某阀门联锁系统设计

巩文风

【摘 要】安全阀是一种重要的安全保护设备，在工业领域可以有效地保证工作人员与设备的安全性。从类型划分上来看，安全阀属于自动阀设备，在锅炉以及压力容器上都有着相当广泛的应用。在正常情况下，单个安全阀即可以适应一地工艺泄放的需求，但是仍然需要在整个系统当中安装两个安全阀，并且在每个安全阀上安装一个截断阀，这样一来，即阀门可以互为备用。但是为了保证安全阀开关受控，大多数情况应用铁链锁，或打铅封的手段，该工艺仍然有着较为广泛的应用范围，但是存在一定的操作风险。本文基于某阀门联锁系统的设计情况进行了分析。

【关键词】机械连锁;安全阀;手柄式机械联锁;手轮式阀锁

中图分类号： TQ545文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0011-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.004

随着社会的发展，人们对于生产的安全也给予了越来越高的重视，新的安全阀设备以及相关设计方案也在不断被研发。机械联锁在安全保障系统当中属于较为新颖的类型，大约在上个世纪九十年代开始在发达国家得到应用，而在本世纪后传入我国。但由于起步较晚，我国仍然未形成一套完善的标准与规范，在生产中仍然以应用国外制造商的标准为主，无论是所应用的设备还是相关工艺标准，都受到业主方的被动要求所决定。本文基于某阀门联锁系统的设计情况进行了分析。

1 机械联锁系统原理

机械联锁，也可以称为钥匙联锁，意即将机械与锁与阀门加以匹配，应用双钥匙系统来对于机械系统来实现锁闭。该结构对于所有的手动式开启阀门都可以得到适用。具体来说，该体系的工作原理即是在受控阀门与设备上安装逻辑锁，之后应用钥匙转换以及钥匙验证或钥匙传递的相关原理，来应用钥匙实现对于受控阀门与设备的操作意图。该结构可以有效地对工艺以及设备的操作顺序进行控制，同时也可以保证潜在危害的阀门可以按正确的顺序来运行，这样一来，即便工作人员出现错误操作，也可以加以消除，并且也杜绝了工作人员蓄意破坏设备的可能性。现在阀门系统也得到了越来越多的企业的认可，在特殊过程应用当中也可以作为国际公认的安全标准。在现阶段我国工业产业规模越来越大的背景之下，机械联锁的应用也越来越广泛[1]。

2 机械联锁系统特点

现阶段我国安全阀机械联锁系统的国产化特征越来越强，同时在石油化工产业的持续发展背景之下，其应用范围也越来越广泛了。现在虽然我国有安全阀备用设计，其是通过安全阀快速切换装置来完成操作的，在我国已经有了多年的应用历程，但是由于该结构有较高的应用成本，因而推广难度较大。而双导阀切换型先导式安全阀这种设计方案一方面可以在安全阀上快速切換装置，同时有了更小的压损，因而成本更为低廉。然而具体应用效果仍然有待于进一步验证[2]。

具体来说，机械联锁系统的特点主要体现在以下几个方面：

其一，具有强制性操作的特点，在机械联锁系统工作过程中，必须按相应的次序来完成钥匙的传递，这样即可实现对阀门设备顺序的控制，否则无法完成后续其他环节的操作;

其二，状态信息的传递具有极高的可靠性，本系统应用钥匙编码系统来保证操作人员按照相应的程序以及与之对应的安全措施来进行开启或关闭操作，避免了操作失误;

最后，每一把钥匙的编码都是唯一的，意即本编码与钥匙柜当中的编码与应用该钥匙相匹配，而应用其他编码方案则无法将机柜打开，从而在根本上保证了整个系统的安全性。

综上所述，该类型的阀门联锁系统有极高的安全性，可以符合于应用需要。

3 阀门机械联锁设计

阀门联锁系统属于一种双重机械锁定设备，其应用钥匙交换的原理实现了对于工艺设操作逻辑顺序的调整，该方式在应用当中可以用于替代唱票、监票的管理方式，有较高的应用可靠性，具体来说，其可以避免出现人为失误，保证整体应用的安全性。该结构也在不断获取越来越多的工业企业的认可，并且在应用过程中也可以将其作为国际公认的安全标准。本项目于2017年底进行研发，2018年实现投产，出于打下国际垄断，而需要开发出国产阀门机械联锁设备，其在国内仍然处于首例。结合项目需要，开发两个类型的阀门机械联锁设备，同时也需要保证互换的需要以及外观的统一。对于阀门需要实现90度开关的，如球阀设备或蝶阀设备等等可以应用手柄式联锁阀门，来让阀门90度的开关可以同时锁住;而对于多圈数阀门设备，常见的如闸阀以及截止阀等等，则可以应用手轮式阀锁，来让阀门的开关情况锁住。基于自主创新性的相关要求，需要在机械原理以及内部构成上与国外的同类型产品形成区别[3]。

