防爆场车非电气点燃源及控制措施分析

邵 伟1,2 汤 鹏1,2 梁 峻1,2

1 广州特种机电设备检测研究院 广州 510180 2 国家防爆设备质量监督检验中心（广东） 广州 510760

摘 要：根据防爆场车的机械结构特点，从潜在点燃源出发，结合非电气相关标准，分析防爆场车针对不同点燃源需采取的防爆措施，同时指出各标准对于防爆场车非电气防爆要求的区别，将各标准的内容进行提炼互补，确定防爆场车非电气防爆关键技术要点。

关键词：防爆场车；非电气防爆；点燃源

中图分类号：TH242 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）14-0069-04

0 引言

防爆场车广泛应用在石油、化工、制药、轻纺等爆炸危险场所，是易燃易爆危险环境工业生产的重要装卸设备。按照GB/T 19854—2018 的相关要求，防爆场车的防爆合格证检验项目包括整车结构检查、电气安装检查、温度测量、绝缘电阻测量以及制动器温度测量等，以防爆场车的电气防爆检验为主，而对于非电气防爆要求得较少，仅在制动器温度监控、静电接地以及货叉包覆等问题上提出了要求。

非电气防爆技术关键在于确定设备的潜在点燃源，并采用相关措施防止它们成为有效点燃源。点燃源的实例包括热表面、明火、灼热气体/ 液体、机械火花、绝热压缩、振动波、化学反应放热、铝热反应、粉尘自燃、电弧和静电放电。与防爆场车有关的点燃源主要包括热表面、机械火花、静电放电、铝热反应等。本文对防爆场车主要非电气点燃源开展辨识，并对防止潜在点燃源变为有效点燃源的控制措施进行分析，以期为防爆场车非电气防爆安全提供指导。

1 热表面

如果爆炸性环境触及到受热表面，则可能发生点燃。不仅热表面本身能成为点燃源，而且与热表面接触或被热表面点燃的粉尘层和易燃固体也能成为爆炸性环境的点燃源。防爆场车的机械传动装置、制动装置以及液压驱动装置等都会产生高温热表面，因此需对上述部件进行防爆处理。GB/T 19854—2018 中规定，Gc 级防爆场车最高表面温度不应超过车辆使用场所内存在的爆炸性气体的最低点燃温度，为了不超过这个表面温度限值，车辆的设计应能保证正常使用时的安全运行，或者配置监控系统，以保证车辆能自动停止运行；车辆配备的液压系统应符合对最高表面温度的要求。Gb 级防爆场车增加对摩擦离合器和摩擦制动器的附加规定，需对其进行防爆处理，或者增加温度监控装置，当制动器摩擦片的温度低于规定的最高表面温度10 K 时，车辆应能自动有控制地停止。GB25286—2010 系列标准规定设备的活动部件和固定部件满足对最高表面温度的要求，需对齿轮传动、带传动装置、链条驱动、流体动力设备以及离合器和联轴器等进行点燃危险评定，确定其温度组别。对于车辆密封部件，除了可对其加装温度监控装置以外，还可通过进行干运行试验来确保设备密封的最高表面温度满足其温度组别的要求。为避免生成离合器不安全的摩擦热，结构从开始启动时到达到完全啮合或完全脱离所需的最长时间内不应使设备超过最高表面温度，可通过进行离合器组件最长啮合时间的型式试验确定。

因此，Gc 级防爆场车需按照标准方法进行最高表面温度试验，对于车辆的摩擦离合器、摩擦制动器、液压系统、动力系统以及传动系统等应重点测试，此外防爆内燃叉车由于动力源为内燃机，发热量较大，应配置火星熄灭器和阻火器等保护装置，如图1 所示，若这些部件配有温度监控装置，则需根据运行实验确定其是否满足要求。Gb 级防爆场车需将摩擦离合器和摩擦制动器进行防爆处理，例如采用隔爆或油浸等防爆型式，或者对摩擦制动器安装温度监控装置，如图2 所示；车辆的活动部件与固定部件的密封可进行干运行试验，确保最高表面温度满足要求，或者安装温度监控装置以及能有效监测润滑剂持续存在的装置。

