快开门式压力容器安全联锁装置通用技术要求初探

罗 凡

（上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062）

快开门式压力容器安全联锁装置通用技术要求初探

罗 凡

（上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062）

本文通过对近10年来我国快开门式压力容器事故案例的统计分析，阐述这类设备安全联锁装置的技术现状和存在的主要问题，分析造成这些问题的主要原因是现阶段联锁装置没有量化标准和公认的检验检测手段。提出在国家新法规实施之际，组织力量尽快制订行业或国家层面上的相关通用技术要求的建议，并就进一步完善其发展进行了探讨。

快开门式压力容器 通用技术要求 安全联锁装置 标准化 模块化

我国《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称《大容规》）于2016年10月1日起实施。《大容规》与原已执行至今的一系列我国压力容器的法规相比较，明显的变化之一是对快开门式压力容器（以下简称“快开门容器”）的安全联锁装置（以下简称“联锁”），不仅提出了性能要求，而且还明确设计者对其使用环境、检验周期、检验方法等使用技术要求作出规定，同时要求在快开门容器定期检验工作中，检验联锁是否满足设计文件规定的使用技术要求[1]。这些针对我国压力容器安全现状，对设备设计者提出的强制性规定，如何在使用广泛、结构多样、型式不同、开关频繁的快开门容器上得到真正体现，在联锁的设计、制造、使用、检验等过程中得以贯彻落实，即做到在建造阶段保障产品的本质安全，在使用阶段保障产品的使用风险可控，就必须在行业或者国家层面，制订量化的、操作性强的快开门容器联锁通用技术要求，实现联锁的标准化、模块化，本文就此问题进行探讨。

1 联锁失效是快开门容器事故的主要因素

1.1 快开门容器事故总体情况

2015年10月出版的《特种设备典型事故案例集（2005—2013）》中收录的国内涉及压力容器（含气瓶）的典型事故案例，在2005～2012年的8年间，共发生压力容器事故235起，其中快开门容器事故40起，造成伤亡人数上百人[2]。发生的事故数量占整个压力容器事故总量的17%左右。每年的发生量见图1。从图1可见在压力容器事故总量每年都整体下降的情况下，快开门容器事故数量基本维持不变且时有上升趋势。快开门容器所属类型设备的事故分布情况见图2。

图1 2005～2012年间压力容器事故统计情况

图2 快开门容器所属类型设备的事故分析

1.2 快开门容器事故特点汇总

从所见知的事故分析可知，虽然描述的事故经过多种多样，以爆炸等形式居多，但发生事故的时间一般都在快开门容器开始升压或泄压即尽的过程中，破坏的起始位置通常在快开门盖与压力容器的连接部位，由于处于需人工操作阶段，事故通常会造成操作者伤亡情况的发生。

1.3 快开门容器事故主要因素分析

鉴于快开门容器俗称“开关”的操作可较快完成，因而在物料等需频繁间歇进出的操作过程中被广泛应用。但使用中若容器的快开门盖还未闭合到位就升压，或者开启时压力没有完全释放，则容易发生操作者的伤亡事故[3]。因此，自上世纪90年代起，我国《压力容器安全技术监察规程》就明确了凡是快开门容器都必须设计联锁，具有当压力容器的快开门盖未关好不能升压，压力容器的内部压力未完全释放，无法打开快开门盖的安全联锁功能[4]。即通过与内压关联的联锁机构功能来制约不当操作，减少事故的发生。也就是说，对于快开门容器，只要设计使用的联锁机构不失效，则绝大多数的事故是可以避免的。但从40例快开门容器事故案例看，明确写明联锁未安装、未使用或者已失效的达13台，未涉及有否联锁的18台，其他诸如结构不合理、超压使用引发事故的仅占9台。见图3。从事故现象的描述可知，那些未涉及有否联锁的事故，若联锁能够发挥作用，则事故也是不会发生的，从而可以认为占事故总量77%的事故是联锁失效所致，联锁失效是快开门容器事故的主要因素。

