歐洲電梯非電氣防爆技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)的啟示（上）

文/江 浩 薛季愛 姚 俊 歐陽惠卿

電梯作為一種垂直運(yùn)輸設(shè)備，在各行業(yè)均得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，易燃易爆危險(xiǎn)性場(chǎng)所的產(chǎn)業(yè)在我國(guó)大量興起，防爆電梯已被越來越廣泛地應(yīng)用于石油、化工、制藥、油漆、冶金、科研、城市燃?xì)庹镜群斜ㄐ曰旌衔锏膱?chǎng)所。服務(wù)于爆炸性環(huán)境下的電梯，在正常運(yùn)行和故障狀態(tài)下若不具備防爆品質(zhì)，產(chǎn)生的電氣火花、機(jī)械零部件摩擦和撞擊產(chǎn)生的升溫，以及機(jī)械火花是可能引爆周圍爆炸性環(huán)境的點(diǎn)燃源，若不采取針對(duì)性的技術(shù)并加以規(guī)范，消除這些安全隱患，一旦發(fā)生爆炸事故將帶來災(zāi)難性后果。

一、防爆電梯非電氣設(shè)備防爆技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

1.國(guó)內(nèi)

目前，國(guó)家針對(duì)曳引式電梯有相應(yīng)的制造、安裝安全規(guī)范和驗(yàn)收規(guī)范：GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》、GB 10060-1993《電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范》等，但上述標(biāo)準(zhǔn)都不包含任何電梯防爆安全技術(shù)條款。在目前的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系中，國(guó)內(nèi)外的電梯制造與安裝安全技術(shù)規(guī)范和防爆安全技術(shù)規(guī)范之間都是相對(duì)孤立的，國(guó)際上也沒有防爆電梯制造與安裝安全技術(shù)規(guī)范。由于我國(guó)目前尚無防爆電梯專項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)絕大部分防爆電梯產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和安裝，所依據(jù)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)大都是在常規(guī)電梯標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上參照GB 3836爆炸性氣體環(huán)境系列標(biāo)準(zhǔn)和GB 12476可燃性粉塵環(huán)境等條件下的相關(guān)電氣防爆系列標(biāo)準(zhǔn)制訂的，局限于電氣裝置的通用防爆技術(shù)要求，而對(duì)于非電氣部分的防爆要求幾乎未涉及。

事實(shí)上，防爆電梯作為機(jī)電一體化設(shè)備，其本身既有電氣部分產(chǎn)生的點(diǎn)燃源，又具有非電氣部分產(chǎn)生的點(diǎn)燃源，如電梯在正常運(yùn)行和/或故障狀態(tài)下機(jī)械運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦和撞擊產(chǎn)生的過熱表面和機(jī)械火花等，防爆電梯非電氣部分也必須具備可靠的防爆性能。

2.國(guó)外

雖然，國(guó)內(nèi)外目前尚無防爆電梯標(biāo)準(zhǔn)，但歐盟已制定了ATEX防爆指令及EN13463非電氣設(shè)備防爆系列標(biāo)準(zhǔn)。

歐盟成員國(guó)為了消除貿(mào)易壁壘，從60年代起開始頒發(fā)不同的指令（Directives），以協(xié)調(diào)各成員國(guó)有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，且對(duì)歐盟所有成員國(guó)都是通用和最低限度可接受的。1994年3月23日發(fā)布了“潛在爆炸環(huán)境用的設(shè)備及保護(hù)系統(tǒng)”（ATEX 95設(shè)備指令94/9/EC）。它規(guī)定了計(jì)劃用于潛在爆炸性環(huán)境中設(shè)備的技術(shù)要求、基本健康、安全要求和設(shè)備在其使用范圍內(nèi)投放到歐洲市場(chǎng)前必須采用的合格評(píng)定程序。這個(gè)指令涉及的設(shè)備類型包含機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備，爆炸性環(huán)境包含粉塵、可燃性氣體、可燃性蒸汽與薄霧。圖1為ATEX 94/9/EC的制訂過程。由圖可知，歐洲國(guó)家對(duì)設(shè)備防爆的要求經(jīng)歷了僅針對(duì)電氣類設(shè)備到針對(duì)所有類型設(shè)備的過程，這一進(jìn)步表明歐洲已意識(shí)到，設(shè)備的電氣和非電氣部分點(diǎn)燃源必須予以同等對(duì)待，并通過技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行規(guī)范。1999年，歐洲又頒布了ATEX 137工作場(chǎng)所指令99/92/EC，其規(guī)定了處于潛在爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境下的工人健康和安全保護(hù)的最低要求，該指令主要用于約束設(shè)備使用者的行為。在歐洲，設(shè)備制造商和使用者，設(shè)備生產(chǎn)、裝配、使用及維修保養(yǎng)過程均受到由上述兩個(gè)ATEX指令規(guī)則轉(zhuǎn)換的國(guó)家法規(guī)的約束，以保證設(shè)備本身以及在上述過程中與之發(fā)生聯(lián)系的人員安全。該防爆指令的實(shí)施，在避免事故發(fā)生，確保人身健康及財(cái)產(chǎn)安全的前提下，促進(jìn)了爆炸性環(huán)境下設(shè)備及保護(hù)系統(tǒng)在歐洲市場(chǎng)的貿(mào)易流通。

