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欧洲非电气设备防爆技术与电梯防爆

发布日期:[2017-03-01 23:38:00]    共阅[]次

防爆空调机(壁挂式)

新业防爆空调:前有不少防爆电梯仅局限于电气类防爆要求而忽略了其非电气部分,存在安全隐患。本文介绍了欧洲非电气设备防爆标准的主要内容,并结合电梯的特点分析了其对防爆电梯安全方面的借鉴作用。

0  引言

服务于爆炸性环境下的电梯,在正常运行和故障状态下产生的电气火花、机械零部件摩擦和撞击产生的温升和机械火花,是可能引爆周围爆炸性环境的点燃源,如不采取针对性的技术手段消除这些安全隐患,一旦发生爆炸事故将带来灾难性后果。然而,国内部分防爆电梯厂家企业标准在防爆安全技术上局限于电气设备通用防爆要求,对非电气部分的防爆要求不够系统,使得按照这些企业标准生产的防爆电梯存在安全隐患。因此,有必要在防爆电梯安全技术的研究中,综合考虑电梯的非电气防爆要求,提高防爆电梯的使用安全性。目前,我国针对非电气设备的强制性防爆技术标准GB 25286系列已经发布实施,而欧洲非电气设备的防爆技术标准EN 13463系列标准出台较早,本文将在简要介绍欧洲EN 13463系列标准主要内容的基础上,结合防爆电梯的特点分析其对防爆电梯安全方面的借鉴作用。

  EN 13463系列标准共包含6个标准,其第一部分规定了在爆炸性环境中使用的非电气设备的一些通用的基本方法和要求,后续的几个标准则欧洲非电气设备防爆技术与电梯防爆国家质监总局公益性行业科研专项(编号:200910224)[作者简介]薛季爱,女,1961年,1983年毕业于上海科技大学,主要从事机电类特种设备技术管理、检验监测工作。

  规定了几种具体的不同防护形式。

  EN 13463 1:20095潜在爆炸性环境中使用的非电气设备第1部分:基本方法与要求6为在潜在爆炸性环境中使用的非电气设备的设计、制造、检测、标注提供了基本的方法与要求。由于设备的防爆技术要求与使用环境密切相关,标准根据使用环境对设备进行了分组(Group)和分类(Category),其防护级别和安全要求也不相同,如进行点燃风险评估,评估须根据设备所属组类辨识不同工况组合下的点燃源,并按照如下顺序考虑使点燃源失效的方法和P或采取防爆措施:保证不会产生点燃源保证点燃源不会变有效保证爆炸性环境与点燃源的隔离控制爆炸和防止火势蔓延,标准附录B给出了评估的实例。

  设备分组设备分类防护级别安全要求I(矿井用)非常高设备发生罕见故障情况时,仍具有一定的安全性,一个故障发生时,至少应有两个独立的保护措施两个独立的故障发生时,设备是安全的。

  高爆炸环境出现时,设备能自动断电。

  (除矿井外其它环境)非常高正常工作,一个故障和两个独立的故障发生时均不能点燃爆炸性混合物。

  高正常工作,一个故障发生均不能点燃爆炸性混合物。

  普通正常工作时不能点燃爆炸性混合物。

  注:G代表气体、蒸汽、薄雾,D代表粉尘。

  标准的其它内容还包括设备温度、非金属部件、轻金属材料、可移除部件、加固材料、接地导电部件的连接、设备透光部件的要求、设备的标注及产品说明书。由于该标准属A类标准,对各种材料或零部件的具体性能指标并未给出定量值,但均与设备的组类有关,需由设备制造商和使用者确认在考虑的工况下不会引起爆炸事故,并必须通过试验予以验证。标准还规定了型式试验的通用要求,测试都应在最不利于相关爆炸防护的条件下进行,以保证设备极限情况下的防护措施的有效性。有关设备的试验分为4大类:机械性能试验、最高表面温度测量、与防护等级相关的设备非金属部分检测、热冲击试验标准对每一类试验都规定了各项条件、方法、试件及对结果的要求,附录C、D给出了实例。

  EN 13463 2:20045潜在爆炸性环境中使用的非电气设备第2部分:通过限流外壳实现的保护/ fr06规定了限流外壳型防护的技术要求。这种防护形式通过外壳限制周围爆炸性混合物进入外壳内,使其在外壳内的浓度低于爆炸下限,实现爆炸防护。该方法适用于仅可能偶然、短时间引发爆炸性的环境中,其应用局限于ò组3类设备。

