爆炸性环境用带式输送机非电气点燃评定和防燃措施研究

奚丽峰,李朝东

(1.上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200444;2.中国煤炭科工集团 上海有限公司， 上海 200030；3.上海煤科检测技术有限公司， 上海 201401)

0 引言

我国在2010年以前对非电气设备的防爆内容开展了研究，但没有配套的国家标准体系。直到2010年11月10日，国家发布了GB 25286—2010爆炸性环境用非电气设备系列标准，基本采用了EN 13463潜在爆炸性环境用非电气设备系列标准内容，非电气设备的防爆理念越来越被国内所接受和重视。随着欧盟EN 80079—36和EN 80079—37替代其中部分标准，使得标准体系得到进一步完善和发展。带式输送机是典型的机电组合装置，系统复杂，又被广泛应用于煤矿、非煤矿山及地面化工厂等爆炸性场所。通过对带式输送机点燃危险评定要点分析，可作为其他非电气设备的防爆参考，也可为设计、使用和检验人员提供预防和防护的借鉴。

1 非电气设备点燃评定必要性

随着世界经济的高速发展，煤矿开采、化工厂、制药厂、粉尘厂等具有爆炸危险的生产场所越来越多，相应使用的机械、电气、非金属材料等装备越来越多，结构越来越复杂多样，大型化、重型化机电设备也越来越多。由于这些环境大都存在易燃、易爆、有毒、有害等气体或其他危险物质，一旦发生燃烧或爆炸，可能产生人员伤亡等的重大安全事故。为此，对这些高危场所使用的装备有特殊的防爆设计和准入要求。

高危场所爆炸必须同时满足3个条件:一是有一定浓度的爆炸性气体或粉尘，如甲烷、乙烯、氢气、铝粉尘等；二是有一定浓度的助燃剂,如空气、氧气或辅助性气体；三是有可能引起可燃物质燃烧的热能源(即点燃源)，如机械摩擦火花、电弧、危险温度、射频等。从以上爆炸条件分析，前两个条件由于自然环境、生产过程、生存等原因，往往较难控制或难以避免。而我们的防爆设备就要求在正常运行、任何故障状态下所产生的点燃源能量不足以点燃爆炸性物质，从而避免爆炸事故的产生。如煤矿井下满足瓦斯浓度5%～16%、氧气浓度12%～21%、点燃源(650～750) ℃ 三个条件时就会发生爆炸。非电气设备特别是动态高速运动的设备的热的表面、铝热反应、静电放电、机械火花等均可能为潜在的点燃源。例如轴承缺油少油、装配不当，保养维护不及时，超寿命使用、机械干涉等状况下高速旋转部件、摩擦式制动器过载长时制动，温度很容易达到650 ℃以上，从而引起爆炸事故。本文依据非电气设备的工作特性，在爆炸性工作环境下，分析非电气设备可能的点燃源识别并采取相应的防燃措施，最终达到非电气设备安全使用的目的。

高度重视防爆电气设备在高危场所的应用，并实行了准入管理，如对防爆电气设备进行技术审查、检验合格后发放防爆合格证、实施CCC强制性认证管理等，用于煤矿井下或其他矿山还须取得安全标志证书方可使用。但对于非电气设备的防爆安全要求认识不足，重视不够，尚无明确的准入要求。2014年8月2日，昆山中荣金属制品有限公司发生特别重大铝粉尘爆炸事故，造成75人死亡、185人受伤。事故原因是除尘器集尘桶内铝粉受潮，发生氧化放热反应，达到粉尘云的引燃温度，引发除尘系统及车间的系列爆炸。铝热反应是非电气设备防爆的一个典型点燃源，从该起重大事故中认识到企业和有关人员对非电气设备防爆安全管理的意识薄弱。因此，对非电气设备点燃源评定后采取必要的安全防护和保护措施，具有重要意义。

