圆形料场堆取料机整体防爆及正压电气房的应用

杨涛，康劲松，张伟明

(1．华电重工股份有限公司 上海技术中心，上海 200122;2．同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804)

0 引言

目前，圆形料场已被广泛应用于电力、建材、化工、矿山、码头、煤炭和粮食等行业物料存储及输送系统，具有较高的自动化水平和突出的环保性能。随着圆形料场应用的日益广泛，越来越多的行业(尤其是煤炭、化工和粮食等)对圆形料场的安全运行提出了更高要求。对于存放具有爆炸或燃烧危险物料的圆形料场，整体防爆要求是其中非常重要的一项。

1 圆形料场及堆取料机的特点

圆形料场是整个料场用1个钢结构网架外壳和彩钢板组成的封闭储料场。为了提高储量，圆形料场圆周一般都设置挡墙来提高堆料高度。圆形料场物料的供给点在其中心，堆取料设备都围绕其回转中心工作，自动化程度高、环保性能突出。圆形料场内的堆取料机位于料场中心。堆料时，物料经过栈桥皮带机转载到悬臂回转堆料机，堆存在料场内;取料时，通过回转式刮板机的运行，将料场内的物料经中心落料斗转载至地下廊道内的皮带机，由其转运到料场外。圆形料场及堆取料机设备如图1所示。

图1 圆形料场及堆取料机设备

2 国家标准或行业规范中的防爆要求

一般来说，行业内对存放具有爆炸或燃烧危险物料的类似全封闭式的堆存设备(如筒仓)，会有明确的防爆要求。

例如，GB 50229—2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》对燃煤电厂运煤系统中的室内贮煤场提出了如下要求:“贮存褐煤或易自燃的高挥发分煤种时，应设置烟气及可燃气体浓度监测设施，电气设施应采用防爆型。”另外，GB 12476．1/2/3—2000《可燃性粉尘环境用电气设备》，GB 3836—2000《爆炸性气体环境用电气设备》，GB 50058—1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》及DL/T 5203—2005《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》等，都对类似场所提出了防爆要求。

但国标或行业规范一般只是对类似场所(或室内贮煤场、或筒仓)中的类似应用(贮存褐煤或易自燃的高挥发分煤种等)提出比较笼统的防爆技术要求，对于圆形料场这种半封闭存储方式应遵循哪种规范则没有提出明确的要求。出于安全考虑，有些业主或设计院针对项目的具体情况提出了明确的防爆要求。

爆炸性危险场所按照现行国家规范分为爆炸性气体场所和爆炸性粉尘场所2种。近期，随着科技的进步以及新材料、新工艺、新产品的出现，有些行业提出了爆炸性气体和爆炸性粉尘同时存在的复合爆炸性危险场所。

其中，爆炸性气体危险场所按照现行的国家规范划分为0区、1区和2区;爆炸性粉尘危险场所划分为20区、21区和22区。对于所谓的复合防爆场所(气体+粉尘)则是以上二者的结合，例如气体防爆1区+粉尘防爆21区。具体根据项目所处行业(煤矿/燃煤电厂/化工厂等)以及储存物料的性质(褐煤/高瓦斯煤/烟煤/硫黄等)来确认不同的防爆区域。

3 堆取料机电控系统的整体防爆措施

3．1 堆取料机防爆的前提

由于堆取料机整体均位于圆形料场内部，因此，堆取料机的防爆首先应明确2个前提。

(1)前提1:圆形料场堆取料机的防爆是指暴露在危险区的整机系统均为防爆形式。不但电动机、电控柜、灯具、传感器等电控系统均为防爆形式，而且液压站的压力继电器(及接线)、温控元件等传统机械设备中包含的电控元件也应满足相应的防爆要求。

(2)前提2:圆形料场堆取料机上所有采购的防爆形式的电控元器件，均应具备国家相关部门(如国家防爆电气产品质量监督检验中心、石油和化学工业电气产品防爆质量监督检验中心等)颁发的防爆合格证书或符合对应的国际标准。例如，堆料臂回转机械式限位开关的防爆标志(ATEX认证)为“Ⅱ 2G EEx deⅡC T6，Ⅱ 2D IP67 T80℃”。

3．2 堆取料机各电控组成部分防爆方案

3．2．1 堆取料机上所有室外电控元器件

堆取料机上所有室外电控元器件包括电动机、照明灯具、室外中间接线箱、就地操作箱、检修箱、工业电视监控系统、室外电话通信系统、声光报警装置、各种传感器及各种接线盒等。

对于这些元器件，应严格按照项目的防爆区要求，选择完全符合国家(或IEC)标准的、具有防爆等级合格证书的产品。

3．2．2 堆取料机供电电缆上机装置

堆取料机供电电缆上机装置包括中心集电器(滑环)和电缆拖令装置等。

采用中心集电器(滑环)，可以满足堆取料机无限制360°旋转要求。但防爆中心集电器(滑环)目前只有个别国外厂商能够提供，价格非常昂贵，而且安装形式也很不利于检修维护。

采用电缆拖令装置。在取料平台的中心立柱柱体开孔，供电电缆从开孔处经电缆拖令小车敷设到电气室。优点是电缆布线方便，满足防爆要求;缺点是中心立柱开孔，堆、取料机构不能实现无限制360°旋转。

