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電氣防火限流式保護(hù)器在可燃性粉塵危險(xiǎn)場所的應(yīng)用

更新時(shí)間:2022-10-21 點(diǎn)擊次數(shù): 849次
摘要:文章闡述了可燃性粉塵的特點(diǎn)及可燃性粉塵環(huán)境粉塵爆炸的危害性,結(jié)合國家現(xiàn)行的電氣產(chǎn)品規(guī)范的要求,通過一個(gè)提取車間內(nèi)部粉塵爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的電氣設(shè)計(jì)實(shí)例,系統(tǒng)闡述了可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境的分區(qū)原則、電氣設(shè)備選型、線路短路滅弧保護(hù)設(shè)計(jì)、防雷防靜電設(shè)計(jì)等,提出不斷利用新技術(shù)新產(chǎn)品提高可燃性粉塵危險(xiǎn)場所的設(shè)計(jì)水平的要求。
關(guān)鍵詞:可燃性粉塵;電氣設(shè)備;表面溫度;防雷防靜電設(shè)計(jì);電氣防火限流式保護(hù)器;
1概述
       所謂的可燃性粉塵環(huán)境,是指在大氣環(huán)境的條件下,粉塵或纖維狀的可燃性物質(zhì)與空氣的混合物點(diǎn)燃后,燃燒將傳至全部未燃燒混合物的環(huán)境。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,可燃性粉塵的危險(xiǎn)場所在不斷增多,其危害變得不可避免,相應(yīng)的粉塵爆炸事故也時(shí)有發(fā)生。1987年3月15日我國哈爾濱亞麻紡織廠發(fā)生的特大型亞麻粉塵爆炸事故,造成了巨大的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此,在這可燃性粉塵環(huán)境下的電氣設(shè)計(jì),不僅要嚴(yán)格按照國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求,正確選用粉塵防爆電氣設(shè)備,還可以結(jié)合時(shí)下技術(shù),采用針對線路電弧保護(hù)的新產(chǎn)品,其中電氣防火限流式保護(hù)器就是比較有效的線路短路滅弧產(chǎn)品。
2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
       在可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)中,可以參考的國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范有:
       (1)《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備(第1部分):用外殼和限制表面溫度保護(hù)的電氣設(shè)備》(GB 12476.1-2000)第1節(jié):電氣設(shè)備的技術(shù)要求。
       (2)《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備(第2部分):選型和安裝》(GB 12476.2-2010)。
       (3)《粉塵防爆規(guī)程》(GB 15577-2007)。
       (4)生產(chǎn)行業(yè)規(guī)范《危險(xiǎn)場所電氣防爆規(guī)范》(AQ 3009-2007)。
       (5)設(shè)計(jì)規(guī)范《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50058-92)。
       經(jīng)研究可以發(fā)現(xiàn):現(xiàn)行規(guī)范GB 12476.1-2000與現(xiàn)行國家設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50058-92相比較起來,在電氣設(shè)備的型式、外殼的防護(hù)類型、粉塵危險(xiǎn)區(qū)域的劃分、可燃性粉塵引燃溫度分組等多方面有著很多不一致。鑒于目前市場上大部分防爆電氣廠家的產(chǎn)品均按新產(chǎn)品規(guī)范GB 12476.1-2000設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn),并且,在可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境用電氣設(shè)備選型及粉塵危險(xiǎn)區(qū)域劃分等方面上,GB 12476與國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61241、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ 3009-2007是一致的,本次設(shè)計(jì)中電氣設(shè)備的選型將按照產(chǎn)品規(guī)范GB 12476.1-2000進(jìn)行。
3電氣設(shè)備選型
       根據(jù)國家規(guī)范GB 12476及行業(yè)規(guī)范AQ3009-2007第4.2.2.3條,按照可燃性粉塵/空氣混合物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間及粉塵層的厚度,可將可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境分成20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)三個(gè)區(qū)域等級(jí)。每個(gè)區(qū)的特性如下:20區(qū)在正常運(yùn)行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn),其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內(nèi)部。21區(qū)為粉塵爆炸危險(xiǎn)環(huán)境分區(qū),21區(qū)在正常運(yùn)行中,可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場所。該區(qū)域包括:與充入或排放粉塵點(diǎn)直接相鄰的場所、出現(xiàn)粉塵層和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所。22區(qū)在異常條件下,可燃性粉塵偶爾出現(xiàn)并且只是短時(shí)間存在或可燃性粉塵偶爾出現(xiàn)堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時(shí),則應(yīng)劃分為21區(qū)。
