淺析防爆環境中圓形料場堆取料機的電控系統設計

張溧栗

摘 要：憑借自身的優勢，圓形料場堆取料機正越來越廣泛地應用到各個行業中，包括一些環境惡劣的防爆場合。相應地，對其電控系統的防爆設計也提出了更高要求。該文針對堆取料機電控系統中不同設備的具體特點，結合防爆技術及原理，對防爆環境中圓形料場堆取料機的電控系統設計進行了探討。

關鍵詞：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的大型關鍵堆取料設備，因其工作效率高、自動化程度高及環保效果顯著等特點，在越來越多的行業中得到了推廣。而隨著其應用日益廣泛，一些需要存放爆炸或可燃危險物料的特殊領域，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生產的許多行業里，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境中，由于堆放了易燃易爆的危險物質，如煤炭、硫磺或其他產品，往往容易發生易燃易爆物質泄露的現象。這類物質擴散到空氣中，與空氣中氧氣混合，容易成為具有爆炸危險性的混合物質。如果混合物濃度高到一定限度，就會發生因火源的出現而引起火災發生，甚至引發爆炸等事故，嚴重影響生產運行甚至威脅生命安全。

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

圓形料場是整個料場用鋼結構網架外殼和彩鋼板組成的半封閉空間，運行環境惡劣、粉塵濃度高，堆取料機設備設置在其中心位置。根據所處行業及存儲物料的不同性質，可以對其運行環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設計，需按照鑒定要求，選用經過專業機構認證的滿足防爆環境的產品。

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

該文主要根據以上設備的不同特點及性能，結合防爆原理，對防爆環境中圓形料場堆取料機的電控系統設計進行探討。

2 堆取料機的電控系統防爆設計

2.1 隔爆型結構

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

隔爆型結構的電氣設備在堆取料機電控系統中應用很廣泛，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構。例如防爆標志為：Exd IIB T4，表示隔爆型防爆設備，可應用于B級氣體組中T4溫度組別的爆炸性氣體環境。

由于必須防止爆炸電弧、火花的傳出，隔爆型設備的箱體應承受內部爆炸混合物產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計中，還需要預留一定長度的法蘭，當燃燒生成物噴射經由這樣的結構間隙后，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。基于這樣的設計，隔爆型結構箱體的尺寸會比較大，在堆取料機布置設計時就必須留有余地，以免發生干涉。

2.2 增安型結構

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

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

2.3 本質安全型結構

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

需要注意的是，由于這些開關與堆取料機的PLC控制系統有信號聯鎖，在回路的設計上，為了防止由于混線而產生電磁或靜電感應，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 正壓型結構

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

這種情況下，可采用正壓型結構的防爆設計。首先保證滑環裝置、電氣房、司機室設備的整體密封性；再通過引入新鮮空氣，使其內部的空氣壓力大于外部危險防爆環境中的氣體壓力，阻止爆炸性混合物的進入，使內部爆炸性混合物的濃度低至爆炸下限以下，并持續保壓。通過這種方式，電氣設備內部可視為安全環境，其內部的其他電氣產品都可采用普通非防爆的電氣產品，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，保證設備的穩定運行。例如其防爆標志通常為Ex pD 21 T100°C，表示可應用于爆炸性粉塵環境的正壓防爆設備。

在采用這種防爆原理的設備時，需要注意：（1）氣源的提供：氣源來源必須為非防爆的安全區域，可為全廠的廠用儀表氣或專門配備的壓縮機產生的安全氣，且其流量及壓力都必須經過詳細專業計算，并考慮一定路由及泄漏損耗。（2）控制系統的設計：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鎖保護。當電氣房內壓力降至危險狀態或正壓系統發生故障時，上級變電所應立即切斷堆取料機的動力電源。

3 結語

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

參考文獻

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[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用[J].華電技術，2012，34（11）：45-47.