工艺防误一体化阀门闭锁装置研究

陈 勇

（长园共创电力安全技术股份有限公司， 广东 珠海 519085）

引言

石油也叫原油，从地下深处开采出来的黏稠黑褐色液体燃料，石油是多种碳氢化合物的混合物，从中可提炼汽油、煤油、柴油、润滑油等及多种重要化工原料。

天然气是埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的可燃气体。天然气其主要成分为甲烷，是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。从上面的介绍可以看出它们的区别是在大自然的存在形式不一样，简单说石油常温是液态的，天然气常温是气态的[1]。

石油和天然气联系：都是地底的古生物遗体经过长时间作用形成的以碳水化合物为主要成分的有机能源物质。

1 输油气阀门的功能和不同材质介绍

1）阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的参数（温度、压力和流量）的管路附件。根据其功能，可分为关断阀、止回阀、调节阀等。

2）阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。

3）阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。

阀门根据材质还分为铸铁阀门，铸钢阀门，不锈钢阀门（201、304、316 等），铬钼钢阀门，铬钼钒钢阀门，双相钢阀门，塑料阀门，非标订制阀门等。因环境和介质的特殊性，石油石化等输油气管使用不锈钢阀门居多[2]。

2 天然气采集站和处理厂阀门改造方案介绍

改造现场手动阀门，在不改变机构的情况下，使用配套附件进行闭锁控制，使用闭锁控制附件包括智能钥匙、适配器、钥匙管理机、解锁钥匙、各类锁具、解锁钥匙存放盒等。进行操作卡电子化改造，修改业务审批流程的工作模式，采用智能锁具及钥匙进行闭锁管理，实现业务审批、操作卡管理、安全警示、操作确认、权限设置等应用。具体包括以下内容。

一是对单井与注醇工艺流程进行改造试点，在单井的手动翼阀、安全阀手阀、排空阀、阀室备用闸阀采取闭锁附件加彩虹锁的闭锁方式，出站球阀、阀室出口闸阀采用一体化状态锁闭锁，在处理厂注醇工艺的出口阀、排空阀增加一体化状态锁，对全厂的安全阀前后手阀、液相取样点手阀闭锁。二是配置安全管理智能移动终端（智能钥匙）。三是对注醇工艺操作卡（起泵、切泵、停泵）、单井工艺操作卡（开井、关井）管理进行电子化改造，同时满足现场一些异常情况需反复操作某些阀门的应用需求。四是工艺设备作业安全许可管理设施联调及试运行。五是业务培训及调试。六是一体化锁具，注醇工艺锁具具有阀门开和关以及上锁状态判断，防止阀门操作到位后忘记上锁。单井出站球阀具有开和关的状态检测。七是软件：具有网络传票功能，工程师在办公电脑上安装客户端，与主控室联网，直接可传票到主控室的电脑上，钥匙具有多任务功能，最多可支持4 个任务票，异常情况下可重复操作某个阀门，每次重复需输入操作密码，单井开锁有APP 下操作票功能，可通过管理软件进行动态码授权后传票到智能钥匙进行操作[3]。

3 一体化阀门锁结构设计

针对注醇排空一种球阀锁的结构设计进行方案说明，根据上面的改造总体方案要求阀门锁需一体化设计，具有阀门开和关以及上锁状态判断功能。现场未改造的阀门如下页图1 所示。

在改造之前需要对这款阀门的材质、使用环境、安装位置做一个实际调研，调研完成以后利用阀门现有的尺寸针对性设计固定安装锁具。

针对现场的使用环境有防爆要求，产品在结构设计选材上主体材料黄铜，运动和安装部件选用304 不锈钢，因为金属材料表面不产生静电，而静电容易产生火花，静电几乎是易爆场所的头号杀手；考虑安装环境易燃易爆物质，产品设计和安装严禁使用工具开孔、切割，在不动阀门本体情况下产品需安装方便；为了降低空气以及腐蚀液体对产品本体氧化，金属材料选用了表面钝化处理工艺，金属钝化为什么可以阻止材料腐蚀是因为它利用化学或电解的方法在物体表面形成一层致密氧化层保护膜，阻止空气和其他腐蚀液腐蚀基体。

针对改装安装完锁具后的阀门外观设计，需保证功能的前提下尽量与阀门以及周边环境相对协调。

改装后的阀门功能要求是能在阀门开关阀俩位置都能开锁和上锁，同时这两个位置都必须用钥匙操作才能上锁，再一个能够通过移动终端（智能钥匙）读取到下如表1 所示自由两两组合的4 种状态信息。

表1 状态信息组合表

如图2 所示，重新设计了一个手柄、限位片和安装螺母，换掉原来的手柄、限位片、压住手柄的螺母，用一个中间车加工凹槽的安装螺母旋紧压住手柄和限位片，锁体上设计了三个带有螺纹的孔，紧定螺钉通过锁体内的三个螺纹孔顶在安装螺母的凹槽内，这样一来锁体安装在阀门上完成，锁具和阀门成一体。当采用开票的智能钥匙开锁时锁杆从阀体的内六角螺钉头内弹出一段距离，手柄可以旋转90°开闭阀门，反之锁杆按下插入阀体的内六角螺钉头内，手柄不能旋转阀门上锁。

开关阀门和开关锁检测逻辑如图3 所示，锁体内安装有3 处磁感应元件，2 处分别设计在锁体对应限位片的左右两边，开锁后，旋转手柄，磁铁感应到不同的磁感应元件通断来判断阀门的开合情况，另一处设计在锁体内部接近锁杆装磁铁位置。

锁体内部装有ID 码片、工业分级锁芯、电路板盒开锁运动机构，码片装在工业分级锁芯上方，锁芯尾部为“D”字形，当被授权的智能钥匙插入锁芯，智能钥匙能够通过读码头RFID 读取到码片内的ID 码值以及阀门状态和锁状态。当码片的ID 开锁码值被钥匙读取匹配正确以后钥匙可以旋转锁芯开锁，反之不能旋转钥匙开锁。

4 结语

实际运用在石油天然气处理厂和单井阀室的阀门有各种各样规格大小，它是根据管道流量和用途来设计安装的，介绍的产品结构设计是一体化采集状态阀门锁装置是首次运用在这种石油天然气工艺防误场所[4]，是针对性强的一款球阀的闭锁进行定制化结构设计的产品，将来一体化阀门状态锁产品要设计成模块化，不受阀门尺寸安装影响做成通用化，方便安装和使用，为石油天然气工艺防误开发出来更多更优的解决方案。