由于非電氣設(shè)備防爆的相關(guān)研究目前在我國(guó)尚屬起步階段，非電氣防爆相關(guān)內(nèi)容的缺失使得按照各自企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的防爆電梯從嚴(yán)格意義上說，在源頭上都存在不安全的隱患。因此，有必要針對(duì)防爆電梯制造與安裝安全標(biāo)準(zhǔn)展開針對(duì)性研究，解決防爆電梯制造、安裝、監(jiān)督檢驗(yàn)和安全監(jiān)察的技術(shù)難點(diǎn)，提高防爆電梯的使用安全性，從而降低該類設(shè)備事故的發(fā)生，滿足社會(huì)公共安全需求。為此，我們對(duì)此方面展開研究。本文簡(jiǎn)要介紹歐盟指令及系列標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容，并結(jié)合防爆電梯的特點(diǎn)分析，發(fā)掘其對(duì)防爆電梯安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究的借鑒及指導(dǎo)作用，希望對(duì)完善防爆電梯的非電氣防爆要求，消除防爆電梯使用中的隱患，保障電梯運(yùn)行質(zhì)量的提升有所幫助。

二、EN13463系列標(biāo)準(zhǔn)主要涉及內(nèi)容

按照ATEX 94/9/EC要求，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)潛在爆炸環(huán)境——爆炸防范與保護(hù)技術(shù)委員會(huì)（CEN TC305）制定了EN 13463《潛在爆炸性環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備》系列標(biāo)準(zhǔn)。該系列標(biāo)準(zhǔn)共包含6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其第一部分規(guī)定了適用于潛在爆炸性環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備的一些通用基本方法和要求，后續(xù)的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定了幾種具體的不同防護(hù)形式，以下簡(jiǎn)要介紹其主要內(nèi)容。

1.EN 13463-1∶2009——潛在爆炸環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備

EN 13463-1∶2009《潛在爆炸性環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備—第一部分：基本方法與要求》為在潛在爆炸環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、標(biāo)注提供了基本方法與要求。設(shè)備的防爆技術(shù)要求與使用環(huán)境密切相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)使用環(huán)境對(duì)設(shè)備進(jìn)行了分組（Group），每組分不同的類（Category）。其防護(hù)級(jí)別和安全要求也不相同，如表1所示。

表1 設(shè)備分組分類及安全要求

標(biāo)準(zhǔn)的另一重要內(nèi)容是對(duì)設(shè)備及部件進(jìn)行點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的流程和原則，評(píng)估須根據(jù)設(shè)備所屬組類辨識(shí)不同工況組合下的點(diǎn)燃源，并按照如下順序考慮使點(diǎn)燃源失效的方法和/或采取防爆措施：保證不會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)燃源；保證點(diǎn)燃源失效；保證爆炸性環(huán)境與點(diǎn)燃源的隔離；控制爆炸和防止火勢(shì)蔓延。標(biāo)準(zhǔn)的其它內(nèi)容還包括設(shè)備溫度、非金屬部件、輕金屬材料、可移除部件、標(biāo)注及產(chǎn)品說明書等要求。

該標(biāo)準(zhǔn)屬通用標(biāo)準(zhǔn)，各種材料或零部件的具體性能指標(biāo)并未給出定量值，但均與設(shè)備組類有關(guān)，需由設(shè)備制造商和使用者確認(rèn)在考慮的工況下不會(huì)引起爆炸事故。材料及部件的性能要求必須通過試驗(yàn)予以驗(yàn)證，測(cè)試都應(yīng)在最不利于相關(guān)爆炸防范、防護(hù)的條件下進(jìn)行。為保證設(shè)備極限情況下防護(hù)措施的有效性，這一前提是必需的。有關(guān)設(shè)備的試驗(yàn)分為4大類：機(jī)械性能試驗(yàn)、最高表面溫度測(cè)量、與防護(hù)等級(jí)相關(guān)的設(shè)備非金屬部分檢測(cè)、熱沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)要求同樣也根據(jù)設(shè)備組類不同存在差異。

2.EN 13463-2∶2004——關(guān)于限流外殼實(shí)現(xiàn)爆炸防護(hù)

