摘　要：快开门式压力容器爆炸事故在压力容器事故中占有较大的比重。因此快开门式压力容器的安全运行关系与人民的生命与财产安全息息相关。本文在对近年来快开门容器爆炸事故统计分析的基础上，对典型快开门式压力容器，包括齿啮式与平启式，进行了爆炸失效原因分析。针对快开门式压力容器爆炸事故的起因，提出了相关的对策与急需研究的课题。相关研究结论可以为该类事故的预防提供参考。

　　关键词：快开门式压力容器；安全联锁装置；爆炸失效原因

　　1、前言

　　快开门式压力容器作为关键性生产设备被广泛应用于化工、轻工、纺织、建材和医药卫生等行业。据统计，快开门式压力容器爆炸事故约占国内压力容器事故的三分之一。因此快开门式压力容器的安全运行关系到人民的生命与财产安全，也受到了政府及各级主管部门的高度重视[1]。国家质检总局也颁发了相关的规定，《压力容器安全技术监察规程》（以下称《容规》）第49条规定，快开式压力容器的快开门必须设置安全联锁装置，并且安全联锁装置应具备以下功能：（1）快开门达到预定关闭部位方能升压运行的联锁控制功能。（2）当压力容器内部压力完全释放，安全联锁脱开后，方能打开快开门的联锁联动功能。（3）具有与上述动作同步的报警功能[2]。目前，快开门式压力容器事故得到了一定遏制。然而， 由于种种原因， 快开门式压力容器的安全问题并没有得到根本好转， 在某些行业和部门这类设备的爆炸事故仍然频繁发生。

　　根据以上情况，国内外各监检部门和研究院所对快开门式压力容器爆炸事故的规律分析与对策研究开展了大量的工作。如2000年南昌大学与南昌市劳动局针对两起快开门压力容器失效爆炸事故（江西某市乡镇建材厂的蒸压釜爆炸与江西省某省级医院的消毒柜爆炸）进行了分析，认为： 除了未按《通知》要求装设安全联锁装置这一主要因素外， 企业的安全生产意识淡薄、系统设计不当、使用管理不善、操作人员素质不高也是重要的因素。对此提出了预防对策：加大安全监察力度、研究开发新型快开门式压力容器安全联锁装置、加强企业人员安全教育、提高使用管理水平、建立规范的操作规程[3]。2005年广东省轻工业协会陈佩芳针对染整设备中快开门安全联锁装置的联锁结构，提出了预防快开门压力容器安全联锁装置失效的检验要求[4]。2006年山东威海市质监局张旭东等对某硫化罐制造厂铸钢件的追踪调查，从设计与制造等方面对缺陷的成因做出了分析和结论。认为罐口、齿环裂纹是导致硫化罐事故的主要原因，对此提出了针对罐口、齿环的检测方法[5]。有些专家也通过提出新型的安全联锁装置，来提高快开门式压力容器的安全性[6-9]。

　　从文献上看，国外针对快开门式压力容器事故规律相关的研究较少。针对快开门式压力容器的设计，早在1994年诺丁汉姆大学机械工程学院的Smith和Hyde等人就提出了有限元法来分析快开门结构的应力水平，且分析结果与试验相比表现出了很好的一致性[10]。1999年该课题组的Casey与Hyde等人认为对于一般的管式轴对称快开门结构，最大应力出现在卡箍与门盖的啮合部位[11]。

　　目前国内虽然各省市质检部门已开展了相关的研究，但针对快开门压力容器事故规律的系统性分析尚未见报导，相关研究只针对了个别的快开门容器事故，并没有系统提出有效预防快开门压力容器爆炸事故的对策。

　　2、统计分析

　　根据国家质检总局事故通报统计，2006年全国发生压力容器爆炸事故36起，其中快开门压力容器事故7起，约占20%；2007年发生压力容器爆炸事故29起，快开门压力容器事故7起，约占24%。可以看出，快开门式压力容器爆炸事故与以前相比虽然得到了一定程度的控制，但快开门式压力容器的安全问题并没有得到根本性的好转。

