快开门式压力容器安全联锁装置的设计策略

徐建军，石 巍

（江苏省特种设备安全监督检验研究院 盐城分院，江苏 盐城 224000）

0 引言

快开门式压力容器指的是容器进出口的端盖或封头与设备主体间带有相互嵌套的快速密封联锁装置。快开门压力容器由于其开启与闭合的时间较短，且装卸极为便利，在一些需要频繁间歇式生产的压力设备被广泛使用。虽然快开门式压力容器的优点众多，但其缺点也较为明显，在缺乏安全管理的情况下，容易引发爆炸事故，不仅会给企业造成巨大的财产损失，同时也会导致操作人员面临生命安全的危险。因此，在快开门式压力容器使用的过程中，不仅要做好设备日常维护保养，尤其要重视快开门联锁装置的日常维护和检查工作，要充分重视快开门的安全使用，同时也要选取更为安全的快开门式压力容器安全联锁装置。

1 相关法规对快开门安全联锁装置的要求

在“固定式压力容器安全技术监察规程”里，对快开门联锁装置有明确的要求，设计快开门压力容器时，应当设置安全联锁装置，并且对其使用环境、校验周期、校验方法等使用技术要求作出规定，快开门联锁装置要做到，当快开门达到预定关闭部位，方能升压运行；当压力容器的内部压力完全释放，方能打开快开门。同时，企业要按照设计规定保证装置的使用环境满足要求，并定期由持证人员对联锁装置进行校验。坚决杜绝无证人员的上岗，以及不按规程操作快开门装置的行为[1]。

2 常见快开门装置的结构形式

快开门压力容器的结构形式很多，在实际的设计过程中设计人员可以根据自身行业的特点选择适合的快开门形式。

（1）齿啮式快开门

齿啮式快开门主要是由封头、法兰和筒体等几个部分组成。比起其他的快开门装置在开启与闭合所花费的时间上要更短。因其有着众多的优点，被用在了许多的设备上。压力容器齿啮式快开门的优点众多，且结构简单，实际操作较为方便。但是由于其需要频繁的进行开合操作，需要承受关闭、升压、升温、降压的过程所带来的磨损，因此，齿啮式快开门装置容易在频繁作业中出现损坏。对此，在购置齿啮式快开门的装置时，厂家需要选取价格更为昂贵，耐磨损、耐腐蚀不易损坏的装置[2]。

（2）压紧式快开门

在压紧式快开门的结构当中，主要是采用联锁装置施加的预紧力来抵抗该装置内部的压力作用，以此来实现封闭的效果。通常在灭菌器，消毒柜等设备上会用到。由于该装置主要是通过装置外面的旋转支撑架来实现压紧的效果，故其能够承受的实际工作压力不高，且在开启的时候速度较慢，无法做到快速开启与闭合。

（3）卡箍式快开门

在该快开门装置当中，装置的上面与下面的法兰之间并没有合齿，因此，该装置在开启与闭合操作的过程当中，需要依靠法兰外侧的卡箍来实现开合。这一类设备主要是应用在立式染色机以及收发球筒等当中。该装置的加工较为简单，且开启的速度较快，在使用时能够较好地满足企业的需求。由于装置内部的结构简单，导致在使用的过程当中容易出现损坏，其次在密封性能上有所不足，可靠性较差。

（4）平移式快开门

这类装置大多应用在小型硫化罐当中，通过结合气缸推动封头的方式来实现移动的操作。在进行开启与关闭的操作过程当中，这类设备启闭较为平稳，机械化程度较高，在设计制造过程中需要涉及较多的零件，导致占地面积较大，制造成本较高。