图3 事故调查原因分布

2 联锁使用现状及存在问题分析

我国好多行业使用的快开门容器基本上都是引进国外设备后再进行国产化的，由于使用场合、设备名称、引进年代等都不一样，这些结构功能相似的快开门容器都是独自制订本行业技术要求，未能形成引领且覆盖整个快开门容器领域的国家规范标准要求，联锁使用现状及存在问题主要有：

2.1 中外法规差异影响容器联锁的应用

《大容规》第3．2．16条：快开门式压力容器，是指进出容器通道的端盖或者封头和主体间带有相互嵌套的快速密封锁紧装置的压力容器。安全联锁装置应当满足以下要求：

1）当快开门达到预定关闭部位，方能升压运行；

2）当压力容器的内部压力完全释放，方能打开快开门。

美国ASME规范的定义是：快动或快开封闭组件与标准螺栓法兰连接（通过一个或一对法兰紧固）相比较，能快得多地进出压力容器内部。而对联锁机构则区分开关快开门是手工操作与机械操作两种情况，机械操作的，联锁功能要求与我国的基本一致，而手工操作的，快开结构应设计成能在开启与封闭前能看到内介质的泄漏，设置音响或目视的报警装置，使之在快开门未关闭到位前就加压，或者在容器内的压力未泄放之前就开启时提请操作者注意。

德国AD标准的定义是：将快开门盖或锁紧装置作部分地转动或有限度地移动，就能完全打开或闭合。

由于中外法规等对快开门的定义不同及安全防护要求差异的存在，造成了我国很多行业在役的快开门容器，进口或者国产的其联锁的功能不一致，致使使用者迷惑究竟需不需要，何以谓之联锁，从而影响了其普及与发展。

2.2 联锁功能缺少定量标准与检验手段

快开门容器及其联锁虽被法规明令监察迄今已20年多年，一直未能形成具体的质量要求和检验手段，所有的产品标准照抄法规要求，都是功能上的定性要求，适用性与可靠性等还未体现。快开门容器进行定期检验时，法规要求特种设备检验机构必须对联锁等安全附件进行重点检验，但又没有规定的检验方法和设备，使得检验也只能停留在定性判断其功能能否实现[5]。

2.3 快开门容器使用者的安全意识薄弱和联锁自身不完善使得联锁功能发挥有限

快开门容器联锁功能就是对快开门盖的开关操作时机进行必要的限制，当快开门盖未关好不能升压，压力容器的内部压力未完全释放，无法打开快开门盖。这样就需要花费一定的时间，若缩短操作时间所带来的效益，其价值远远大于联锁本身的价值，那么在遇到联锁功能不能满足实际需要的时候，放弃使用联锁对安全意识薄弱的使用者来说是必然的。这从事故案例的报告也可窥见一斑，40例快开门容器事故分析中未涉及有否联锁的18例，占比达44%，几近一半。

快开门容器的联锁现已应用了很多技术手段、是型式多样的精密仪器设备，而现在业内仅把其当作一个附带部件，未像产品那样受重视。其生产过程与通常的压力容器本体生产不一样，难以采用特种设备制造许可等模式来规范其生产，加之没有量化的质量标准，产品质量因而难以保证[6]。据文献介绍，国内某地区内所使用的快开门容器的联锁，符合要求的仅为34%，改造修复一年后仍可使用的不到37%[7]。

3 制订联锁通用技术要求的条件基本具备

3.1 《大容规》的实施给联锁规范化带来了新机遇

2016年10月1日起《大容规》正式实施，在对快开门容器的联锁功能提出了性能要求的基础上，还明确设计者对其使用环境、检验周期、检验方法等使用技术要求作出规定，同时在定期检验的工作中，要求对快开门容器的联锁，检验是否满足设计文件规定的使用技术要求。试想一下，在联锁功能没有质量标准和公认的检验手段情况下，设计者如何对其使用环境、检验周期、检验方法等使用技术要求作出适用的规定。即使作出规定，在使用阶段又如何对其功能作出合乎使用的判断呢。因此在国家法规出台后，在特种设备领域开展联锁的通用技术要求研究，形成相关的技术要求与标准势在必行，这是解决联锁安全问题的基础与保证。