       可燃性粉塵環(huán)境的分區(qū)的程序及舉例可參考GB 12476.3-2007/IEC 61241-10:2004的附錄A或者AQ 3009-2007的附錄C。
       對于電氣設(shè)計(jì)人員來說,選擇合理的粉塵防爆隔爆電器是由電氣設(shè)備引起的電火花火源的可靠方法。
       Ⅱ類電氣設(shè)備的表面溫度可分為T1-T6共6個(gè)組別:T1表面溫度450℃,T2表面溫度300℃,T3表面溫度200℃,T4表面溫度135℃,T5表面溫度100℃,T6表面溫度85℃。
       目前IEC標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)粉塵外殼存在著A、B兩種設(shè)計(jì)型式,分別代表了歐洲和北美兩種標(biāo)準(zhǔn)體系。雖然這兩種設(shè)計(jì)型式對于設(shè)備的選型/安裝要求不同,但是具有相同的保護(hù)水平,是可以通用的。目前國內(nèi)市場上的防爆電氣廠商大多按照A型設(shè)計(jì)、制造。
       對于A型電氣設(shè)備,其表面溫度應(yīng)不超過相關(guān)粉塵云低點(diǎn)燃溫度的2/3,即Tmax≤2/3Tcl。當(dāng)存在粉塵層厚度至5mm時(shí),其表面溫度不應(yīng)超過相關(guān)粉塵層厚度為5mm的低點(diǎn)燃溫度減去75K,即Tmax≤T5mm-75K,取兩者的最小值。對于B型電氣設(shè)備,其表面溫度應(yīng)不超過相關(guān)粉塵云低點(diǎn)燃溫度的2/3,即Tmax≤2/3Tcl。當(dāng)存在粉塵層厚度至12.5mm時(shí),其表面溫度不應(yīng)超過相關(guān)粉塵層厚度為12.5mm的低點(diǎn)燃溫度減去25K,即Tmax≤T12.5mm-25K,取兩者的最小值。
       綜上所述,我們可以得出,A型電氣設(shè)備和B型電氣設(shè)備的選型要求在僅存在相關(guān)粉塵云的環(huán)境中是*一致的,兩者只有在粉塵層厚度超過一定數(shù)量的時(shí)候,選型要求才會(huì)有所差別。
       具體到設(shè)計(jì)工程中,本工程中建筑采用全現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu),生產(chǎn)類別為丙類,耐火等級(jí)為一級(jí)。建筑面積為10871m2,建筑主體為二層,建筑高度為19.3m。車間工藝主要通過微生物發(fā)酵液經(jīng)過離心噴霧干燥、混合包裝得到恩拉霉素成品。干菌絲氣力輸送設(shè)備分別占據(jù)了建筑物一、二層的一個(gè)房間。根據(jù)工藝條件,我們把這兩個(gè)房間劃分為可燃性粉塵爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。
       依據(jù)以上原則,我們可以分析出本次提取車間內(nèi)部可燃性粉塵危險(xiǎn)區(qū)域所需要選用電氣設(shè)備的防爆等級(jí)。由于提取車間內(nèi)部干菌絲氣力輸送系統(tǒng)只有在異常的條件下,可燃性粉塵才會(huì)偶爾出現(xiàn)并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物,因此可以將干菌絲氣力輸送系統(tǒng)所在的房間劃分為粉塵防爆22區(qū)。
       而干菌絲作為化工飼料,其在高溫時(shí),粉塵云低點(diǎn)燃溫度為130℃。由于電氣設(shè)備距離粉塵釋放源有一定的距離,現(xiàn)場又采取了專業(yè)除塵措施,從而可以排除粉塵層堆積厚度達(dá)到5mm或12.5mm的情況。
       Tmax≤2/3Tcl=86.7℃
       可知選擇的可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備(包括燈具、電機(jī)、現(xiàn)場操作柱等)只需要高于以下標(biāo)準(zhǔn):DIP A22 TA 85℃(或TA,T6)IP6X,即可滿足提取車間可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)要求。
4防雷設(shè)計(jì)
       依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50057-2010)第3.0.3條的第7點(diǎn):具有2區(qū)或22區(qū)爆炸危險(xiǎn)場所的建筑物,應(yīng)劃為第二類防雷建筑物。本提取車間的干菌絲氣力輸送系統(tǒng)所占房間應(yīng)劃分為第二類防雷建筑物部分。
又根據(jù)本規(guī)范的第4.5.1條第3點(diǎn),當(dāng)?shù)谝?、二類防雷建筑物部分的面積之和小于建筑物總面積的30%,且不可能遭直接雷擊時(shí),該建筑物可確定為第三類防雷建筑物。由于可燃性粉塵危險(xiǎn)區(qū)域面積并未達(dá)到提取車間的30%,提取車間可劃分為第三類防雷建筑物,防直擊雷的措施按照第三類防雷建筑物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),但對可燃性粉塵危險(xiǎn)區(qū)域的第二類防雷建筑物部分,防閃電感應(yīng)和防閃電涌侵入措施,應(yīng)采取第二類防雷建筑物的保護(hù)措施進(jìn)行 設(shè)計(jì)。
5防靜電接地設(shè)計(jì)
       對可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)可能產(chǎn)生靜電危險(xiǎn)的設(shè)備和管道,均應(yīng)采取防靜電接地。所有的金屬設(shè)備、裝置外殼、金屬管道、支架、構(gòu)件、部件等,一般應(yīng)采用防靜電直接接地;不便或工藝不允許直接接地的,可通過導(dǎo)靜電材料或制品間接接地。
       具體設(shè)計(jì)中,可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)環(huán)形接地干線采用25×4熱鍍鋅扁鋼距地0.3m沿墻或鋼平臺(tái)明裝,過門及過道處接地干線則埋地暗敷。連接設(shè)備的接地支線采用25×4鍍鋅扁鋼埋地暗敷至設(shè)備。
