殷 杰

（上海上發(fā)院發(fā)電成套設(shè)備工程有限公司，上海 200240）

1 引言

爆炸試驗(yàn)槽系統(tǒng)主要用于對(duì)?；瘓?chǎng)所使用的隔爆型防爆電氣產(chǎn)品進(jìn)行最為重要的爆炸試驗(yàn)，主要由試驗(yàn)槽本體、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。其主要工作原理是：在試驗(yàn)槽本體內(nèi)放入試驗(yàn)樣品，在樣品中充入規(guī)定的試驗(yàn)氣體（甲烷、氫氣）并點(diǎn)燃，測(cè)量其爆炸壓力并保證試驗(yàn)樣品內(nèi)部發(fā)生的爆炸不擴(kuò)散到試驗(yàn)槽本體外。其在防火防爆設(shè)計(jì)和運(yùn)行中涉及到多項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)，文中針對(duì)爆炸試驗(yàn)槽系統(tǒng)的防火防爆設(shè)計(jì)及安全管理方面的問(wèn)題進(jìn)行介紹和分析。

圖1 防爆試驗(yàn)槽系統(tǒng)實(shí)物圖

圖2 防爆試驗(yàn)槽系統(tǒng)主要構(gòu)件

2 安全方案綜述

廠房總體布局應(yīng)滿足GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)要求；試驗(yàn)槽本體強(qiáng)度應(yīng)滿足爆炸試驗(yàn)的要求；電氣控制系統(tǒng)應(yīng)滿足GB 50257-2014《電氣裝置安裝工程爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》等相關(guān)要求；防爆試驗(yàn)槽系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)應(yīng)滿足安全管理的要求。

現(xiàn)有單層丁類綜合試驗(yàn)廠房建筑面積為1200m2，嚴(yán)格控制爆炸試驗(yàn)槽系統(tǒng)占地面積不大于該廠房防火分區(qū)建筑面積的5%，以便不提高現(xiàn)有廠房的危險(xiǎn)類別。

3 試驗(yàn)槽本體

3.1 試驗(yàn)槽承壓能力設(shè)計(jì)

考慮到受力性能，將試驗(yàn)槽本體采用臥式圓筒形結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)槽本體的承壓能力取決于可燃性氣體混合物爆炸時(shí)產(chǎn)生的最大爆炸壓力，理論上爆炸壓力可以通過(guò)以下熱力學(xué)能公式計(jì)算。

表1 幾種可燃性氣體混合物的最大爆炸壓力及最大壓力體積分?jǐn)?shù)

爆炸壓力也可以通過(guò)試驗(yàn)直接測(cè)定，幾種常見(jiàn)可燃性氣體混合物的最大爆炸壓力參考值及最大壓力體積分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1。為了保證試驗(yàn)安全和設(shè)備的長(zhǎng)期使用，試驗(yàn)槽承壓能力取安全系數(shù)為4[3]，因此試驗(yàn)槽本體按4 MPa承壓能力設(shè)計(jì)，屬于固定式中壓力容器。

通過(guò)比較螺栓緊固結(jié)構(gòu)和快開(kāi)結(jié)構(gòu)兩種罐蓋可以發(fā)現(xiàn)：螺栓緊固型罐蓋開(kāi)關(guān)速度慢，螺紋磨損銹蝕情況等難以度量，存在安全隱患，因此選用槽體與帶齒罐蓋通過(guò)帶齒卡箍連接的快開(kāi)結(jié)構(gòu)。罐蓋和槽體扣合后，旋轉(zhuǎn)卡箍對(duì)準(zhǔn)相互的齒，同時(shí)壓緊橡膠密封圈?？ü康男D(zhuǎn)采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)。

3.2 強(qiáng)度校核

需要對(duì)試驗(yàn)槽本體進(jìn)行強(qiáng)度校核。橫向中卡箍和罐蓋的齒部分最為薄弱，因此卡箍和罐蓋的設(shè)計(jì)應(yīng)以罐蓋齒的剪切強(qiáng)度為準(zhǔn)[4]?？v向不考慮罐蓋作用力。強(qiáng)度校核如表2所示。

表2 強(qiáng)度校核

3.3 附件設(shè)計(jì)

