煤粉制備工段電氣防爆設計探究

王宇星

（長沙有色冶金設計研究院，湖南 長沙 410000）

在煤粉制備制作準備環節，依據技術所創造的環境，在生產、運送環節，車間中的空氣會長時間存在煤粉，較易導致爆炸、火災等問題的發生，粉煤爆炸之后會持續燃燒較長時間，從而形成巨大能量，會產生很大破壞力，電氣機械的火花通常是引發爆炸的關鍵要素之一，為此，在爆炸危險區域開展電氣設計工作，一定要時時刻刻保持謹慎的態度，依據國家現行相關規程規范、安全規程與本地消防單位的有關要求，按照成本合理、工藝領先、安全保障的準則，采用相應的預防舉措。

1 爆炸性危險環境的簡述

一般情況下，煤粉爆炸與兩個因素相關。一個是粉塵顆粒細度，當粉塵可以越小則爆炸的危險性越大，另一個是環境氛圍，氛圍內的揮發分含量越高，則爆炸的危險性越大。在煤粉傳輸和施工過程中產生煤粉沉積，形成爆炸的源頭，而且氣粉混合物在高溫的作用下，產生爆炸。煤粉制備工段是容易造成煤粉沉積，造成爆炸危險的工段，沉積的粉塵越多、空氣越干燥，則越容易產生爆炸。在大氣環境下，可燃性物質采用飛絮、粉塵等方式和空氣混合，在被某種物質點燃之后，能夠維持燃燒的環境。

2 設計中應注意的問題

在針對爆炸性粉塵環境進行設計時，先要考量采用合適的舉措清除爆炸性粉塵，讓導致爆炸發生的條件同步產生的概率降到最低。針對爆炸性粉塵環境的設計，需要注意以下問題：（1）在工藝設施設計時，需要封存危險物質在相對封閉的容器中，避免粉塵外泄；工藝設計中，適當優化工藝，集中布設會產生爆炸粉塵的工藝設備，從而控制爆炸粉塵的危險區域，加強機械除塵處理。（2）選擇露天型或開敞性的工藝設置，減少粉塵堆積風險，工業設計中采用科學舉措除塵。（3）提升自動化程度，可以使用恰當的安全連鎖方式。（4）根據工藝需求控制出入口數量，出入口不少于2個，并且最少有1個和非爆炸危險區域相連，具體而言，門應當朝著爆炸危險存在概率低的一側開啟。（5）減少工藝危險因素，避免火花和高溫同時出現，高溫和火花是引發粉塵爆炸的高危因素，如果電氣線路設備因素出現火花，容易點燃粉塵造成爆炸，因此需要在工藝設計中加入防暴線路設計。（6）加強除塵設計，控制施工環境的溫濕度，提升物料濕度，以減少粉塵飛揚率，控制空氣中的粉塵比。

3 爆炸性粉塵環境危險區域的劃分

爆炸性粉塵危險區域的劃分是識別危險區域以及加強粉塵爆炸的關鍵，從工業設計經驗來看，粉塵爆炸大多發生在爆炸區域，因此爆炸區域需要增加電氣防暴設備，從而保障爆炸區域的安全。根據有色金屬冶煉行業的生產設備，需要根據《爆炸危險電力裝置設計規范》（GB50058-2014）以及相關的防暴設計要求，嚴格控制危險區域的粉塵環境，并且加強防暴設計管理。

根據工業情況，需要從危險源、爆炸混合物的頻次以及持續時間等因素，綜合分析工藝區段，從而劃分危險區域。煤粉制備工段的現為區域在于車間，車間內容易產生粉塵，而且容易造成粉塵集中，因此車間是主要危險區域。根據煤粉制備工段的情況，可以將粉塵釋放源分為一級釋放源、二級釋放源等，具體的粉塵源類型如表1所示。

表1 粉塵釋放源分類

以爆炸性粉塵釋放頻次、連續時長為依據，對煤粉制備工段的粉塵源進行分析，結合施工區域，其對應的環境危險區域如表2所示，通常連續級、一級、二級釋放源分別對應爆炸性粉塵環境危險區域20區、21區、22區。

表2 爆炸性粉塵環境危險區域劃分

4 爆炸性粉塵環境的電力裝置設計

爆炸危險區域的配電設計十分關鍵，由于不同工段的生產裝置、機械以及通風設備差別較大，需要結合工段的不同區域開展設計，從而降低粉塵爆炸風險，確保社保安全。根據煤粉制備工段的技術資料。煤粉制備工段車間內，煤粉粉塵長期存在，而且隨著施工延長造成粉塵堆積，引發爆炸風險。因此需要在煤粉制備工段危險分區的基礎上，結合施工工藝圖，開展電力裝置的設計管理。

