楊竣皓

（煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,北京 100013）

很多工作領(lǐng)域都存在一定的危險(xiǎn)性，而爆炸無(wú)疑是對(duì)人身生命安全傷害最大的一種方式，因此，為確保生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要對(duì)一些易燃易爆的介質(zhì)進(jìn)行處理。石油開(kāi)采、化工、煉油廠(chǎng)、煤礦等這些作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在一定的可燃性氣體，都屬于存在爆炸性危險(xiǎn)的場(chǎng)所。而在一定的封閉空間，如果可燃性氣體與空氣混合，達(dá)到一定比例的情況下，是極易產(chǎn)生爆炸的。因此，這些特定的場(chǎng)所所使用的電氣設(shè)備都必須具有防爆性能和相應(yīng)的防爆措施，且產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，以此來(lái)避免爆炸事故的發(fā)生。

1 防爆技術(shù)

石油、化工、煤礦和國(guó)防等領(lǐng)域，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和貯存的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)泄露或者溢散出各種可燃性氣體，這類(lèi)氣體與空氣混合后，遇到明火極易發(fā)生爆炸，造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失，因此，相應(yīng)的防爆措施成了這些行業(yè)的重中之重，在此背景下防爆技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)的防爆設(shè)備，如防爆電器、防爆電機(jī)，于1950年前后開(kāi)始制造生產(chǎn)，本質(zhì)安全理論的研究也于上世紀(jì)五十年代中期開(kāi)始，我國(guó)自己設(shè)計(jì)制造并投入煤礦使用的本質(zhì)安全型電氣設(shè)備在上世界六十年代初期出現(xiàn)，而本質(zhì)安全型設(shè)備應(yīng)用到化工和國(guó)防領(lǐng)域則是到了1970年前后。本質(zhì)安全的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家已前后制定了三次，最近一次也是現(xiàn)在執(zhí)行的是第三次修訂的GB3836.4-2000。

在工業(yè)領(lǐng)域，絕大多數(shù)設(shè)備都是帶火花的，因此必須要采取一定的措施保證電氣設(shè)備不發(fā)生爆炸，這些相關(guān)的措施方法通常稱(chēng)為“防爆型式”。防爆型式是為防止電氣設(shè)備周?chē)囊兹家妆瑲怏w發(fā)生爆炸而采取的具體措施。通常，根據(jù)可燃性氣體出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間，可將危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。0區(qū)是指爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所，處于危險(xiǎn)環(huán)境的時(shí)間大于1000小時(shí)/年。1區(qū)是指區(qū)是指爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所，處于危險(xiǎn)環(huán)境的時(shí)間在10-1000小時(shí)/年。2區(qū)是指在正常情況下不可能出現(xiàn)可燃性氣體或者偶爾出現(xiàn)且持續(xù)時(shí)間很短的一些場(chǎng)所，其危險(xiǎn)環(huán)境存在時(shí)間小于10小時(shí)/年。

2 本質(zhì)安全防爆技術(shù)

2.1 電氣設(shè)備防爆型式的分類(lèi)

我國(guó)將電氣設(shè)備的防爆型式分為8種。（1）隔爆型。隔爆型是指將能引起爆炸的電氣設(shè)備元件封閉在一個(gè)外殼內(nèi)，該外殼能承受爆炸的壓力而不受損壞，且爆炸不會(huì)通過(guò)任何接合面或結(jié)構(gòu)開(kāi)口向外傳播。（2）正壓型。正壓型是指為防止外部的氣體進(jìn)入外殼內(nèi)，而采取的使外殼內(nèi)本身具備相當(dāng)壓力的措施。（3）充砂型。充砂型是指用細(xì)顆粒狀的材料填充外殼，使外殼內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，電弧不引燃外部氣體。（4）充油型。充油型是指將設(shè)備外殼或者部分組件浸泡到油中，使得設(shè)備爆炸發(fā)生時(shí)與外部氣體隔斷。（5）澆封型。澆封型是指將潛在的點(diǎn)燃源澆灌在阻燃的固體絕緣材料中。（6）本質(zhì)安全型。本質(zhì)安全型是指設(shè)備的全部電路均為本質(zhì)安全電路，即在正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性混合物的電路。（7）增安型。增安型是指防止產(chǎn)生過(guò)高溫度或者產(chǎn)生電弧的可能性，從而增強(qiáng)安全性的一種防爆型式。（8）無(wú)火花型。無(wú)火花型是指正常情況下不能產(chǎn)生電火花。