  限流外壳所包含的设备可能在正常运行时产生点燃源,但必须保证外壳本身不成为点燃源这种防护不适用于点燃源为明火的情况。标准中主要条款是有关限流外壳内外温度差及其变化率,这是因为限流外壳主要通过限制气体的交换实现爆炸防护,一旦内外温差过大引起内外压差过大,形成呼吸作用将爆炸性气体引入壳内,将可能使防护失效。对于构成外壳的密封件、弹性衬套等,标准给出了试验条件和指标(主要温度、时间和压力),由于限流外壳仅适用于ò组3类设备的防护,因此试验环境和指标均给出了具体值。限流外壳防护水平较低,适用范围狭窄,但其优点在于结构简单,成本较低。

  EN 13463 3:20055潜在爆炸性环境中使用的非电气设备第3部分:通过隔爆外壳实现的保护/ d06规定了隔爆外壳保护的设备的设计、评定、结构和试验的要求。隔爆外壳通过使用高强度外壳将爆炸限制在外壳之内,外壳既不会严重变形,火焰也不会传到接合面外部的爆炸性环境中。如上得到了广泛应用,其基本参数为隔爆接合面长度和隔爆间隙。隔爆外壳保护适用面广,几乎所有组类设备均可使用,是一种防护水平较高的防爆形式。

  欧洲非电气设备防爆技术与电梯防爆在确定使用这种保护形式之前必须对被保护对象按照EN 13463 1的要求进行点燃危险评估,确定隔爆外壳型适合设备使用,能获得和设备组类规定的保护等级。本标准主要内容针对隔爆外壳强度、隔爆连接、隔爆外壳的引入装置等。由于电气类设备隔爆技术成熟,其标准已实施多年,本标准的条款是在参考电气隔爆标准的基础上针对非电气设备特点修改而来,总体差异不大。

  EN 13463 5:20035潜在爆炸性环境中使用的非电气设备第5部分:通过结构安全实现的保护/ c06规定了结构安全型防护的技术要求。结构安全的机理是在设备设计、制造及材料选择上应用合理的工程原理,使机械故障可能造成温升或机械火花的危险降低到非常低的水平,结构安全型防护可视为一种/主动0式防护,其适用范围相当广泛。标准首先明确在应用此种防护之前必须对设备进行点燃风险评估,确定防护水平,并通过增强某些薄弱部件的安全性来确保不会产生点燃源。本标准的主要内容涉及到设备一些容易产生点燃源的非电气类部件,如活动部件、轴承、传动系统、制动系统等。由于结构安全型并不是通过附加装置来防止爆炸,而是通过设计来降低点燃风险,因此对在爆炸环境下使用的设备设计、材料选择、润滑和密封以及型式试验等方面提出了更高的要求。本标准未规定设计的具体步骤而仅给出了应达到的目标,允许设备制造商通过不同的技术途径以实现这一目标。

  EN 13463 6:20055潜在爆炸性环境中使用的非电气设备第6部分:通过点燃源控制实现的保护/ b06规定了点燃源控制型防护的技术要求,其防护机理是在设备中附加传感器来探测即将发生的危险,在潜在点燃源转变为有效点燃源之前,采取控制措施防止状态进一步恶化。点燃源控制系统一般是选择设备某一物理参数作为被控参数,通过传感器测量这一参数值,当其数值超过预先设定的阈值时,即采取预定的控制措施,这一控制措施可以自动运行,也可以通过向设备操作者发出警告来人工运行。在确定应用此种防护形式之前,设备同样需经正确分组分类和点燃风险评估。

  标准主要内容是点燃源控制系统的功能设计应遵循的原则。标准要求控制参数的选择应反映设备特征传感器应输出正确信号控制参数超过阈值时应能采取预定的措施这些措施能有效抑制潜在点燃源且必须在其转换为有效点燃源之前起作用。标准还根据防点燃系统的可靠性来确定点燃保护级别,点燃保护级别的选择同样取决于设备点燃风险评估的结果。防点燃保护系统设计基础是控制参数的选择和阈值确定,在制造商不知道控制参数、无法计算或无法从认可的参考文献获得时,应当通过型式试验来确定控制参数正常运行值和最大允许值。标准并未对型式试验给出具体的要求,设备制造商应该根据被测对象、需要测量的物理量等因素来选择合适的实验仪器,确定实验方案并保证实验结果的可靠性。点燃源控制可以认为是最为/主动0的一种防护形式,它使用范围广,配置灵活。但点燃源控制系统构成复杂,包含信号采集、传输、处理和动作多个环节,必须保证其具有极高的可靠性,能够在预期的各种情况下工作正常。

