圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)整體防爆及正壓電氣房的應(yīng)用

楊濤，康勁松，張偉明

(1．華電重工股份有限公司 上海技術(shù)中心，上海 200122;2．同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804)

0 引言

目前，圓形料場(chǎng)已被廣泛應(yīng)用于電力、建材、化工、礦山、碼頭、煤炭和糧食等行業(yè)物料存儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)，具有較高的自動(dòng)化水平和突出的環(huán)保性能。隨著圓形料場(chǎng)應(yīng)用的日益廣泛，越來(lái)越多的行業(yè)(尤其是煤炭、化工和糧食等)對(duì)圓形料場(chǎng)的安全運(yùn)行提出了更高要求。對(duì)于存放具有爆炸或燃燒危險(xiǎn)物料的圓形料場(chǎng)，整體防爆要求是其中非常重要的一項(xiàng)。

1 圓形料場(chǎng)及堆取料機(jī)的特點(diǎn)

圓形料場(chǎng)是整個(gè)料場(chǎng)用1個(gè)鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架外殼和彩鋼板組成的封閉儲(chǔ)料場(chǎng)。為了提高儲(chǔ)量，圓形料場(chǎng)圓周一般都設(shè)置擋墻來(lái)提高堆料高度。圓形料場(chǎng)物料的供給點(diǎn)在其中心，堆取料設(shè)備都圍繞其回轉(zhuǎn)中心工作，自動(dòng)化程度高、環(huán)保性能突出。圓形料場(chǎng)內(nèi)的堆取料機(jī)位于料場(chǎng)中心。堆料時(shí)，物料經(jīng)過(guò)棧橋皮帶機(jī)轉(zhuǎn)載到懸臂回轉(zhuǎn)堆料機(jī)，堆存在料場(chǎng)內(nèi);取料時(shí)，通過(guò)回轉(zhuǎn)式刮板機(jī)的運(yùn)行，將料場(chǎng)內(nèi)的物料經(jīng)中心落料斗轉(zhuǎn)載至地下廊道內(nèi)的皮帶機(jī)，由其轉(zhuǎn)運(yùn)到料場(chǎng)外。圓形料場(chǎng)及堆取料機(jī)設(shè)備如圖1所示。

圖1 圓形料場(chǎng)及堆取料機(jī)設(shè)備

2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)規(guī)范中的防爆要求

一般來(lái)說(shuō)，行業(yè)內(nèi)對(duì)存放具有爆炸或燃燒危險(xiǎn)物料的類似全封閉式的堆存設(shè)備(如筒倉(cāng))，會(huì)有明確的防爆要求。

例如，GB 50229—2006《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)燃煤電廠運(yùn)煤系統(tǒng)中的室內(nèi)貯煤場(chǎng)提出了如下要求:“貯存褐煤或易自燃的高揮發(fā)分煤種時(shí)，應(yīng)設(shè)置煙氣及可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)設(shè)施，電氣設(shè)施應(yīng)采用防爆型。”另外，GB 12476．1/2/3—2000《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備》，GB 3836—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》，GB 50058—1992《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》及DL/T 5203—2005《火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》等，都對(duì)類似場(chǎng)所提出了防爆要求。

但國(guó)標(biāo)或行業(yè)規(guī)范一般只是對(duì)類似場(chǎng)所(或室內(nèi)貯煤場(chǎng)、或筒倉(cāng))中的類似應(yīng)用(貯存褐煤或易自燃的高揮發(fā)分煤種等)提出比較籠統(tǒng)的防爆技術(shù)要求，對(duì)于圓形料場(chǎng)這種半封閉存儲(chǔ)方式應(yīng)遵循哪種規(guī)范則沒(méi)有提出明確的要求。出于安全考慮，有些業(yè)主或設(shè)計(jì)院針對(duì)項(xiàng)目的具體情況提出了明確的防爆要求。

爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所按照現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范分為爆炸性氣體場(chǎng)所和爆炸性粉塵場(chǎng)所2種。近期，隨著科技的進(jìn)步以及新材料、新工藝、新產(chǎn)品的出現(xiàn)，有些行業(yè)提出了爆炸性氣體和爆炸性粉塵同時(shí)存在的復(fù)合爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所。