2.2 本安防爆技術(shù)的原理

眾所周知，空氣、爆炸性物質(zhì)、點(diǎn)燃源是爆炸發(fā)生的必要條件，缺一不可。而在煤礦的實(shí)際生產(chǎn)中是不可能避免空氣和爆炸性物質(zhì)的存在，因此防爆的重點(diǎn)應(yīng)放在杜絕點(diǎn)燃源上。點(diǎn)燃源通常是熱效應(yīng)或者電火花，本質(zhì)安全的防爆性能就是通過(guò)限制電火花和熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本質(zhì)安全電路要求將電壓和電流嚴(yán)格限制在要求范圍內(nèi)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，通過(guò)選擇合適的電感、電容及電阻來(lái)限制火花能量，將其限制在最小點(diǎn)燃量以下，從而避免爆炸的發(fā)生。與此同時(shí)，要安裝安全柵，限制場(chǎng)所的高能量，且不能使其傳播出去。

2.3 本安防爆技術(shù)分類(lèi)

根據(jù)防護(hù)能力將本質(zhì)安全防爆分為兩種。（1）ia類(lèi)。ia類(lèi)是指具備電流/電壓安全系數(shù)的電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下，不會(huì)被所施加的單個(gè)故障，或兩個(gè)故障合并而引燃；（2）ib類(lèi)。ib類(lèi)是指具備電流/電壓安全系數(shù)的電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下，不會(huì)被所施加的單個(gè)故障而引燃。

2.4 安全柵

本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)中，必須同時(shí)具有本質(zhì)安全型的設(shè)備和安全柵，兩者缺一不可。安全柵作為安全場(chǎng)所和危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的關(guān)聯(lián)設(shè)備，作用重大，其具備檢測(cè)控制信號(hào)、傳輸控制信號(hào)、限制危險(xiǎn)能量流入危險(xiǎn)場(chǎng)所等作用。

安全柵有四種基本形式，分別為：（1）電阻安全柵。電阻安全柵是指利用電阻限制電流的作用，將電流限制在安全的臨界值以下；（2）齊納式安全柵。齊納式安全柵是指利用穩(wěn)壓二極管的方向擊穿的特性，在正常工作時(shí)，若產(chǎn)生過(guò)高能量時(shí)使其擊穿齊納二極管，從而隔離安全側(cè)和危險(xiǎn)側(cè)；（3）電光隔離式安全柵。電光隔離式安全柵是指在安全側(cè)和危險(xiǎn)側(cè)只有光的耦合，而保證電氣的絕對(duì)隔離；（4）變壓器隔離式安全柵。變壓器隔離式安全柵是指利用電磁轉(zhuǎn)換在安全側(cè)和危險(xiǎn)側(cè)傳輸信號(hào)，保證電氣的絕對(duì)隔離。

3 本安防爆技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

煤礦井下作業(yè)空間狹小、且空氣中含有沼氣、粉塵等易燃易爆的成分，因此按照國(guó)家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)定，井下采掘的相關(guān)電氣設(shè)備和控制設(shè)備必須具備防爆性能，且必須是隔爆型或本質(zhì)安全型。由于只有本質(zhì)安全型儀表設(shè)備能應(yīng)用于0區(qū)且本質(zhì)安全型防爆型式相比與其他防爆型式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、方便維護(hù)、適應(yīng)廣泛等特點(diǎn)，因此在煤礦生產(chǎn)中，本質(zhì)安全型防爆型式應(yīng)用最為廣泛。煤礦常用的本安型防爆設(shè)備有本安型防撕裂傳感器、本安型氣體檢測(cè)器、本安型堆煤傳感器等。在本安型防爆設(shè)備的采購(gòu)和使用中要注意產(chǎn)品“三證一標(biāo)”的檢查。

[1]韓正,朱永勝.爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備的選擇[J]電器開(kāi)關(guān),2003(02).

[2]徐建平.儀器本安防爆技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[3]李達(dá)，范新媛.本安防爆系統(tǒng)綜述[J].石油化工自動(dòng)化,2008(06).