楊亞美等

摘要：本文介紹了正壓型防爆電機(jī)的防爆原理、防爆型式。從正壓外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全措施等方面進(jìn)行了分析，簡(jiǎn)要論述了電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：正壓型 防爆型式 正壓外殼 安全措施

0 引言

目前，我國(guó)用于石油、化工等2區(qū)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的大型防爆電動(dòng)機(jī)大多數(shù)為增安型電動(dòng)機(jī)，關(guān)于防爆電機(jī)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際電工委員會(huì)IEC做了進(jìn)一步完善。大型增安型防爆電機(jī)的制造和使用要求，隨著增安型防爆技術(shù)規(guī)程的重新技術(shù)修訂及強(qiáng)制實(shí)施，而變得越來(lái)越嚴(yán)格。同時(shí)，由于增安型防爆電機(jī)使用區(qū)域受到限制，進(jìn)而暴露出局限性與不足，制造增安型電機(jī)的成本也顯著提高。正壓外殼型電機(jī)作為一種新的電機(jī)防爆型式可用于1區(qū)和2區(qū)[1]，正壓外殼型Expx還可用于Ⅰ類設(shè)備上，使用正壓外殼型電機(jī)比增安型防爆電機(jī)更安全更可靠。因此，作為更高層次的防爆產(chǎn)品，正壓通風(fēng)三相異步電動(dòng)機(jī)逐步成為大型防爆電機(jī)的主導(dǎo)產(chǎn)品。

1 防爆原理

所謂正壓型電氣設(shè)備，就是將具有一定壓力的保護(hù)氣體充入電氣設(shè)備內(nèi)，使其對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部可能產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度的電氣元器件進(jìn)行保護(hù)。使得這些元器件在保護(hù)氣體的作用下，不會(huì)發(fā)生引燃爆炸性氣體的危險(xiǎn)。——這就是正壓型電氣設(shè)備的防爆原理[2]。

2 防爆型式分類

按照GB 3836.5-2004《爆炸性氣體環(huán)境用防爆電氣設(shè)備第5部分：正壓外殼型“p”》的規(guī)定，正壓保護(hù)依據(jù)外部的爆炸性環(huán)境（Ⅰ類、1區(qū)或2區(qū)）、是否有內(nèi)釋放，以及正壓外殼內(nèi)的電氣設(shè)備是否有點(diǎn)燃能力可以劃分為px、py、pz三種型式。依據(jù)表1所示確定防爆型式。電動(dòng)機(jī)常用的防爆型式為px型（設(shè)備保護(hù)級(jí)別為Gb或Mb）、pz型（設(shè)備保護(hù)級(jí)別為Gc）。

3 正壓外殼的結(jié)構(gòu)要求

3.1 正壓外殼的防護(hù)等級(jí)。最低為IP4X，但是對(duì)正壓補(bǔ)償型的正壓外殼，為防止過(guò)多泄露，保持外殼正壓，正壓外殼的防護(hù)等級(jí)建議提高到IP5X。

3.2 材質(zhì)。通常情況下，采用不燃性或難燃性材料制作外殼、管道和連接件，并且所用材料對(duì)保護(hù)氣體以及運(yùn)行環(huán)境中的有害氣體具有抗腐蝕的能力。一般情況下，采用Q235-A鋼板制作正壓型電機(jī)的外殼。

3.3 機(jī)械強(qiáng)度。正壓外殼、管道和它們的連接部件應(yīng)承受制造廠規(guī)定的正常運(yùn)行時(shí)，所有排氣孔封閉狀態(tài)下最大正壓的1.5倍壓力，最低壓力為200Pa。現(xiàn)有電機(jī)設(shè)計(jì)的外殼機(jī)械強(qiáng)度均能滿足此要求。

3.4 氣孔，隔板，間隔。正壓外殼中氣孔和隔板的設(shè)置應(yīng)保證有效換氣，氣孔和隔板和位置、尺寸和個(gè)數(shù)，要能滿足進(jìn)行充分換氣的要求。一般設(shè)置的原則如下[4]：

①可通過(guò)適當(dāng)設(shè)置保護(hù)氣體供氣的進(jìn)氣孔和排氣孔及隔板的作用來(lái)消除不換氣的區(qū)域。

②對(duì)于重于空氣的氣體或蒸汽，保護(hù)氣體的進(jìn)入口應(yīng)靠近正壓外殼的頂部，而排氣孔靠近外殼的底部。

③對(duì)于輕于空氣的氣體或蒸汽，保護(hù)氣體的進(jìn)入口應(yīng)靠近外殼的底部，而排氣孔應(yīng)靠近外殼的頂部。

④在外殼的相對(duì)側(cè)設(shè)置進(jìn)氣孔和排氣孔，以促進(jìn)前后通風(fēng)。

⑤內(nèi)部隔板的設(shè)置應(yīng)使保護(hù)氣體的氣流不受阻礙，使用支管或?qū)Я靼逡矐?yīng)能改善障礙物周?chē)臍饬髁鲃?dòng)。

⑥根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)來(lái)選擇氣孔數(shù)量，對(duì)電氣設(shè)備可能被分成一些小空腔的換氣，需要進(jìn)行考慮。