EN 13463-2∶2004《潛在爆炸性環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備—第二部分：通過限流外殼實(shí)現(xiàn)的保護(hù)“fr”》主要涉及設(shè)備通過限流外殼實(shí)現(xiàn)爆炸防護(hù)應(yīng)當(dāng)遵循的技術(shù)及安全要求。這種防護(hù)形式通過外殼限制周圍爆炸性混合物進(jìn)入外殼內(nèi)，使其在外殼內(nèi)的濃度低于爆炸下限，實(shí)現(xiàn)爆炸防護(hù)。

該方法適用于僅可能偶然、短時(shí)間引發(fā)爆炸性的環(huán)境中，其應(yīng)用局限于II組3類設(shè)備。限流外殼所包含的設(shè)備可能在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生點(diǎn)燃源，但必須保證外殼本身不成為點(diǎn)燃源；這種防護(hù)不適用于點(diǎn)燃源為明火的情況。標(biāo)準(zhǔn)中主要條款是有關(guān)限流外殼內(nèi)外溫度差及其變化率。由于限流外殼主要通過限制殼內(nèi)外氣體的交換實(shí)現(xiàn)爆炸防護(hù)，一旦內(nèi)外溫差過大引起內(nèi)外壓差過大，形成呼吸作用將爆炸性氣體引入殼內(nèi)，即可能使防護(hù)失效。對(duì)于構(gòu)成外殼的密封件、彈性襯套等，標(biāo)準(zhǔn)給出了試驗(yàn)條件和指標(biāo)，主要溫度、時(shí)間和壓力。限流外殼防護(hù)水平較低，適用范圍也較窄，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。

3.EN 13463-3∶2005——關(guān)于采用隔爆外殼保護(hù)設(shè)備

EN 13463-3∶2005《潛在爆炸性環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備—第三部分：通過隔爆外殼實(shí)現(xiàn)的保護(hù)“d”》規(guī)定了采用隔爆外殼保護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)、評(píng)定、結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)要求。隔爆外殼的防爆機(jī)理使用高強(qiáng)度外殼將爆炸限制在外殼之內(nèi)，外殼既不會(huì)嚴(yán)重變形，火焰也不會(huì)通過接合面進(jìn)入外部的爆炸性環(huán)境中。隔爆外殼基本參數(shù)為隔爆結(jié)合面長(zhǎng)度和隔爆間隙，如圖2所示。隔爆外殼保護(hù)適用面廣，幾乎所有組、類設(shè)備都可以使用，是一種防護(hù)水平較高的防爆形式。

圖2 隔爆外殼

標(biāo)準(zhǔn)要求在確定使用這種保護(hù)形式之前必須對(duì)被保護(hù)對(duì)象按照EN 13463-1的要求進(jìn)行點(diǎn)燃危險(xiǎn)評(píng)估，確定其適用性。本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容針對(duì)隔爆外殼，如外殼強(qiáng)度、隔爆連接、隔爆外殼的引入裝置等。

由于電氣類設(shè)備隔爆外殼標(biāo)準(zhǔn)已指定并實(shí)施多年，因此該標(biāo)準(zhǔn)主要條款均參考電氣隔爆外殼標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)內(nèi)容，并針對(duì)非電氣設(shè)備部分條款做了針對(duì)性修改，但總體差異不大。

4.EN 13463-5∶2003——有關(guān)結(jié)構(gòu)安全型防護(hù)

EN 13463-5∶2003《潛在爆炸性環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備—第五部分：通過結(jié)構(gòu)安全實(shí)現(xiàn)的保護(hù)“c”》規(guī)定了結(jié)構(gòu)安全型防護(hù)的技術(shù)要求。結(jié)構(gòu)安全的機(jī)理是在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及材料選擇上應(yīng)用合理的工程原理，使機(jī)械故障可能造成的點(diǎn)燃溫度或點(diǎn)燃火花的危險(xiǎn)降低到非常低的水平。此種防護(hù)類型適用范圍也相當(dāng)廣泛，在應(yīng)用此種防護(hù)之前須進(jìn)行點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確定其適用性。

另涉及有關(guān)構(gòu)成一臺(tái)設(shè)備中存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)容易產(chǎn)生點(diǎn)燃源的部件，如活動(dòng)部件、軸承、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等，要求其結(jié)構(gòu)應(yīng)使其允許耗散的最大動(dòng)能，在所有暴露于爆炸性環(huán)境的部件處，既不會(huì)超過最高允許表面溫度，也不會(huì)產(chǎn)生易燃火花。

由于是通過設(shè)計(jì)來降低點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)在爆炸環(huán)境下使用的設(shè)備設(shè)計(jì)、材料、潤(rùn)滑和密封以及型式試驗(yàn)等方面要求很高。該標(biāo)準(zhǔn)給出了設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，設(shè)備制造商可通過不同的途徑實(shí)現(xiàn)其要求。（未完待續(xù)）