2 机械火花

由于摩擦、冲击或研磨加工如磨削，能产生与固体材料分离的微粒，并且在分离过程中由于施加能量使颗粒变热，若这些颗粒发生氧化反应，则能达到更高的温度，从而点燃可燃性气体和蒸汽以及某些粉尘环境。防爆场车的传动部件、货叉、离合器以及制动器等均存在机械火花点燃的风险，GB/T 19854—2018 中规定，Gc级防爆场车在正常运行时，考虑到设计容差，旋转部件和固定部件之间的间隙应至少为运动部件最大直径的1/100。若部件加工能保证尺寸的精度和稳定性，则这个间隙可减小到1 mm，但无论在何种情况下这个间隙都不应小于1 mm。负载装卸装置接触或可能接触地面或负载的所有表面都应用铜、铜锌合金、不锈钢或类似材料，或者用非金属材料（例如橡胶或塑料）包覆。

图1 防爆内燃叉车阻火器和火星熄灭器

图2 叉车制动器温度监控

Gb 级防爆场车规定了轻金属合金制成的旋转部件或其他部件的质量分数和组分，或者采用相关的防爆型式进行保护，以减少部件发生碰撞或摩擦产生机械火花的可能性，并规定裸露的旋转部件的防护级别至少应为IP20。GB25286—2010 系列标准中关于旋转运动部件间隙的要求并没有给出具体数值，而是从点燃危险评定着手，对早期故障或磨损可能产生不安全的振动、冲击或摩擦的活动部件进行分析评估。但同时指出，圆周速度小于1 m/s 的缓慢旋转部件，通常不需要进行保护来防止由摩擦产生的热量和机械火花，可理解为一些手动操作设备不需要考虑旋转或滑动摩擦产生的热表面以及机械火花的点燃危险。EN14986 标准虽然是针对爆炸性环境用风机的设计制造，但是其中对于旋转元件和固定元件存在潜在接触区域部分限制了其材料的使用，该标准考虑到由于故障甚至罕见故障造成的摩擦，因此只是限制了Gb 级以及Ga 级设备的材料组，表1 中列举了几种材料组。

因此对于Gc 级防爆场车，需限制其旋转元件与固定部件之间的间隙，考虑到防爆场车的货叉在进行货物搬运时，货叉与地面存在频繁摩擦，因此需要包覆不锈钢或铜，如图3 所示；对于Gb 级防爆场车，在满足Gc车辆的要求后，还需对设备存在相对摩擦部分的材料进行选配，降低其形成机械火花的风险，但同时指出选配的材料组虽然能有效降低机械火花的点燃风险，但并不能降低部件摩擦热表面的点燃风险。

图3 货叉包覆不锈钢

3 静电放电

对于含有非导电材料的带电部件，例如塑料材料，能形成刷型放电以及传播型刷新放电，几乎能够点燃所有的爆炸性气体和蒸汽环境。防爆场车外表面会使用大量的非金属部件，包括座椅、控制板、后盖以及轮胎等，因此存在静电放电点燃风险。GB/T 19854—2018 中对于防爆场车静电材料的要求主要为车架上使用的非金属材料以及车轮轮胎等，规定Gc 级防爆场车上所有大于100 cm2 的金属部件都应连接到车架上，以保持电位平衡。若这些部件固定牢固，并与车架有良好的金属接触，则不必用单独的导体把这些部件连接到车架上，而对于轮胎的表面电阻没有要求。Gb 级防爆场车增加了对车轮轮胎的表面电阻要求，其在相对湿度50% 时不应大于109 Ω，在相对湿度为30% 时不应大于1 011Ω，行驶速度小于6 km/h 的车辆可不做要求；车辆上使用的塑料材料同样应满足上述要求，或者限制其静电放电的表面面积小于400 cm2，如果塑料裸露部分用接地金属框围住，则表面积可为上述数值的4 倍。GB25286—2010系列标准就车辆的静电电荷要求与GB/T 19854—2018标准相一致，并强调了设备在正常操作时可能导致产生频繁的易燃性静电放电情况除外，频繁放电时应采用Gb 或Db 级设备要求。

