快开门式压力容器安全联锁装置问题分析及预防措施

2022-12-19陈鸿鹏

低温与特气 2022年5期

陈鸿鹏

(威海市特种设备检验研究院，山东威海 264200)

1 前言

近年来，快开门式压力容器事故时有发生,作为快开门式压力容器重要安全保障的安全联锁装置，对可能出现的不安全操作具有重要的强制中断和保护功能。TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》规定：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[1]。但在实际操作中，安全联锁装置达到什么样的功能才算符合此规定的要求，其设计者、制造者、使用者和检验机构的理解不尽相同。结合日常检查和检验情况来看，对常见快开门式压力容器安全联锁装置实际运行情况进行分析，理清安全联锁装置存在的功能问题，提出有针对性的预防措施。

2 安全联锁装置功能分析

发生快开门式压力容器事故的直接原因主要有两个。一是在快开门未完全闭合的状态下进气升压，此时因快开门啮合强度不够，升压至一定压力后快开门脱开导致事故发生。二是在容器内压力未完全降低到零时打开快开门，快开门在余压下高速脱开导致事故发生。所以防止事故的核心是保证在容器内部有压力时，快开门一定要处于完全啮合状态。这也是《固定式压力容器安全技术监察规程》规定所要达到的目的。在设计安全联锁装置时，应该综合考虑使用场景中易出现的安全操作隐患，并在设计中通过程序控制进行重点预防。图1为安全联锁装置工作的基本原理图。

图1 安全联锁装置工作的基本原理

快开门式压力容器安全联锁装置应该实现以下功能：一是快开门未啮合到位时，控制器控制执行器关闭进气管道，防止气体进入设备导致升压。二是快开门啮合到位后，控制器发出锁止动作信号，此时快开门不能打开，管道进气才能开启。三是容器在工作完毕后压力降低到零时，控制器关闭快开门的锁止动作，此时快开门才能开启。

3 常见的安全隐患

3.1 门到位信号获取失效

目前获取门位置的常见方法是采取行程开关和接近开关，其中行程开关属于物理接触型，接近开关属于电磁感应型，这两类开关易受到外力冲击、物理碰撞等，在设备长期使用、频繁操作后，传感器及其底座等容易产生形变，导致门完全到位后，出现行程开关未完全闭合、接近开关接近距离变大等情况，传感器获取的信息与实际不符。

3.2 门锁止动作和状态判定失效

常见的门锁止是利用筒体上固定位置的气动或电动顶杆等执行器，将顶杆插入釜门相对应位置的锁止孔或锁止位来实现锁止。但实际运用中，存在两个问题：一是在粉尘、高温等不良工况下顶杆易损坏、卡滞无法正常动作或者动作行程变小，不能实现正常锁止；二是由于釜门重量大，转轴在频繁使用后易发生形变，随着时间推移或外力碰撞，锁止孔或锁止位变形移位，导致顶杆无法正常动作到对应的锁止位置。还有部分企业仍在使用机械式半月板锁止装置，这类装置在半月板转轴上设置旋转行程开关，转动手柄即发出锁止信号。此类设计不考虑门的开合联动情况，仅以手柄旋转作为锁止依据，实际上并不能明确门的锁止状态。

3.3 阻止升压的功能实现不符合要求

目前常用的阻止快开门式压力容器升压的方式有两种。

一是电动或气动阀门控制。此方法是利用电信号控制电动阀、气动阀等执行器实现进气的自动控制。主要问题是阀门在高温、高压等高参数工况下易损坏，致使维修较为频繁。

二是阀门手轮顶杆锁止。此类设计将气动或电动顶杆顶入阀门手轮间隙使其不能转动，从而防止阀门开启进气升压。该方法的主要问题是被锁止前阀门的开闭状态是不确定的，导致顶杆对手轮进行锁止动作后，不能明确阀门的实际开闭状态。若将此阀门常开，配合使用管路上的其他阀门可以完全避开安全联锁装置的进气控制。笔者认为，此类设计单独使用不能达到《固定式压力容器安全技术监察规程》中“当快开门达到预定关闭部位，方能升压运行”的要求。

使用以上两类阀门的管路多数会设计一条旁通管路，以便在修理和紧急情况下进行临时切换，实际使用中，此旁通管路成为绕过安全联锁装置的方式之一。

3.4 安全冗余和程序逻辑设计不足

常见安全联锁装置仅采取1组传感器采集压力、门开关状态等信号，在工作中传感器若损坏或精度出现漂移数据时，将导致设备误动作、停机。实际进行测试时，个别采用顶杆锁止阀门手轮方法的控制器，若输出阀门锁止信号后，不再使用压力信号进行设备实际工作状态判定。部分控制器将安全信号设计为低电平触发，实际运行中若信号电路出现故障断开，控制器不能分辨是线路故障还是压力信号，将获得错误的压力状态。个别使用电动或气动阀门的安全联锁装置未采取常闭阀门设计，导致在突然断电和异常状态下不能保证设备进气阀门立即切断，在实际使用中阀门长期通电或通气动作也会导致其使用寿命缩短。这些硬件和程序设计不严谨，存在一定的安全隐患。

3.5 压力获取不精准

目前有一定数量的安全联锁装置将电接点压力表开关作为压力采集装置，此类压力表由于零点附近精准度较差、反馈不灵敏，当容器内压力降到一定程度的低压时，表内电接点断开并输出“无压力”信号，与容器内仍有余压的实际情况不符。此时控制器已根据压力信号取消门的强制锁止，不能完全满足《固定式压力容器安全技术监察规程》中“当压力容器的内部压力完全释放，方能打开快开门”的要求。

4 安全预防措施

4.1 定期进行设备日常检查

快开门式压力容器的使用单位应将安全联锁装置列入日常检查计划当中，定期检查各硬件和软件的外观是否完好，运行是否有异常等情况。应重点检查门位置传感器和锁止装置是否有扭曲、变形、损坏以及阀门等执行器是否动作到位等情况，发现问题及时予以处理。检验机构在定期检验中要对安全联锁装置的关键功能进行检查和确认。

4.2 采用直接式传感器和执行器

在安全联锁装置设计安装中，应优先考虑使用直接采集和直接式传感器和执行器，如压力传感器、近距离传感器、电磁阀、气动阀等，提高采样的数据精度，实现信号和状态的直接对应，避免出现使用电接点压力表、顶杆锁止阀门手轮等存在中间变量导致实际状态不清的情况。

4.3 确保进气控制的准确性

对于现有顶杆锁止手轮等进气控制装置，应更换为电磁阀、气动阀等执行器，实现开闭动作直接响应控制信号。对于暂时不具备更换条件的单位，可通过在阀门后管道或容器内增设流量传感器、压力传感器等方式，通过程序设计综合判断进气是否已关闭，出现异常情况应能够及时报警。

4.4 程序设计侧重设备安全

控制器程序设计时应避免出现关键信号被屏蔽或错误的状态下仍能够正常打开进气阀门的情况，要确保仅在压力、门位置、门锁止状态、进气等传感器信号均正常的状态下正常运行，否则应该锁止系统并通过警报提示异常发生部位。系统设计时应考虑硬件的特性，在断电、程序和设备异常等情况下，硬件恢复默认状态后能够尽量保证容器处于安全状态。对于蒸压釜、大型灭菌釜等使用频繁、工况复杂的压力容器，可以进行冗余设计，使用2组或2组以上的传感器和执行器，并通过各数据判断设备的综合状态。