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蒸压釜安全联锁装置结构原理与技术改进研究

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摘要：针对目前我国蒸压釜安全联锁装置结构存在的缺陷，结合《特种设备技术规范》与《固定式压力容器安全技术监察规程》分析蒸压釜安全联锁装置结构原理，并提出改进方案。對比分析改进后的安全联锁装置强度和性能大为增强，同时降低了蒸压釜事故率，整体安全性能也大为提升，为我国特种设备安全防护工作提供了更大探究与应用空间。

Abstract： In view of the current defects in the structure of the autoclave safety interlock device in China， the structural principles of the autoclave safety interlock device are analyzed in conjunction with the "Special Equipment Technical Specifications" and "Fixed Pressure Vessel Safety Technical Supervision Regulations"， and an improvement plan is proposed. By comparing and analyzing the improved safety interlock device， the strength and performance are greatly enhanced， while the autoclave accident rate is reduced， and the overall safety performance is greatly improved， providing greater exploration and application space for the safety protection of special equipment in China.

关键词：快开门;蒸压釜;安全联锁装置;结构原理;技术改进

Key words： quick opening door;autoclave;safety interlock device;structural principle;technical improvement

中图分类号：TQ052.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）15-0120-02

0 ?引言

快开门式压力容器是指进出容器通道的端盖和主体间带有相互嵌套的快速密封锁紧装置的容器，常见的快开门式压力容器包括蒸压釜、灭菌器、硫化罐等。蒸压釜作为一种常见的大型压力容器被广泛用于加气砖、灰砂砖、管桩等混凝土建材高温蒸养护，以提高产品的强度和性能。但因其具有体积大、高温高压的特点，一旦发生事故，所释放的能量巨大，容易造成重大的人员伤亡和财产损失。

事实证明使用单位安全管理不到位，安全联锁装置不完善，作业人员违章操作等问题都是导致蒸压釜安全事故发生的常见引出，导致设备在高压运行过程中釜盖爆炸飞出，威胁人身安全并造成重大经济损失。

海因里希的事故因果连锁论表明引发事故的因素包括人的不安全行为和事物的不安全状态，又因人的不安全行为较难控制，因此，为合理预防蒸压釜事故，应从技术层面上防错，改进与完善蒸压釜安全联锁装置。

1 ?相关规定及现状

根据《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016）[1]有关规定，设计快开门式压力容器时，设计者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。为防止出现卸压未尽打开门（即端盖或釜盖）或者快开门未完全闭合而升压，快开门式压力容器必须装设安全联锁装置，且应当满足以下要求：

①当快开门达到预定关闭部位，方能升压运行（关门升压联锁保护）;②当压力容器的内部压力完全释放，方能打开快开门（开门泄压联锁保护）。

相关特种设备技术规范和标准并未限定安全联锁装置的具体结构和型式，不同厂家制造的蒸压釜安全联锁装置结构不尽相同，其可靠性和耐用性也有所差异。此外，一些早年制造的蒸压釜的安全联锁装置不符合相关规程的有关规定。使用单位在完善蒸压釜安全联锁功能的过程中，采取的改造方式也是五花八门。例如，执行器有气动的，有电动的，也有手动的，往往缺乏可靠性验证[2]。甚至一些使用单位擅自在釜体或釜盖的受压部位进行挖孔或焊接，造成严重的安全隐患。

2 ?结构原理

蒸压釜常见的安全联锁装置可分为手动和自动两种类型，其结构原理如图1所示。

2.1 手动安全联锁装置

固定于釜体法兰侧面，由安全手柄、座子、接杆及球阀等组成。安全手柄上的限位板是一个带弦切缺口的圆形板，釜盖关闭时，通过转动安全手柄，用限位板将釜盖锁死，釜盖即无法打开，排汽球阀相应关闭。开启釜盖时，先转动安全手柄，使限位板脱开，球阀也随之打开。待釜内余气通过球阀排出后，方能打开釜盖。为确保釜盖关闭到位，防止其在蒸压釜运行过程中飞出，通常会在关闭釜盖后，在釜齿间隙之间轴向插入一块插销（方形铁块），以阻止釜盖转动飞出。

2.2 自动安全联锁装置

此系统由控制柜、电接点压力表（或压力传感器）、位置开关（行程开关或位置传感器）、执行器等元件组成。执行器包括用于控制进气的电磁阀，以及用于限制釜盖转动打开的电磁执行器（内置于手摇减速机内的电磁锁止机构）。当釜盖达到预定关闭部位时，触动位置开关，控制柜给进气管上的电磁阀开启信号，开启电磁阀，才能进气升压;当电接点压力表检测到釜内压力低于安全值时，手摇减速机内置的执行器解除锁止，才允许打开釜盖。

3 ?缺陷分析

手动安全联锁装置需要人工扳动安全手柄，安全手柄上的限位板无法保证釜盖完全关闭到位。传统的插销简单实用，但同样需要人工操作，在蒸压釜运行过程中，如果作业人员疏忽忘记插入插销，而釜齿又没有啮合到位，釜盖就有飞出爆炸的风险。而且在泄压打开釜盖时需要人工读取压力表数值，由于压力表存在误差，即使压力显示为零，釜内仍然可能有余压，此时打开釜盖也会有风险。