　　目前在用的快开门式压力容器多采用齿啮式与平启式（卡箍式）结构。而齿啮式由于其自身的结构原因，产生的爆炸事故又占目前快开门式压力容器爆炸事故的多数。同时爆炸产生的主要时机为存在余压时开门与低啮合度时升压。以下拟针对齿啮式与平启式结构进行失效原因分析。

　　3、典型结构分析

　　3.1齿啮式结构

　　在顶盖法兰和端部法兰在圆周方向加工出均匀分布的啮合齿，通过将顶盖法兰旋转某一角度， 可实现顶盖法兰齿和端部法兰齿之间的啮合和错开， 从而达到齿啮式结构快速开关盖的目的。图1为某单位制造的典型齿啮式快开门结构，其安全联锁装置主要由4部分构成，其中安全销属于手动保护装置。行程安全销、超压安全阀与报警灯属于电动保护装置。每部分主要功能如下：

　　图1齿啮式定型罐

　　A正视图；B侧视图

　　（1）行程安全销

　　当门盖旋转至关闭位置时，位置探测器发生感应，启动安全销，安全销穿入法兰与门盖上的安全孔，起到限制门盖旋转的作用，实现有压状态的安全保护。

　　（2）安全销

　　在门盖关闭后即插入安全销，起到防止门盖的弹出和连接门盖与动力旋转杆的作用。

　　（3）超压安全阀

　　启动开盖操作时，行程安全销逐渐打开，同时安全阀开启，将容器内余压进行泄放。

　　（4）报警灯

　　快开门盖达到预定关闭部位升压时报警；当内部压力完全释放，行程安全销脱开后报警；快开门没有达到啮合要求时不能实现进气，且报警；容器内压力大于最高余压要求时，不能打开门盖，且报警。

　　齿啮式快开门结构失效原因主要为安全联锁装置失效与误操作等。通过对该装置的分析认为主要存在以下原因导致容器产生爆炸失效。

　　（1）安全联锁装置失效

　　安全联锁装置除安全销以外，均由电子元件控制。据生产厂家介绍，由于对快开门式压力容器成本的控制，电子元件多采用低价国产产品，电子元件工作环境温度高导致电子元件易失效。一般规定安全阀与压力表需要定期检验，但由于使用单位安全意识差，一般不对其进行检验。且快开门容器用户在安全联锁装置相关电子元件失效时，一般不能实现快速维修。为保证生产效益，在容器能继续使用的前提下，使用单位一般仍继续生产。在容器受安全联锁限制，而不能运行时，用户一般拆掉安全联锁装置采用人工操作的方式继续使用快开门容器。此时容器在使用过程中的安全隐患大大提高，如产生误操作等易发生爆炸事故。

　　（2）误操作

　　开启泄压装置，在执行开盖动作前，行程安全销逐渐打开，超压安全阀也同时开启，容器内压力逐渐泄放。在该过程中，行程安全销退出法兰与门盖上的安全孔后即可以实现开门动作。如此时的安全阀未能将容器内部泄放完毕，强行开门时会产生爆炸事故。正常情况下采用行程传感器来确定门盖是否完全关闭，若行程传感器失效时，在门盖未完全关闭时进行强行升压，由于低啮合度的低承压能力，也会引起爆炸事故。

　　（3）未安装安全联锁装置

　　而有些容器使用单位为提高生产效率，购入容器后即自行将安全联锁装置拆掉。据最新统计，浙江省内某市共有517台快开门式压力容器，未安装安全联锁装置的大约有78台，占了很大的比例。而安装联锁装置且能满足《容规》49条的只占约20%，约80%的安全联锁装置不能满足第三项要求，即没有同步报警功能，也即在存在误操作时不能实现有效的警示。目前相关设备正在整改中。

