淺析防爆環(huán)境中圓形料場堆取料機的電控系統(tǒng)設(shè)計

張溧栗

摘 要：憑借自身的優(yōu)勢，圓形料場堆取料機正越來越廣泛地應(yīng)用到各個行業(yè)中，包括一些環(huán)境惡劣的防爆場合。相應(yīng)地，對其電控系統(tǒng)的防爆設(shè)計也提出了更高要求。該文針對堆取料機電控系統(tǒng)中不同設(shè)備的具體特點，結(jié)合防爆技術(shù)及原理，對防爆環(huán)境中圓形料場堆取料機的電控系統(tǒng)設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：圓形料場堆取料機 粉塵防爆 氣體防爆 正壓防爆

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（a）-0003-02

圓形料場堆取料機作為一種用于圓形料場系統(tǒng)的大型關(guān)鍵堆取料設(shè)備，因其工作效率高、自動化程度高及環(huán)保效果顯著等特點，在越來越多的行業(yè)中得到了推廣。而隨著其應(yīng)用日益廣泛，一些需要存放爆炸或可燃危險物料的特殊領(lǐng)域，對圓形料場堆取料機也提出了迫切需求。

1 概述

在煤炭輸送、石油化工等國民工業(yè)生產(chǎn)的許多行業(yè)里，特別是在一些如料場、筒倉或地下廊道等密封或者半密封的環(huán)境中，由于堆放了易燃易爆的危險物質(zhì)，如煤炭、硫磺或其他產(chǎn)品，往往容易發(fā)生易燃易爆物質(zhì)泄露的現(xiàn)象。這類物質(zhì)擴散到空氣中，與空氣中氧氣混合，容易成為具有爆炸危險性的混合物質(zhì)。如果混合物濃度高到一定限度，就會發(fā)生因火源的出現(xiàn)而引起火災(zāi)發(fā)生，甚至引發(fā)爆炸等事故，嚴重影響生產(chǎn)運行甚至威脅生命安全。

國際電工委員會根據(jù)可燃物質(zhì)的種類，將危險環(huán)境劃分為爆炸性氣體環(huán)境及爆炸性粉塵環(huán)境。爆炸性氣體環(huán)境，其可燃物質(zhì)為氣體、蒸汽或薄霧狀；爆炸性粉塵環(huán)境，其可燃物質(zhì)為粉塵或纖維狀?？扇嘉镔|(zhì)擴散到空氣中產(chǎn)生的混合物在點燃后，會將燃燒傳至未燃混合物，從而引發(fā)火災(zāi)或爆炸。隨著科技進步，各種成分日趨復(fù)雜的新產(chǎn)品、新材料出現(xiàn)，爆炸性粉塵環(huán)境及爆炸性氣體環(huán)境同時存在的爆炸性危險場所也隨之產(chǎn)生，這就為防爆產(chǎn)品的設(shè)計帶來更多的機遇及挑戰(zhàn)。

圓形料場是整個料場用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架外殼和彩鋼板組成的半封閉空間，運行環(huán)境惡劣、粉塵濃度高，堆取料機設(shè)備設(shè)置在其中心位置。根據(jù)所處行業(yè)及存儲物料的不同性質(zhì)，可以對其運行環(huán)境進行防爆等級鑒定，提出明確的防爆要求。堆取料機的電氣系統(tǒng)設(shè)計，需按照鑒定要求，選用經(jīng)過專業(yè)機構(gòu)認證的滿足防爆環(huán)境的產(chǎn)品。

堆取料機設(shè)備的電控系統(tǒng)設(shè)計中，涉及到防爆考慮的設(shè)備包括：中心滑環(huán)裝置；電氣房及司機室以及位于其內(nèi)部的高壓柜、低壓柜、聯(lián)動臺、PLC柜、PLC系統(tǒng)、變頻器、低壓元器件等；位于就地的電控設(shè)備，包括控制箱、檢修箱、接線箱、燈具、機械限位開關(guān)、接近限位開關(guān)、皮帶保護開關(guān)及傳感器等。

該文主要根據(jù)以上設(shè)備的不同特點及性能，結(jié)合防爆原理，對防爆環(huán)境中圓形料場堆取料機的電控系統(tǒng)設(shè)計進行探討。

2 堆取料機的電控系統(tǒng)防爆設(shè)計

2.1 隔爆型結(jié)構(gòu)

爆炸性環(huán)境中空氣中的爆炸性混合物容易發(fā)生燃燒擴散，針對這一特點，對電氣設(shè)備建立隔爆結(jié)構(gòu)，從而防止電弧或電火花的發(fā)生引燃周圍爆炸性混合物，這樣的防爆設(shè)計稱之為隔爆型結(jié)構(gòu)。

隔爆型結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備在堆取料機電控系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛，就地的箱體如控制箱、檢修箱、接線箱、按鈕盒都采用隔爆型結(jié)構(gòu)。例如防爆標志為：Exd IIB T4，表示隔爆型防爆設(shè)備，可應(yīng)用于B級氣體組中T4溫度組別的爆炸性氣體環(huán)境。

由于必須防止爆炸電弧、火花的傳出，隔爆型設(shè)備的箱體應(yīng)承受內(nèi)部爆炸混合物產(chǎn)生最大爆炸壓力的沖擊，所以其殼體需牢固、不易變形損壞；而且在部分隔爆箱體的設(shè)計中，還需要預(yù)留一定長度的法蘭，當(dāng)燃燒生成物噴射經(jīng)由這樣的結(jié)構(gòu)間隙后，溫度冷卻到低于外部爆炸性混合物的自燃溫度，就可以避免燃燒的擴散，達到防爆的效果。基于這樣的設(shè)計，隔爆型結(jié)構(gòu)箱體的尺寸會比較大，在堆取料機布置設(shè)計時就必須留有余地，以免發(fā)生干涉。

