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    為了實現大口徑高壓油氣管道建設用快開盲板國產化，采用有限元分析方法，自主研發了MB-ZS安全自鎖型快開盲板。該盲板為自鎖環式雙相鋼制鎖緊結構和整體自緊密封結構，具有多重聯鎖與雙重報警功能，操作高效、便捷?；诟邏?、大口徑、低溫及巨大沖擊載荷的要求，在以下幾方面實現了創新。

1、專用軟件開發

    MB-ZS安全自鎖型快開盲板采用ANSYS軟件進行有限元分析計算（圖1、圖2），可得出：局部最大應力出現在端法蘭的半圓形處，通過應力分類法進行評定；密封槽與密封面的位移差，即密封間隙的控制變量為0.43mm。

    MB-ZS安全自鎖型快開盲板采用應變電測法進行應力測試（圖3），測試結果與有限元分析結果吻合，驗證了該類產品有限元計算模型的正確性和可靠性。在原有APDL命令流基礎上，采用Javaee6.0和VC6.0語言，開發出專用于安全自鎖型快開盲板的有限元分析計算系統，實現了快開盲板有限元優化分析設計的自動化，適用于符合壓力容器設計標準、結構相同的其他不同規格快開盲板的分析與設計，并能自動生成有限元分析報告，使用便捷高效、結果正確可靠。

2、密封系統優化

    橡膠密封件的失效包括剛性變化、溶脹、擠入間隙中、收縮、裂紋增長或瞬間破環等。密封結構、密封材料類型、密封間隙及密封面光潔度是影響密封系統失效的關鍵因素。

    MB-ZS安全自鎖型快開盲板采用唇形自緊密封結構，密封圈采用不銹鋼與橡膠整體模壓成型，密封配合面采用平推式結構，適用于高壓工況。首先，選用在石油天然氣介質中性能優良的低溫丁腈橡膠，經-40℃低溫脆性試驗檢驗合格，確保在低溫下密封圈保持良好的彈性、尺寸不收縮；其次，優化快開盲板的鎖緊機構，將大口徑高壓快開盲板的密封間隙從2mm減小至0.6mm，避免了由于密封圈內外壓差高、反復使用導致密封圈擠到密封間隙造成機械損傷而失效；最后，為了保證快開盲板在全壽命周期內的密封可靠性，采用密封面堆焊防腐材料的方法，提高密封面的抗腐蝕性，從而保證密封面持久光滑、密封可靠。

3、結構優化設計

    （1）鎖緊機構結構優化。鎖緊機構的結構決定了快開盲板的結構形式，安全自鎖型快開盲板鎖緊采用自鎖結構，雙相不銹鋼鎖圈既能承受高壓，又具有良好的彈性和耐磨性。但隨著快開盲板壓力和直徑的增大，鎖圈厚度增加，導致收縮擴張力隨之增大，給操作帶來不便。通過計算和測試分析，將原中小型盲板的一體式鎖圈改為分體式鎖圈（圖4），即將原來整體一塊的鎖圈改成由鎖塊和內鎖圈組成，其中鎖塊承受壓應力，其厚度取值應滿足強度和穩定性要求，而內鎖圈厚度取值應該達到收縮和擴張鎖塊所需力小于200N的目標。

    （2）頭蓋選材優化、回轉機構結構優化及整體有限元變形分析?？扉_盲板質量的增大容易引起頭蓋變形且下垂，進而導致快開盲板開啟不便。針對設計壓力12.6MPa、內徑1550mm、設計溫度-40℃的安全自鎖型快開盲板，采取以下優化措施：①快開盲板頭蓋材料選20MnMoD鍛件，相比選用16MnD鍛件質量減輕17％，端法蘭材料仍選用16MnD鍛件，以便與設備筒體材料焊接時性能良好；②將快開盲板的啟閉機構連接支撐由圓鋼管改為矩形冷彎空心型鋼，使上下連接板的受力更加均勻，減少了變形量；③采用有限元分析軟件ANSYS，對快開盲板的頭蓋和啟閉機構進行整體有限元分析，快開盲板從開啟到重力力矩最大狀態時，頭蓋連接支架最大變形出現在上支架靠近頭蓋重心一側的上方，最大變形量為0.23mm（圖5）；頭蓋因自重產生的最大變形出現在遠離門軸一側的邊緣處，最大變形量為0.50mm（圖6），遠小于設定的偏移量4mm，避免了頭蓋因自重下沉而導致開關不便。

    （3）門軸機構優化?？扉_盲板門軸既受到垂直向下的重力，又受到頭蓋對其側向的力矩，隨著快開盲板直徑與壓力的增大，頭蓋對門軸的側向力矩越來越大，僅靠原來軸與軸套的配合，會因偏心矩過大而導致轉軸出現一定角度的偏心，轉軸徑向壓力增大，繼而造成快開盲板開啟時因摩擦力過大而操作不便。為此，采用組合軸承，將滑動摩擦變為滾動摩擦，較好地解決了這一問題。

4、整機低溫性能試驗

    為確?？扉_盲板對低溫工況的適應性，除了選擇具有良好低溫性能的材料外，還將其放入低溫實驗室進行實體試驗加以驗證?？扉_盲板低溫試驗系統（圖7）由試驗產品、試驗工裝、實驗室及儀表閥門等組成：試驗產品為MB-ZS-10/1000安全自鎖型快開盲板；試驗工裝由殼體、鞍座、管口組成；實驗室為-42℃可調控式冷庫，配有就地壓力表、壓力遠傳儀表、溫度遠傳儀表及視頻監視系統，可遠程監測環境、介質及盲板頭蓋外壁各位置的實時溫度和介質壓力；試驗介質為-40℃低溫導熱油。在試驗前，通過多次升壓和分段降溫的方式，逐步將介質溫度降至-36±2℃，容器內部壓力0.5MPa，環境溫度為-42~-38℃，保持了10天。第11天，首先將試驗裝置緩慢升壓至3MPa，保壓15min；第二次升壓至5.5MPa,保壓15min；第三次升壓至8MPa,保壓15min；第四次升壓至10MPa，保壓4h。在整個低溫試驗過程中快開盲板無滲漏，驗證了其低溫適應性。

5、清管器接收緩沖裝置

    針對大型清管檢測器可能對快開盲板產生巨大沖擊載荷的問題，采用液壓緩沖、氣體儲能原理[7-11]，發明了一種清管器接收緩沖裝置（圖8），可以在大負荷工況下安全、高效地減速和吸收能量，其裝置結構緊湊、體積小、質量輕、無反彈、安全可靠。

    根據動量定理，未設緩沖裝置時，4500kg的清管檢測器以4m/s的速度重擊快開盲板，盲板頭蓋將受到18000kN的沖擊力，頭蓋局部將受到288MPa應力；設置緩沖裝置吸收和緩沖后，盲板頭蓋僅受到360kN的沖擊力，頭蓋局部僅受到5.76MPa應力。由此可知：清管器接收緩沖裝置的創新設計，將清管檢測器對快開盲板的沖擊力減小至1/50，解決了快開盲板承受巨大沖擊載荷的難題，提高了快開盲板的安全可靠性。