防爆場車內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃危險(xiǎn)控制措施及檢驗(yàn)

梁 峻 蔣漳河 王新華

（1.廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測研究院 廣州 510180）

（2.國家防爆設(shè)備質(zhì)量檢測檢驗(yàn)中心（廣東） 廣州 510760）

內(nèi)燃防爆場車廣泛使用在爆炸危險(xiǎn)場所,在工作時(shí)內(nèi)燃機(jī)易產(chǎn)生熱表面、火焰和熱氣體等點(diǎn)燃源,其防爆性能對保障防爆場車的作業(yè)安全至關(guān)重要[1]。針對防爆場車內(nèi)燃機(jī)防爆安全,消除和控制點(diǎn)燃源一直是研究和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)[2-5],防爆性能檢驗(yàn)多局限于對阻火器、最高表面溫度等部件和參數(shù)的檢驗(yàn)[5-8],整機(jī)檢驗(yàn)缺少較為系統(tǒng)的分析研究。本文基于場車內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)及點(diǎn)燃源,對防爆內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃危險(xiǎn)控制措施進(jìn)行分析,針對控制措施制定防爆內(nèi)燃機(jī)防爆性能檢驗(yàn)要求。

1 場車內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃源

1.1 場車內(nèi)燃機(jī)特點(diǎn)

防爆場車作為爆炸危險(xiǎn)場所貨物搬運(yùn)和人員輸送的專用裝備,內(nèi)燃機(jī)搭載在防爆場車上并隨車使用,防爆場車內(nèi)燃機(jī)具有在特定場所內(nèi)移動使用的特點(diǎn)。

內(nèi)燃防爆場車運(yùn)行速度低,輸出功率一般不超過100 kW,所用內(nèi)燃機(jī)以壓燃式四沖程柴油機(jī)為主,多為四缸,少許較大功率使用六缸,進(jìn)氣無增壓裝置和壓縮機(jī)等部件。防爆場車在特定場所使用,內(nèi)燃機(jī)采用電啟動系統(tǒng),無低溫啟動裝置,在較低溫度地區(qū)使用時(shí)配置空氣預(yù)熱裝置。限于內(nèi)燃機(jī)的工作原理,在工作時(shí)內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)與氣缸體之間會有少量燃燒廢氣排出進(jìn)入曲軸箱,曲軸箱內(nèi)為正壓。

1.2 點(diǎn)燃源類型

基于防爆場車內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)及工作原理,防爆場車內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃源與點(diǎn)燃源出現(xiàn)的正常工況、可預(yù)見故障工況見表1。

表1 防爆場車內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃源及工況分析

2 點(diǎn)燃危險(xiǎn)控制措施

根據(jù)防爆場車內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)、點(diǎn)燃源的類型及出現(xiàn)工況,防爆場車內(nèi)燃機(jī)采取的防爆安全控制措施主要有：

1）內(nèi)燃機(jī)氣缸體、氣缸蓋及排氣管道等設(shè)置水冷系統(tǒng)控制氣缸體、排氣管道表面溫度,設(shè)置監(jiān)測裝置對內(nèi)燃機(jī)冷卻液溫度、潤滑油油壓、排氣口氣體溫度進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測參數(shù)超限時(shí)應(yīng)及時(shí)報(bào)警或停機(jī)。

2）針對爆炸性氣體環(huán)境,進(jìn)氣口設(shè)置進(jìn)氣口阻火器,排氣口設(shè)置排氣口阻火器和火星熄滅器,進(jìn)、排氣口阻火器之間的內(nèi)燃機(jī)、排氣管道、進(jìn)氣管道采用隔爆結(jié)構(gòu),如圖1（a）所示；針對可燃性粉塵環(huán)境,進(jìn)氣口設(shè)置空氣濾清器控制可燃性粉塵的吸入,排氣口設(shè)置火星熄滅器,Db級內(nèi)燃機(jī)在空氣濾清器與內(nèi)燃機(jī)之間的進(jìn)氣管道采用密封結(jié)構(gòu),如圖1（b）所示。

圖1 防爆場車內(nèi)燃機(jī)防爆安全結(jié)構(gòu)

