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快开门式压力容器安全联锁装置型式试验研究初探

文档作者: 罗凡 廉风 杨蓉遵 姚建平        文档来源: 上海市特种设备监督检验技术研究院
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更新时间: 2021年01月04日
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快开门式压力容器安全联锁装置型式试验研究初探 口罗凡 口廉风 口杨蓉遵 口姚建平 上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062 摘 要:阐述了20年来我国快开门式压力容器安全联锁装置管理的状况和存在的主要问题,分析了通过开展快开门 式压力容器安全联锁装置型式试验来强化安全联锁装置管理的必要性与可行性。 关键词:型式试验快开门式压力容器安全联锁装置 中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号:1000—4998(2010)03—0064—04 1 概述 快开门式压力容器是指进出物料的门和主体间带 有相互配套的密封锁紧装置的压力容器【J1。其快开门 盖结构与标准螺栓法兰连接(通过一个或一对法兰紧 固)结构相比较,能快得多地进出压力容器的内部,因 而被广泛使用于国民经济的各个领域。由于其使用范 围广、结构多样、型式不同、开关频繁,使用中一旦操作 不当,即快开门盖未完全关闭就升压或容器中的压力 没有释放完毕就开启门盖,极易造成操作者的伤亡事 故。统计资料表明,该类容器发生的事故占整个压力容 ★国家质检总局科技计划项目(编号:2007QK108) 收稿日期:2009年11月 器事故总量的30% 左右。 要做到安全地开启或闭合快开门式压力容器,则 须对快开门盖闭合或开启动作实现必要的限制,即安 全联锁装置影响快开门盖开启或闭合运动(锁紧或放 开)时,容器内压值应接近零。因此,作为安全附件产品 的快开门式压力容器安全联锁装置,除了须有安装的 定性要求外,还应有相关功能指标的定量要求,本文就 此问题谈些看法。 2 开展快开门式压力容器安全联锁装置产品 型式试验的必要性 2.1 快开门式压力容器安全联锁装置是国家列入监 削过程中零件不会产生震动,且刚度也有所提高,从而 保证零件的加工要求。 磨削过程中虽然有磨削热产生,但由于磨削余量 很小,零件磨削时间较短,且有冷却液冷却,所以,磨削 过程中石蜡不会融化。 磨削加工完成后,接通夹具内置的加热器7电源, 使石蜡槽中的石蜡熔化,然后卸下放石蜡螺栓1通过放 流孔放出石蜡,并卸下零件,清洗掉零件上的石蜡后, 即可进行下一工序的加工。 3 注意事项 ① 石蜡倒人凹形石蜡槽9内要分3次进行,不能一 次倒人,因为石蜡熔化后温度较高,一次倒人后石蜡冷 却会使零件底部产生空隙,失去提高零件定位刚度和 稳定性的作用。 ② 零件必须先横向夹紧后,才能倒人石蜡,以免 零件横向存在间隙,影响其定位准确性和稳定性。 ③ 零件定位钢带的预紧力不能太大或过小,过小 钢带拉不紧,刚性差,定位不准。太大易拉断钢带,因 此,必须应用特殊的扳手控制夹紧力大小。 ④ 加工前,石蜡不能应用夹具内置的加热器加热 熔化,必须采用外部辅助加热装置熔化,熔化后倒人石 ll64l 2010/3 蜡槽内。 ⑤ 磨削开始前,石蜡必须完全冷却凝固。 4 结论 本文提出了微小回形零件的定位夹紧新方法,并 设计了一套精密磨削加工用的夹具。对类似零件的加 工具有一定的参考价值,其结构简单,定位夹紧方便, 采用多件磨削,生产率高。 