為了減輕壓力重疊對(duì)設(shè)備的影響，延長(zhǎng)試驗(yàn)槽使用壽命，在槽體頂部設(shè)置一套爆破片安全裝置，采用設(shè)計(jì)爆破壓力為2MPa的平板形爆破片，當(dāng)試驗(yàn)槽內(nèi)發(fā)生傳爆時(shí)破裂泄壓，起到保護(hù)試驗(yàn)槽本體的作用。爆破片的選擇與安裝參照GB 567.2-2012《爆破片安全裝置 第2部分：應(yīng)用、選擇與安裝》等相關(guān)要求。

4 供氣系統(tǒng)

4.1 氣瓶間防火防爆設(shè)計(jì)

供氣系統(tǒng)需要放置甲烷1集裝格（16瓶），氫氣1集裝格（16瓶），如果按照物質(zhì)分類則建筑防火等級(jí)應(yīng)為甲類。由于氣瓶直接連接到供氣管路使用（非儲(chǔ)存），因此不作為單獨(dú)的甲類倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)。將氣瓶間沿廠房外墻狹長(zhǎng)布置，可以增加側(cè)墻的泄爆面積，增大泄爆面積，基于以上經(jīng)驗(yàn)，在廠房外東北角北側(cè)設(shè)置長(zhǎng)、寬、高分別為5m、3m、2m的臨時(shí)板房作為氣瓶間(經(jīng)核算長(zhǎng)徑比小于3，符合要求)，采用耐火等級(jí)不小于4.00h的防火墻與廠房主體隔離。氣瓶間的屋頂和西、北、東四個(gè)面設(shè)置為泄爆面，其中屋頂材料的單位面積重量小于60kg/m2。氣瓶間北側(cè)墻面設(shè)置甲級(jí)防火卷簾，供人員和氣瓶進(jìn)出。

氣瓶間的泄爆面積S=5×3+5×2+3×2+3×2=37m2

最小泄壓面積[5]A=10CV2/3=10×0.25×302/3=10×0.25×9.66=24.15m2

注：V為廠房的容積，C為泄壓比（此處取0.25）。

氣瓶間的泄爆面積S＞最小泄壓面積A，因此滿足要求。

氣瓶間內(nèi)東西兩側(cè)各設(shè)置1臺(tái)防爆通風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)排風(fēng)量400m3/h，使得氣瓶間內(nèi)的換氣次數(shù)大于12次/h。

供氣系統(tǒng)的氣瓶間內(nèi)在正常運(yùn)行時(shí)不經(jīng)?；蚨唐诖嬖诒ㄐ曰旌蠚怏w，因此設(shè)計(jì)為氣體防爆2區(qū)，氣瓶間內(nèi)的電氣設(shè)備如防爆照明燈、開(kāi)關(guān)、接線盒、可燃?xì)怏w探測(cè)器、聲光報(bào)警器均選用ⅡCT1級(jí)以上的電氣防爆設(shè)備（氫氣ⅡCT1，甲烷ⅡAT1），設(shè)備安裝應(yīng)符合GB 50257-2014等相關(guān)要求。其中可燃?xì)怏w探測(cè)器設(shè)置在氣瓶間中部和頂部易形成和積聚爆炸性氣體混合物的位置，并設(shè)置當(dāng)氣體濃度接近爆炸下限值的20%時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警并啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)，當(dāng)氣體濃度接近爆炸下限值的50%時(shí)，應(yīng)能可靠的發(fā)出信號(hào)或切斷電源[6]。

氣瓶間門口設(shè)置靜電釋放裝置，張貼安全警示標(biāo)識(shí)，懸掛其化學(xué)品安全技術(shù)說(shuō)明書（MSDS）。在氣瓶間和試驗(yàn)槽廠房?jī)?nèi)均設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)器和火災(zāi)警報(bào)器，火災(zāi)警報(bào)器聲壓級(jí)不應(yīng)小于60dB[7]，考慮到空壓機(jī)等其他噪聲的影響，選用響度不低于90dB的火災(zāi)聲光報(bào)警器。

氣瓶間內(nèi)的氣體集裝格應(yīng)與防靜電接地裝置可靠連接，并定期檢測(cè)接地電阻，每年至少檢測(cè)一次。不得將氣瓶?jī)?nèi)的氣體用盡，瓶?jī)?nèi)至少保留0.05MPa的壓力，以防空氣進(jìn)入氣瓶[8]，氣瓶間內(nèi)配置2具M(jìn)F/ABC4滅火器，不得用水滅火。

