防爆場車內燃機點燃危險控制措施及檢驗

梁 峻 蔣漳河 王新華

（1.廣州特種機電設備檢測研究院 廣州 510180）

（2.國家防爆設備質量檢測檢驗中心（廣東） 廣州 510760）

內燃防爆場車廣泛使用在爆炸危險場所,在工作時內燃機易產生熱表面、火焰和熱氣體等點燃源,其防爆性能對保障防爆場車的作業安全至關重要[1]。針對防爆場車內燃機防爆安全,消除和控制點燃源一直是研究和設計的重點[2-5],防爆性能檢驗多局限于對阻火器、最高表面溫度等部件和參數的檢驗[5-8],整機檢驗缺少較為系統的分析研究。本文基于場車內燃機的特點及點燃源,對防爆內燃機點燃危險控制措施進行分析,針對控制措施制定防爆內燃機防爆性能檢驗要求。

1 場車內燃機點燃源

1.1 場車內燃機特點

防爆場車作為爆炸危險場所貨物搬運和人員輸送的專用裝備,內燃機搭載在防爆場車上并隨車使用,防爆場車內燃機具有在特定場所內移動使用的特點。

內燃防爆場車運行速度低,輸出功率一般不超過100 kW,所用內燃機以壓燃式四沖程柴油機為主,多為四缸,少許較大功率使用六缸,進氣無增壓裝置和壓縮機等部件。防爆場車在特定場所使用,內燃機采用電啟動系統,無低溫啟動裝置,在較低溫度地區使用時配置空氣預熱裝置。限于內燃機的工作原理,在工作時內燃機活塞環與氣缸體之間會有少量燃燒廢氣排出進入曲軸箱,曲軸箱內為正壓。

1.2 點燃源類型

基于防爆場車內燃機的特點及工作原理,防爆場車內燃機點燃源與點燃源出現的正常工況、可預見故障工況見表1。

表1 防爆場車內燃機點燃源及工況分析

2 點燃危險控制措施

根據防爆場車內燃機的特點、點燃源的類型及出現工況,防爆場車內燃機采取的防爆安全控制措施主要有：

1）內燃機氣缸體、氣缸蓋及排氣管道等設置水冷系統控制氣缸體、排氣管道表面溫度,設置監測裝置對內燃機冷卻液溫度、潤滑油油壓、排氣口氣體溫度進行監測,監測參數超限時應及時報警或停機。

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

圖1 防爆場車內燃機防爆安全結構

3）機械起動裝置選用預先嚙合型、不產生高溫表面和機械火花等點燃危險的起動裝置；內燃機外殼噴涂涂料或涂層時,涂料中的鋁、鎂、鈦含量不超過25%,鎂、鈦總量不超過6%；冷卻風扇采用非金屬結構并控制靜電電荷,采用金屬結構時,風扇葉輪與風扇罩之間保持足夠的間隙,至少為風扇葉輪最大直徑的1/100。

4）蓄電池、啟動電機、發電機、電預熱塞及控制系統選擇符合GB 3836、GB 12476標準中要求的防爆電氣設備,電氣設備與電氣系統的安裝應符合GB/T 3836.15標準中的要求；Gb級內燃機所用電氣設備的安裝應為雙極式布線,正、負極接線都應與內燃機氣缸體絕緣。

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,應符合GB/T 10715—2021《帶傳動 多楔帶、聯組V帶及包括寬V帶、六角帶在內的單根V帶抗靜電帶的導電性：要求和試驗方法》中對電阻提出的要求。所有外部可接觸的部件,應與內燃機氣缸體保持電勢平衡。