3 快开门式压力容器使用特点

（1）快开门式压力容器使用较为便捷，结构比标准的螺栓法兰结构简单，特别更有助于物料的进出，因此，快开门式压力容器常用在需要频繁进行启闭操作的场合[3]。

（2）快开门式压力容器的使用工况相对而言较为固定。

（3）快开门式压力容器的事故发生率普遍较高，而且一旦发生事故引起的后果也极为严重。

（4）快开门式压力容器的安全使用关键在于快开门装置的设置上，统计历年所发生的快开门式压力容器事故，安全联锁装置其功能失效是导致安全事故频繁发生的重要原因。

4 使用当中常见的问题

（1）快开门联锁保护装置本身有着固有的缺陷

首先是目前没有针对快开门联锁装置进行统一的设计规范，没有制定较为完善的相关标准，导致安全联锁功能参差不齐，而且安全联锁装置当中的电子器件的质量也无法保证；其次是出于成本的考虑，部分小型快开门压力容器出厂的时候并没有专门配置快开门联锁保护装置，缺少了专门的联锁保护装置加大了使用过程当中的安全风险；当前的快开门安全联锁装置开启时无法对其内部余压数值进行界定，因此，在实际操作的过程当中，经常会出现带压开启装置，从而引发安全事故的现象[4]。

（2）快开门联锁装置失效

快开门联锁装置失效的原因主要有四种情况，第一是锁死装置失效，比如，在装置当中的传压管出现了堵塞的情况，导致联锁装置出现压力数值的时候，无法有效感知该压力从而未能伸出插销，引起锁死的情况发生；第二是锁死装置的强度达不到要求，比如插销受到外力的影响被强力扭断[5]，在安装联锁装置时，由于插销的位置没有严格按照相关的规定进行安装，导致了插销的受力状况较差，在实际操作过程中也容易引起扭断；第三是压力传感器灵敏度不足，在容器有一定的余压状态下，锁死装置容易出现脱离的情况；第四是锁死装置在使用的过程中还存在被人为拆除现象[6]。

（3）机械疲劳损伤

机械疲劳损伤是由于装置的釜盖被频繁地进行开闭操作，且操作过程极为粗暴，没有按照相关的规定进行操作，极易对开门联锁装置造成严重损坏。其次，快开门压力容器在实际作操作过程当中，因其需要承受一定的压力，且温度循环变化，在这个过程当中对于应力比较集中的部位容易出现裂纹，进而导致联锁装置的破坏。

（4）无证上岗

首先，许多企业领导者会更注重生产，重视企业的产量和利润，而忽视安全生产，对于快开门式压力容器的安全使用并没有高度的重视，在聘用员工的时候，出于成本的考虑会选择一些成本更低的劳动力，如文化程度较低且无证上岗；其次，还有一些规模较小的企业，为了能够进一步压缩企业的成本，加大利润的空间，会选择让操作人员同时兼责多个岗位，既要负责快开门式压力容器装置的操作，还要负责企业的其他事务，在这种“兼顾”行为的情况下，很容易会出现顾此失彼的情况，进一步加大了安全事故发生概率；另外，快开门式压力容器操作专业安全培训较少，一方面是这类培训需要的费用较高，另一方面是培训的人数较少，举办难度较大[7]。

（5）厂房布局设计不合理

目前存在着一些厂房设计、设备布置不合理的情况，因厂房内设计不合理，导致车间通风采光的条件较差，车间布置设备较多且不够合理导致操作间距较小，操作人员可移动的位置极为狭窄，这种情况在一些小化工厂当中较为常见[7]；由于操作空间较小，加大了工作人员的操作难度，同时也埋下了一定的安全隐患。

5 使用安全的注意事项

（1）制定规范的设备管理制度

首先，对于特种设备设备使用单位要按照相关规范制定压力容器的维护保养制度，通过完善的维护保养制度来进一步防止设备的损坏，提高设备的使用寿命，其次，还要制定设备运行记录的制度，要做好日常运行记录，及时地掌握设备运行的具体情况，通过对运行记录分析，判断设备运行状况，及时发现可能出现的问题，还需要建立专门的人员管理制度，对于快开门式压力容器操作，需要由熟悉操作规程且工作责任心强的持证操作人员进行。

（2）强化设备定期检验、年度检查的制度的执行

首先，在对快开门压力容器定期检验的过程当中，检验人员需要了解设备的相关情况，根据不同联锁装置形式制定有针对性的合理的检验方案，同时在检验工作的开展中，还需要针对实际的情况不断完善与优化检验方案；其次，在快开门联锁装置的检验过程当中，需要重点针对快开门联锁装置的功能进行核查，检查其功能是否与《固定式压力容器安全技术监察规程》要求相符合，对于不符合的情况要及时进行整改。在检验过程中，还需要对快开门关闭时的齿啮装置的状态进行查看，检查其是否完全粘合到位，安全插销是否能够顺畅插入与退出，核查快开门是否能够灵活的开启与闭合；由于快开门的频繁开启，容易导致容器因疲劳载荷而出现损伤的情况，必要时还要对快开门压力容器进行无损检测，尤其需要扩大应力集中部位的表面无损检测的比例，对于所发现的表面裂纹需要及时采取打磨处理的方式，对于深度较深的裂纹还应当要进行适当的挖补修理，及时消除隐患，延长装置的使用年限[8]。

