奚麗峰,李朝東

(1.上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院, 上海 200444;2.中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 上海有限公司， 上海 200030；3.上海煤科檢測(cè)技術(shù)有限公司， 上海 201401)

0 引言

我國(guó)在2010年以前對(duì)非電氣設(shè)備的防爆內(nèi)容開展了研究，但沒有配套的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系。直到2010年11月10日，國(guó)家發(fā)布了GB 25286—2010爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備系列標(biāo)準(zhǔn)，基本采用了EN 13463潛在爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備系列標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，非電氣設(shè)備的防爆理念越來(lái)越被國(guó)內(nèi)所接受和重視。隨著歐盟EN 80079—36和EN 80079—37替代其中部分標(biāo)準(zhǔn)，使得標(biāo)準(zhǔn)體系得到進(jìn)一步完善和發(fā)展。帶式輸送機(jī)是典型的機(jī)電組合裝置，系統(tǒng)復(fù)雜，又被廣泛應(yīng)用于煤礦、非煤礦山及地面化工廠等爆炸性場(chǎng)所。通過對(duì)帶式輸送機(jī)點(diǎn)燃危險(xiǎn)評(píng)定要點(diǎn)分析，可作為其他非電氣設(shè)備的防爆參考，也可為設(shè)計(jì)、使用和檢驗(yàn)人員提供預(yù)防和防護(hù)的借鑒。

1 非電氣設(shè)備點(diǎn)燃評(píng)定必要性

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，煤礦開采、化工廠、制藥廠、粉塵廠等具有爆炸危險(xiǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)所越來(lái)越多，相應(yīng)使用的機(jī)械、電氣、非金屬材料等裝備越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜多樣，大型化、重型化機(jī)電設(shè)備也越來(lái)越多。由于這些環(huán)境大都存在易燃、易爆、有毒、有害等氣體或其他危險(xiǎn)物質(zhì)，一旦發(fā)生燃燒或爆炸，可能產(chǎn)生人員傷亡等的重大安全事故。為此，對(duì)這些高危場(chǎng)所使用的裝備有特殊的防爆設(shè)計(jì)和準(zhǔn)入要求。

高危場(chǎng)所爆炸必須同時(shí)滿足3個(gè)條件:一是有一定濃度的爆炸性氣體或粉塵，如甲烷、乙烯、氫氣、鋁粉塵等；二是有一定濃度的助燃劑,如空氣、氧氣或輔助性氣體；三是有可能引起可燃物質(zhì)燃燒的熱能源(即點(diǎn)燃源)，如機(jī)械摩擦火花、電弧、危險(xiǎn)溫度、射頻等。從以上爆炸條件分析，前兩個(gè)條件由于自然環(huán)境、生產(chǎn)過程、生存等原因，往往較難控制或難以避免。而我們的防爆設(shè)備就要求在正常運(yùn)行、任何故障狀態(tài)下所產(chǎn)生的點(diǎn)燃源能量不足以點(diǎn)燃爆炸性物質(zhì)，從而避免爆炸事故的產(chǎn)生。如煤礦井下滿足瓦斯?jié)舛?%～16%、氧氣濃度12%～21%、點(diǎn)燃源(650～750) ℃ 三個(gè)條件時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸。非電氣設(shè)備特別是動(dòng)態(tài)高速運(yùn)動(dòng)的設(shè)備的熱的表面、鋁熱反應(yīng)、靜電放電、機(jī)械火花等均可能為潛在的點(diǎn)燃源。例如軸承缺油少油、裝配不當(dāng)，保養(yǎng)維護(hù)不及時(shí)，超壽命使用、機(jī)械干涉等狀況下高速旋轉(zhuǎn)部件、摩擦式制動(dòng)器過載長(zhǎng)時(shí)制動(dòng)，溫度很容易達(dá)到650 ℃以上，從而引起爆炸事故。本文依據(jù)非電氣設(shè)備的工作特性，在爆炸性工作環(huán)境下，分析非電氣設(shè)備可能的點(diǎn)燃源識(shí)別并采取相應(yīng)的防燃措施，最終達(dá)到非電氣設(shè)備安全使用的目的。