3.2 联锁系统的检测与评价方法业已成形

近10年来国内压力容器行业对快开门结构形式设计计算、事故规律分析、开门余压爆炸能量计算、联锁检验检测方法等方面都做了较为详尽的研究，取得较为全面的成果，这些都为开展制订该通用技术要求奠定了坚实的基础。

2010年上海市特种设备监督检验技术研究院会同业内产学研单位一起完成了国家质检总局科技计划项目（2007QK108）《压力容器用快开端盖和联锁装置的型式试验研究》，把快开门盖与联锁的适用性研究作为主攻方向，通过型式试验研究，从“快开门”的定义开始研究，确定快开门容器和联锁的定义范畴。借助计算机仿真等技术手段，通过有限元软件的二次开发和实验分析，揭示了快开门容器余压与操作人员安全的映射关系，明确快开门盖开启时安全内压暨联锁动作压力的量化区间。研制出具有自主知识产权的联锁功能系列测试设备——快开门式压力容器安全联锁功能测试仪，快开门式压力容器安全联锁功能测试台，快开门式压力容器安全联锁功能在线检测仪[8]。

研制成功的这一系列检测设备既可以便携地在现场操作，也可以安装在现场长期值守进行在线检测，又可在实验室模拟工况条件下开展重复试验，全方位保证了快开门容器的使用领域之需。填补国内的空白，彻底改变快开门容器联锁功能现场测试和实验室试验，没有准确、便捷测试工具的局面，为进一步提高快开门容器使用安全性提供方法与手段[9]。

3.3 现代制造技术与产业的发展助力联锁产品技术进步

随着《大容规》的贯彻执行，实际使用中联锁仅仅停留在功能有没有的状态必将终结，现代制造技术与产业的发展，尤其是传感、传输技术的突飞猛进，实现联锁功能本质安全已不是遥不可及。20多年来，对联锁的功能要求越来越具体，技术探索越来越深入，一批专注于快开门容器和联锁制造的企业呼之欲出。真正能够推动联锁产业发展的动力在市场，专业化生产促使商品更为细分，更为实用，而标准化、模块化使得产品品质可得到进一步提升，我国快开门容器联锁的技术现状将发生重大的变化。

4 联锁通用技术要求的构架设想

4.1 联锁通用技术要求可按照产品标准的格式编制

快开门容器因其有独特的结构功能使其使用广泛、结构多样、型式不同。为实现其安全使用，与之相配套的快开门容器联锁应用了很多技术手段、是型式多样的精密仪器设备。所以快开门容器联锁并不是一种型式、结构固定的产品，但具有相同的工作原理和使用功能，因此可按照《大容规》对安全联锁装置的要求，根据功能与用途来定义快开门容器的联锁产品范围和基本型式等，涵盖整个快开门容器领域，成为快开门容器联锁产品的制造、检验、使用调试和定期检验的技术依据。

4.2 联锁通用技术要求应确定安全联锁装置关键功能参数

常用的联锁装置，其限制快开门关闭或开启动作的方式很多，涉及多种技术手段，具有各种参数指标，但真正能够判断安全联锁装置适用且可靠的安全功能指标主要是以下三个：联锁装置影响快开门开启或关闭运动（锁紧或放开）时，压力容器内的实时压力值和能连续可靠实现的次数。可简称为：

