为了实现大口径高压油气管道建设用快开盲板国产化，采用有限元分析方法，自主研发了MB-ZS安全自锁型快开盲板。该盲板为自锁环式双相钢制锁紧结构和整体自紧密封结构，具有多重联锁与双重报警功能，操作高效、便捷。基于高压、大口径、低温及巨大冲击载荷的要求，在以下几方面实现了创新。

1、专用软件开发

    MB-ZS安全自锁型快开盲板采用ANSYS软件进行有限元分析计算（图1、图2），可得出：局部最大应力出现在端法兰的半圆形处，通过应力分类法进行评定；密封槽与密封面的位移差，即密封间隙的控制变量为0.43mm。

    MB-ZS安全自锁型快开盲板采用应变电测法进行应力测试（图3），测试结果与有限元分析结果吻合，验证了该类产品有限元计算模型的正确性和可靠性。在原有APDL命令流基础上，采用Javaee6.0和VC6.0语言，开发出专用于安全自锁型快开盲板的有限元分析计算系统，实现了快开盲板有限元优化分析设计的自动化，适用于符合压力容器设计标准、结构相同的其他不同规格快开盲板的分析与设计，并能自动生成有限元分析报告，使用便捷高效、结果正确可靠。

2、密封系统优化

    橡胶密封件的失效包括刚性变化、溶胀、挤入间隙中、收缩、裂纹增长或瞬间破环等。密封结构、密封材料类型、密封间隙及密封面光洁度是影响密封系统失效的关键因素。

    MB-ZS安全自锁型快开盲板采用唇形自紧密封结构，密封圈采用不锈钢与橡胶整体模压成型，密封配合面采用平推式结构，适用于高压工况。首先，选用在石油天然气介质中性能优良的低温丁腈橡胶，经-40℃低温脆性试验检验合格，确保在低温下密封圈保持良好的弹性、尺寸不收缩；其次，优化快开盲板的锁紧机构，将大口径高压快开盲板的密封间隙从2mm减小至0.6mm，避免了由于密封圈内外压差高、反复使用导致密封圈挤到密封间隙造成机械损伤而失效；最后，为了保证快开盲板在全寿命周期内的密封可靠性，采用密封面堆焊防腐材料的方法，提高密封面的抗腐蚀性，从而保证密封面持久光滑、密封可靠。

3、结构优化设计

    （1）锁紧机构结构优化。锁紧机构的结构决定了快开盲板的结构形式，安全自锁型快开盲板锁紧采用自锁结构，双相不锈钢锁圈既能承受高压，又具有良好的弹性和耐磨性。但随着快开盲板压力和直径的增大，锁圈厚度增加，导致收缩扩张力随之增大，给操作带来不便。通过计算和测试分析，将原中小型盲板的一体式锁圈改为分体式锁圈（图4），即将原来整体一块的锁圈改成由锁块和内锁圈组成，其中锁块承受压应力，其厚度取值应满足强度和稳定性要求，而内锁圈厚度取值应该达到收缩和扩张锁块所需力小于200N的目标。

    （2）头盖选材优化、回转机构结构优化及整体有限元变形分析。快开盲板质量的增大容易引起头盖变形且下垂，进而导致快开盲板开启不便。针对设计压力12.6MPa、内径1550mm、设计温度-40℃的安全自锁型快开盲板，采取以下优化措施：①快开盲板头盖材料选20MnMoD锻件，相比选用16MnD锻件质量减轻17％，端法兰材料仍选用16MnD锻件，以便与设备筒体材料焊接时性能良好；②将快开盲板的启闭机构连接支撑由圆钢管改为矩形冷弯空心型钢，使上下连接板的受力更加均匀，减少了变形量；③采用有限元分析软件ANSYS，对快开盲板的头盖和启闭机构进行整体有限元分析，快开盲板从开启到重力力矩最大状态时，头盖连接支架最大变形出现在上支架靠近头盖重心一侧的上方，最大变形量为0.23mm（图5）；头盖因自重产生的最大变形出现在远离门轴一侧的边缘处，最大变形量为0.50mm（图6），远小于设定的偏移量4mm，避免了头盖因自重下沉而导致开关不便。

    （3）门轴机构优化。快开盲板门轴既受到垂直向下的重力，又受到头盖对其侧向的力矩，随着快开盲板直径与压力的增大，头盖对门轴的侧向力矩越来越大，仅靠原来轴与轴套的配合，会因偏心矩过大而导致转轴出现一定角度的偏心，转轴径向压力增大，继而造成快开盲板开启时因摩擦力过大而操作不便。为此，采用组合轴承，将滑动摩擦变为滚动摩擦，较好地解决了这一问题。

4、整机低温性能试验

    为确保快开盲板对低温工况的适应性，除了选择具有良好低温性能的材料外，还将其放入低温实验室进行实体试验加以验证。快开盲板低温试验系统（图7）由试验产品、试验工装、实验室及仪表阀门等组成：试验产品为MB-ZS-10/1000安全自锁型快开盲板；试验工装由壳体、鞍座、管口组成；实验室为-42℃可调控式冷库，配有就地压力表、压力远传仪表、温度远传仪表及视频监视系统，可远程监测环境、介质及盲板头盖外壁各位置的实时温度和介质压力；试验介质为-40℃低温导热油。在试验前，通过多次升压和分段降温的方式，逐步将介质温度降至-36±2℃，容器内部压力0.5MPa，环境温度为-42~-38℃，保持了10天。第11天，首先将试验装置缓慢升压至3MPa，保压15min；第二次升压至5.5MPa,保压15min；第三次升压至8MPa,保压15min；第四次升压至10MPa，保压4h。在整个低温试验过程中快开盲板无渗漏，验证了其低温适应性。

5、清管器接收缓冲装置

    针对大型清管检测器可能对快开盲板产生巨大冲击载荷的问题，采用液压缓冲、气体储能原理[7-11]，发明了一种清管器接收缓冲装置（图8），可以在大负荷工况下安全、高效地减速和吸收能量，其装置结构紧凑、体积小、质量轻、无反弹、安全可靠。

    根据动量定理，未设缓冲装置时，4500kg的清管检测器以4m/s的速度重击快开盲板，盲板头盖将受到18000kN的冲击力，头盖局部将受到288MPa应力；设置缓冲装置吸收和缓冲后，盲板头盖仅受到360kN的冲击力，头盖局部仅受到5.76MPa应力。由此可知：清管器接收缓冲装置的创新设计，将清管检测器对快开盲板的冲击力减小至1/50，解决了快开盲板承受巨大冲击载荷的难题，提高了快开盲板的安全可靠性。