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简谈机械联锁安全系统的设计与应用

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简谈机械联锁安全系统的设计与应用
作者: 佟锡江 于秀英 徐向明
( 大庆石化工程有限公司 163714)
摘要: 中国当前尚无机械联锁系统的设计标准及规范, 本文根据我公司实际承担的几套聚乙烯装置的实际设计经验, 结合外商设计原则, 针对机械联锁的应用以及设计等的特殊要求进行了简要介绍。
关键词: 机械联锁; 设计; 应用
Brief introduction for designing and application of mechanical interlock-system
Tong xijiang Yu xiuying
(Daqing Petrochemical Engineering Co., Ltd.163714)
Abstract: There is not applicable code and standard for mechanical interlock-system in China now, combining with design principle of foreign company, brief introduction for its special requiements of designing and application is given here according to our experience during several PE plants design.
Key words:Mechanical interlock-system; Design; Application
l  引言
”安全是设计和规划出来的, 而不是检查出来的, 设计是保障, 检查是辅助”,机械联锁就是化工装置中的重要安全保障措施。从 初年至 底, 大庆石化工程有限公司先后承担了中国石油大庆石化公司20万吨/年高压聚乙烯装置、 大庆石化公司25万吨/年全密度聚乙烯装置、 兰州石化公司20万吨/年高压聚乙烯装置等多项工程项目的设计任务, 这些项目大量地应用了机械联锁系统, 以确保装置安全可靠运行。本文根据这几套装置的应用实例, 简要地介绍了机械联锁系统在石油化工领域的设计与应用。

2 机械联锁简介
机械联锁系统是为防止人为操作失误而人为设置的必须按照指定顺序操作, 否则无法进行后续操作的机械的安全操作系统。
机械联锁系统采用钥匙编码系统的机械联锁设施来确保操作人员按照预定的程序对相应的安全设施进行开启、 关闭或隔离操作。
按照一定次序来传递钥匙, 即所谓的”联锁”, 在国外广泛地被安全部门、 保险机构、 标准机构认为是用来防止操作错误的最可靠、 最经济的方法。
每把钥匙都带有唯一的编码, 该编码与钥匙柜中的编码及用该钥匙进行锁定的设施的编码相对应。该编码机构可有效防止当一个系统正在运行时对另一个系统进行的误操作。
2.1 机械联锁的起源与发展
机械联锁最早应用于电力开关控制上, 是人们根据电力操作的特定顺序和长期的安全生产经验设计出的一套避免人为操作失误的安全设施。 后来, 由于其操作的可靠性、 安全性, 逐步将其应用到了石油、 化工 、 核电等领域。

机械联锁安全系统在石油化工领域的应用最早开始于上世纪90年代初, 主要应用于欧美一些发达国家的生产装置上, 本世纪初由于中国大量引进了一些石油化工工艺技术以及一些大型合资化工企业在中国的落户( 如赛科等) , 随之, 也将机械联锁安全系统带进了中国。
2.2 机械联锁安全系统组成
机械联锁安全系统一般由阀门、 阀锁、 钥匙、 钥匙柜、 控制开关等组成。可由一个阀门或由多个阀门串联组成。

2.3阀锁型式
阀锁的型式主要分为:
（1） MRL(Multi Rotate Lock)多回转锁, 主要应用于闸阀、 截止阀、 齿轮传动等阀门上;
（2） NDL(Ninety Degree lock)90度回转锁, 主要应用于球阀、 旋筛阀、 蝶阀等90度旋转的阀门上;
（3） HL(Hybrid Lock)( 可根据需要进行设计的其它种类的阀锁) 。

2.4阀锁的特点
（1） 所有联锁机构均采用符合国际标准的不锈钢材料
（2） 设计的可靠性和完整性, 无须维修,但应定期保养
（3） 设计与制造的紧凑性和易于操作的特点
（4） 防火设计
（5） 易于与阀门连接

3 机械联锁安全系统的设计与应用
3.1标准
机械联锁安全系统的设计和制造当前尚无统一的标准, 一般都采用制造商标准。例如: 德国的GST、 英国SFC、 荷兰的Netherlocks等标准, 中国同样没有这方面的标准规范, 仅扬州罗克阀锁科技有限公司开始研发并制造了机械联锁产品。

3.2 设计与应用

当前, 机械联锁安全系统在中国的应用还仅局限于引进工艺技术的装置上, 被动于专利商的要求。近年来, 中国也越来越重视生产装置的安全性, 机械联锁在中石油、 中石化等重要装置中开始应用。例如, LDPE装置的火炬排放系统、 反应器排放系统; FDPE装置的压缩机透平安全操作系统; 各类装置的安全阀排放系统等都应用了机械联锁设施。这样, 大大地提高了装置的安全性, 完全能够避免人为操作失误而造成事故发生。

