基于機械聯鎖裝置的管理模式及安全應用探討

龔達樂，王凱衛，吳剛，陸地

(中國石油工程建設有限公司 北京設計分公司，北京 100085)

油氣行業生產現場是企業產品和服務提供的主要場所，亦是企業生產安全事故的主要發生地。人、機、環境等諸多因素隨機變化，任何人的不安全行為，物的不安全狀態，環境的不安全條件以及管理制度、流程的缺陷，都可能導致生產安全事故的發生[1]。因此，企業安全生產管理的主戰場就在生產作業現場，隨著企業對安全生產、安全管理的重視，安全生產管理已經不只是安全部門和安全管理人員的責任，與現場所有人員息息相關，必須依靠現場所有人員共同完成。為了提高企業安全績效，必須重視生產作業過程的優化和生產人員的有效控制才能實現。因此，可靠有效的工業現場安全管理模式是油氣行業現場管理的重點。

1 工業現場安全管理現狀

現場安全生產管理又稱運行安全管理，是運用科學的管理思想、方法、手段合理配置和優化組合影響生產現場安全的要素，保證生產現場安全生產管理滿足規定的要求。現場管理要素包括： 人員、機器/設備、材料、方法、環境，隱患和風險同樣存在于以上方面；通過查詢類、支撐類、情景分析類、功能分析類等風險識別方法辨識出現場可能存在的安全隱患和風險，及時采取必要的防范措施或者指定對應的安全控制和消除風險[2]。依據現行的法律法規，目前大部分安全管理是通過建立各項安全生產管理制度體系規范生產過程參與各方的安全生產行為，通過建立安全管理制度、執行安全操作培訓、建立安全操作規程、執行安全操作檢查一整套閉環安全生產管理模式，以防止和避免安全事故的發生。

然而，“安全是設計和規劃出來的，而不是檢查出來的，設計是保障，檢查是輔助。”上述的安全管理模式都無法避免人為因素的影響，無法從本質上解決誤操作、誤判斷的問題，無法從根本上消除風險。

2 基于機械聯鎖裝置的安全管理模式

通常要求達到以下安全生產管理目標： 現場設備安全狀態是明確的，要求通過可視化工具展現出設備的不安全狀態；安全操作過程是可控的，要求通過各種可靠限制強制安全的操作行為；安全操作結果是可預知的，要求從本質上將操作流程固化，可判斷每一步驟操作結果。

對于油氣行業現場常見的安全風險采用基于邏輯聯鎖裝置進行安全管理，同樣需要通過各類風險識別方法辨識出現場可能存在的安全操作隱患和操作風險；進一步針對可能存在的安全隱患和風險設計與之相匹配的機械聯鎖裝置/系統，通過機械限制強制合規操作流程，杜絕誤操作帶來的風險發生，并且通過與之配套的程序控制箱可以顯示目前裝置/系統的狀態并儲存操作鑰匙。將該安全管理模式應用于存在操作風險隱患的各裝置、設備上，以期實現真實的現場安全操作過程可控制，安全操作結果可預見，現場設備安全狀態可見，達到操作過程的本質安全。

基于上述管理目標，結合最早應用于電力開關控制中的機械聯鎖裝置[3]，采用擋柱/銷、連板、拉桿或者鋼絲類機械機構，以機械位置的變動來限制操作空間，根據長期安全生產經驗總結出的安全操作特定步驟設計出一種安全設施[4]。將機械聯鎖裝置應用于油氣行業現場可操作部件，如閥門、按鈕、手柄等，即可實現通過機械部件強制規避誤操作。在閥門、按鈕、手柄操作部件之間用相互制約和聯動的機械結構來達到先后動作的聯鎖要求；用鑰匙由程序控制單元控制隨操作程序傳遞或置換而達到先后開鎖操作的要求。并且機械聯鎖在操作過程中有鑰匙的傳遞和鑰匙數量變化的輔助動作，符合操作規程中限定開鎖條件的操作順序的要求，與操作規程中規定的操作順序確保一致，所以容易為操作人員所接受。

采用機械聯鎖裝置與現場各操作部件固化操作流程，采用放置于控制室內的程序控制箱進行操作權限/鑰匙的獲取、操作流程的切換以及設備狀態的顯示，具體工作流程如圖1所示。若對于工業現場所有存在較大危險的操作流程以及對應被操作設備/裝置，都采用上述機械聯鎖裝置進行限制，通過程序控制箱進行統一安全管理，即可實現上述安全管理目標。