非电气设备形式繁多，有属于机电液集合模式、也有单一的纯机械部件。它们具有共性特征：不包含电气设备，有些依靠电力拖动带动非电气设备运动，有些动力来源于液压传动、气动传动等，如矿山采掘设备、刮板输送机、带式输送机、空气压缩机、无动力牵引的车辆、泵和马达等；在运行时伴有高速或低速运转或移动，正常或故障状态下可能产生相互碰撞、摩擦等现象，在正常或非正常工作状态下形成最高表面温度、机械火花、炽热液体或气体、静电放电等；此时，如果设备周围存在爆炸浓度范围内的爆炸性物质，空气中氧气浓度一般都能达到助燃剂要求，那么以上点燃源极易发生爆炸。

2 非电气设备点燃评定的标准依据

欧洲对非电气设备实行ATEX认证并对一些产品采用CE标志管理。目前国内检验机构(如国家安全生产上海矿用设备检测检验中心)对非电气设备进行技术审查、检测验证，依据标准符合要求，出具非电气设备的防爆证书，如磁力偶合器、矿用柴油机尾气净化器隔爆装置、气动马达、气动搅拌器、气动风机、加油机底槽等产品。GB 25286系列国家强制性标准的建立，使得我国与欧洲发达国家在非电气设备的防爆要求趋于一致。非电气设备相关标准的国内外使用情况及相应的采标程度如下。

GB 25286.1—2010《爆炸性环境用非电气设备 第1部分：基本方法和要求》在EN 13463—1:2001《Non-electrical equipment for potentially explosive atmospheres - Part 1: Basic method and requirements》的基础上修改了设备级别，更改了防爆标志，增加了国内取得防爆合格证的程序；后者又被EN ISO 80079—36:2016《Explosive atmospheres Part 36: Non-electrical equipment for explosive atmospheres--Basic method and requirements》所代替。

GB 25286.2—2010《爆炸性环境用非电气设备 第2部分：限流外壳型“fr”》 在EN 13463—2:2004《Non-electrical equipment for explosive atmospheres-Part 2: Protection by flow restricting enclosure“fr”》的基础上修改了设备级别，更改了防爆标志。

GB 25286.3—2010《爆炸性环境用非电气设备 第3部分：隔爆外壳型“d”》在EN 13463—3:2005《Non-electrical equipment for use in potentially explosive atmospheres-Part 3: Protection by flameproof enclosure “d”》的基础上修改了设备级别，更改了防爆标志。

GB 25286.5—2010《爆炸性环境用非电气设备 第5部分：结构安全型“c”》在EN 13463—5:2003《Non-electrical equipment intended for use in potentially explosive atmospheres-Part 5: Protection by constructional safety“c”》的基础上修改了设备级别，更改了防爆标志；GB 25286.6—2010《爆炸性环境用非电气设备 第6部分：控制点燃源型“b”》在EN 13463—6:2003《Non-electrical equipment for use in potentially explosive atmospheres-Part 6: protection by control of ignition source“b”》的基础上修改了设备级别，更改了防爆标志；GB 25286.8—2010《爆炸性环境用非电气设备 第8部分：液浸型“k”》在EN 13463—8:2003《Non-electrical equipment for potentially explosive atmospheres-Part 8: Protection by liquid immersion“k”》的基础上修改了设备级别，更改了防爆标志；EN 13463—5:2011、EN 13463—6:2005、EN 13463—8:2003又被EN ISO 80079—37:2016《Explosive atmospheres Part 37: Non-electrical equipment for explosive atmospheres--Non-electrical type of protection constructional safety“c”, control of ignition sources“b”, liquid immersion“k”》所替代。

3 带式输送机点燃评定重点

我国2019年煤矿产煤37.5亿t。由于带式输送机具有连续运输、运输量大等特点，所以煤矿井下采出的煤基本上都通过带式输送机转运，煤炭从采掘工作面经运输大巷再到各场所煤仓，既有瓦斯空气混合物,又有煤尘空气混合物。虽然在正常工作情况下通过排风、降尘晒水等手段，可有效控制浓度在爆炸极限以下，但瓦斯矿井采掘过程中会动态涌出瓦斯、瓦斯突出矿井可能突然涌出大量的瓦斯、在通风不畅处瓦斯集聚或在落料点、转载处及振动区段有煤尘扬起等原因，都可能达到爆炸性浓度，具备三个条件就造成爆炸事故。下面以煤矿用带式输送机产品为例，对其非电气设备点燃源识别、控制点燃源、消除措施方面进行分析评定。

