某閥門聯(lián)鎖系統(tǒng)設計

鞏文風

【摘 要】安全閥是一種重要的安全保護設備，在工業(yè)領域可以有效地保證工作人員與設備的安全性。從類型劃分上來看，安全閥屬于自動閥設備，在鍋爐以及壓力容器上都有著相當廣泛的應用。在正常情況下，單個安全閥即可以適應一地工藝泄放的需求，但是仍然需要在整個系統(tǒng)當中安裝兩個安全閥，并且在每個安全閥上安裝一個截斷閥，這樣一來，即閥門可以互為備用。但是為了保證安全閥開關受控，大多數情況應用鐵鏈鎖，或打鉛封的手段，該工藝仍然有著較為廣泛的應用范圍，但是存在一定的操作風險。本文基于某閥門聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計情況進行了分析。

【關鍵詞】機械連鎖;安全閥;手柄式機械聯(lián)鎖;手輪式閥鎖

中圖分類號： TQ545文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0011-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.004

隨著社會的發(fā)展，人們對于生產的安全也給予了越來越高的重視，新的安全閥設備以及相關設計方案也在不斷被研發(fā)。機械聯(lián)鎖在安全保障系統(tǒng)當中屬于較為新穎的類型，大約在上個世紀九十年代開始在發(fā)達國家得到應用，而在本世紀后傳入我國。但由于起步較晚，我國仍然未形成一套完善的標準與規(guī)范，在生產中仍然以應用國外制造商的標準為主，無論是所應用的設備還是相關工藝標準，都受到業(yè)主方的被動要求所決定。本文基于某閥門聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計情況進行了分析。

1 機械聯(lián)鎖系統(tǒng)原理

機械聯(lián)鎖，也可以稱為鑰匙聯(lián)鎖，意即將機械與鎖與閥門加以匹配，應用雙鑰匙系統(tǒng)來對于機械系統(tǒng)來實現(xiàn)鎖閉。該結構對于所有的手動式開啟閥門都可以得到適用。具體來說，該體系的工作原理即是在受控閥門與設備上安裝邏輯鎖，之后應用鑰匙轉換以及鑰匙驗證或鑰匙傳遞的相關原理，來應用鑰匙實現(xiàn)對于受控閥門與設備的操作意圖。該結構可以有效地對工藝以及設備的操作順序進行控制，同時也可以保證潛在危害的閥門可以按正確的順序來運行，這樣一來，即便工作人員出現(xiàn)錯誤操作，也可以加以消除，并且也杜絕了工作人員蓄意破壞設備的可能性。現(xiàn)在閥門系統(tǒng)也得到了越來越多的企業(yè)的認可，在特殊過程應用當中也可以作為國際公認的安全標準。在現(xiàn)階段我國工業(yè)產業(yè)規(guī)模越來越大的背景之下，機械聯(lián)鎖的應用也越來越廣泛[1]。

2 機械聯(lián)鎖系統(tǒng)特點

現(xiàn)階段我國安全閥機械聯(lián)鎖系統(tǒng)的國產化特征越來越強，同時在石油化工產業(yè)的持續(xù)發(fā)展背景之下，其應用范圍也越來越廣泛了?，F(xiàn)在雖然我國有安全閥備用設計，其是通過安全閥快速切換裝置來完成操作的，在我國已經有了多年的應用歷程，但是由于該結構有較高的應用成本，因而推廣難度較大。而雙導閥切換型先導式安全閥這種設計方案一方面可以在安全閥上快速切換裝置，同時有了更小的壓損，因而成本更為低廉。然而具體應用效果仍然有待于進一步驗證[2]。

具體來說，機械聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

其一，具有強制性操作的特點，在機械聯(lián)鎖系統(tǒng)工作過程中，必須按相應的次序來完成鑰匙的傳遞，這樣即可實現(xiàn)對閥門設備順序的控制，否則無法完成后續(xù)其他環(huán)節(jié)的操作;

