工藝防誤一體化閥門閉鎖裝置研究

陳 勇

（長園共創(chuàng)電力安全技術(shù)股份有限公司， 廣東 珠海 519085）

引言

石油也叫原油，從地下深處開采出來的黏稠黑褐色液體燃料，石油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔铮瑥闹锌商釤捚?、煤油、柴油、潤滑油等及多種重要化工原料。

天然氣是埋藏在地下的古生物經(jīng)過億萬年的高溫和高壓等作用而形成的可燃?xì)怏w。天然氣其主要成分為甲烷，是一種無色無味無毒、熱值高、燃燒穩(wěn)定、潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源。從上面的介紹可以看出它們的區(qū)別是在大自然的存在形式不一樣，簡單說石油常溫是液態(tài)的，天然氣常溫是氣態(tài)的[1]。

石油和天然氣聯(lián)系：都是地底的古生物遺體經(jīng)過長時間作用形成的以碳水化合物為主要成分的有機(jī)能源物質(zhì)。

1 輸油氣閥門的功能和不同材質(zhì)介紹

1）閥門是用來開閉管路、控制流向、調(diào)節(jié)和控制輸送介質(zhì)的參數(shù)（溫度、壓力和流量）的管路附件。根據(jù)其功能，可分為關(guān)斷閥、止回閥、調(diào)節(jié)閥等。

2）閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。用于流體控制系統(tǒng)的閥門，從最簡單的截止閥到極為復(fù)雜的自控系統(tǒng)中所用的各種閥門，其品種和規(guī)格相當(dāng)繁多。

3）閥門可用于控制空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品、液態(tài)金屬和放射性介質(zhì)等各種類型流體的流動。

閥門根據(jù)材質(zhì)還分為鑄鐵閥門，鑄鋼閥門，不銹鋼閥門（201、304、316 等），鉻鉬鋼閥門，鉻鉬釩鋼閥門，雙相鋼閥門，塑料閥門，非標(biāo)訂制閥門等。因環(huán)境和介質(zhì)的特殊性，石油石化等輸油氣管使用不銹鋼閥門居多[2]。

2 天然氣采集站和處理廠閥門改造方案介紹

改造現(xiàn)場手動閥門，在不改變機(jī)構(gòu)的情況下，使用配套附件進(jìn)行閉鎖控制，使用閉鎖控制附件包括智能鑰匙、適配器、鑰匙管理機(jī)、解鎖鑰匙、各類鎖具、解鎖鑰匙存放盒等。進(jìn)行操作卡電子化改造，修改業(yè)務(wù)審批流程的工作模式，采用智能鎖具及鑰匙進(jìn)行閉鎖管理，實現(xiàn)業(yè)務(wù)審批、操作卡管理、安全警示、操作確認(rèn)、權(quán)限設(shè)置等應(yīng)用。具體包括以下內(nèi)容。

一是對單井與注醇工藝流程進(jìn)行改造試點(diǎn)，在單井的手動翼閥、安全閥手閥、排空閥、閥室備用閘閥采取閉鎖附件加彩虹鎖的閉鎖方式，出站球閥、閥室出口閘閥采用一體化狀態(tài)鎖閉鎖，在處理廠注醇工藝的出口閥、排空閥增加一體化狀態(tài)鎖，對全廠的安全閥前后手閥、液相取樣點(diǎn)手閥閉鎖。二是配置安全管理智能移動終端（智能鑰匙）。三是對注醇工藝操作卡（起泵、切泵、停泵）、單井工藝操作卡（開井、關(guān)井）管理進(jìn)行電子化改造，同時滿足現(xiàn)場一些異常情況需反復(fù)操作某些閥門的應(yīng)用需求。四是工藝設(shè)備作業(yè)安全許可管理設(shè)施聯(lián)調(diào)及試運(yùn)行。五是業(yè)務(wù)培訓(xùn)及調(diào)試。六是一體化鎖具，注醇工藝鎖具具有閥門開和關(guān)以及上鎖狀態(tài)判斷，防止閥門操作到位后忘記上鎖。單井出站球閥具有開和關(guān)的狀態(tài)檢測。七是軟件：具有網(wǎng)絡(luò)傳票功能，工程師在辦公電腦上安裝客戶端，與主控室聯(lián)網(wǎng)，直接可傳票到主控室的電腦上，鑰匙具有多任務(wù)功能，最多可支持4 個任務(wù)票，異常情況下可重復(fù)操作某個閥門，每次重復(fù)需輸入操作密碼，單井開鎖有APP 下操作票功能，可通過管理軟件進(jìn)行動態(tài)碼授權(quán)后傳票到智能鑰匙進(jìn)行操作[3]。