高度重視防爆電氣設(shè)備在高危場(chǎng)所的應(yīng)用，并實(shí)行了準(zhǔn)入管理，如對(duì)防爆電氣設(shè)備進(jìn)行技術(shù)審查、檢驗(yàn)合格后發(fā)放防爆合格證、實(shí)施CCC強(qiáng)制性認(rèn)證管理等，用于煤礦井下或其他礦山還須取得安全標(biāo)志證書方可使用。但對(duì)于非電氣設(shè)備的防爆安全要求認(rèn)識(shí)不足，重視不夠，尚無(wú)明確的準(zhǔn)入要求。2014年8月2日，昆山中榮金屬制品有限公司發(fā)生特別重大鋁粉塵爆炸事故，造成75人死亡、185人受傷。事故原因是除塵器集塵桶內(nèi)鋁粉受潮，發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，達(dá)到粉塵云的引燃溫度，引發(fā)除塵系統(tǒng)及車間的系列爆炸。鋁熱反應(yīng)是非電氣設(shè)備防爆的一個(gè)典型點(diǎn)燃源，從該起重大事故中認(rèn)識(shí)到企業(yè)和有關(guān)人員對(duì)非電氣設(shè)備防爆安全管理的意識(shí)薄弱。因此，對(duì)非電氣設(shè)備點(diǎn)燃源評(píng)定后采取必要的安全防護(hù)和保護(hù)措施，具有重要意義。

非電氣設(shè)備形式繁多，有屬于機(jī)電液集合模式、也有單一的純機(jī)械部件。它們具有共性特征：不包含電氣設(shè)備，有些依靠電力拖動(dòng)帶動(dòng)非電氣設(shè)備運(yùn)動(dòng)，有些動(dòng)力來(lái)源于液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)等，如礦山采掘設(shè)備、刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)、空氣壓縮機(jī)、無(wú)動(dòng)力牽引的車輛、泵和馬達(dá)等；在運(yùn)行時(shí)伴有高速或低速運(yùn)轉(zhuǎn)或移動(dòng)，正常或故障狀態(tài)下可能產(chǎn)生相互碰撞、摩擦等現(xiàn)象，在正?；蚍钦９ぷ鳡顟B(tài)下形成最高表面溫度、機(jī)械火花、熾熱液體或氣體、靜電放電等；此時(shí)，如果設(shè)備周圍存在爆炸濃度范圍內(nèi)的爆炸性物質(zhì)，空氣中氧氣濃度一般都能達(dá)到助燃劑要求，那么以上點(diǎn)燃源極易發(fā)生爆炸。

2 非電氣設(shè)備點(diǎn)燃評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

歐洲對(duì)非電氣設(shè)備實(shí)行ATEX認(rèn)證并對(duì)一些產(chǎn)品采用CE標(biāo)志管理。目前國(guó)內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)(如國(guó)家安全生產(chǎn)上海礦用設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)中心)對(duì)非電氣設(shè)備進(jìn)行技術(shù)審查、檢測(cè)驗(yàn)證，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)符合要求，出具非電氣設(shè)備的防爆證書，如磁力偶合器、礦用柴油機(jī)尾氣凈化器隔爆裝置、氣動(dòng)馬達(dá)、氣動(dòng)攪拌器、氣動(dòng)風(fēng)機(jī)、加油機(jī)底槽等產(chǎn)品。GB 25286系列國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的建立，使得我國(guó)與歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家在非電氣設(shè)備的防爆要求趨于一致。非電氣設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)外使用情況及相應(yīng)的采標(biāo)程度如下。

GB 25286.1—2010《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 第1部分：基本方法和要求》在EN 13463—1:2001《Non-electrical equipment for potentially explosive atmospheres - Part 1: Basic method and requirements》的基礎(chǔ)上修改了設(shè)備級(jí)別，更改了防爆標(biāo)志，增加了國(guó)內(nèi)取得防爆合格證的程序；后者又被EN ISO 80079—36:2016《Explosive atmospheres Part 36: Non-electrical equipment for explosive atmospheres--Basic method and requirements》所代替。

GB 25286.2—2010《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 第2部分：限流外殼型“fr”》 在EN 13463—2:2004《Non-electrical equipment for explosive atmospheres-Part 2: Protection by flow restricting enclosure“fr”》的基礎(chǔ)上修改了設(shè)備級(jí)別，更改了防爆標(biāo)志。

GB 25286.3—2010《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 第3部分：隔爆外殼型“d”》在EN 13463—3:2005《Non-electrical equipment for use in potentially explosive atmospheres-Part 3: Protection by flameproof enclosure “d”》的基礎(chǔ)上修改了設(shè)備級(jí)別，更改了防爆標(biāo)志。

