张溧栗

摘 要：凭借自身的优势，圆形料场堆取料机正越来越广泛地应用到各个行业中，包括一些环境恶劣的防爆场合。相应地，对其电控系统的防爆设计也提出了更高要求。该文针对堆取料机电控系统中不同设备的具体特点，结合防爆技术及原理，对防爆环境中圆形料场堆取料机的电控系统设计进行了探讨。

关键词：圆形料场堆取料机 粉尘防爆 气体防爆 正压防爆

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0003-02

圆形料场堆取料机作为一种用于圆形料场系统的大型关键堆取料设备，因其工作效率高、自动化程度高及环保效果显著等特点，在越来越多的行业中得到了推广。而随着其应用日益广泛，一些需要存放爆炸或可燃危险物料的特殊领域，对圆形料场堆取料机也提出了迫切需求。

1 概述

在煤炭输送、石油化工等国民工业生产的许多行业里，特别是在一些如料场、筒仓或地下廊道等密封或者半密封的环境中，由于堆放了易燃易爆的危险物质，如煤炭、硫磺或其他产品，往往容易发生易燃易爆物质泄露的现象。这类物质扩散到空气中，与空气中氧气混合，容易成为具有爆炸危险性的混合物质。如果混合物浓度高到一定限度，就会发生因火源的出现而引起火灾发生，甚至引发爆炸等事故，严重影响生产运行甚至威胁生命安全。

国际电工委员会根据可燃物质的种类，将危险环境划分为爆炸性气体环境及爆炸性粉尘环境。爆炸性气体环境，其可燃物质为气体、蒸汽或薄雾状；爆炸性粉尘环境，其可燃物质为粉尘或纤维状。可燃物质扩散到空气中产生的混合物在点燃后，会将燃烧传至未燃混合物，从而引发火灾或爆炸。随着科技进步，各种成分日趋复杂的新产品、新材料出现，爆炸性粉尘环境及爆炸性气体环境同时存在的爆炸性危险场所也随之产生，这就为防爆产品的设计带来更多的机遇及挑战。

圆形料场是整个料场用钢结构网架外壳和彩钢板组成的半封闭空间，运行环境恶劣、粉尘浓度高，堆取料机设备设置在其中心位置。根据所处行业及存储物料的不同性质，可以对其运行环境进行防爆等级鉴定，提出明确的防爆要求。堆取料机的电气系统设计，需按照鉴定要求，选用经过专业机构认证的满足防爆环境的产品。

堆取料机设备的电控系统设计中，涉及到防爆考虑的设备包括：中心滑环装置；电气房及司机室以及位于其内部的高压柜、低压柜、联动台、PLC柜、PLC系统、变频器、低压元器件等；位于就地的电控设备，包括控制箱、检修箱、接线箱、灯具、机械限位开关、接近限位开关、皮带保护开关及传感器等。

该文主要根据以上设备的不同特点及性能，结合防爆原理，对防爆环境中圆形料场堆取料机的电控系统设计进行探讨。

2 堆取料机的电控系统防爆设计

2.1 隔爆型结构

爆炸性环境中空气中的爆炸性混合物容易发生燃烧扩散，针对这一特点，对电气设备建立隔爆结构，从而防止电弧或电火花的发生引燃周围爆炸性混合物，这样的防爆设计称之为隔爆型结构。

隔爆型结构的电气设备在堆取料机电控系统中应用很广泛，就地的箱体如控制箱、检修箱、接线箱、按钮盒都采用隔爆型结构。例如防爆标志为：Exd IIB T4，表示隔爆型防爆设备，可应用于B级气体组中T4温度组别的爆炸性气体环境。

由于必须防止爆炸电弧、火花的传出，隔爆型设备的箱体应承受内部爆炸混合物产生最大爆炸压力的冲击，所以其壳体需牢固、不易变形损坏；而且在部分隔爆箱体的设计中，还需要预留一定长度的法兰，当燃烧生成物喷射经由这样的结构间隙后，温度冷却到低于外部爆炸性混合物的自燃温度，就可以避免燃烧的扩散，达到防爆的效果。基于这样的设计，隔爆型结构箱体的尺寸会比较大，在堆取料机布置设计时就必须留有余地，以免发生干涉。