其二，狀態(tài)信息的傳遞具有極高的可靠性，本系統(tǒng)應用鑰匙編碼系統(tǒng)來保證操作人員按照相應的程序以及與之對應的安全措施來進行開啟或關閉操作，避免了操作失誤;

最后，每一把鑰匙的編碼都是唯一的，意即本編碼與鑰匙柜當中的編碼與應用該鑰匙相匹配，而應用其他編碼方案則無法將機柜打開，從而在根本上保證了整個系統(tǒng)的安全性。

綜上所述，該類型的閥門聯(lián)鎖系統(tǒng)有極高的安全性，可以符合于應用需要。

3 閥門機械聯(lián)鎖設計

閥門聯(lián)鎖系統(tǒng)屬于一種雙重機械鎖定設備，其應用鑰匙交換的原理實現(xiàn)了對于工藝設操作邏輯順序的調整，該方式在應用當中可以用于替代唱票、監(jiān)票的管理方式，有較高的應用可靠性，具體來說，其可以避免出現(xiàn)人為失誤，保證整體應用的安全性。該結構也在不斷獲取越來越多的工業(yè)企業(yè)的認可，并且在應用過程中也可以將其作為國際公認的安全標準。本項目于2017年底進行研發(fā)，2018年實現(xiàn)投產，出于打下國際壟斷，而需要開發(fā)出國產閥門機械聯(lián)鎖設備，其在國內仍然處于首例。結合項目需要，開發(fā)兩個類型的閥門機械聯(lián)鎖設備，同時也需要保證互換的需要以及外觀的統(tǒng)一。對于閥門需要實現(xiàn)90度開關的，如球閥設備或蝶閥設備等等可以應用手柄式聯(lián)鎖閥門，來讓閥門90度的開關可以同時鎖住;而對于多圈數閥門設備，常見的如閘閥以及截止閥等等，則可以應用手輪式閥鎖，來讓閥門的開關情況鎖住?；谧灾鲃?chuàng)新性的相關要求，需要在機械原理以及內部構成上與國外的同類型產品形成區(qū)別[3]。

3.1 手柄式機械聯(lián)鎖閥門

如圖1所示，為手柄式機械聯(lián)鎖閥門結構圖。

3.2 手輪式閥鎖

而手輪式閥鎖的設計當中相關要求則更為細致，因而也給設計與研發(fā)工作的開展帶來了一定的影響，舉例來說，國外的相同類型機械設備并沒有設計明確開關計數，因而在所開發(fā)的產品當中則應用了刻度計數來實現(xiàn)該功能，從而確保閥門可以在徹底開啟或關閉狀態(tài)下實現(xiàn)鎖定。但是受此影響，很多方面的技術要求也就需要提高，因而也增加了閥門機械聯(lián)鎖設備的設計難度。舉例來說，閥門機械聯(lián)鎖部分的凈重需要保證在10kg以內，因而需要在相當有限的空間當中將多種結構容納其中，如主軸鎖定裝置、鑰匙鎖定裝置以及計數聯(lián)動裝置等等[4]。

在材質應用方面：無頭內六角螺絲、閥鎖手輪、內六角螺絲、主軸防塵套、滑動鎖塊、鎖片、鑰匙、鎖芯、計數圈齒輪以及計數圈支軸、從動齒輪與防盜花型螺絲、傳動座軸與主軸傳動齒輪均應用304不銹鋼材料;外殼、計數圈座、主軸、導滑塊、鎖緊螺母、撥動盤、底殼、計數圈、顯示圈數盤、主軸傳動座均應用316不銹鋼材料;其他部分，如紫銅鉚釘、滾針軸承則應用T1銅材料，軸-外卡簧與彈簧則應用65Mn，鍵應用45#鋼、底殼銅套與外殼銅套應用錫青銅，鎖緊螺母墊片應用氟橡膠，在透明蓋板上應用聚甲基丙烯酸甲酯。