GB 25286.5—2010《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 第5部分：結(jié)構(gòu)安全型“c”》在EN 13463—5:2003《Non-electrical equipment intended for use in potentially explosive atmospheres-Part 5: Protection by constructional safety“c”》的基礎(chǔ)上修改了設(shè)備級(jí)別，更改了防爆標(biāo)志；GB 25286.6—2010《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 第6部分：控制點(diǎn)燃源型“b”》在EN 13463—6:2003《Non-electrical equipment for use in potentially explosive atmospheres-Part 6: protection by control of ignition source“b”》的基礎(chǔ)上修改了設(shè)備級(jí)別，更改了防爆標(biāo)志；GB 25286.8—2010《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 第8部分：液浸型“k”》在EN 13463—8:2003《Non-electrical equipment for potentially explosive atmospheres-Part 8: Protection by liquid immersion“k”》的基礎(chǔ)上修改了設(shè)備級(jí)別，更改了防爆標(biāo)志；EN 13463—5:2011、EN 13463—6:2005、EN 13463—8:2003又被EN ISO 80079—37:2016《Explosive atmospheres Part 37: Non-electrical equipment for explosive atmospheres--Non-electrical type of protection constructional safety“c”, control of ignition sources“b”, liquid immersion“k”》所替代。

3 帶式輸送機(jī)點(diǎn)燃評(píng)定重點(diǎn)

我國(guó)2019年煤礦產(chǎn)煤37.5億t。由于帶式輸送機(jī)具有連續(xù)運(yùn)輸、運(yùn)輸量大等特點(diǎn)，所以煤礦井下采出的煤基本上都通過帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)，煤炭從采掘工作面經(jīng)運(yùn)輸大巷再到各場(chǎng)所煤倉(cāng)，既有瓦斯空氣混合物,又有煤塵空氣混合物。雖然在正常工作情況下通過排風(fēng)、降塵曬水等手段，可有效控制濃度在爆炸極限以下，但瓦斯礦井采掘過程中會(huì)動(dòng)態(tài)涌出瓦斯、瓦斯突出礦井可能突然涌出大量的瓦斯、在通風(fēng)不暢處瓦斯集聚或在落料點(diǎn)、轉(zhuǎn)載處及振動(dòng)區(qū)段有煤塵揚(yáng)起等原因，都可能達(dá)到爆炸性濃度，具備三個(gè)條件就造成爆炸事故。下面以煤礦用帶式輸送機(jī)產(chǎn)品為例，對(duì)其非電氣設(shè)備點(diǎn)燃源識(shí)別、控制點(diǎn)燃源、消除措施方面進(jìn)行分析評(píng)定。

1) 機(jī)械熱表面。帶式輸送機(jī)中長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的各處軸承、投入工作的制動(dòng)器、張緊或卷帶裝置的液壓泵站、高速旋轉(zhuǎn)的托輥、緩沖托輥、減速器內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件、輸送帶與固定部件之間、旋轉(zhuǎn)滾筒與停止運(yùn)行的輸送帶打滑等都會(huì)由于摩擦或碰撞產(chǎn)生高溫?zé)岜砻妫@些都是潛在點(diǎn)燃源。采取措施：對(duì)以上部件進(jìn)行正常狀況和預(yù)期故障狀況下的試驗(yàn)，比如長(zhǎng)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)直至熱平衡，確定設(shè)備的最高表面溫度是否在安全級(jí)別內(nèi)。預(yù)期故障可采用超速試驗(yàn)、超載試驗(yàn)、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)長(zhǎng)等模擬工況，通過試驗(yàn)得到熱表面溫度。當(dāng)熱表面溫度超過最高溫度規(guī)定應(yīng)控制使用，比如對(duì)減速器采取液浸型保護(hù)，在制動(dòng)器處安裝連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)傳感器及其他類型的保護(hù)裝置。也可以通過使用說(shuō)明書規(guī)定維護(hù)檢查周期或更換周期條款。