3）機(jī)械起動裝置選用預(yù)先嚙合型、不產(chǎn)生高溫表面和機(jī)械火花等點(diǎn)燃危險(xiǎn)的起動裝置；內(nèi)燃機(jī)外殼噴涂涂料或涂層時(shí),涂料中的鋁、鎂、鈦含量不超過25%,鎂、鈦總量不超過6%；冷卻風(fēng)扇采用非金屬結(jié)構(gòu)并控制靜電電荷,采用金屬結(jié)構(gòu)時(shí),風(fēng)扇葉輪與風(fēng)扇罩之間保持足夠的間隙,至少為風(fēng)扇葉輪最大直徑的1/100。

4）蓄電池、啟動電機(jī)、發(fā)電機(jī)、電預(yù)熱塞及控制系統(tǒng)選擇符合GB 3836、GB 12476標(biāo)準(zhǔn)中要求的防爆電氣設(shè)備,電氣設(shè)備與電氣系統(tǒng)的安裝應(yīng)符合GB/T 3836.15標(biāo)準(zhǔn)中的要求；Gb級內(nèi)燃機(jī)所用電氣設(shè)備的安裝應(yīng)為雙極式布線,正、負(fù)極接線都應(yīng)與內(nèi)燃機(jī)氣缸體絕緣。

5）為控制靜電電荷,對于非金屬部件可采用以下3種措施：（1）絕緣材料表面電阻不應(yīng)超過109Ω；（2）限制絕緣材料的尺寸、形狀和面積,使靜電電荷不可能產(chǎn)生；（3）選用擊穿電壓不大于4 kV的塑料材料。對于傳動皮帶,應(yīng)符合GB/T 10715—2021《帶傳動 多楔帶、聯(lián)組V帶及包括寬V帶、六角帶在內(nèi)的單根V帶抗靜電帶的導(dǎo)電性：要求和試驗(yàn)方法》中對電阻提出的要求。所有外部可接觸的部件,應(yīng)與內(nèi)燃機(jī)氣缸體保持電勢平衡。

3 防爆安全檢驗(yàn)要求

3.1 檢驗(yàn)項(xiàng)目的選擇

根據(jù)爆炸性環(huán)境的不同,防爆場車內(nèi)燃機(jī)采取的點(diǎn)燃危險(xiǎn)控制措施有所區(qū)別,防爆安全檢驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置也有所不同,見表2。

表2 防爆場車內(nèi)燃機(jī)檢驗(yàn)項(xiàng)目的選擇

3.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)檢查

整機(jī)結(jié)構(gòu)檢查的內(nèi)容主要包括：1）檢查樣機(jī)生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品名稱、型號規(guī)格、防爆型式、樣機(jī)編號、出廠日期及額定功率、額定轉(zhuǎn)速、排量等是否與整機(jī)銘牌、申請資料一致；2）檢查樣機(jī)防爆電氣部件及資料是否與所申請的防爆型式相匹配,若使用已進(jìn)行型式試驗(yàn)的火星熄滅器,內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣流量、排量、排氣溫度和安裝方式應(yīng)與火星熄滅器進(jìn)行型式試驗(yàn)時(shí)的內(nèi)燃機(jī)一致；3）若必須,檢查進(jìn)氣管道是否設(shè)置兩級以上空氣濾清器,第一級空氣濾清器的效率應(yīng)不低于85%,第二級空氣濾清器的效率應(yīng)不低于95%；4）若必須,檢查圖紙上隔爆外殼隔爆接合面參數(shù)是否與樣機(jī)一致,是否符合隔爆要求；5）檢查樣機(jī)電氣控制系統(tǒng),是否具備冷卻液溫度、潤滑油油壓、排氣口氣體溫度監(jiān)測功能；6）檢查模擬缸體是否可代表所檢驗(yàn)的防爆場車內(nèi)燃機(jī)樣機(jī)；7）檢查樣機(jī)所用涂料或涂層輕金屬含量、非金屬材料表面電阻、傳動皮帶電阻是否符合防爆要求。

3.3 防爆電氣設(shè)備安裝

電氣設(shè)備與系統(tǒng)的安裝應(yīng)符合GB/T 3836.15標(biāo)準(zhǔn)中的要求。對于Gb級內(nèi)燃機(jī),還應(yīng)檢查電氣設(shè)備的安裝是否為雙極式布線,正、負(fù)極接線是否與內(nèi)燃機(jī)氣缸體絕緣。內(nèi)燃機(jī)所有外部可接觸的部件,是否與氣缸體保持電勢平衡。

當(dāng)防爆場車與內(nèi)燃機(jī)的電氣設(shè)備與系統(tǒng)無法明顯分開時(shí),內(nèi)燃機(jī)防爆電氣設(shè)備的安裝可在防爆場車防爆性能檢驗(yàn)時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),但須在內(nèi)燃機(jī)防爆安全檢驗(yàn)報(bào)告和防爆合格證上進(jìn)行說明。