3．2．3 堆取料机电气房及室内电控器件

堆取料机电气房及室内电控器件包括电气房本体，室内电控柜、操作台、触摸屏、ITV监视器、照明开关箱及照明变压器等。

4 正压式防爆电气房的设计和应用

4．1 电气房及内部设备防爆方式的选择

堆取料机电气房及其内部电控器件防爆措施的选择一直是一个难点。

中国华电工程(集团)有限公司(以下简称华电工程)早期项目提出防爆要求时(2007年抚顺电厂圆形料场堆取料机，气体防爆1区)，为了寻求匹配气体防爆1区的防爆形式，曾考虑将室内的所有电控柜及操作台等都做成隔爆形式。但经充分论证后，放弃了这种方式，因为这样做会导致以下缺陷:

(1)电气房尺寸限制。限于隔爆的原理，控制柜不可能做成普通控制柜那么大，为满足要求，必将分拆现有柜体，造成柜子数量增多(约为正常数量的2倍)，致使在现有的设计空间内无法布置。

(2)有些电控部分不易实现。例如，有的配电柜内包括变压器、变频器、可编程控制器(PLC)等电控器件，如果将整柜做成隔爆形式，它们的散热问题难以解决。再如，电气房内的司机操作台上配有触摸式工控机和主令/按钮操作站，如果做成隔爆形式，显然也不适合。

(3)检修维护不利。隔爆形式的电控柜，柜体和柜门全部由螺栓密闭起来，严重影响正常的维护。另外，在危险环境中随意开关柜门也是不合规范的。

(4)操作人员的安全健康方面。当料场内整体都是爆炸性危险环境(危害健康的气体或粉尘)时，操作员还在机上无特殊保护装置的常规电气房内进行数小时甚至整天作业，这也是不允许的。

综合以上因素，经过认真论证并参考国标中有关“正压房间或建筑物的结构和使用”部分，最终设计方案是:通过引入新鲜空气，将电气房整体做成正压式电气房，使室内的安全空气压力略大于外面危险环境气体压力，阻止危险气体或粉尘的进入。这样，电气房内就形成了安全环境，内部的控制柜、操作台等即可采用普通非防爆的电气产品。正压式防爆电气房正面如图2所示。

4．2 正压式防爆电气房组成和设计

正压电气房由电气房主体、正压防爆控制系统及安全气管路系统等组成。正压电气房整体带有符合国标规范的防爆标志，每根进出电缆均带有独立的密封接头，气路供配控制系统完备，整体防护等级较高。

4．2．1 正压电气房供气管路的设计

图2 正压式防爆电气房正面

因整个圆形料场内部均为爆炸性危险环境，故电气房需要引入来自外部的新鲜空气。新鲜空气气源管路的路线为:圆形料场外部非防爆区的就近空气安全位置(例如转运站)→地下廊道→中心立柱内部→中心立柱电缆出孔→电缆拖令小车→电气房，基本与堆取料机供电电缆的上机路线相同。

电气房的气源来源一般为2种:一是直接取自业主的厂用安全气，这样只需配置从厂用气到机上电气房的供气管路即可;二是由业主提供场所，在圆形料场外部非防爆区(如转运站某处)配备空气压缩机、储气罐、过滤器等附属设施。气源管路敷设方面，一般可借用系统的电缆桥架，一直接到堆取料机的电气房接口处。

4．2．2 正压电气房控制系统的设计

正压电气房气控回路的控制电源由上级变电所单独提供，正压电气房向中控输出一路硬接线安全联锁信号“正压气源运行状态”(继电器无源常开触点)。

电气房首次使用(或断电检修后再次投入运行)前，上级变电所向堆取料机分配的动力电源处于分断状态。正压系统向电气房充气，达到安全压力之后，联锁信号状态由开点变成闭点。上级变电所检测到此信号变为闭点之后，才可以给堆取料机送电。

电气房正常运行时(安全状态)，此触点一直维持闭合状态。当电气房内压力降至危险状态或正压系统发生故障时，此触点由闭合变为断开。上级变电所检测到此信号变化后，立即切断堆取料机的动力电源。

4．3 正压电气房在实际项目中的应用

近年来，随着华电工程圆形料场项目的增多和产品线在不同行业的延伸，多个行业中多个防爆项目的圆形料场堆取料机已相继投入生产运行(有的项目已投入使用4年之久)。在设备使用过程中，圆形料场堆取料机整体防爆措施和正压电气房的成功应用，得到了设计院所和最终用户的一致认可。

当然，也有项目因客观原因或用户不重视，没有达到安全生产条件就带病运行的情况。例如，有的项目因料场外的安全供气管路不具备投产条件，正压电气房处于非正常运行状态甚至有时开门运行，给室内电控器件造成了污染和腐蚀，更增加了安全隐患(有爆炸危险)。这违背了设计初衷，也是大家不希望看到的。

5 结束语

圆形料场堆取料机电控系统整体防爆不但是一个关系到设备安全运行的技术问题，更是一个系统工程。电控系统的主要部分特别是正压电气房的设计，既借鉴了正压控制柜的设计思路，又借鉴了洁净厂房的设计思路，有效地解决了堆取料机电气房防爆的难题和操作员的操作安全问题。随着在防爆方面国标的不断更新和技术的进步，相信圆形料场堆取料机整体防爆还会做得越来越完善，进而推动整个行业的技术进步。

［1］GB 3836．17—2007，爆炸性气体环境用电气设备 第17部分:正压房间或建筑物的结构和使用［S］．

［2］GB 12476—2007，可燃性粉尘环境用电气设备［S］．

［3］DL/T 5203—2005，火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程［S］．

［4］GB 50229—2006，火力发电厂与变电站设计防火规范［S］．

［5］叶阜，王俊华，韩刚华，等．门架式圆形料场堆取料机结构分析［J］．起重运输机械，2009(10):79－81．

［6］高峥，魏宝芝．防爆正压房间的设计［J］．电气防爆，2008(1):1－3．