后對于閘閥式閥門鎖的性能進行了綜合審定，具體結果以及存在的問題如下所示：

鑰匙旋轉片滑片部位焊接強度不足，需要確保在人手工操作過程中，以最大力度進行旋轉時也不會出現(xiàn)形變;圈數顯示部位輪邊緣部位需要進行加厚，從而避免滑片部位頂尖部分進入顯示輪邊緣槽當中;鎖體的外殼部位的可視孔可以經由銑銷工藝打磨2mm，并且從外部安裝有機玻璃可視板;齒輪部分固定螺絲堵孔部位則應用5個m10防盜螺釘來進行封堵;在中心軸當中的內孔，加入不銹鋼防塵套;對于固定手輪處，設置一個防拉螺釘，保證孔的強度達到標準，因而需要在手輪安裝完成后進行測試;對于閥鎖部位與適配器部位的連接，需要設計一套完整的適配器，并進行測試;成品生產過程中，需要確保鎖芯鑰匙旋轉可以平滑地完成，并且避免出現(xiàn)卡澀;最后，在檢查過程中發(fā)現(xiàn)了閥鎖外殼與蓋板之間的間隙之間的尺寸存在一定的不穩(wěn)定性，并且所擰的固定螺絲松緊程度也會對內部零件的滑動情況造成一定的影響。

經過研討與實驗，做出如下改進：

加強鑰匙旋轉滑片的焊接強度，從而確?；谌耸肿畲笮D力度的情況下不會出現(xiàn)變形問題;圈數顯示輪的邊緣部位進行加厚，從而避免滑片頂尖部位進入顯示輪邊緣槽部位;鎖體外殼則質進行厚度為2mm的銑削，并從外部安裝有機玻璃可視板;齒輪固定螺絲堵孔部位則應用5個M10防盜螺絲進行封堵;在中心軸部位，則加裝一個不銹鋼防塵套設備，起到防塵效果;在固定手輪部位，針對其防拉螺釘孔的強度進行重點實驗，并結合閥鎖與適配器之間的連接強度進行重點測試，有針對性地設定一套功能完善、符合于使用需要的適配器;成本生產過程中，可以適當采取潤滑措施，保證鑰匙旋轉平滑性;閥鎖外殼與蓋板之間的尺寸需要進行進一步規(guī)范，并且緊固螺絲，避免零件出現(xiàn)滑動[5]。

經過對于多組樣品的測試以及打磨，設備最終得以定型，實現(xiàn)了設計需求。

4 結論

安全閥備用設計方案仍然在不斷改進當中，經過工藝的不斷調整，即可以實現(xiàn)容器泄放的相關要求，從而確保操作人員以及設備的運行安全。但是在這個過程中，需要關注，如果一個安全閥即可以適應于工藝泄放的需要，即可以應用一開一備的安全閥結構;但是對于規(guī)模較大的裝置，如千萬噸級的蒸餾設備，安全閥的結構常為多個常開，共用一個備用閥。本文針對某閥門聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計情況進行了分析與總結，結合機械聯(lián)鎖系統(tǒng)的原理與特點分析了手柄與手輪式兩種結構的設計要點，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

【參考文獻】

[1]葉向東.用電動儀表構成的催化裂化裝置聯(lián)鎖保護系統(tǒng)[J].石油化工自動化，1989（2）：9-13.

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[3]陶炳坤，韓國棟.基于PLC的雙控閥門控制實驗平臺設計[J].北華航天工業(yè)學院學報，2011，21（4）：12-13.

[4]龔文武.低壓條件下大型焦炭塔系統(tǒng)幾個設計問題的探討[J].廣州化工，2014（17）：179-180.

[5]呂鳴.年產60萬噸甲醇裝置轉化系統(tǒng)閥門電磁閥雙冗余改造[J].中國化工貿易，2012，4（9）：43-43.