3 防爆安全檢驗要求

3.1 檢驗項目的選擇

根據爆炸性環境的不同,防爆場車內燃機采取的點燃危險控制措施有所區別,防爆安全檢驗項目的設置也有所不同,見表2。

表2 防爆場車內燃機檢驗項目的選擇

3.2 整機結構檢查

整機結構檢查的內容主要包括：1）檢查樣機生產廠家、產品名稱、型號規格、防爆型式、樣機編號、出廠日期及額定功率、額定轉速、排量等是否與整機銘牌、申請資料一致；2）檢查樣機防爆電氣部件及資料是否與所申請的防爆型式相匹配,若使用已進行型式試驗的火星熄滅器,內燃機進氣流量、排量、排氣溫度和安裝方式應與火星熄滅器進行型式試驗時的內燃機一致；3）若必須,檢查進氣管道是否設置兩級以上空氣濾清器,第一級空氣濾清器的效率應不低于85%,第二級空氣濾清器的效率應不低于95%；4）若必須,檢查圖紙上隔爆外殼隔爆接合面參數是否與樣機一致,是否符合隔爆要求；5）檢查樣機電氣控制系統,是否具備冷卻液溫度、潤滑油油壓、排氣口氣體溫度監測功能；6）檢查模擬缸體是否可代表所檢驗的防爆場車內燃機樣機；7）檢查樣機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 防爆電氣設備安裝

電氣設備與系統的安裝應符合GB/T 3836.15標準中的要求。對于Gb級內燃機,還應檢查電氣設備的安裝是否為雙極式布線,正、負極接線是否與內燃機氣缸體絕緣。內燃機所有外部可接觸的部件,是否與氣缸體保持電勢平衡。

當防爆場車與內燃機的電氣設備與系統無法明顯分開時,內燃機防爆電氣設備的安裝可在防爆場車防爆性能檢驗時進行檢驗,但須在內燃機防爆安全檢驗報告和防爆合格證上進行說明。

3.4 隔爆外殼試驗

采用模擬氣缸體,針對內燃機進氣系統和排氣系統分別開展隔爆外殼試驗：1）最大爆炸壓力測定試驗：配備表3所示濃度的試驗氣體混合物,針對進氣系統和排氣系統,用每一個位于出入口處的點燃源分別對進氣系統和排氣系統各試驗2次,在出現最大壓力的出入口至少試驗5次,試驗出現的最大壓力分別為進氣系統最大爆炸壓力和排氣系統最大爆炸壓力。2）過壓試驗：根據最大爆炸壓力測定結果,分別針對進氣系統和排氣系統,采用靜壓過壓或動壓過壓對隔爆外殼施加一個過壓壓力（一般為最大爆炸壓力值的1.5倍）,隔爆外殼不應發生影響防爆型式的永久性變形或損壞。3）內部點燃不傳爆試驗：配備表3所示濃度的試驗氣體混合物,針對進氣系統和排氣系統,分別進行10次試驗,10次試驗均不應發生傳爆。

表3 試驗用爆炸性氣體混合物

3.5 火星熄滅器試驗

防爆場車內燃機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。在暗室內,在最大功率、空載且高怠速、30 s內從低怠速到高怠速3種工況下,內燃機進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：內燃機排量,單位為L）,注入時間為30 s。試驗期間火星熄滅器出口不應噴出火星。

3.6 管道泄漏試驗

可燃性粉塵環境用防爆場車內燃機應進行進氣管道泄漏試驗。采用空氣作為加壓介質,試驗壓力為20 kPa,加壓時間為1 min,管道應無可見的永久性變形；停止加壓后,壓力在3 min內下降不應超過4 kPa。

3.7 整套裝置及附屬配件試驗

按照場車運行循環路徑及工況,內燃機搭載在防爆場車上進行試驗[7-9]。測定防爆場車內燃機最高表面溫度和最高氣體溫度,不應超過溫度組別或最高溫度。檢驗內燃機冷卻液溫度、潤滑油油壓、排氣口氣體溫度超限時,內燃機是否按照表4的功能及時報警或停機。爆炸性氣體環境用防爆場車還應驗證內燃機空載超速時,超速保護裝置動作能否自動切斷燃料供應,并關閉進氣截止閥。

表4 自動報警和自動停機功能

4 結論

防爆場車內燃機具有在特定場所移動使用的特點,內燃機點燃危險控制措施的選擇與使用環境、點燃源的類型及工況有關,常采取水冷系統輔助關鍵參數監測、阻火器及隔爆外殼結構、火星熄滅器、空氣濾清器及密封管道、防爆電氣設備、金屬及非金屬材料控制等措施。防爆場車內燃機應根據所采取的點燃危險控制措施,有針對性地按照檢驗項目的要求開展防爆安全檢驗,保障內燃機的綜合防爆安全性能。