4.1 配電所選址

依據《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB50058-2014的規定，配電所應該設計在爆炸性環境的外部，以免粉塵爆炸對配電所造成影響。根據煤粉制備工段設計，其中共25臺用電機械，用電負載為225kW。為了滿足設備需求，需要根據需求選擇相應的配電裝置，選擇0.4kV低壓電源作為配電室電源，并且使用阻燃電纜連通低壓配電室進線柜，從而滿足煤粉制備工段的用電需求。

在設計的過程中，需要根據負荷情況，合理布設低壓配電室。在配電室和車間區域，設置防爆墻進行分隔，以免粉塵爆炸影響配電室安全。配電室房門必須朝著無爆炸危險區域，同時低壓配電室設置正壓通風機以保證低壓配電室對周圍環境保持正壓狀態，以確保低壓配電室遠離爆炸危險環境，確保其中的設備和配電室安全。

4.2 爆炸粉塵性環境電氣設備的類型選擇

粉塵爆炸環境的電氣設備必須滿足兩個條件，第一個條件是確保設備安全穩定，第二個條件是能夠滿足工藝需求。在電氣設備的選型中，需要結合危險區域分區、粉塵的最低引燃溫度、可燃物粉塵的級別等因素進行綜合分析，確保電氣設備能夠降低粉塵爆炸風險。爆炸性粉塵環境內電氣設備保護級別的選擇應符合表3規定。

表3 爆炸性粉塵環境內電氣設備的保護級別

電氣設備主要有3種類型，具體是Ⅰ類、Ⅱ類與Ⅲ類，具體而言Ⅲ類電氣設備使用在除了煤礦之外的爆炸性粉塵環境中；這類設備依照計劃運用的爆炸性粉塵環境的特點能夠進行更深入的細分：第一類是ⅢA，指的是可燃性飛絮；第二類是ⅢB，指的是非導電性粉塵；第三類是ⅢC，指的是導線性粉塵，運用到爆炸性粉塵環境的電力機械，標記設備表層溫度的最高數值，不對溫度進行分組，煤粉也就是導電性粉塵。

4.3 爆炸粉塵性環境電氣線路的設計

（1）無論是照明線路還是低壓電力在煤粉制備工段中都使用絕緣的電纜與導線，其中線路的額定電壓應當高于或等于電纜的額定電壓，并且電纜額定電壓應當在450V以上。

（2）電氣線路應當在爆炸可能性低的位置鋪設，應當與防爆閥、除塵器、煤粉倉等保持安全距離。應當躲避或許受機械損傷、紫外線照射、震動、腐蝕等位置，無法避開的情況下，采用科學、可靠的防范措施。

（3）車間中都應當使用阻燃類的銅芯絕緣導線或電纜。從電纜橋架引出之后，電纜都使用流體輸送用熱鍍鋅鋼管鋪設，同時動力電纜、控制電纜及照明回路電纜線路截面最低值面積應當在2.5mm2以上，并且導體載流量應當不得低于斷路器長延時過電流脫扣器整定電流的125%和熔斷器溶體額定電流的125%。

（4）鋪設電氣線路的流體輸送用熱鍍鋅鋼管、電纜與橋架，在從樓板亦或墻體中穿過時，應當使用非燃性材料進行封堵。

4.4 爆炸粉塵性環境的防雷接地與安全

煤粉制備工段爆炸粉塵性環境需要加強防雷設計和接地設計，以減少爆炸風險，具體的設計要點如下。

（1）防雷設計，根據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》的規定，煤粉制備工段區間為第一類防雷建筑，因此需要采用獨立防雷裝置，以保護電氣設備。可以選擇獨立避雷針和架空接閃帶作為避雷設備，并且在進線柜裝設電涌保護器。

（2）接地。煤粉制備工段車間首選建筑物的地基鋼筋作為接地網，將此作為接地設備，從而滿足接地需求。如果自然接地體的接地電阻達不到要求時，需要根據需求，增加人工接地體，按照接地電阻≤4Ω的要求進行設計，并且所有引下線的接地電阻≤10Ω，確保接地穩定性，滿足工段接地需求。為了保障爆炸危險區域接地安全，需要在不同方向設計至少與兩處接地體相連。

（3）等電位聯結。根據煤粉制備工段的設計情況，通常選擇TN-5接地型式，并且配置專門的接地點。選擇熱鍍鋅的扁鋼作為等電位連接線材料，型號為40×4。等電位連接線需要鋪設在樓板中，與設備相連，并且在各層地表配備相應的等地接線板。

（4）靜電防護。采用靜電防護設備，以減少人體靜電的影響，在車間進出口安裝人體靜電釋放器，與等電位接地共同使用接地極。

5 結語

總而言之，煤粉制備工段作為有色金屬冶煉企業的關鍵工段，具有粉塵爆炸風險，因此需要深入分析生產車間的粉塵源、粉塵爆炸危險因素，并且對工段危險區域進行劃分，加強爆炸危險區域的防暴設計與管理。本文從公益設計的角度，依據爆炸危險區域區分、各種危險成分的等級、類別科學地開展設計活動，全方位管控電氣設施危險要素，確保所有電氣設備的高效、安全運行。