2.2 增安型結(jié)構(gòu)

除了用隔爆型結(jié)構(gòu)防止電弧、電火花的擴散外，還可以采用一些安全措施防止電火花、電弧的產(chǎn)生。比如，使用特定的絕緣材料或有效的保護元件，優(yōu)化內(nèi)部電氣間隙設(shè)計及導(dǎo)線連接方式等方案，使電弧、電火花及其產(chǎn)生的溫度不能引燃周圍爆炸性混合物，這樣的防爆原理設(shè)計稱之為增安型結(jié)構(gòu)。

堆取料機電控系統(tǒng)中的撓線連接管、照明設(shè)備和某些帶有電感線圈的電氣設(shè)備（如電動機、變壓器等），就采用增安型結(jié)構(gòu)。例如防爆標志為：Ex e IIC Gb，表示應(yīng)用于爆炸性粉塵環(huán)境的增安型防爆設(shè)備。

2.3 本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)

堆取料機電控系統(tǒng)中廣泛使用接近開關(guān)、皮帶保護開關(guān)等保護元件，用于對堆取料的回轉(zhuǎn)、俯仰、行走等動作及皮帶的運行進行安全保護。這類小型電氣設(shè)備開關(guān)屬于弱電流回路，可在其電路設(shè)計上采用一系列方案來限制內(nèi)部元件的表面溫度，使其小于規(guī)定值，從而產(chǎn)生的電火花、電弧或危險溫度都不足以引燃周圍爆炸性混合物，這樣的防爆設(shè)計為本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)。其防爆標志通常為：Ex II ia IP68，表示本質(zhì)安全型防爆設(shè)備，可應(yīng)用于爆炸性粉塵環(huán)境，防護等級為IP68。

需要注意的是，由于這些開關(guān)與堆取料機的PLC控制系統(tǒng)有信號聯(lián)鎖，在回路的設(shè)計上，為了防止由于混線而產(chǎn)生電磁或靜電感應(yīng)，必須采取周密的措施與其它電路相隔離，如在回路上配置防爆隔離柵，以確保防爆性能的有效性。

2.4 正壓型結(jié)構(gòu)

堆取料機上中心滑環(huán)、電氣房及司機室是其電控系統(tǒng)中的重要設(shè)備?；h(huán)裝置用于電纜上機，是連接堆取料機電控系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的樞紐，包括配電、控制聯(lián)鎖、光纖通信甚至水、氣路等，內(nèi)部元件眾多且易損壞；電氣房及司機室內(nèi)部的變壓器、中壓柜、低壓柜、PLC柜、操作臺及其內(nèi)部的中低壓成套裝置及PLC系統(tǒng)是整個電控系統(tǒng)的核心。對這部分電氣設(shè)備的防爆處理，如采用上述的隔爆、增安、本安等結(jié)構(gòu)防爆設(shè)備，會導(dǎo)致成本過高、操作檢修不便，甚至根本無法選型等問題。

這種情況下，可采用正壓型結(jié)構(gòu)的防爆設(shè)計。首先保證滑環(huán)裝置、電氣房、司機室設(shè)備的整體密封性；再通過引入新鮮空氣，使其內(nèi)部的空氣壓力大于外部危險防爆環(huán)境中的氣體壓力，阻止爆炸性混合物的進入，使內(nèi)部爆炸性混合物的濃度低至爆炸下限以下，并持續(xù)保壓。通過這種方式，電氣設(shè)備內(nèi)部可視為安全環(huán)境，其內(nèi)部的其他電氣產(chǎn)品都可采用普通非防爆的電氣產(chǎn)品，這就極大地解決了成本、尺寸、檢修及維護人員的安全健康等問題，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。例如其防爆標志通常為Ex pD 21 T100°C，表示可應(yīng)用于爆炸性粉塵環(huán)境的正壓防爆設(shè)備。

在采用這種防爆原理的設(shè)備時，需要注意：（1）氣源的提供：氣源來源必須為非防爆的安全區(qū)域，可為全廠的廠用儀表氣或?qū)ｉT配備的壓縮機產(chǎn)生的安全氣，且其流量及壓力都必須經(jīng)過詳細專業(yè)計算，并考慮一定路由及泄漏損耗。（2）控制系統(tǒng)的設(shè)計：氣控回路的控制電源不可從機上獲得，而需要由上級變電所單獨提供，并與中控室有硬接線輸入輸出信號進行聯(lián)鎖保護。當(dāng)電氣房內(nèi)壓力降至危險狀態(tài)或正壓系統(tǒng)發(fā)生故障時，上級變電所應(yīng)立即切斷堆取料機的動力電源。

3 結(jié)語

具有顯著環(huán)保優(yōu)勢、超強儲備能力、高效自動化的圓形料場堆取料機應(yīng)用日益廣泛，相信隨著防爆技術(shù)在堆取料機電控系統(tǒng)中的有效應(yīng)用及實踐效果反饋，其整體防爆設(shè)計也會越加精細、安全和完善。

參考文獻

[1] 紀玲.淺談圓形料場堆取料機電控系統(tǒng)[J].有色礦治，2016，32（3）：41-43.

[2] 楊濤，康勁松，張偉明.圓形料場堆取料機整體防爆及正壓電氣房的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2012，34（11）：45-47.