)險(xiǎn)；進(jìn)一步針對可能存在的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)與之相匹配的機(jī)械聯(lián)鎖裝置/系統(tǒng)，通過機(jī)械限制強(qiáng)制合規(guī)操作流程，杜絕誤操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，并且通過與之配套的程序控制箱可以顯示目前裝置/系統(tǒng)的狀態(tài)并儲存操作鑰匙。將該安全管理模式應(yīng)用于存在操作風(fēng)險(xiǎn)隱患的各裝置、設(shè)備上，以期實(shí)現(xiàn)真實(shí)的現(xiàn)場安全操作過程可控制，安全操作結(jié)果可預(yù)見，現(xiàn)場設(shè)備安全狀態(tài)可見，達(dá)到操作過程的本質(zhì)安全。

基于上述管理目標(biāo)，結(jié)合最早應(yīng)用于電力開關(guān)控制中的機(jī)械聯(lián)鎖裝置[3]，采用擋柱/銷、連板、拉桿或者鋼絲類機(jī)械機(jī)構(gòu)，以機(jī)械位置的變動(dòng)來限制操作空間，根據(jù)長期安全生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的安全操作特定步驟設(shè)計(jì)出一種安全設(shè)施[4]。將機(jī)械聯(lián)鎖裝置應(yīng)用于油氣行業(yè)現(xiàn)場可操作部件，如閥門、按鈕、手柄等，即可實(shí)現(xiàn)通過機(jī)械部件強(qiáng)制規(guī)避誤操作。在閥門、按鈕、手柄操作部件之間用相互制約和聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來達(dá)到先后動(dòng)作的聯(lián)鎖要求；用鑰匙由程序控制單元控制隨操作程序傳遞或置換而達(dá)到先后開鎖操作的要求。并且機(jī)械聯(lián)鎖在操作過程中有鑰匙的傳遞和鑰匙數(shù)量變化的輔助動(dòng)作，符合操作規(guī)程中限定開鎖條件的操作順序的要求，與操作規(guī)程中規(guī)定的操作順序確保一致，所以容易為操作人員所接受。

采用機(jī)械聯(lián)鎖裝置與現(xiàn)場各操作部件固化操作流程，采用放置于控制室內(nèi)的程序控制箱進(jìn)行操作權(quán)限/鑰匙的獲取、操作流程的切換以及設(shè)備狀態(tài)的顯示，具體工作流程如圖1所示。若對于工業(yè)現(xiàn)場所有存在較大危險(xiǎn)的操作流程以及對應(yīng)被操作設(shè)備/裝置，都采用上述機(jī)械聯(lián)鎖裝置進(jìn)行限制，通過程序控制箱進(jìn)行統(tǒng)一安全管理，即可實(shí)現(xiàn)上述安全管理目標(biāo)。

圖1 機(jī)械聯(lián)鎖裝置作用原理示意

3 基于機(jī)械聯(lián)鎖裝置的安全管理應(yīng)用

大型油氣行業(yè)現(xiàn)場主要存在以下幾個(gè)方面的安全問題： 生產(chǎn)環(huán)境和條件嚴(yán)苛，常常伴隨著高溫高壓，生產(chǎn)介質(zhì)易燃易爆；安全管理制度、安全檢查制度無法盡善盡美，無法完全杜絕安全事故發(fā)生；安全生產(chǎn)理應(yīng)是按照嚴(yán)格的步驟和要求進(jìn)行的，但是，操作員能力、安全生產(chǎn)意識無法保證，存在誤操作、違規(guī)操作現(xiàn)象，對于這些問題如果不予以重視，易造成嚴(yán)重的安全事故。以下根據(jù)油氣行業(yè)現(xiàn)場中常見的一些安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例，采用機(jī)械聯(lián)鎖裝置進(jìn)行安全管理，形成新的、有效的安全管理模式。

3.1 一種用于收發(fā)球筒的機(jī)械聯(lián)鎖裝置

在油氣管道建設(shè)及運(yùn)行過程中，管道內(nèi)壁會附著雜物、積液和積污等雜質(zhì)，影響油氣管道的輸送效率和使用壽命，造成油氣管道內(nèi)壁腐蝕，因此需要采用清管器定期清理管道內(nèi)壁，清管操作時(shí)一般會配合收發(fā)球筒進(jìn)行清管器的發(fā)送和回收[5]。清管操作過程中，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，為了保證在收發(fā)球筒操作和維護(hù)期間的安全性，禁止收發(fā)球筒在帶壓狀態(tài)下打開，其連接線閥門需要按照特定順序操作，防止在操作時(shí)高壓流體泄漏造成人身傷亡，環(huán)境污染，財(cái)產(chǎn)損失等事故。