4.2 空壓機(jī)房

試驗(yàn)槽系統(tǒng)所需的空氣由1臺(tái)自帶儲(chǔ)氣罐的空壓機(jī)提供，選用工作噪音小于75dB的產(chǎn)品，無(wú)需人員職守因此不考慮人員噪聲防護(hù)。在廠房?jī)?nèi)設(shè)空壓機(jī)房放置該空壓機(jī)，內(nèi)墻面采用吸聲材料裝修，配置2具M(jìn)F/ABC4滅火器。

4.3 三元配氣系統(tǒng)及管路

三元配氣系統(tǒng)是將可燃性氣體與空氣按照預(yù)定濃度進(jìn)行混合的裝置。可燃性氣體由氣瓶間內(nèi)的集裝格提供，空氣由空壓機(jī)及配套管路提供，通過(guò)專用管路引入三元配氣體系統(tǒng)，管路采用25mm無(wú)縫鋼管（非壓力管道）。氣瓶端安裝減壓閥、止回閥，管道首、末端均安裝截止閥，配氣系統(tǒng)中電磁閥等電氣設(shè)備使用ⅡCT1級(jí)以上電氣防爆設(shè)備。

5 控制系統(tǒng)

5.1 控制臺(tái)

控制臺(tái)主要包括1臺(tái)win7操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和三元配氣系統(tǒng)顯示儀表，采用專線連接（不連接外部開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)），嚴(yán)格控制網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)槽控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)安裝的組態(tài)軟件（西門子wincc）和可編程邏輯控制器（PLC）聯(lián)合控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。計(jì)算機(jī)自動(dòng)保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成試驗(yàn)記錄，在方便試驗(yàn)人員的同時(shí)避免人為參與影響試驗(yàn)結(jié)果。

圖3 PLC控制框圖

圖4 系統(tǒng)組態(tài)界面圖

5.2 現(xiàn)場(chǎng)控制元件

現(xiàn)場(chǎng)控制元件包括電接點(diǎn)壓力表、電磁閥、流量計(jì)、急停開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火裝置等組成。為了保證安全，試驗(yàn)槽體周圍的現(xiàn)場(chǎng)控制電氣儀表設(shè)備全部采用防爆型，防爆等級(jí)不低于ⅡCT1。試驗(yàn)槽體內(nèi)的點(diǎn)火裝置采用高能量火花塞點(diǎn)火，保證一次點(diǎn)火成功。

6 日常安全管理

爆炸試驗(yàn)槽系統(tǒng)的安全運(yùn)行離不開(kāi)日常的安全管理。首先，要落實(shí)操作人員的安全生產(chǎn)責(zé)任制，明確管理人員、操作人員、維修保養(yǎng)人員的職責(zé)，做好設(shè)備使用記錄，定期檢修保養(yǎng)等工作；其次，要進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)和職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別，建立臺(tái)賬，在氣瓶間內(nèi)張貼相應(yīng)的安全標(biāo)志標(biāo)識(shí)，配備急救物品，在明顯區(qū)域設(shè)置疏散圖、消防安全疏散標(biāo)志[9]；再次，要編寫設(shè)備操作規(guī)程和試驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書，并在現(xiàn)場(chǎng)張貼，對(duì)操作人員進(jìn)行教育培訓(xùn)，經(jīng)操作考試合格后方可上崗操作；最后，要加強(qiáng)外來(lái)人員安全管理和監(jiān)控，要做應(yīng)急預(yù)案并定期演練，避免發(fā)生意外。總之，時(shí)刻保持安全文化、安全法制、安全科技、安全責(zé)任、安全投入這五個(gè)要素不放松，就可以保證正常的生產(chǎn)安全[10]。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上防火防爆設(shè)計(jì)，該爆炸試驗(yàn)槽系統(tǒng)的各項(xiàng)安全性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)需求和建筑防火、防爆等國(guó)家生產(chǎn)安全相關(guān)要求，為類似的特種設(shè)備和系統(tǒng)的建筑防火、防爆、安全管理等方面提供參考。