（3）加大宣传教育的力度

由于许多企业对于快开门压力容器容易发生安全事故的认识不足，导致对快开门压力容器安全使用不够重视。因此，相关的管理部门需要高度重视，加强快开门压力容器使用管理的宣传教育。首先，要求企业必须聘用持证人员上岗，加大检查力度，对于没有按照相关规定聘用持证人员的企业，一旦发现应进行严格的处罚；其次，需要加强对企业与操作管理人员的宣传，让其充分的了解到快开门压力容器事故的严重性，提高他们对于高危设备使用中的认识。同时，普及相关的安全操作知识，确保操作人员按照相关的操作规程规范操作。

（4）优化企业培训制度

基于快开门压力容器的特殊性，大部分企业实际专责操作快开门压力容器的员工数量并不多，定期组织专门的培训效果并不理想，建议企业可以通过采取师徒制方式来培养人才，让企业有丰富经验的老员工作为师傅，带领年轻的员工进行学习。一是学习相关的理论知识，二是通过实际操作，传授实践经验，通过穿帮带，来传承设备的操作要领和一丝不苟的工作作风，当然，还需要制定完善的制度，明确各自的职责，把传帮带的好传统发扬光大，对于表现好的师傅与徒弟，可以适当地进行奖励[9]。

6 快开门式压力容器安全联锁装置的设计案例分析

考虑到大部分的快开门式压力容器安全爆炸事故，都是与安全联锁装置失效有关，因此在设计安全联锁装置的时候，应当在最大程度上通过联锁装置保证快开门式压力容器的安全性，对此，可以设计为双插销式快开门安全联锁装置。在该装置设计手动、自动两个插销，手动插销与自动插销并联安装，两个插销都能控制机构如图1、图2所示。

图1 手动插销控制机构示意图

图2 自动插销控制机构示意图

通过手动插销控制机构的方式，能够对压力容器进气阀门的开启与关闭进行有效控制。当快开门进行合拢旋转的时候，啮齿进行啮合，插销控制机构中的手动插销插入到插板当中，此时手动插销进入到阀门的启闭机构当中，开启进气阀门，压力容器进行升压动作。当升压动作开始之后，设备将会进入到“有压”的状态中，在这种情况下自动插销受到压力的作用从而进入到插板当中，此时快开门无法开启，这样就保证了有压状态下，快开门的安全。

当装置处于保压或者是降压的时候，不需要开启进气阀，则可以拔出手动插销，手动插销的离开会带动进气阀门内部的机构，起到关闭进气阀门作用。此时，由于装置内部存在压力，手动插销已经拔出来后，自动插销会因为其装置内部还存在压力，而牢牢地插在插板内，快开门无法开启，从而防止因操作失误导致安全事故的发生。因此，只有当压力容器内部的压力完全释放出来以后，自动插销会在弹簧的作用下自动弹出插板，此时装置的门方可打开。

7 结论

当前的快开门式压力容器因其独特的特点受到了许多企业的广泛应用，但是在实际的应用过程当中由于快开门式压力容器自身的缺点，导致发生了较多的事故。为了能够有效地防止事故的发生，首先，需要企业加强安全管理，严格按照操作规程操作，同时，快开门压力容器操作人员要经过相关培训并取得上岗证书；其次要注重定期检验工作，制定有针对性的检验方案，尤其要重视对联锁装置的检查，还要制定完善的设备管理制度，通过执行完善的制度规定来确保设备的安全使用，提高其使用年限。考虑到当前的快开门式压力容器爆炸事故当中，大多都是以安全联锁装置有关，对此，需要对安全联锁装置进行相应的优化，双插销结构进一步提高了快开门安全联锁装置的安全性，确保企业的生产顺利进行。