6線路短路滅弧保護(hù)設(shè)計(jì)
       電氣防火限流式保護(hù)器專門用于低壓配電線路中短路滅弧保護(hù)和過載保護(hù),可以有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時(shí)間長、短路時(shí)產(chǎn)生的電弧火花大,以及使用壽命短等弊端,當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí),能以微秒級(jí)速度快速限制短路電流以實(shí)現(xiàn)滅弧保護(hù),可顯著減少電氣火災(zāi)事故,保障使用場所人員和財(cái)產(chǎn)的。
       本工程設(shè)計(jì)選用了安科瑞ASCP系列的電氣防火限流式保護(hù)器,其產(chǎn)品具有功能豐富,型號(hào)多樣等特點(diǎn),具體如下表所示:
       本設(shè)計(jì)中根據(jù)不同末端回路的電流規(guī)格的不同,共選用了額定電流為20A的ASCP200-20D型產(chǎn)品67只,額定電流為40A的ASCP200-40D型產(chǎn)品46只,以及額定電流為63A的產(chǎn)品35只。
       為提高監(jiān)控的智能化,本設(shè)計(jì)中將所有限流式保護(hù)器通過其自帶的RS485通訊組網(wǎng)后,連接到安科瑞的Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)上,并將主機(jī)設(shè)置在電工值班室內(nèi),實(shí)現(xiàn)對所有限流式保護(hù)器監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
7 設(shè)計(jì)中注意點(diǎn)
       (1)由于對可燃性粉塵防爆缺乏充分的認(rèn)識(shí),某些電氣設(shè)計(jì)工程師不管是氣體爆炸危險(xiǎn)場所還是可燃性粉塵危險(xiǎn)場所,都選用氣體防爆電氣設(shè)備。這種做法是錯(cuò)誤的,可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境電氣設(shè)備與氣體防爆電氣設(shè)備的外殼防護(hù)要求*不同,氣體防爆電氣設(shè)備在可燃性粉塵危險(xiǎn)場所是*沒有作用的,反之亦然。因此,兩者不能互換使用。
       (2)可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境電氣設(shè)備根據(jù)外殼等級(jí)可分為防塵型和塵密型,但并不意味著該電氣設(shè)備具備了防水的功能,絕大多數(shù)的可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境用電氣設(shè)備不能阻止水進(jìn)入其內(nèi)部,因此不能將這些設(shè)備直接安裝在戶外露天場所,也不能用水沖洗其外殼。如果想讓可燃性粉塵危險(xiǎn)場所用電氣設(shè)備具備以上功能,在設(shè)計(jì)中指出設(shè)備須滿足IPX5以上的外殼防護(hù)等級(jí)要求。
       (3)電氣防火限流式保護(hù)器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其額定電流應(yīng)與其前級(jí)的斷路器的額定電流保持一致。另外,由于其內(nèi)部采用了固態(tài)開關(guān)作為開關(guān)器件,使用過程中會(huì)產(chǎn)生熱量,因此在安裝時(shí)應(yīng)該注意保障其良好的通風(fēng)散熱條件,不建議安裝在密閉的配電箱內(nèi)。
8 結(jié)語
       在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中,要、完善地做好一個(gè)可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境工程的設(shè)計(jì),需要工藝、通風(fēng)、建筑等多個(gè)專業(yè)之間的協(xié)調(diào)和配合,每個(gè)專業(yè)在各自的設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)都有相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求,缺一不可。
       同時(shí)也要求我們電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)人員不斷了解新技術(shù)和新產(chǎn)品,針對這種可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境工程的設(shè)計(jì),可以嘗試采用短路滅弧產(chǎn)品來減少由于線路老化、絕緣損失等原因造成的線路短路而引起的電弧光,這對于減少現(xiàn)場電氣火災(zāi)事故具有較好的效果。希望通過設(shè)計(jì)人員的協(xié)同努力,并隨著國家新技術(shù)新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)和應(yīng)用,可燃性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境的設(shè)計(jì)水平一定能邁上一個(gè)新的臺(tái)階。
 
參考文獻(xiàn)
[1] 馬中飛.工業(yè)通風(fēng)與防塵[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[2] 可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備(第1部分):用外殼和限制表面溫度保護(hù)的電氣設(shè)備(GB 12476.1-2000)[S].
[3] 可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備(第2部分):選型和安裝(GB 12476.2-2010)[S].  

[4]ASCP系列電氣防火限流式保護(hù)器.安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品樣本202109 


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