其中，爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所按照現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范劃分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū);爆炸性粉塵危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。對(duì)于所謂的復(fù)合防爆場(chǎng)所(氣體+粉塵)則是以上二者的結(jié)合，例如氣體防爆1區(qū)+粉塵防爆21區(qū)。具體根據(jù)項(xiàng)目所處行業(yè)(煤礦/燃煤電廠/化工廠等)以及儲(chǔ)存物料的性質(zhì)(褐煤/高瓦斯煤/煙煤/硫黃等)來(lái)確認(rèn)不同的防爆區(qū)域。

3 堆取料機(jī)電控系統(tǒng)的整體防爆措施

3．1 堆取料機(jī)防爆的前提

由于堆取料機(jī)整體均位于圓形料場(chǎng)內(nèi)部，因此，堆取料機(jī)的防爆首先應(yīng)明確2個(gè)前提。

(1)前提1:圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)的防爆是指暴露在危險(xiǎn)區(qū)的整機(jī)系統(tǒng)均為防爆形式。不但電動(dòng)機(jī)、電控柜、燈具、傳感器等電控系統(tǒng)均為防爆形式，而且液壓站的壓力繼電器(及接線)、溫控元件等傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備中包含的電控元件也應(yīng)滿足相應(yīng)的防爆要求。

(2)前提2:圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)上所有采購(gòu)的防爆形式的電控元器件，均應(yīng)具備國(guó)家相關(guān)部門(如國(guó)家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、石油和化學(xué)工業(yè)電氣產(chǎn)品防爆質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心等)頒發(fā)的防爆合格證書或符合對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。例如，堆料臂回轉(zhuǎn)機(jī)械式限位開關(guān)的防爆標(biāo)志(ATEX認(rèn)證)為“Ⅱ 2G EEx deⅡC T6，Ⅱ 2D IP67 T80℃”。

3．2 堆取料機(jī)各電控組成部分防爆方案

3．2．1 堆取料機(jī)上所有室外電控元器件

堆取料機(jī)上所有室外電控元器件包括電動(dòng)機(jī)、照明燈具、室外中間接線箱、就地操作箱、檢修箱、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、室外電話通信系統(tǒng)、聲光報(bào)警裝置、各種傳感器及各種接線盒等。

對(duì)于這些元器件，應(yīng)嚴(yán)格按照項(xiàng)目的防爆區(qū)要求，選擇完全符合國(guó)家(或IEC)標(biāo)準(zhǔn)的、具有防爆等級(jí)合格證書的產(chǎn)品。

3．2．2 堆取料機(jī)供電電纜上機(jī)裝置

堆取料機(jī)供電電纜上機(jī)裝置包括中心集電器(滑環(huán))和電纜拖令裝置等。

采用中心集電器(滑環(huán))，可以滿足堆取料機(jī)無(wú)限制360°旋轉(zhuǎn)要求。但防爆中心集電器(滑環(huán))目前只有個(gè)別國(guó)外廠商能夠提供，價(jià)格非常昂貴，而且安裝形式也很不利于檢修維護(hù)。

采用電纜拖令裝置。在取料平臺(tái)的中心立柱柱體開孔，供電電纜從開孔處經(jīng)電纜拖令小車敷設(shè)到電氣室。優(yōu)點(diǎn)是電纜布線方便，滿足防爆要求;缺點(diǎn)是中心立柱開孔，堆、取料機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)無(wú)限制360°旋轉(zhuǎn)。

3．2．3 堆取料機(jī)電氣房及室內(nèi)電控器件

堆取料機(jī)電氣房及室內(nèi)電控器件包括電氣房本體，室內(nèi)電控柜、操作臺(tái)、觸摸屏、ITV監(jiān)視器、照明開關(guān)箱及照明變壓器等。