3.2.1安全阀运行与维修状态的应用
当前应用最广泛的就是安全阀排放系统, 如图, 其主要目的就是防止安全阀前后切断阀由于操作失误处于不正确的位置而引起事故的发生。例如: 如果安全阀在检验后恢复安装, 其切断阀忘记打开, 生产运行时设备超压, 此时, 不可想象将会发生什么? 但如果我们采用了机械联锁, 什么都不用担心了, 当维修安全阀时, 其操作是这样的:

（1） 将位于控制中心钥匙柜中”PSV-XX联锁”位置上的钥匙PSV-XXA取出。
（2） 用钥匙PSV-XXA将位于安全阀PSV-XX入口切断阀解锁, 关闭, 然后锁定。该操作将PSV-XX入口切断阀上的钥匙PSV-XXB释放。
（3） 用钥匙PSV-XXB将位于安全阀PSV-XX出口切断阀解锁, 关闭, 然后锁定。该操作将PSV-XX出口切断阀上的钥匙PSV-XXC释放。
（4） 将钥匙PSV-XXC放入控制中心钥匙柜中
完成以上步骤, 切换至维修状态即告完成。　
切换至正常操作状态的步骤与以上步骤正好相反。　
同样, 爆破片的应用也是这样。

3.2.2火炬气排放运行与维修状态的应用

( 1) 将位于控制中心钥匙柜中”联锁”位置上的钥匙1P取出。用钥匙1P将位于火炬收集器上对应的火炬放空阀解锁, 关闭, 然后锁定。该操作将火炬放空阀上的钥匙1Q释放。
( 2) 用钥匙1Q将位于火炬收集器上的排大气放空阀解锁, 开启, 然后锁定。该操作将火炬放空阀上的钥匙1R释放。
( 3) 将钥匙1R拔出并放入位于控制中心钥匙柜中相应”联锁”位置。
( 4) 完成以上步骤, 切换至维修状态即告完成。　
切换至正常操作状态的步骤与以上步骤正好相反。　
试想, 如果维修状态主管道上阀门未关闭, 或者开车时主管道上阀门忘记打开, 此时将会发生什么, 不可想象。而采用了机械联锁系统, 这种情况不会发生。

3.2.3 脱气仓与高压氮罐之间运行与维护
脱气仓中含有一定量的乙烯等可燃气体, 为防止浓度积聚而发生爆仓事故, 采用向脱气仓中充氮的方式避免事故的发生, 这样就对氮气切断阀的管理要求十分严格。采用机械联锁的操作步骤如下:

( 1) 将钥匙柜中”去脱气仓联锁”位置上的钥匙3.2A取出。用钥匙3.2A将氮罐下游高压氮气线上的手阀解锁, 关闭。钥匙3.2B得到释放。
( 2) 将钥匙3.2B拔出并放入位于控制中心钥匙柜中。
完成以上步骤, 切换至维修状态即告完成。其它类同。
切换至正常操作状态的步骤与以上步骤正好相反。
只要阀门没有正确打开并锁定至向脱气仓方向开启, 就不得启动或运行该装置。
3.2.4排放罐的运行与维护
由于高压聚乙烯装置的工艺特点, 排放罐V1301运行时, 罐内应加入热水, 保持一定液位并充满氮气, 同时使用蒸汽加热并经过核料位计检测液位。当装置跳车时, 会将反应器中的乙烯迅速排放到放空罐中, 排放时产生的聚乙烯粉末会聚集在罐底, 切换到维护状态时, 需特别考虑其安全要求, 其操作要求如下:

（1） 对反应器排放罐进行检查后, 在控制室将七个紧急排放阀XV13001、 XV13002、 XV13003、 XV13004、 XV13005、 XV13006、 XV14001、 关闭。
（2） 从钥匙柜中”V1301联锁”位置上取出钥匙2A。用钥匙2A将一次机的新鲜乙烯进料阀关闭并将其联锁。此时钥匙2B得到释放。
（3） 用钥匙2B将XV13007下游的中压蒸汽线阀门解锁。该手动阀门关闭并联锁。( 限位开关ZSHL13008给出”关闭”信号) 。钥匙2C得到释放。
（4） 在正常操作时高压氮气线24MM-NH06303-1TA8上的手阀关闭。 钥匙2C必须处于插入状态。 此时钥匙2D得到释放。 钥匙2D拔出后该手阀处于联锁状态。
（5） 从中心控制室将低压氮气线上阀门13018关闭( 由限位开关ZSHL13018给出”关闭”信号) 。用钥匙2D将低压氮气线上HV13108上游的手阀解锁, 关闭并联锁( DCS上必须给出流量计FA13007测出的”最小流量”报警信号) 。该操作将钥匙2E释放。
（6） 在关闭热水线之前, 必须检查反应器排水罐内热水温度。温度监测信号来自TI13142, 压力经过控制室内的LSHH13001和LE13002监测。
（7） 在控制室内将HV13020阀关闭( 限位开关ZSHL13020给出”关闭”信号) 。 用钥匙2E将热水线HV13020上游的手阀锁定、 关闭并联锁。 该操作将使钥匙2F得到释放。
（8） 用钥匙2F将核料位计LSHH13001及LE13002的放射源解锁、 关闭并锁定。该操作将使钥匙2G得到释放。核源的开启是经过限位开关及压缩空气控制的。
（9） 排污罐上的排污阀打开后, 此时可小心打开HV13021阀( 由限位开关ZSHL13021给出”开阀”信号) 。经过排污罐内的过滤器将水中的杂质滤除, 然后排至非含油污水地漏。
（10） 使用钥匙2G时, 将罐底压盖的锁定机构解锁。该操作能够使V1301罐底压盖开关进行开启操作, 由液压机构推动缓慢打开。
（11） 只有当以上各条中列出的各种条件得到验证, 并检测到限位开关处于正确位置时, 罐底压盖才能够打开。　否则, 罐底压盖将不能打开。　开启后将钥匙2F释放, 并将钥匙2F放入控制室钥匙柜对应的位置中。
关闭反应器排放罐的步骤与以上次序正好相反。

3.2.5钥匙柜与装置开车
钥匙柜位于中心控制室。钥匙柜是用来存放按锁定次序进行开启、 关闭操作的钥匙的安全地方。
每把钥匙都有一个指定的位置。在每把钥匙放置处均设有标明该钥匙用于启动哪个阀门或系统的必要信息, 钥匙放置处带有编码, 该编码与钥匙编码相同, 这样能够避免操作人员将钥匙插入错误的位置。
钥匙柜中的钥匙分类放置, 以便经过观察即可看出用来启动或操作装置的钥匙是在柜中, 以及经过观察钥匙的存在就可看出哪些设备处于维修状态, 哪些设备处于运行状态。
钥匙的拔出与插入必须经由负责维护的人员及控制室的操作人员完成, 而且应有记录、 注明日期并签字。
另外, 还能够根据工艺安全级别排序要求, 经过在钥匙柜中设置的微动开关与DCS联络并显示已在或不在钥匙柜中等信号, 提醒操作人员注意; 还能够经过设置当所有装置开车所需的重要钥匙均已插入钥匙柜中时, 才能将总钥匙Z得到释放, 并将其插入ESD控制盘上相应的位置的方法, 控制装置安全开车。
如果总钥匙Z没有插入ESD控制盘, 装置将无法开车、 运行。
如果总钥匙Z已经插入ESD控制盘, 钥匙柜中已设定与装置开车有关的任何钥匙无法拔出。

以上仅仅是对机械联锁安全系统的部分应用实例进行了说明, 在实际应用中并不限于这些, 用户或设计人员可根据实际的工艺安全要求, 并根据机械联锁的特点自行进行设计, 以确保装置安全。如精制单元生产工况与催化剂再生工况也是一个很好的应用实例。

4.结束语
当前, 中国扬州罗克阀锁科技有限公司已经开始生产机械联锁产品, 结束了以往国外产品一统天下并价格高昂的历史, 以其低廉的价格、 优质的产品质量闯入了中国这一新兴市场, 也为机械联锁在中国的广泛推广和应用奠定了基础。
以上针对机械联锁的特点, 在其设计及应用方面作了一些初步的介绍, 由于篇幅有限, 介绍并不全面。另外,呼吁相关部门尽快制定机械联锁相关规范, 象安全阀一样, 将其纳入法规, 比如制定制造标准、 设计原则, 定期维护等法规。
机械联锁系统完全能够防止人为误操作, 确保人员和设备的安全。一点点的安全投入, 一把钥匙、 一把锁, 它会成为你生命的”保护神”, 为企业的安全保驾护航。

作者简介:
佟锡江, 男, 高级工程师, 1990年毕业于齐齐哈尔轻工学院, 从事石化装置设计, 曾参与多套聚烯烃装置设计与管理工作, 现任大庆石化工程有限公司项目部项目经理神华包头煤制烯烃项目聚乙烯装置项目经理。
于秀英, 女, 高级工程师, 1989年毕业于天津大学, 从事石化装置设计, 曾参与多套聚烯烃装置设计与管理工作, 现任神华包头煤制烯烃项目聚乙烯装置管道专业经理。
徐向明, 男, 工程师, 毕业于西北师范大学, 从事石油化工装置建设与管理工作, 曾参与多套聚烯烃装置的建设与生产管理工作, 现任兰州石化公司聚烯烃事业部副经理。