  EN 13463 8:20035潜在爆炸性环境中使用的非电气设备第8部分:通过液浸实现的保护/ k06为液浸型防护的设计、制造、检测等提供了基本的原则。此种防护形式的机理是使潜在点燃源浸没在保护液体中,或使保护液体形成流动的膜连续覆盖它,隔绝点燃源与周围的爆炸性环境,使其无法点燃。液浸型防护适用范围广,几乎所有组类设备都能使用,在应用本标准之前设备必须经过点燃风险评估。由于本标准并不要求防护液体不能导电,所以不适用于电气设备的点燃保护。

  液浸型防护效果取决于保护液体将点燃源与爆炸性环境的有效隔绝,因此本标准的主要内容涉及液体性质、液位高低、压力、流量及密封等直接决定能否达到有效隔绝这一目的的基本因素。标准欧洲非电气设备防爆技术与电梯防爆要求选择的保护液体必须避免与被保护设备之间的物理的(如吸收被摩擦热量引起的温升)或化学的(与被保护设备产生化学反应)作用产生新的点燃源。标准对液位高低、压力及流量并未给出具体参数,而是由制造商根据被保护对象、工作方式、工作液的性质等通过计算或型式试验来确定具体数值。在计算或试验时应考虑整个正常工作温度范围内液体的起伏波动、搅拌、气泡等最不利的条件,确定的极值必须保证潜在点燃源被完全浸没或连续由足够的保护液体覆盖,不能变为有效点燃源。密封的有效性主要与设备结构有关,标准要求密封形式必须保证保护液体的液位、压力、流量能有效隔离点燃源与爆炸性环境,防止保护液体污染和泄漏,并对外壳根据不同种类进行型式试验证明其满足要求。

  2防爆电梯非电气防爆安全技术建议防爆电梯的非电气防爆安全技术,可参考EN 13463 1中的通用要求。防爆电梯使用环境多变,同一部电梯机房、井道和底坑所处爆炸性环境也可能不同。首先应对电梯进行正确分组分类并考虑相应的工况组合下的安全要求,这样既可避免防爆措施不能达到应有的保护水平,又可避免过度保护和安全大幅度冗余,增加成本。由于防爆电梯产品包含零部件复杂,且使用时需发生人机交互,应从设备本身及人为因素两方面考虑可能出现的故障类型,判断故障出现的概率,根据设备组类确定正常及故障工况下的安全要求。在对电梯分组分类之后应当执行点燃风险评估程序,根据其所属组类和使用特点,辨识所需考虑工况下的点燃源,如安全钳紧急制停时与导轨的摩擦或撞击、制动器非零速报闸时的摩擦温升等。在列出点燃源之后可参考EN 13463 1给定的顺序考虑防爆安全措施。

  首先应该考虑的是电梯不会产生点燃源,对应的防护形式可为结构安全型。防爆电梯运行时可产生大量非电气点燃源,如制动器非零速制停时的温升、安全钳动作时的机械火花等。按照结构安全型标准的要求,防爆电梯在设计阶段必须对材料、参数等做出限制,或采用特殊的结构,并且证明其有效性。例如,若对制动器采用结构安全型防护,就需对制动器材料、电梯额定速度或载荷做出限制,使得其在非零速制停时引起的温升也不会产生点燃源,而这些有关设计值的限定就需要研究人员通过大量理论分析和试验确定。

  其次考虑的是保证点燃源不会变为有效点燃源,对应的防护形式可为点燃源控制型。电梯高速旋转的电机轴支撑处,如发生轴承损坏、油膜破裂或其他故障导致间隙缩小和偏心旋转,有可能出现摩擦高温表面。参考EN 13463 6标准要求设计点燃源控制系统,可选择温度为控制参数,选择传感器测量温度,当其超过设定值时通过自动停止电梯运行来实现防点燃保护。点燃源控制型防护为电梯附加了一套安全系统,必须保证其本身不会产生点燃源,且同时满足电梯标准中关于电气安全装置的要求。