3.1 手柄式机械联锁阀门

如图1所示，为手柄式机械联锁阀门结构图。

3.2 手轮式阀锁

而手轮式阀锁的设计当中相关要求则更为细致，因而也给设计与研发工作的开展带来了一定的影响，举例来说，国外的相同类型机械设备并没有设计明确开关计数，因而在所开发的产品当中则应用了刻度计数来实现该功能，从而确保阀门可以在彻底开启或关闭状态下实现锁定。但是受此影响，很多方面的技术要求也就需要提高，因而也增加了阀门机械联锁设备的设计难度。举例来说，阀门机械联锁部分的净重需要保证在10kg以内，因而需要在相当有限的空间当中将多种结构容纳其中，如主轴锁定装置、钥匙锁定装置以及计数联动装置等等[4]。

在材质应用方面：无头内六角螺丝、阀锁手轮、内六角螺丝、主轴防尘套、滑动锁块、锁片、钥匙、锁芯、计数圈齿轮以及计数圈支轴、从动齿轮与防盗花型螺丝、传动座轴与主轴传动齿轮均应用304不锈钢材料;外壳、计数圈座、主轴、导滑块、锁紧螺母、拨动盘、底壳、计数圈、显示圈数盘、主轴传动座均应用316不锈钢材料;其他部分，如紫铜铆钉、滚针轴承则应用T1铜材料，轴-外卡簧与弹簧则应用65Mn，键应用45#钢、底壳铜套与外壳铜套应用锡青铜，锁紧螺母垫片应用氟橡胶，在透明盖板上应用聚甲基丙烯酸甲酯。

后对于闸阀式阀门锁的性能进行了综合审定，具体结果以及存在的问题如下所示：

钥匙旋转片滑片部位焊接强度不足，需要确保在人手工操作过程中，以最大力度进行旋转时也不会出现形变;圈数显示部位轮边缘部位需要进行加厚，从而避免滑片部位顶尖部分进入显示轮边缘槽当中;锁体的外壳部位的可视孔可以经由铣销工艺打磨2mm，并且从外部安装有机玻璃可视板;齿轮部分固定螺丝堵孔部位则应用5个m10防盗螺钉来进行封堵;在中心轴当中的内孔，加入不锈钢防尘套;对于固定手轮处，设置一个防拉螺钉，保证孔的强度达到标准，因而需要在手轮安装完成后进行测试;对于阀锁部位与适配器部位的连接，需要设计一套完整的适配器，并进行测试;成品生产过程中，需要确保锁芯钥匙旋转可以平滑地完成，并且避免出现卡涩;最后，在检查过程中发现了阀锁外壳与盖板之间的间隙之间的尺寸存在一定的不稳定性，并且所拧的固定螺丝松紧程度也会对内部零件的滑动情况造成一定的影响。

经过研讨与实验，做出如下改进：

加强钥匙旋转滑片的焊接强度，从而确保滑片在人手最大旋转力度的情况下不会出现变形问题;圈数显示轮的边缘部位进行加厚，从而避免滑片顶尖部位进入显示轮边缘槽部位;锁体外壳则质进行厚度为2mm的铣削，并从外部安装有机玻璃可视板;齿轮固定螺丝堵孔部位则应用5个M10防盗螺丝进行封堵;在中心轴部位，则加装一个不锈钢防尘套设备，起到防尘效果;在固定手轮部位，针对其防拉螺钉孔的强度进行重点实验，并结合閥锁与适配器之间的连接强度进行重点测试，有针对性地设定一套功能完善、符合于使用需要的适配器;成本生产过程中，可以适当采取润滑措施，保证钥匙旋转平滑性;阀锁外壳与盖板之间的尺寸需要进行进一步规范，并且紧固螺丝，避免零件出现滑动[5]。

经过对于多组样品的测试以及打磨，设备最终得以定型，实现了设计需求。

4 结论

安全阀备用设计方案仍然在不断改进当中，经过工艺的不断调整，即可以实现容器泄放的相关要求，从而确保操作人员以及设备的运行安全。但是在这个过程中，需要关注，如果一个安全阀即可以适应于工艺泄放的需要，即可以应用一开一备的安全阀结构;但是对于规模较大的装置，如千万吨级的蒸馏设备，安全阀的结构常为多个常开，共用一个备用阀。本文针对某阀门联锁系统的设计情况进行了分析与总结，结合机械联锁系统的原理与特点分析了手柄与手轮式两种结构的设计要点，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

【参考文献】

[1]叶向东.用电动仪表构成的催化裂化装置联锁保护系统[J].石油化工自动化，1989（2）：9-13.

[2]李坚.储罐液位安全联锁监控系统的设计及应用[J].黑龙江科技信息，2014（22）：177-177.

[3]陶炳坤，韩国栋.基于PLC的双控阀门控制实验平台设计[J].北华航天工业学院学报，2011，21（4）：12-13.

[4]龚文武.低压条件下大型焦炭塔系统几个设计问题的探讨[J].广州化工，2014（17）：179-180.

[5]吕鸣.年产60万吨甲醇装置转化系统阀门电磁阀双冗余改造[J].中国化工贸易，2012，4（9）：43-43.