自动安全联锁装置是一套比较复杂的机电一体化系统，蒸压釜使用环境通常比较恶劣，高温高压、交变载荷、粉尘、积水等因素都会影响安全联锁装置的可靠性。常见的位置开关为机械式的行程开关，需要与釜盖和釜体直接接触，高温和频繁操作导致开关元件极易老化和损坏失效。内置逆止机构和电磁执行器的手摇减速机结构精密，同样容易损坏失效，而且不拆卸的情况下无法观测到其内部机构运行状态，一旦内置执行器（锁止机构）失效，釜盖可以自由转动开启，而插销又没有插入，就会有釜盖飞出爆炸的风险[3-5]。

4 ?技术改造

常见的位置开关为机械式的行程开关，为避免高温对电子元件的损害，可以使用隔热材料（如石棉、云母或纤维陶瓷等）隔热。非接触式的位置开关或传感器也可以避免电子元件与高温釜体或釜盖直接接触，但如果选用电磁开关，应考虑居里点温度和铁质材料对磁性的弱化影响。如果选用光电开关，则应考虑粉尘等环境因素的影响。一些使用单位有多条蒸压釜，为了充分利用釜内余热，提高能源利用率，釜与釜之间连有蒸汽管道，可以相互导气。導气过程中如果釜盖没有关闭到位，也会有飞出爆炸的风险，电磁阀的安装应当能够同时控制进气管和导气管，实现对进气和导气过程的连锁保护。因此，插销结构的改进也尤为重要。

一种方式是在传统插销的基础上进行改进（图2）。传统的插销是轴向插入釜齿间隙的长方形铁块，通过加装位置开关和执行器使其具有安全联锁功能。这种改进方式不需要对釜盖或釜体进行挖孔或焊接，不影响设备的力学性能，尤其适用于旧釜改造。插销位置开关的电路可与釜盖位置开关的电路串联，形成双重保险，确保插销插入，釜盖关闭到位，才能进气升压。执行器可以选用电磁推杆，插销执行器的电路与手摇减速器内置执行器的电路并联，釜内有压力时，控（一种气动执行器），但需要增加一套气动系统。此外，也可以在排气管前端（阀门前靠釜体侧）或者压力表接管处旁接一条气管，连通釜内气压，利用釜内蒸汽推动活塞杆缸。因为蒸压釜具有高温高压特性，如果使用釜内蒸汽推动，活塞杆缸需要选择能够耐受高温高压的材质。

另一种改进方式是在釜盖和釜体法兰位置增加限位块（孔），通过圆柱型插销限制釜盖转动（图3）。将执行器安装在釜体端口法兰外侧，执行器直接带动插销，升压运行时，插销插入釜盖和釜体的限位块（孔）内，即可限制釜盖转动飞出。执行器的选用与上述方式类似，电磁或气动的方式均可。这种改进方式结构简单，且无需人工操作。但是安装执行器和限位块需要对釜体和釜盖挖孔或焊接，有可能影响设备的力学和安全性能。此外，插销还应具有足够的抗剪切强度，防止运行过程中釜盖转动造成的破坏。按照特种设备有关法律法规，只有持有相应许可资质的生产单位才可以从事压力容器的设计制造或改造。

除了从技术层面改进设备，加强安全管理对事故预防也很重要，例如，在插销上加锁，由专人负责巡查，可以一定程度上保证釜齿啮合到位，防止釜盖爆炸飞出。同时，应当加强安全教育培训，做好设备及安全附件、安全联锁保护装置的日常检查和维护保养。

5 ?结论

①传统蒸压釜联锁保护装置中插销的改进，能够在不需要对釜盖或釜体进行挖孔或焊接，不影响设备的力学性能，尤其适用于旧釜改造。

②对于新型蒸压釜联锁保护装置则增加限位块（孔），适用于电磁或气动的方式，并且此种改进方式结构简单，且无需人工操作。

③安全联锁装置的可靠性与蒸压釜的安全性能密切相关，对传统的插销进行技术改造，使其具有联锁保护功能，可以减少人为操作失误，有利于提高蒸压釜的安全性能，有效预防事故发生。

参考文献：

[1]国家质检总局.TSG21-2016，固定式压力容器安全技术监察规程[S].2016.

[2]周兵，李越胜，吴士强.蒸压釜快开门安全联锁装置专项分析[J].特种设备安全技术，2014（1）：59-60.

[3]曾凡小，刘崇石.一起蒸压釜釜盖冲脱事故分析及思考[J]. 中国化工贸易，2019，11（5）：252-254.

[4]郭梓奎，郑伟文，莫杏显.浅析蒸压釜安全联锁装置的优化改进[J].科技创新与应用，2013（16）：33.

[5]饶永康.蒸压釜门安全联锁装置的设计[J].工业技术，2013（9）：76-77.

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