2) 機(jī)械火花。旋轉(zhuǎn)滾筒與固定機(jī)架、煤塊或煤矸石碎塊進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)的減速器、聯(lián)軸器或偶合器與固定設(shè)備、托輥與支架、張緊行走機(jī)構(gòu)與其他金屬部件等由于設(shè)備間的摩擦、撞擊或研磨產(chǎn)生機(jī)械火花，也有可能成為點(diǎn)燃源。采取措施：首先,在設(shè)計(jì)選型中避免使用含鋁、鎂、鈦、鋯元素的輕金屬材料。因?yàn)殇X與生銹的鐵在碰撞下能產(chǎn)生機(jī)械火花。設(shè)計(jì)和安裝時(shí)部件之間保證安全間隙，避免各運(yùn)動(dòng)部件的摩擦。其次，在一些部位采用自動(dòng)噴水裝置，因?yàn)樗芷鸬嚼鋮s劑和火花猝熄劑的作用。也可采用防塵外殼防止運(yùn)動(dòng)部件與其他部位的碰撞等。

3) 靜電放電。運(yùn)輸煤炭的橡膠輸送帶、滾筒橡膠包覆層、液壓膠管、非金屬托輥、聯(lián)軸器等非金屬部件及橡膠部件長(zhǎng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)摩擦和碰撞產(chǎn)生大量靜電電荷積聚，當(dāng)產(chǎn)生放電現(xiàn)象時(shí)成為潛在點(diǎn)燃源。采取措施：可以通過選用抗靜電的材料進(jìn)行避免，試驗(yàn)手段驗(yàn)證材料的抗靜電性能在正常使用時(shí)不超過安全值;或者減少相應(yīng)的尺寸面積、改變形狀和布置形式，使得不產(chǎn)生危險(xiǎn)的靜電;也可使用金屬接地回路確保電荷經(jīng)導(dǎo)電通路減少積聚。

4) 煤塵自燃。鋁粉、鎂粉、煤塵等，在儲(chǔ)存中及與液體混合過程中產(chǎn)生放熱反應(yīng)，運(yùn)輸過程中揚(yáng)起的過量粉塵堆積在設(shè)備熱表面，運(yùn)行或停機(jī)后溫度達(dá)到燃點(diǎn)造成自燃。采取措施：可采用自動(dòng)除塵設(shè)備進(jìn)行消除或通過人工定期清除，確保不超過一定的厚度；也可控制化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生條件、隔絕形成封閉的空間，或采用獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)等避免自燃發(fā)生。

4 點(diǎn)燃危險(xiǎn)評(píng)定報(bào)告

在對(duì)煤礦使用的帶式輸送機(jī)經(jīng)過點(diǎn)燃源分析、采取相應(yīng)的防燃措施后，以某礦DTL80/40/2×40型帶式輸送機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例進(jìn)行評(píng)定，對(duì)其正常運(yùn)行和預(yù)期故障的識(shí)別和判斷。綜合評(píng)定后形成報(bào)告，見表1。

表1 煤礦用帶式輸送機(jī)(Ⅰ類Mb級(jí))點(diǎn)燃危險(xiǎn)評(píng)定表

續(xù)表1

經(jīng)評(píng)定得出下列結(jié)論：該帶式輸送機(jī)符合Ⅰ類Mb級(jí)設(shè)備的要求，可以用于煤礦井下和可能有煤礦瓦斯氣體和/或可燃性粉塵危險(xiǎn)的地面裝置上，設(shè)備顯著位置可施加防爆標(biāo)志ExⅠMb。

5 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)電設(shè)備在爆炸性環(huán)境中的應(yīng)用多而廣。對(duì)非電氣設(shè)備在不同爆炸性環(huán)境中的安全應(yīng)用研究顯得越來(lái)越重要。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)各種產(chǎn)品的種類、形式、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，對(duì)其運(yùn)行和故障狀態(tài)下點(diǎn)燃危險(xiǎn)源分析、評(píng)定，并提出相應(yīng)科學(xué)有效的預(yù)防、消除、限制和隔離危險(xiǎn)的方法和措施，從而避免非電氣設(shè)備在爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境中爆炸、燃燒等重大事故的發(fā)生，對(duì)安全生產(chǎn)具有重要作用。據(jù)了解，國(guó)際電工委員會(huì)防爆電氣安全認(rèn)證組織正在研究將歐盟EN ISO—80079等非電氣標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)非電氣設(shè)備在爆炸性環(huán)境的安全規(guī)范應(yīng)用越來(lái)越重視。深入研究這些標(biāo)準(zhǔn)并推廣應(yīng)用，對(duì)我國(guó)防爆電氣和非電氣設(shè)備出口到一帶一路沿線國(guó)家具有重要意義。