3.5 密封。所有與外殼連接的電纜和導(dǎo)管應(yīng)密封，以保持外殼的防護(hù)等級(jí)，如果不密封，則應(yīng)作為外殼部分。

4 安全措施和安全裝置

為保證正壓型電機(jī)的防爆性能，電機(jī)必須有可靠的安全措施及正壓控制系統(tǒng)。

4.1 安全措施

①通過(guò)采用具備一定安全保護(hù)的裝置系統(tǒng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，并且按照爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的要求，對(duì)各種防爆型式安全保護(hù)裝置進(jìn)行選擇；

②需對(duì)正壓保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（顯示器）；

③應(yīng)在電機(jī)明顯位置設(shè)置相關(guān)標(biāo)志和警告牌，如：“通電時(shí)禁止打開(kāi)”[5]、“打開(kāi)前請(qǐng)參照使用說(shuō)明書(shū)”、“在外殼打開(kāi)后電源不能復(fù)位，直到外殼以_____的流量進(jìn)行換氣_____分鐘后方可復(fù)位！”等。

4.2 安全裝置

目前，國(guó)內(nèi)外的正壓型防爆技術(shù)發(fā)展較快，可向正壓型電機(jī)提供可靠的安全裝置——集成的正壓控制系統(tǒng)，如Expo D758、JEFSO JMPPCS等。正壓控制系統(tǒng)在電機(jī)起動(dòng)前，將新鮮的空氣或氮?dú)獾缺Ｗo(hù)性氣體沖入電機(jī)內(nèi)，沖入量為電機(jī)容積的5倍，保護(hù)氣體通過(guò)控制單元進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔，進(jìn)而有效置換電機(jī)內(nèi)腔的原有氣體，通過(guò)頂部泄壓閥排出內(nèi)腔的氣體，泄壓閥會(huì)隨著吹掃的完成而自動(dòng)關(guān)閉，電機(jī)接收到通知裝置發(fā)出的起動(dòng)信號(hào)，進(jìn)入飽壓及泄露補(bǔ)償狀態(tài)（由于正壓型電機(jī)一般都有大容量電機(jī)，體積較大，泄露點(diǎn)相對(duì)較多，因此電機(jī)直接進(jìn)入泄露補(bǔ)償狀態(tài)）。為了防止可燃性氣體進(jìn)入電機(jī)殼體內(nèi)部，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，確保電機(jī)內(nèi)腔壓強(qiáng)始終高于外界壓強(qiáng)50Pa；如果電機(jī)內(nèi)腔處于壓力偏低或失壓狀態(tài)時(shí)，正常的泄露補(bǔ)償難以保證時(shí)，正壓換氣系統(tǒng)會(huì)向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC接收到信號(hào)后，自動(dòng)報(bào)警或切斷電機(jī)電源。同時(shí)，為了監(jiān)測(cè)電機(jī)內(nèi)腔的最低壓力、中間壓力、泄露補(bǔ)償壓力，需要在電機(jī)殼體上設(shè)置正壓控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。并且，在換氣系統(tǒng)的泄壓閥上設(shè)置高、低壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)借助上監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行采集，并將壓力信息分別傳送給最低壓力傳感器、中間壓力傳感器、泄露補(bǔ)償壓力傳感器、吹掃流量傳感器等，進(jìn)而為系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作提供參考依據(jù)。

5 保護(hù)氣體的供給

作為正壓型電機(jī)內(nèi)腔的保護(hù)氣體來(lái)說(shuō)，其必須是非可燃性氣體，確保防爆型式“p”的保護(hù)效果不因保護(hù)氣體自身的化學(xué)性質(zhì)或者含有雜質(zhì)進(jìn)而降低，或?qū)﹄姍C(jī)的正常運(yùn)行和內(nèi)部設(shè)備的完整性構(gòu)成嚴(yán)重的影響。

保護(hù)氣體在電機(jī)外殼進(jìn)氣口的溫度控制在40℃。但在特殊情況下，允許較高的溫度或可以要求較低的溫度；在這種情況下，應(yīng)在外殼上標(biāo)出溫度。

6 小結(jié)

綜上所述，正壓型電機(jī)作為是一種重要的防爆型式電機(jī)，在設(shè)計(jì)上有幾個(gè)重點(diǎn)：①確定正壓外殼的類型，保護(hù)氣體類型；②選擇合適的正壓外殼材質(zhì)，滿足正壓外殼的強(qiáng)度要求；③正壓腔的密封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；④進(jìn)氣口和排氣口位置的確定。⑤電機(jī)進(jìn)出氣孔、支管、擋板、隔板的合理設(shè)置，以引導(dǎo)保護(hù)氣體在外殼內(nèi)的合理流向；⑥正壓電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的安全選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 3836.15-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第15部分：危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安裝[S].

[2]張顯力.防爆電氣概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]吳長(zhǎng)康.淺析正壓型防爆電氣設(shè)備[J].電氣防爆，2012（4）：25-27.

[4]GB 3836.5-2004 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第5部分：正壓外殼型“p” [S].

[5]GB 3836.1-2010 爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求[S].

作者簡(jiǎn)介：楊亞美（1986-），女，河南商丘人，助理工程師，大學(xué)本科，2007年畢業(yè)于鄭州大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)，主要從事電機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作。