参考文献 刘晋春,赵家齐,赵万生.特种加工【M].北京:机械工业出 版社,1999. 徐发仁.机床夹具设计[M】.重庆:重庆大学出版社,1996. 张毅,郭钢,徐宗俊.微小铁氧体零件振动磨削实验研究与 分析【J】.机械,2001,28(02). 融亦呜,朱耀祥,罗振璧.计算机辅助夹具设计【M】.北京: 机械工业出版社,2002. 郑本修.机械制造工艺学[M】.北京:机械工业出版社,1999. 王光斗,王春福.机床夹具设计手册(第三版)【M】.上海: 上海科学技术出版社,1999. 白成轩.机床夹具设计新原理[M】.北京:机械工业出版 社,1997. △ (编辑 凌 云) 机械制造48卷 第547期 1n{ g- .范围、实行制造许可的压力容器安全附4q- 《压力容器安全技术监察规程》(简称“规程”)第49 条规定:压力容器快开门(盖)及其锁紧装置的设计必 须符合以下要求: (1)快开门及其锁紧装置达到预定工作部位,方 能升压运行的联锁控制机能; (2)压力容器的内部压力完全释放,锁紧装置脱 开,方能打开快开门的联锁联动作用; (3)具有与上述动作同步的报警装置。 《规程》第140条规定:制造快开门式压力容器的安 全联锁装置的单位应经省级以上(含省级)安全监察机 构批准。 《规程》第169条规定:快开门式压力容器安全联 锁装置必须满足第49条的功能要求,应经试用和技术 鉴定,方可推广使用。 为了推动落实《规程》的要求,1992~z劳动部劳锅 字(gz)9号《关于加强快开门式压力容器安全监督与管 理工作的通知》,要求对快开门式压力容器及其安全联 锁的设计、制造、安装、使用按《规程》第49条的要求进 行专项整治。发文后在全国范围内通过普查和整顿,各 行各业开始在自己设计、制造或使用的快开门(盖)上 安装了安全联锁装置。 2oo6~z8月国家质量监督检验检疫总局国质检特 函~zoo6]705号《关于进一步加强锅炉压力容器安全监 察工作的通知》中再次提出了强化快开门式压力容器 监管的工作: 快开门式压力容器的设计、制造单位应严格执行 《规程》,确保每台快开门式压力容器设计、制造符合 《规程》第49条的规定。各省(自治区、直辖市)应着手开 展安全联锁装置专业制造单位的制造许可工作。有关 特种设备检验技术机构要加强对快开门式压力容器制 造的监督检验工作,对于在设计、制造上没有安全联锁 装置的产品,承担监检的检验机构不得出具产品安全 质量监检证书,产品严禁出厂销售。地方各级质监部门 要x,l-快开门式压力容器的使用单位进行重点检查,对 发现未安装安全联锁装置的快开门式压力容器,不予 办理使用登记手续;特种设备检验技术机构对快开门 式压力容器进行定期检验时,必须对安全联锁装置等 安全附件进行重点检验,x,/没有安全联锁装置的,检验 结论应为不合格。对无安全联锁装置的快开门式压力 容器,要求使用单位采取措施,按照《规程》第49条规定 进行整改,整改未达到要求的,不得继续投用。 2oo9~g1月,国家质检总局在公众留言回复中再次 强调:快开门联锁保护装置的许可工作已委托给各省, 目前有两种情况。有的省已开展许可212作,应按该省要 求执行;有的省尚未开展许可工作,沿袭《规程》规定的 机械制造48卷 第547期 做法,需要进行专家鉴定,专家鉴定的具体要求按该省 规定执行。无论哪种情况,快开门联锁保护装置都必须 符合《规程》及相关标准要求。 从上述中可以看出政府对监管的重视与决心,同 时也反映了当前快开门式压力容器和安全联锁装置不 够规范、事故多发的现状。 2.2 快开门式压力容器安全联锁装置是涉及多门学 科技术、型式多样的精密设备 快开门式压力容器安全联锁装置影响快开门开启 或闭合运动时,容器内压值应非常接近零,目前大量的 联锁装置,其回复压力值在0~0.03 MPa间,而这样的 压力范围,压力容器上通常使用的压力显示设备已无 法实现分辨与显示。