4 正壓式防爆電氣房的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

4．1 電氣房及內(nèi)部設(shè)備防爆方式的選擇

堆取料機(jī)電氣房及其內(nèi)部電控器件防爆措施的選擇一直是一個(gè)難點(diǎn)。

中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司(以下簡(jiǎn)稱華電工程)早期項(xiàng)目提出防爆要求時(shí)(2007年撫順電廠圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)，氣體防爆1區(qū))，為了尋求匹配氣體防爆1區(qū)的防爆形式，曾考慮將室內(nèi)的所有電控柜及操作臺(tái)等都做成隔爆形式。但經(jīng)充分論證后，放棄了這種方式，因?yàn)檫@樣做會(huì)導(dǎo)致以下缺陷:

(1)電氣房尺寸限制。限于隔爆的原理，控制柜不可能做成普通控制柜那么大，為滿足要求，必將分拆現(xiàn)有柜體，造成柜子數(shù)量增多(約為正常數(shù)量的2倍)，致使在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)空間內(nèi)無(wú)法布置。

(2)有些電控部分不易實(shí)現(xiàn)。例如，有的配電柜內(nèi)包括變壓器、變頻器、可編程控制器(PLC)等電控器件，如果將整柜做成隔爆形式，它們的散熱問(wèn)題難以解決。再如，電氣房?jī)?nèi)的司機(jī)操作臺(tái)上配有觸摸式工控機(jī)和主令/按鈕操作站，如果做成隔爆形式，顯然也不適合。

(3)檢修維護(hù)不利。隔爆形式的電控柜，柜體和柜門全部由螺栓密閉起來(lái)，嚴(yán)重影響正常的維護(hù)。另外，在危險(xiǎn)環(huán)境中隨意開關(guān)柜門也是不合規(guī)范的。

(4)操作人員的安全健康方面。當(dāng)料場(chǎng)內(nèi)整體都是爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境(危害健康的氣體或粉塵)時(shí)，操作員還在機(jī)上無(wú)特殊保護(hù)裝置的常規(guī)電氣房?jī)?nèi)進(jìn)行數(shù)小時(shí)甚至整天作業(yè)，這也是不允許的。

綜合以上因素，經(jīng)過(guò)認(rèn)真論證并參考國(guó)標(biāo)中有關(guān)“正壓房間或建筑物的結(jié)構(gòu)和使用”部分，最終設(shè)計(jì)方案是:通過(guò)引入新鮮空氣，將電氣房整體做成正壓式電氣房，使室內(nèi)的安全空氣壓力略大于外面危險(xiǎn)環(huán)境氣體壓力，阻止危險(xiǎn)氣體或粉塵的進(jìn)入。這樣，電氣房?jī)?nèi)就形成了安全環(huán)境，內(nèi)部的控制柜、操作臺(tái)等即可采用普通非防爆的電氣產(chǎn)品。正壓式防爆電氣房正面如圖2所示。

4．2 正壓式防爆電氣房組成和設(shè)計(jì)

正壓電氣房由電氣房主體、正壓防爆控制系統(tǒng)及安全氣管路系統(tǒng)等組成。正壓電氣房整體帶有符合國(guó)標(biāo)規(guī)范的防爆標(biāo)志，每根進(jìn)出電纜均帶有獨(dú)立的密封接頭，氣路供配控制系統(tǒng)完備，整體防護(hù)等級(jí)較高。

4．2．1 正壓電氣房供氣管路的設(shè)計(jì)

圖2 正壓式防爆電氣房正面

因整個(gè)圓形料場(chǎng)內(nèi)部均為爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境，故電氣房需要引入來(lái)自外部的新鮮空氣。新鮮空氣氣源管路的路線為:圓形料場(chǎng)外部非防爆區(qū)的就近空氣安全位置(例如轉(zhuǎn)運(yùn)站)→地下廊道→中心立柱內(nèi)部→中心立柱電纜出孔→電纜拖令小車→電氣房，基本與堆取料機(jī)供電電纜的上機(jī)路線相同。

電氣房的氣源來(lái)源一般為2種:一是直接取自業(yè)主的廠用安全氣，這樣只需配置從廠用氣到機(jī)上電氣房的供氣管路即可;二是由業(yè)主提供場(chǎng)所，在圓形料場(chǎng)外部非防爆區(qū)(如轉(zhuǎn)運(yùn)站某處)配備空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器等附屬設(shè)施。氣源管路敷設(shè)方面，一般可借用系統(tǒng)的電纜橋架，一直接到堆取料機(jī)的電氣房接口處。