1) 机械热表面。带式输送机中长期运转的各处轴承、投入工作的制动器、张紧或卷带装置的液压泵站、高速旋转的托辊、缓冲托辊、减速器内部运动部件、输送带与固定部件之间、旋转滚筒与停止运行的输送带打滑等都会由于摩擦或碰撞产生高温热表面，这些都是潜在点燃源。采取措施：对以上部件进行正常状况和预期故障状况下的试验，比如长时运转试验直至热平衡，确定设备的最高表面温度是否在安全级别内。预期故障可采用超速试验、超载试验、延长制动时长等模拟工况，通过试验得到热表面温度。当热表面温度超过最高温度规定应控制使用，比如对减速器采取液浸型保护，在制动器处安装连续温度监测传感器及其他类型的保护装置。也可以通过使用说明书规定维护检查周期或更换周期条款。

2) 机械火花。旋转滚筒与固定机架、煤块或煤矸石碎块进入运转的减速器、联轴器或偶合器与固定设备、托辊与支架、张紧行走机构与其他金属部件等由于设备间的摩擦、撞击或研磨产生机械火花，也有可能成为点燃源。采取措施：首先,在设计选型中避免使用含铝、镁、钛、锆元素的轻金属材料。因为铝与生锈的铁在碰撞下能产生机械火花。设计和安装时部件之间保证安全间隙，避免各运动部件的摩擦。其次，在一些部位采用自动喷水装置，因为水能起到冷却剂和火花猝熄剂的作用。也可采用防尘外壳防止运动部件与其他部位的碰撞等。

3) 静电放电。运输煤炭的橡胶输送带、滚筒橡胶包覆层、液压胶管、非金属托辊、联轴器等非金属部件及橡胶部件长时的运动摩擦和碰撞产生大量静电电荷积聚，当产生放电现象时成为潜在点燃源。采取措施：可以通过选用抗静电的材料进行避免，试验手段验证材料的抗静电性能在正常使用时不超过安全值;或者减少相应的尺寸面积、改变形状和布置形式，使得不产生危险的静电;也可使用金属接地回路确保电荷经导电通路减少积聚。

4) 煤尘自燃。铝粉、镁粉、煤尘等，在储存中及与液体混合过程中产生放热反应，运输过程中扬起的过量粉尘堆积在设备热表面，运行或停机后温度达到燃点造成自燃。采取措施：可采用自动除尘设备进行消除或通过人工定期清除，确保不超过一定的厚度；也可控制化学反应的产生条件、隔绝形成封闭的空间，或采用独立的通风系统等避免自燃发生。

4 点燃危险评定报告

在对煤矿使用的带式输送机经过点燃源分析、采取相应的防燃措施后，以某矿DTL80/40/2×40型带式输送机为现场实例进行评定，对其正常运行和预期故障的识别和判断。综合评定后形成报告，见表1。

表1 煤矿用带式输送机(Ⅰ类Mb级)点燃危险评定表

续表1

经评定得出下列结论：该带式输送机符合Ⅰ类Mb级设备的要求，可以用于煤矿井下和可能有煤矿瓦斯气体和/或可燃性粉尘危险的地面装置上，设备显著位置可施加防爆标志ExⅠMb。

5 结论

随着科学技术的进步，机电设备在爆炸性环境中的应用多而广。对非电气设备在不同爆炸性环境中的安全应用研究显得越来越重要。依据标准，针对各种产品的种类、形式、结构和特点，对其运行和故障状态下点燃危险源分析、评定，并提出相应科学有效的预防、消除、限制和隔离危险的方法和措施，从而避免非电气设备在爆炸性危险环境中爆炸、燃烧等重大事故的发生，对安全生产具有重要作用。据了解，国际电工委员会防爆电气安全认证组织正在研究将欧盟EN ISO—80079等非电气标准转化为国际标准，对非电气设备在爆炸性环境的安全规范应用越来越重视。深入研究这些标准并推广应用，对我国防爆电气和非电气设备出口到一带一路沿线国家具有重要意义。