2.2 增安型结构

除了用隔爆型结构防止电弧、电火花的扩散外，还可以采用一些安全措施防止电火花、电弧的产生。比如，使用特定的绝缘材料或有效的保护元件，优化内部电气间隙设计及导线连接方式等方案，使电弧、电火花及其产生的温度不能引燃周围爆炸性混合物，这样的防爆原理设计称之为增安型结构。

堆取料机电控系统中的挠线连接管、照明设备和某些带有电感线圈的电气设备（如电动机、变压器等），就采用增安型结构。例如防爆标志为：Ex e IIC Gb，表示应用于爆炸性粉尘环境的增安型防爆设备。

2.3 本质安全型结构

堆取料机电控系统中广泛使用接近开关、皮带保护开关等保护元件，用于对堆取料的回转、俯仰、行走等动作及皮带的运行进行安全保护。这类小型电气设备开关属于弱电流回路，可在其电路设计上采用一系列方案来限制内部元件的表面温度，使其小于规定值，从而产生的电火花、电弧或危险温度都不足以引燃周围爆炸性混合物，这样的防爆设计为本质安全型结构。其防爆标志通常为：Ex II ia IP68，表示本质安全型防爆设备，可應用于爆炸性粉尘环境，防护等级为IP68。

需要注意的是，由于这些开关与堆取料机的PLC控制系统有信号联锁，在回路的设计上，为了防止由于混线而产生电磁或静电感应，必须采取周密的措施与其它电路相隔离，如在回路上配置防爆隔离栅，以确保防爆性能的有效性。

2.4 正压型结构

堆取料机上中心滑环、电气房及司机室是其电控系统中的重要设备。滑环装置用于电缆上机，是连接堆取料机电控系统与地面系统的枢纽，包括配电、控制联锁、光纤通信甚至水、气路等，内部元件众多且易损坏；电气房及司机室内部的变压器、中压柜、低压柜、PLC柜、操作台及其内部的中低压成套装置及PLC系统是整个电控系统的核心。对这部分电气设备的防爆处理，如采用上述的隔爆、增安、本安等结构防爆设备，会导致成本过高、操作检修不便，甚至根本无法选型等问题。

这种情况下，可采用正压型结构的防爆设计。首先保证滑环装置、电气房、司机室设备的整体密封性；再通过引入新鲜空气，使其内部的空气压力大于外部危险防爆环境中的气体压力，阻止爆炸性混合物的进入，使内部爆炸性混合物的浓度低至爆炸下限以下，并持续保压。通过这种方式，电气设备内部可视为安全环境，其内部的其他电气产品都可采用普通非防爆的电气产品，这就极大地解决了成本、尺寸、检修及维护人员的安全健康等问题，保证设备的稳定运行。例如其防爆标志通常为Ex pD 21 T100°C，表示可应用于爆炸性粉尘环境的正压防爆设备。

在采用这种防爆原理的设备时，需要注意：（1）气源的提供：气源来源必须为非防爆的安全区域，可为全厂的厂用仪表气或专门配备的压缩机产生的安全气，且其流量及压力都必须经过详细专业计算，并考虑一定路由及泄漏损耗。（2）控制系统的设计：气控回路的控制电源不可从机上获得，而需要由上级变电所单独提供，并与中控室有硬接线输入输出信号进行联锁保护。当电气房内压力降至危险状态或正压系统发生故障时，上级变电所应立即切断堆取料机的动力电源。

3 结语

具有显著环保优势、超强储备能力、高效自动化的圆形料场堆取料机应用日益广泛，相信随着防爆技术在堆取料机电控系统中的有效应用及实践效果反馈，其整体防爆设计也会越加精细、安全和完善。

参考文献

[1] 纪玲.浅谈圆形料场堆取料机电控系统[J].有色矿治，2016，32（3）：41-43.

[2] 杨涛，康劲松，张伟明.圆形料场堆取料机整体防爆及正压电气房的应用[J].华电技术，2012，34（11）：45-47.