同时,联锁装置又必须与容器承受 相同的工作压力(最大已达30 MPa以上),在不同的高 压、高温、潮湿、腐蚀等工况环境下,保持其持续可靠地 运行。联锁装置要达到这些功能,就必须采用各种技术 手段与方法,20多年中,已涌现出了数百种型号的联锁 装置,使用了机械、光电、电磁、计算机甚至无线远传技 术等控制手段来实现压力传感,而这些技术与通常的 压力容器本体制造技术相距甚远,难以在压力容器制 造行业发展。联锁装置产品虽然普遍使用,但其与快开 门盖的适用性如何不得而知。因此,不规范联锁装置产 品的功能要求与检验方法,确定适用性和可靠性,则很 难进一步提高快开门式压力容器使用的安全性。 2.3 开展型式试验可改变我国没有该类装置量化的 技术标准和检验检测手段的现状 《规程》中提出压力容器安全联锁装置功能要求已 20年了,由于没有量化的标准,故现在安全联锁装置的 产品本身和制造过程,缺乏质量与控制的概念,企业也 没有这方面的风险意识和检验手段,仅仅停留在功能 有没有,而是否适用、可靠等问题均未涉及。特种设备 检验技术机构对快开门式压力容器进行定期检验时, 虽然要求必须对联锁装置等安全附件进行重点检验, 但由于没有相应的检验方法和设备,导致联锁装置的 检验检测仅仅局限于以经验的积累和定性的方法来判 断装置的功能能否实现。 2.4 开展联锁装置型式试验可推动国内有关行业的 发展 我国的快开门式压力容器大量是引进国外设备后 仿制的,因其用途不同、名称不一,加之国内专业体系 的封闭性,故长期来具有相同或相近结构的各种不同 用途的快开门式压力容器,其快开门盖、联锁装置等设 计未能形成一致的方法。近年来在引进的国外设备中, 出现了一批结构形式和操作步骤比通常所使用的快开 门盖更为安全和合理,使用参数更高的快开门盖部件, 但因《规程》未给快开门盖以明确的定义,导致很难对 2010/3 回 其判断联锁装置的功能要求,也没有机构对这些新结 构进行研究、论证与吸收。 实践表明,《规程》和国内有关标准对快开门盖和 安全联锁装置均没有明确的定义和量化标准以及缺少 检验检测手段的现状,已严重影响了监管的具体实施。 怎样的结构可称之为快开门盖,联锁装置需达到什么 精度才算有效,如何测定安全联锁装置的指标,已成为 设计、制造、使用、检验单位想解决而又力不能及的重 要问题。而开展联锁装置型式试验是推动解决上述问 题的有效途径。 3 快开门式压力容器安全联锁装置产品型式 试验条件已经具备 3.1 已建立了联锁装置检测与实验的技术手段 2007年,我院获准列入国家质检总局科技计划项 目《压力容器用快开端盖和联锁装置的型式试验研究》 课题(2OO7QKLO8),把“探索建立一套对快开门盖及其 联锁装置进行实验室论证的途径和方法,作为国家对 快开门盖及其联锁装置设计、制造等行政许可的技术 支撑”为主要研究目标,在分析总结2O多年来国内这方 面研究未能深入发展原因的基础上,从以下两方面着 手,把快开门盖的结构与联锁装置的适用性研究作为 主攻方向: (1)研制开发了采用微压测试的方法,在0~ 0.1MPa(显示分辨率:1×10 MPa)范围内,对快开门 式压力容器安全联锁装置功能进行准确、便捷测试的 快开门式压力容器安全联锁功能测试装置— — 快开门 式压力容器安全联锁功能测试仪和快开门式压力容器 安全联锁功能测试台。 (2)应用基于虚拟技术的仿真建模研究,实现了 动态环境下仿真动态试验和技术分析。就典型快开门 结构开展“数值仿真”分析,寻找快开门盖在开启与闭 合过程中受各种因素影响的极限条件、估值区间,尤其 是在有一定内压情况下开门,冲击和碰撞对人产生的 危害程度的仿真分析,为安全联锁装置的功能测试,切 实提供了基础数据。 