3 一體化閥門鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對注醇排空一種球閥鎖的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行方案說明，根據(jù)上面的改造總體方案要求閥門鎖需一體化設(shè)計，具有閥門開和關(guān)以及上鎖狀態(tài)判斷功能?，F(xiàn)場未改造的閥門如下頁圖1 所示。

在改造之前需要對這款閥門的材質(zhì)、使用環(huán)境、安裝位置做一個實際調(diào)研，調(diào)研完成以后利用閥門現(xiàn)有的尺寸針對性設(shè)計固定安裝鎖具。

針對現(xiàn)場的使用環(huán)境有防爆要求，產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計選材上主體材料黃銅，運(yùn)動和安裝部件選用304 不銹鋼，因為金屬材料表面不產(chǎn)生靜電，而靜電容易產(chǎn)生火花，靜電幾乎是易爆場所的頭號殺手；考慮安裝環(huán)境易燃易爆物質(zhì)，產(chǎn)品設(shè)計和安裝嚴(yán)禁使用工具開孔、切割，在不動閥門本體情況下產(chǎn)品需安裝方便；為了降低空氣以及腐蝕液體對產(chǎn)品本體氧化，金屬材料選用了表面鈍化處理工藝，金屬鈍化為什么可以阻止材料腐蝕是因為它利用化學(xué)或電解的方法在物體表面形成一層致密氧化層保護(hù)膜，阻止空氣和其他腐蝕液腐蝕基體。

針對改裝安裝完鎖具后的閥門外觀設(shè)計，需保證功能的前提下盡量與閥門以及周邊環(huán)境相對協(xié)調(diào)。

改裝后的閥門功能要求是能在閥門開關(guān)閥倆位置都能開鎖和上鎖，同時這兩個位置都必須用鑰匙操作才能上鎖，再一個能夠通過移動終端（智能鑰匙）讀取到下如表1 所示自由兩兩組合的4 種狀態(tài)信息。

表1 狀態(tài)信息組合表

如圖2 所示，重新設(shè)計了一個手柄、限位片和安裝螺母，換掉原來的手柄、限位片、壓住手柄的螺母，用一個中間車加工凹槽的安裝螺母旋緊壓住手柄和限位片，鎖體上設(shè)計了三個帶有螺紋的孔，緊定螺釘通過鎖體內(nèi)的三個螺紋孔頂在安裝螺母的凹槽內(nèi)，這樣一來鎖體安裝在閥門上完成，鎖具和閥門成一體。當(dāng)采用開票的智能鑰匙開鎖時鎖桿從閥體的內(nèi)六角螺釘頭內(nèi)彈出一段距離，手柄可以旋轉(zhuǎn)90°開閉閥門，反之鎖桿按下插入閥體的內(nèi)六角螺釘頭內(nèi)，手柄不能旋轉(zhuǎn)閥門上鎖。

開關(guān)閥門和開關(guān)鎖檢測邏輯如圖3 所示，鎖體內(nèi)安裝有3 處磁感應(yīng)元件，2 處分別設(shè)計在鎖體對應(yīng)限位片的左右兩邊，開鎖后，旋轉(zhuǎn)手柄，磁鐵感應(yīng)到不同的磁感應(yīng)元件通斷來判斷閥門的開合情況，另一處設(shè)計在鎖體內(nèi)部接近鎖桿裝磁鐵位置。

鎖體內(nèi)部裝有ID 碼片、工業(yè)分級鎖芯、電路板盒開鎖運(yùn)動機(jī)構(gòu)，碼片裝在工業(yè)分級鎖芯上方，鎖芯尾部為“D”字形，當(dāng)被授權(quán)的智能鑰匙插入鎖芯，智能鑰匙能夠通過讀碼頭RFID 讀取到碼片內(nèi)的ID 碼值以及閥門狀態(tài)和鎖狀態(tài)。當(dāng)碼片的ID 開鎖碼值被鑰匙讀取匹配正確以后鑰匙可以旋轉(zhuǎn)鎖芯開鎖，反之不能旋轉(zhuǎn)鑰匙開鎖。

4 結(jié)語

實際運(yùn)用在石油天然氣處理廠和單井閥室的閥門有各種各樣規(guī)格大小，它是根據(jù)管道流量和用途來設(shè)計安裝的，介紹的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計是一體化采集狀態(tài)閥門鎖裝置是首次運(yùn)用在這種石油天然氣工藝防誤場所[4]，是針對性強(qiáng)的一款球閥的閉鎖進(jìn)行定制化結(jié)構(gòu)設(shè)計的產(chǎn)品，將來一體化閥門狀態(tài)鎖產(chǎn)品要設(shè)計成模塊化，不受閥門尺寸安裝影響做成通用化，方便安裝和使用，為石油天然氣工藝防誤開發(fā)出來更多更優(yōu)的解決方案。