4．2．2 正壓電氣房控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

正壓電氣房氣控回路的控制電源由上級(jí)變電所單獨(dú)提供，正壓電氣房向中控輸出一路硬接線安全聯(lián)鎖信號(hào)“正壓氣源運(yùn)行狀態(tài)”(繼電器無(wú)源常開觸點(diǎn))。

電氣房首次使用(或斷電檢修后再次投入運(yùn)行)前，上級(jí)變電所向堆取料機(jī)分配的動(dòng)力電源處于分?jǐn)酄顟B(tài)。正壓系統(tǒng)向電氣房充氣，達(dá)到安全壓力之后，聯(lián)鎖信號(hào)狀態(tài)由開點(diǎn)變成閉點(diǎn)。上級(jí)變電所檢測(cè)到此信號(hào)變?yōu)殚]點(diǎn)之后，才可以給堆取料機(jī)送電。

電氣房正常運(yùn)行時(shí)(安全狀態(tài))，此觸點(diǎn)一直維持閉合狀態(tài)。當(dāng)電氣房?jī)?nèi)壓力降至危險(xiǎn)狀態(tài)或正壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，此觸點(diǎn)由閉合變?yōu)閿嚅_。上級(jí)變電所檢測(cè)到此信號(hào)變化后，立即切斷堆取料機(jī)的動(dòng)力電源。

4．3 正壓電氣房在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著華電工程圓形料場(chǎng)項(xiàng)目的增多和產(chǎn)品線在不同行業(yè)的延伸，多個(gè)行業(yè)中多個(gè)防爆項(xiàng)目的圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)已相繼投入生產(chǎn)運(yùn)行(有的項(xiàng)目已投入使用4年之久)。在設(shè)備使用過(guò)程中，圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)整體防爆措施和正壓電氣房的成功應(yīng)用，得到了設(shè)計(jì)院所和最終用戶的一致認(rèn)可。

當(dāng)然，也有項(xiàng)目因客觀原因或用戶不重視，沒(méi)有達(dá)到安全生產(chǎn)條件就帶病運(yùn)行的情況。例如，有的項(xiàng)目因料場(chǎng)外的安全供氣管路不具備投產(chǎn)條件，正壓電氣房處于非正常運(yùn)行狀態(tài)甚至有時(shí)開門運(yùn)行，給室內(nèi)電控器件造成了污染和腐蝕，更增加了安全隱患(有爆炸危險(xiǎn))。這違背了設(shè)計(jì)初衷，也是大家不希望看到的。

5 結(jié)束語(yǔ)

圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)電控系統(tǒng)整體防爆不但是一個(gè)關(guān)系到設(shè)備安全運(yùn)行的技術(shù)問(wèn)題，更是一個(gè)系統(tǒng)工程。電控系統(tǒng)的主要部分特別是正壓電氣房的設(shè)計(jì)，既借鑒了正壓控制柜的設(shè)計(jì)思路，又借鑒了潔凈廠房的設(shè)計(jì)思路，有效地解決了堆取料機(jī)電氣房防爆的難題和操作員的操作安全問(wèn)題。隨著在防爆方面國(guó)標(biāo)的不斷更新和技術(shù)的進(jìn)步，相信圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)整體防爆還會(huì)做得越來(lái)越完善，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

［1］GB 3836．17—2007，爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第17部分:正壓房間或建筑物的結(jié)構(gòu)和使用［S］．

［2］GB 12476—2007，可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備［S］．

［3］DL/T 5203—2005，火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］．

［4］GB 50229—2006，火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］．

［5］葉阜，王俊華，韓剛?cè)A，等．門架式圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)分析［J］．起重運(yùn)輸機(jī)械，2009(10):79－81．

［6］高崢，魏寶芝．防爆正壓房間的設(shè)計(jì)［J］．電氣防爆，2008(1):1－3．