快YF门式压力容器安全联锁功 能测试仪实现了安全联锁装置在微 压下产生锁紧或放开动作时的实时 压力值测量,见图1。该测试仪是便携 式的,自动测得的有关数据除实时显 示外,还可被保存并与计算机连接, 通过软件处理,可制成图表等。它适 于现场使用,利于减轻工作强度和提 高检验工作的准确性、公正性。 快开门式压力容器安全联锁功 lI66I 2010/3 能测试台实现了容器安全联锁装置在微压下产生锁紧 或放开动作时的实时压力值测量及其重复、连续地进 行。见图2。该测试台自动测得的有关数据除实时显示 外,均被计算机保存,通过软件处理,可制成图表。 上述测试仪和测试台的研制成功,从根本上改变 了对快开门式压力容器联锁装置进行功能测试和稳定 性试验没有准确、便捷的测试工具的局面,进一步提高 了快开门式压力容器安全使用的可靠度,已向国家专 利局申请并被受理了发明、实用新型和外观等6项专利 (其中4项实用新型和外观专利已被正式授权)。 3.2 完善法规和标准等的工作为开展联锁装置型式 试验提供了基础 我们课题展开之际,正逢国家启动修订《规程》工 作。对此,课题组多次向《规程》修订机构提交了修改 《规程》涉及快开门容器条款的建议并被采纳,修订涉 及快开门式压力容器定义等问题的条款成为本次修订 的15项内容之一。另外,我们编写了《快开门式压力容 器安全联锁装置制造许可规则》和《快开门式压力容器 安全联锁装置型式试验规则》,并向国家质检总局提出 了立项国家规章的申请。通过这些努力,为开展联锁装 置型式试验奠定了基础。 3.3 开展联锁装置型式试验有较大的市场需求 从调研的情况看,现在国内开展快开门式压力容 器安全联锁装置制造许可和产品鉴定工作的省份已有 20多个,由于没有统一的标准和检验检测手段,只能以 见证制造企业已有的资料为主来开展认定工作,而制 造企业生产更因此而自以为是,造成产品良莠不齐、功 能形同虚设的状况,更促使社会需要开展联锁装置检 测与实验来正本清源。我们课题开展以来,已有数家设 计、制造、使用和检验单位得知后,要求出钱出物出人 且积极参与其中就是最好的说明。 4 开展快开门式压力容器安全联锁装置型式 试验需解决的几个问题 4.1 联锁装置功能参数的确定 ▲图1 联锁功能测试仪 ▲图2 联锁功能测试台 机械制造48卷第547期 现在常用的联锁装置,其实现限制快开门盖闭合 或开启动作的方式很多,涉及多种技术手段,体现各种 参数指标。但真正能够判断安全联锁装置适用且可靠 的安全功能指标主要是以下3个:联锁装置影响快开门 盖开启或闭合运动(锁紧或放开)时,压力容器内的实 时压力值和能连续可靠实现的次数。可简称为:联锁启 动压力、联锁回复压力、联锁疲劳寿命次数。型式试验 可围绕这3个基本指标来展开。 4.2 联锁装置型式的划分原则 快开门盖与联锁装置是快开门式压力容器上的2 个部件,快开门盖上安装了门盖和主体问带有相互配 套的密封锁紧装置和联锁装置。随着科学技术的发展, 设备的本质安全 理念得到了充分发挥,现在越来越 多的快开门盖结构及其密封锁紧装置中,已设计了保 证快开门盖未完全关闭就无法升压或设备中的压力没 有释放完毕就无法开启门盖的功能,即:原来独立的安 全联锁装置已融人到了快开门盖的结构部件之中。对 此,应该按照《规程》要求并结合本质安全的定义来认 定其设计的功能能否满足,可通过型式试验中的设计 审查来实现联锁装置功能的鉴别。 