3.4 隔爆外殼試驗(yàn)

采用模擬氣缸體,針對內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)分別開展隔爆外殼試驗(yàn)：1）最大爆炸壓力測定試驗(yàn)：配備表3所示濃度的試驗(yàn)氣體混合物,針對進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng),用每一個(gè)位于出入口處的點(diǎn)燃源分別對進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)各試驗(yàn)2次,在出現(xiàn)最大壓力的出入口至少試驗(yàn)5次,試驗(yàn)出現(xiàn)的最大壓力分別為進(jìn)氣系統(tǒng)最大爆炸壓力和排氣系統(tǒng)最大爆炸壓力。2）過壓試驗(yàn)：根據(jù)最大爆炸壓力測定結(jié)果,分別針對進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng),采用靜壓過壓或動壓過壓對隔爆外殼施加一個(gè)過壓壓力（一般為最大爆炸壓力值的1.5倍）,隔爆外殼不應(yīng)發(fā)生影響防爆型式的永久性變形或損壞。3）內(nèi)部點(diǎn)燃不傳爆試驗(yàn)：配備表3所示濃度的試驗(yàn)氣體混合物,針對進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng),分別進(jìn)行10次試驗(yàn),10次試驗(yàn)均不應(yīng)發(fā)生傳爆。

表3 試驗(yàn)用爆炸性氣體混合物

3.5 火星熄滅器試驗(yàn)

防爆場車內(nèi)燃機(jī)所用火星熄滅器常為干式火星熄滅器,采用目視檢查法在防爆場車上開展檢驗(yàn)。在暗室內(nèi),在最大功率、空載且高怠速、30 s內(nèi)從低怠速到高怠速3種工況下,內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣口以均勻速率注入炭粉粒度為0.5～1 mm炭粉,炭粉注入量為（L/4）g/s（L：內(nèi)燃機(jī)排量,單位為L）,注入時(shí)間為30 s。試驗(yàn)期間火星熄滅器出口不應(yīng)噴出火星。

3.6 管道泄漏試驗(yàn)

可燃性粉塵環(huán)境用防爆場車內(nèi)燃機(jī)應(yīng)進(jìn)行進(jìn)氣管道泄漏試驗(yàn)。采用空氣作為加壓介質(zhì),試驗(yàn)壓力為20 kPa,加壓時(shí)間為1 min,管道應(yīng)無可見的永久性變形；停止加壓后,壓力在3 min內(nèi)下降不應(yīng)超過4 kPa。

3.7 整套裝置及附屬配件試驗(yàn)

按照場車運(yùn)行循環(huán)路徑及工況,內(nèi)燃機(jī)搭載在防爆場車上進(jìn)行試驗(yàn)[7-9]。測定防爆場車內(nèi)燃機(jī)最高表面溫度和最高氣體溫度,不應(yīng)超過溫度組別或最高溫度。檢驗(yàn)內(nèi)燃機(jī)冷卻液溫度、潤滑油油壓、排氣口氣體溫度超限時(shí),內(nèi)燃機(jī)是否按照表4的功能及時(shí)報(bào)警或停機(jī)。爆炸性氣體環(huán)境用防爆場車還應(yīng)驗(yàn)證內(nèi)燃機(jī)空載超速時(shí),超速保護(hù)裝置動作能否自動切斷燃料供應(yīng),并關(guān)閉進(jìn)氣截止閥。

表4 自動報(bào)警和自動停機(jī)功能

4 結(jié)論

防爆場車內(nèi)燃機(jī)具有在特定場所移動使用的特點(diǎn),內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃危險(xiǎn)控制措施的選擇與使用環(huán)境、點(diǎn)燃源的類型及工況有關(guān),常采取水冷系統(tǒng)輔助關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測、阻火器及隔爆外殼結(jié)構(gòu)、火星熄滅器、空氣濾清器及密封管道、防爆電氣設(shè)備、金屬及非金屬材料控制等措施。防爆場車內(nèi)燃機(jī)應(yīng)根據(jù)所采取的點(diǎn)燃危險(xiǎn)控制措施,有針對性地按照檢驗(yàn)項(xiàng)目的要求開展防爆安全檢驗(yàn),保障內(nèi)燃機(jī)的綜合防爆安全性能。