圖1 機械聯鎖裝置作用原理示意

3 基于機械聯鎖裝置的安全管理應用

大型油氣行業現場主要存在以下幾個方面的安全問題： 生產環境和條件嚴苛，常常伴隨著高溫高壓，生產介質易燃易爆；安全管理制度、安全檢查制度無法盡善盡美，無法完全杜絕安全事故發生；安全生產理應是按照嚴格的步驟和要求進行的，但是，操作員能力、安全生產意識無法保證，存在誤操作、違規操作現象，對于這些問題如果不予以重視，易造成嚴重的安全事故。以下根據油氣行業現場中常見的一些安全風險實例，采用機械聯鎖裝置進行安全管理，形成新的、有效的安全管理模式。

3.1 一種用于收發球筒的機械聯鎖裝置

在油氣管道建設及運行過程中，管道內壁會附著雜物、積液和積污等雜質，影響油氣管道的輸送效率和使用壽命，造成油氣管道內壁腐蝕，因此需要采用清管器定期清理管道內壁，清管操作時一般會配合收發球筒進行清管器的發送和回收[5]。清管操作過程中，作業風險較大，為了保證在收發球筒操作和維護期間的安全性，禁止收發球筒在帶壓狀態下打開，其連接線閥門需要按照特定順序操作，防止在操作時高壓流體泄漏造成人身傷亡，環境污染，財產損失等事故。

為確保清管作業安全，針對該類風險，通過在收發球筒所需操作的閥門/快開盲板上配置機械聯鎖裝置[6]，程序控制箱以及對應匹配鑰匙，形成固化的操作流程，從根本上杜絕了誤操作的可能。一種用于收發球筒的機械聯鎖裝置原理如圖2所示。

圖2 一種用于收發球筒的機械聯鎖裝置原理示意

3.2 一種用于冗余壓力變送器表決機制的機械聯鎖裝置

油氣行業經常涉及高溫高壓等危險性較高的應用場合，對于一些危險性較大、發生頻率高的潛在風險，會對安全儀表系統(SIS)的安全完整性等級(SIL)提出高要求，如高完整性壓力保護系統(HIPPS)[7]，SIL 3。基于現有制造技術，單個變送器無法達到對應SIL等級要求，需要多個冗余變送器進行表決輸出，如“三取二”“二取一”“四取二”等，使安全儀表功能(SIF)回路達到SIL等級要求。對該類應用場合，當存在某個變送器故障需要拆卸維修時，為了保證維修更換過程中SIF的可靠性及可用性，通常會要求同一時間只允許對表決壓力變送器組中的1臺變送器隔離進行拆卸維修操作，每臺變送器的維護需要依次進行。防止在維修操作過程中造成對SIF回路的影響甚至失效。

根據該要求設計了一種用于冗余壓力變送器表決機制的機械聯鎖裝置[8]，該裝置可以取代傳統的壓力變送器兩閥組與隔離閥的配置，在滿足工藝操作隔離泄放要求的基礎上，進一步確保操作人員按照預定的操作原則對所安裝的冗余變送器進行維護檢修更換等操作，在維護檢修更換冗余變送器期間依然保持整個SIF的可靠性和安全性。一種用于冗余壓力變送器表決機制的機械聯鎖裝置原理如圖3所示。

圖3 一種用于冗余壓力變送器表決機制的機械聯鎖裝置原理示意

3.3 其他可擴展應用

隨著油氣行業現場風險辨識的細化深入，現場安全意識的不斷加強，安全操作要求的不斷提高，各種涉及到安全的現場操作被重視起來，比如安全泄放閥的運行與檢維修[9]，火炬氣排放的運行與檢維修[10]，并行裝置開車與切換；跨專業間設備之間的聯鎖，如電氣開關柜、泵就地控制盤與泵前后閥門之間的聯鎖。這些實際應用場合都可以根據現場安全操作要求以及正確的操作流程，設計采用對應機械聯鎖裝置保障操作安全。

4 結束語

為加強油氣行業安全管理，需要優化企業安全管理模式，強制企業生產合規操作，簡化企業安全檢查流程，實現油田生產管理的本質安全。本文針對油氣行業存在的幾個主要安全問題，探討采用一種基于機械聯鎖裝置的安全管理模式，其主要目的在于機械設備的穩定性以及可控性，針對存在風險的現場操作流程，根據安全操作邏輯采用機械結構強制限制，杜絕人為因素在操作過程中的影響，從而達到操作過程本質安全的目的。隨著中國油氣行業對于安全的愈發重視，更先進的安全管理理念，管理模式將得到進一步的發展。