為確保清管作業(yè)安全，針對該類風(fēng)險(xiǎn)，通過在收發(fā)球筒所需操作的閥門/快開盲板上配置機(jī)械聯(lián)鎖裝置[6]，程序控制箱以及對應(yīng)匹配鑰匙，形成固化的操作流程，從根本上杜絕了誤操作的可能。一種用于收發(fā)球筒的機(jī)械聯(lián)鎖裝置原理如圖2所示。

圖2 一種用于收發(fā)球筒的機(jī)械聯(lián)鎖裝置原理示意

3.2 一種用于冗余壓力變送器表決機(jī)制的機(jī)械聯(lián)鎖裝置

油氣行業(yè)經(jīng)常涉及高溫高壓等危險(xiǎn)性較高的應(yīng)用場合，對于一些危險(xiǎn)性較大、發(fā)生頻率高的潛在風(fēng)險(xiǎn)，會對安全儀表系統(tǒng)(SIS)的安全完整性等級(SIL)提出高要求，如高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)(HIPPS)[7]，SIL 3。基于現(xiàn)有制造技術(shù)，單個(gè)變送器無法達(dá)到對應(yīng)SIL等級要求，需要多個(gè)冗余變送器進(jìn)行表決輸出，如“三取二”“二取一”“四取二”等，使安全儀表功能(SIF)回路達(dá)到SIL等級要求。對該類應(yīng)用場合，當(dāng)存在某個(gè)變送器故障需要拆卸維修時(shí)，為了保證維修更換過程中SIF的可靠性及可用性，通常會要求同一時(shí)間只允許對表決壓力變送器組中的1臺變送器隔離進(jìn)行拆卸維修操作，每臺變送器的維護(hù)需要依次進(jìn)行。防止在維修操作過程中造成對SIF回路的影響甚至失效。

根據(jù)該要求設(shè)計(jì)了一種用于冗余壓力變送器表決機(jī)制的機(jī)械聯(lián)鎖裝置[8]，該裝置可以取代傳統(tǒng)的壓力變送器兩閥組與隔離閥的配置，在滿足工藝操作隔離泄放要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確保操作人員按照預(yù)定的操作原則對所安裝的冗余變送器進(jìn)行維護(hù)檢修更換等操作，在維護(hù)檢修更換冗余變送器期間依然保持整個(gè)SIF的可靠性和安全性。一種用于冗余壓力變送器表決機(jī)制的機(jī)械聯(lián)鎖裝置原理如圖3所示。

圖3 一種用于冗余壓力變送器表決機(jī)制的機(jī)械聯(lián)鎖裝置原理示意

3.3 其他可擴(kuò)展應(yīng)用

隨著油氣行業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)辨識的細(xì)化深入，現(xiàn)場安全意識的不斷加強(qiáng)，安全操作要求的不斷提高，各種涉及到安全的現(xiàn)場操作被重視起來，比如安全泄放閥的運(yùn)行與檢維修[9]，火炬氣排放的運(yùn)行與檢維修[10]，并行裝置開車與切換；跨專業(yè)間設(shè)備之間的聯(lián)鎖，如電氣開關(guān)柜、泵就地控制盤與泵前后閥門之間的聯(lián)鎖。這些實(shí)際應(yīng)用場合都可以根據(jù)現(xiàn)場安全操作要求以及正確的操作流程，設(shè)計(jì)采用對應(yīng)機(jī)械聯(lián)鎖裝置保障操作安全。

4 結(jié)束語

為加強(qiáng)油氣行業(yè)安全管理，需要優(yōu)化企業(yè)安全管理模式，強(qiáng)制企業(yè)生產(chǎn)合規(guī)操作，簡化企業(yè)安全檢查流程，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)管理的本質(zhì)安全。本文針對油氣行業(yè)存在的幾個(gè)主要安全問題，探討采用一種基于機(jī)械聯(lián)鎖裝置的安全管理模式，其主要目的在于機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性以及可控性，針對存在風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)場操作流程，根據(jù)安全操作邏輯采用機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)制限制，杜絕人為因素在操作過程中的影響，從而達(dá)到操作過程本質(zhì)安全的目的。隨著中國油氣行業(yè)對于安全的愈發(fā)重視，更先進(jìn)的安全管理理念，管理模式將得到進(jìn)一步的發(fā)展。