  保证爆炸性环境与点燃源的隔离防护与本系列标准中的限流外壳型和液浸型对应。如果经点燃风险评估确定防爆电梯属ò组3类设备,使用满足标准条款要求的限流外壳作为防爆措施,既可满足安全需求,也不会带来成本的大幅度增加,但是其应用场合受限制较多。电梯齿轮箱中的涡轮蜗杆副可以看做受到液浸保护,润滑油即为保护液体。防爆电梯的润滑油选择应满足本标准中有关液体性质的要求,涡轮蜗杆副啮合时对于润滑油的搅拌和加温,磨损下的磨屑对润滑油性质的改变也应考虑。对齿轮箱体应该按照标准要求进行型式试验,确保能够承受压力并防止漏液,润滑油的液位应保持有效隔绝外界爆炸性环境。从维护方面而言,为保证在整个工作寿命中维持必要的点燃保护水平,对润滑油的检查及更换都应该根据防爆要求专门制定,与普通电梯有所区别。

  最后考虑采用的手段是控制爆炸和防止火势蔓延,对应的防护形式可为隔爆型。在对防爆电梯进行正确分类和点燃风险评估之后,前几种防护措施无效时可考虑这种方法。电梯用隔爆外壳可参考EN 13463 4标准中条款设计,其外壳材料选择、强度要求、露出部分与外壳结合处的密封等最为关键。事实上,作为保护水平高、适用范围广的一种爆炸保护形式,隔爆型防护目前在防爆电梯上已广泛被使用,如隔爆制动器。

  对于防爆电梯的安全部件和材料性能还必须进行型式试验验证其功能及性能,型式试验的设计及考核指标应综合考虑电梯安全标准和防爆标准的要求。如安全钳型式试验,按电梯技术标准仅考虑其力学及运动学性能,如应用于爆炸性环境,则必须考虑其摩擦温升或机械火花等防爆要求。

  欧洲非电气设备防爆技术与电梯防爆不应超过5 mA有效值,历时1 min无击穿及闪络。

  表面绝缘电阻的要求防爆柜式空调显示器的外壳即为空调外壳,其中塑料材质表面积较大,容易积累静电,产生危险火花,在设计时可通过合理选材使它外壳总表面电阻不超过1 G8或者限制显示器塑料外壳表面的最大表面积,或者设置一个警告牌标明在运行中采用的安全措施。

  温度要求空调显示器温度等级一定要小于使用在该危险场所环境中可燃物质的点燃温度,否则会引起燃烧爆炸。该温度数据是以40 e的环境温度或在设备上标志的最高环境温度为参考基准。它的计算方式为:t= T(环境温度时测定的温度数值)40 e(或设备上标志的最高环境温度)环境温度。

  火花试验当显示电路根据GB 383614)2010标准中附录所述的方法和能引燃危险气体的最小电容、电感曲线图和表,可以推断其结构和电气参数有足够的本质安全性能时,可以不用火花试验装置进行型式试验,否则应根据GB 383614)2010第1011章进行火花试验。

  3注意事项安装使用时显示器必须与关联设备一起整体使用,关联设备须放置于安全场所或由另一种防爆型式保护的危险场所内。

  对取得防爆合格证的产品,不允许随意更换影响防爆性能的元器件或结构。

  关联设备的本安端和非本安端的接线不可接错,否则会烧坏管理设备。

  显示器印制板和关联设备一旦损坏,用户不得自己修复,应予以更换。

  关联设备和显示板的本安端和非本安端应分开走线,间距大于50 mm.

   GB 38361 4)2010,爆炸性环境第4部分由本质安全型/ i0保护的设备[ S]1同时,出于防爆需要,也增加了电梯需进行型式试验的部件,如齿轮箱为满足液浸型防护的要求,其外壳要求可参考EN 13463 8.

  3结束语本文介绍了欧洲EN 13463系列标准的主要内容,分析了其对防爆电梯安全技术研究的借鉴作用。针对防爆电梯展开的安全技术研究,首先必须了解使用环境特征,明确设备分组分类,对防爆电梯执行点燃风险评估程序,识别电梯运行过程的点燃源及潜在点燃源,选择正确的爆炸防护形式,并经过型式试验验证其有效性和可靠性。

  柜式空调本安显示器的防爆设计

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