　　3.2平启式结构

　　主要由各自固定在罐体和罐盖上的两半罐体法兰和罐盖法兰的移动实现快速关闭。两半法兰相接处设置有锁定机构，锁定机构的下方导板上设置有带安全销的锁紧传动机构，且该锁紧传动机构与固定在框架上的动力机构相接。具体结构如图2所示。其同步报警主要靠减压阀的排气声音来实现，并未有专门的报警装置。

　　图2 平启式（卡箍式）硫化罐

　　A 开盖状态；B关盖状态

　　由于在开启起始段，仍有部分法兰啮合，容器内余压很快泄放完毕。因此余压开门时造成的爆炸事故较少。而由于带余压开门时极速喷出的蒸汽等介质有可能将周围操作人员烫伤。因此开门压力也不能过高，过高会增加蒸汽的喷射距离。同时行程开关等失效，也易导致门盖与筒体的法兰在低啮合度升压时爆炸。

　　目前如图2所示的硫化罐的压力泄放主要靠时间来控制，一般泄放时间为50-60s，若泄放装置存在堵塞等故障时，系统在泄放时间过后即开启门盖，此时也存在一定发的危险性。

　　4、 结论

　　目前关于快开门式压力容器的爆炸事故，笔者认为主要存在以下原因：

　　（1）没有统一的安全联锁装置设计制造标准，安全联锁装置质量参差不齐，重要电子元件质量得不到保证；（2）不同规格的快开门式压力容器的安全联锁装置功能要求一致，导致小尺寸容器也需装配与大尺寸容器相同的安全联锁装置，而小尺寸容器的价格可能还没有其安全联锁装置的价格高；（3）使用单位的管理人员与操作人员缺乏安全意识，擅自拆掉安全联锁装置，导致误操作（包括带压开门、低啮合度加压等）得不到警示；（3）关于容器开门时的放空没有明确要求，是放空到压力表显示为零还是接近零存在较大的差异，而带余压开门是爆炸事故的主要原因。

　　针对以上原因，笔者认为快开门式压力容器的相关标准法规应尽早健全；关于不同结构的快开门式压力容器应提出不同的安全要求；对开门时的最高余压要求和最低啮合度要求应尽快开展相关的研究。美国等西方国家，大多数快开门结构均采用机械式安全联锁装置，由于其操作人员的高素质，其操作的可靠性也很高，出现的事故数量远远少于国内。国内也可以参考，在提高操作人员的安全素质的前提下，简化快开门式压力容器复杂的安全联锁装置。

　　参考文献：

　　[1]郑津洋。 快速开关盖式压力容器。 化工装备技术。1997

　　[2]国家质量技术监督局。 压力容器安全技术监察规程。北京： 中国劳动社会保障出版社， 1991

　　[3]胡兆吉，黄克敏，刘兴林。 在用快开门式压力容器的失效事故分析及其预防对策。 化工装备技术， 2000,21（6）：15-18

　　[4]陈佩芳。 染整设备快开门安全联锁装置的安全技术与质量控制。 广东化工， 2005, （10）：48-50

　　[5]张旭东， 宋建伟。 定期检验中硫化罐铸钢件的检验与评定。特种设备安全技术， 2006,（1）：33

　　[6]王敏。 新型块开式压力容器安全联锁装置。 中国设备工程， 2005,03:45-46

　　[7]罗秋玲。 一种简易快开门式压力容器及其安全联锁装置的设计改进。 锅炉压力容器安全技术， 2004,（1）：52-53

　　[8]胡建成。 新型快开门式压力容器安全联锁装置。 中国特种设备安全， 2007, 23（5）：57-58

　　[9]龚曙光，谢桂兰。 压力容器安全联锁自动快开门装置的研制。 化工装备技术， 2004, 25（1）：37-39

　　[10]B. Smith, T.H. Hyde. The design and analysis of a quickreleasepressure-vessel door closure. Journal of processmechanical engineering. 1994, 208（E2）：139-145

　　[11]G.A. Casey, T.H. Hyde, N.A. Warrior, B. Smith. Stressintensity factors for circumferential cracks in pressure vesseldoor closures. International Journal of Pressure Vessels andPiping. 1999, （76）： 1-12