因此，Gc 级别防爆场车需要保证车辆的等电位联结；进行车辆的对地电阻测试，测试值不大于106 Ω，并安装接地连接条，对于非机动车辆则只采用接地条即可；Gb 级防爆场车需要将防爆车辆的轮胎材料进行表面电阻试验，测试值不大于109 Ω，车辆使用的塑料材料应限制其表面电阻或进行导静电油漆喷涂，对于内嵌金属板的塑料材料，应保证其介电强度击穿电压不大于4 kV。见图4 和图5。

4 铝热反应

铁锈和轻金属（例如铝和镁）及其合金之间的撞击能够引起铝热反应，也能引起爆炸性环境点燃，钛和锆等轻金属与足够坚硬的材料撞击或摩擦时，即使没有铁锈也能够产生引燃火花。防爆场车的制动器和离合器等在正常运行下均会产生摩擦，如果使用了轻金属材料，就会存在铝热反应点燃风险。GB/T19854—2018 规定Gc防爆场车的摩擦离合器以及摩擦制动器的材料应为非金属和铸铁，或使用与铸铁具有同样摩擦特性的非金属材料，但不应使用轻金属合金。非金属化合物包含的金属质量不应超过40%，这些金属应为颗粒或细丝，颗粒特征值dpnom ≤ 100 μm，dpmax ≤ 500 μm，细丝直径：φnom ≤ 100μm，φmax ≤ 500μm。Gb 级防爆场车规定摩擦离合器需采用油保护或者隔爆外壳保护等防爆措施，摩擦制动器需采用油保护、隔爆外壳保护或者配置控制系统，防止制动器表面温度超过防爆场车的温度组别。

GB25286—2010 系列标准规定制造Ⅱ类或Ⅲ类设备外部部件的材料质量百分比，对于Gb、Db 级设备，镁含量不允许大于7.5%，对于Gc、Dc 级，无特别要求。因此，Gc 级防爆场车需限制摩擦离合器和摩擦制动器的材料组成成分，Gb 级防爆场车的摩擦离合器以及摩擦制动器应采取隔爆外壳或者油保护等防爆措施，摩擦制动器还可配置温度监控系统，如加装温度开关或者热电偶等，并且将开关量或者热电偶连接隔离栅进行本安供电，确保满足电气防爆要求。车辆外壳不使用轻金属材料，或限制轻金属材料中镁的含量。

图4 导静电油漆喷涂

图5 接地带

5 结论

非电气相关标准都是从潜在点燃源的角度出发，采取不同的措施或规定去限制其成为有效点燃源。防爆场车非电气防爆关键技术在于车辆的运动部件及固定部件的防爆处理：车辆的摩擦离合器和摩擦制动器需进行防爆处理，确保机械火花和热表面不会成为有效点燃源；尽量减少车辆对于轻金属材料的使用；限制车辆表面电阻试验不能满足要求的非金属材料的使用，或者对其进行表面导静电油漆喷涂；根据防爆场车的机械结构特点，安装温度监控装置，确保满足最高表面温度要求。

参考文献

[1] GB/T 19854—2018 爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则[S].

[2] 梁峻, 王新华, 刘雁, 等. 防爆场车非电气部件点燃危险辨识与控制[J]. 起重运输机械, 2016(2): 84-87.

[3] 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[S].

[4] GB 25285.1—2010 爆炸性环境爆炸预防和防护 第1部分：基本原则和方法[S].

[5] GB 25285.5—2010 爆炸性环境 爆炸预防和防护 第5部分：结构安全型“c”[S].