4.3 突破联锁装置发展的“瓶颈” 国家标准(GB/T 18831—2002)《机械安全带防护 装置的联锁装置设计和选择原则》中,对带防护锁定的 联锁装置的要求是: (1)防护装置没有关闭并锁定,机器的危险功能 因防护装置的“覆盖”而不能运行; (2)机器危险功能的伤害风险在消除之前,防护 装置保持关闭和锁定; 长江液压一科研成果获国家专利 四川长江液压件有限责任公司坚持以先进的设计理念和四十多 年液压技术开发经验的积累,打造长江液压的技术开发实力,取得了 丰硕成果。最近,该公司~项科研成果获得国家实用新型专利证书, 专利名称:用于高压齿轮泵的浮动侧板,专利编号:200820223605.7。 到目前为止,长江液压已累计有7项科研成果获得国家专利。(龚飞) ABB特高压直流输电项目再创纪录 ABB集团日前宣布,其与国家电网公司合作建设的向家坝一上 海800 kV特高压直流(UHVDC)输电线路建设工程上海奉贤换流站 日前顺利完成单极开路试验。该测试距离合同签订仅仅2年,创纪录 地比预定时间提前1年完成。 这项输电工程竣工后将成为世界上电压等级最高、输送容量最 大的输电项目。目前,全球电压等级最高、容量最大的输电线路是 ABB为巴西伊泰普水电站建设的600 kV输电项目,向家坝一上海特 高压直流输电线路的输电效率超过93% ,电力损耗低于7% 。 ABB为这一项目提供的设备包括14台400 kV换流变压器和l4 机械制造48卷 第547期 (3)防护装置关闭并锁定时,被防护装置“覆盖” 的危险的机器功能能够运转,但防护装置自身的关闭 和锁定不能使这些功能运行。 与《规程》比较,两者对联锁装置的安全功能要求 是一致的。但实际上,以现有的压力传感来控制动作的 联锁装置,是无法做到容器内压为零的情况下退出关 闭和锁定的,而容器内压到零的过程本身就无限漫长。 因而,目前绝大多数的联锁装置是做不到全“覆盖”危 险的。建议在以下方面加以研究,突破这个“瓶颈”。 (1)在充分研究影响快开门式压力容器开启或闭 合运动过程的各种因素基础上,就“伤害风险”提出新 的范围; (2)在不断提高压力传感灵敏度的基础上,调整 设计思路,增设新结构来实现容器内部压力完全释放, 锁紧装置脱开,方能打开快开门盖的联锁联动作用。 5 结束语 型式试验是为了确定产品能否满足设计和技术规 范的全部要求所进行的认证实验,是产品鉴定中必不 可少的一个环节。现在,以第三方形式来开展型式试验 的基本条件已经具备,完全可通过开展型式试验方法 来推动联锁装置产品的发展,提高快开门式压力容器 使用的安全可靠性。 参考文献 [1】TSG R0004—2009(固定式压力容器安全技术监察规程》 [S]. 【2] GB/T 15236~1994(职业安全卫生术语》[S】. △ (编辑 功 成) 台800 kV换流变压器,其中有1O台800 kV换流变压器是在瑞典制造 的,其余的则采用了ABB元件和技术,由ABB与本地合作伙伴特变 电工沈阳变压器集团有限公司在中国共同生产。此外,ABB还提供了 可控硅阀、直流开关场设备、交流开关场测量设备以及最新开发的 DCC800高压直流控制系统等多项关键设备。 (益直) 二重进入高速齿轮传动领域 中国第二重型机械集团公司最近与东方汽轮机有限公司签订了 大轴承试验台齿轮箱研制合同,标志着二重进入高速齿轮传动领域。 东汽的采购方案要求设计两台1 000 kW齿轮增速箱,输出轴最 高转速4 000 r/min,齿轮线速度达41 m/s,输出轴双向振动不大于 0.04 mm。二重的设计人员经过多次现场勘测,综合应用多种设计方 法进行大量分析计算后,按时给出了设计方案,经双方反复论证,最 终通过东汽评审,并签订了供货合同。 大轴承试验台齿轮箱研制合同的签订为二重在传动件领域开拓 了新的市场,也是该公司在加快产品结构调整上迈出的新的一步。 (郭自为) 2010/3 回
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