1） 联锁启动压力；

2） 联锁回复压力；

3） 联锁疲劳寿命次数。

现在部分的快开门结构及其密封锁紧装置中，设计了保证快开门盖未完全关闭就无法升压或设备中的压力没有完全释放就无法开启门盖的功能，或者通过程序控制来实现快开门盖启闭的联锁功能以及联动锁与钥匙控制系统等技术。这些结构与技术在操作上需多个步骤，比经过一次连续动作后就能够完成开启或关闭过程来的慢，但比逐个上紧紧固螺栓要快的多。因为有多个步骤且环环相扣，既有泄压的时间与空间，保证安全，又可减少因安全联锁装置失误所带来的麻烦。但判断其是否适用，依然适用上述的三个功能指标。因此，联锁装置技术要求和型式试验围绕这些基本指标来展开，明确快开门开启时安全内压暨联锁动作压力的量化区间和可靠性要求。

4.3 联锁通用技术要求需推荐联锁的检测方法

国内的快开门容器联锁产品，绝大多数停留在功能有没有的状态，产品结构本身没有可进行检测的输入端口，定期检验也只能是定性判断。因此，快开门容器联锁通用技术要求需着重对联锁产品的检验检测方法作出规定，设定合理的检测精度与可靠度，具体检测内容，明确检验规则。

总之，通过快开门容器联锁通用技术要求的范围、规范性引用文件、基本型式、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存、产品合格证及产品批量质量证明书等章节的编制与颁布，给联锁设计者对联锁使用环境、检验周期、检验方法等使用技术要求作出规定时可有依据，同时给联锁检验工作提供合适的方法。

5 结束语

综上所述，随着《大容规》的颁布执行和集快开门盖、联锁研发、制造及技术服务于一体的专业化生产企业的发展，在国家或者行业层面，开展快开门容器联锁的通用技术要求研究、制订量化的、操作性强的快开门容器联锁通用技术要求非常必要。现在正是启动该工作的有利时机。实现快开门容器联锁的标准化，模块化、可极大地提高快开门容器安全使用的效果，减少人的不安全行为形成不安全因素导致的事故数量。

[1] TSG 21—2016 固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2] 吴旭正，等．特种设备典型事故案例集(2005～2013) [M]．北京：化学工业出版社，2015：108-175.

[3] 罗凡，廉风，杨蓉遵，等．快开门式压力容器安全联锁装置型式试验研究初探[J]．机械制造，2010，（3）：64-67.

[4] 罗凡，闵瑞和，王恒林，等．快开门式压力容器安全联锁功能检测设备的研发和应用[J]．化工自动化及仪表，2010，37（12）：99-103.

[5] 罗凡，等．国内最大口径与压力环锁型快开盲板的研制[C]．2014年全国特种设备安全与节能学术会议论文集，北京：中国质检出版社，2015：375-381.

[6] 罗凡，陈伟忠．我国快开门式压力容器安全联锁功能的技术现状与发展[J]．中国特种设备安全，2011，27（2）：12-14.

[7] 耿巨林．快开门式压力容器安全联锁装置完好率低分析[J]．中国特种设备安全，2008，24（7）：33-33.

[8] 刘浩波．压力容器快开端盖开盖过程安全性分析及结构优化[D]．北京：北京化工大学，2010：35-40.

[9] 罗凡，陈伟忠．快开门式压力容器安全联锁功能检验技术的探索与实践[J]．机械制造，2012，（12）：48-52.

General Technical Requirements Research on Safety Interlock of Quick-opening Closure Pressure Vessel

Luo Fan
(Shanghai Institute of Special Equipment Inspection &Technical Research Shanghai 200062)

With statistical analysis and research of China Quick-opening Closure Pressure Vessel’s accident case study in the past decade, This paper described the technology status and existing problems of the quick-opening closure pressure vessel safety interlock device with critical analysis. In this stage, lack of clear quantitative standards and recognized test detection methods are the root cause of those problem and accident. It was proposed to organize forces to formulate technical requirements and suggestion in the national implementation of the new regulations. And further improving its development is also discussed in this paper.

Quick-opening closure pressure vessel General technical requirements Safety interlock device Standardization Modularization

X933．4

B

1673-257X（2017）03-0020-04

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．003

罗凡(1960～)，男，本科，高级工程师，从事承压类特种设备检验及新技术研究工作。

2016-11-03）