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防爆电气设备的检查维护和安全评价探讨

1  引言  
        防爆电气设备广泛安装使用于石油、化工、煤矿、轻纺、粮食加工以及军工等工业部门中可能聚集爆炸性气体、蒸气、粉尘或纤维等危险物料的爆炸危险场所。产品的主要品种有防爆电动机、防爆开关电器、防爆灯具、防爆仪表、防爆成套设备和电气附件等。这些设备在使用过程中由于机械磨损或材料老化，或者受使用环境的影响，或者由于设备检查、维护、修理工作失误等原因，使防爆电气设备防爆性能降低甚至丧失，则会形成点燃源而引起爆炸或火灾事故。《爆炸危险场所电气安全规程》(试行)第10章“电气设备防爆性能的失效和降级”中规定：防爆电气设备因外力损伤、大气锈蚀、化学腐蚀、机械损伤、自然老化等导致防爆性能下降或失效时，应予以修理，不能恢复到原有等级防爆性能的，可以根据设备实际技术性能，按以下原则处理：  
        (1)降低防爆等级使用；  
        (2)降为非防爆电气设备使用。  
        因此，在防爆电气设备的检查、维护和修理工作中，如何对旧的防爆电气设备的安全性和可使用性进行评估，是迫切要解决的问题。  
        本文试图从运行条件和环境条件对防爆电气设备防爆结构参数，和与防爆性能相关的其他性能参数的不利影响方面，对在用的防爆电气设备的防爆安全性能的评价加以探讨，以期达到抛砖引玉的作用。  
    2      运行和环境条件对在用的防爆电气设备安全的影响  
        CB 3836《爆炸性气体环境用电气设备》国家系列标准的第1、2、3、4、5、6、7、8和9部分，对不同防爆类型的防爆电气设备的结构、设计、制造和检验做了具体规定。制造厂生产的防爆产品必须符合标准的规定，并且必须经过国家授权的防爆检验机构进行防爆检验，并取得防爆合格证后才允许生产和销售。制造厂制造的批量防爆产品必须经过规定的出厂检验，合格后才允许出厂。因此，一般来说，新的防爆电气产品的防爆安全性能是充分满足标准要求的。但是，防爆电气产品在使用中会受到工作条件和环境条件的影响，受到不同程度的磨损和损害，某些损害对防爆电气产品的使用性能产生不利影响；某些损害还会降低防爆电气产品的防爆安全性。例如，一台隔爆型开关的隔爆外壳内安装的开关电气元件触头，由于机械磨损、电气腐蚀或化学腐蚀发生接触不良，会影响开关的使用性能；开关的操作手柄的轴与轴孔之间的长期磨损也会使隔爆接合面的间隙增大，影响隔爆性能；隔爆外壳的隔爆接合面长期受到腐蚀作用而发生锈蚀，使隔爆性能降低甚至丧失等。  
        运行条件和环境条件对防爆电气设备产生的不利影响主要有：  
        --运行条件恶劣  
        防爆电气设备在运行中受到强烈振动或冲击，能够影响小电气设备的机械结构和强度，也能使电气连接产生松动；电动机频繁启动、反向制动、过载等运行条件会影响电动机的绕组温度和表面温度，影响设备的安全性和使用寿命。增安型电气设备易受运行条件的不利影响。  
        --潮湿环境  
        防爆电气设备长期在潮湿环境下运行或储存，会对电气设备的绝缘产生影响，使电气设备容易产生绝缘电阻降低，发生电击穿或漏电，破坏增安型和无火花型没备的防爆安全性，也会使隔爆型或其他防爆类型的电气设缶的运行安全性产生不利影响。另外，潮湿的环境电会使隔爆型设备的隔爆接合而产生锈蚀，对防爆安全产生不利影响。  
        --腐蚀环境  
        腐蚀性环境对防爆电气设备的影响很大，严重的腐蚀会使电气设备外壳和紧固件及隔爆接合面产生锈蚀，破坏隔爆型外壳的隔爆安全，也会使其他防爆类型的电气设备壳体的防护等级降低。另外，腐蚀性环境还会对电气设备的绝缘产生不利影响，还会腐蚀裸露的导体，使其接触不良，产生火花。  
        --环境温度  
        环境温度超过40℃，会影响电气设备的绕组温度和表面温度，因为，通常电气设备的允许环境温度范围是-20℃-+40℃，环境温度超过+40℃，会使电气设备的温度升高，影响防爆安全。另外，电气设备长期在高温条件下运行，会影响电气绝缘材料的寿命。如果电气设备具有塑料外壳，高温会加速塑料的老化，影响设备的运行安全和防爆安全。  
        --其他不利条件的影响  
        阳光、雨、雪、灰尘、雷电等条件都会对防爆电气设备产生不利的影响。阳光照射能加快绝缘材料、塑料外壳的光老化；雨、雪、灰尘能使绝缘件的耐漏电性能降低，灰尘还会影响设备相对运动件(例如，轴承)之间的润滑，使其产生摩擦高温；雷电在电网上产生感应冲击电压，对电气设备的绝缘造成损害。  
    3      防爆电气设备的安全检查  
        为了保证防爆电气设备的防爆安全性和运行安全性，应该对在用的防爆电气没备和电气安装进行定期的和日常的检查和维护。《爆炸危险场所电气安全规程》(试行)和IEC 60079-17：2002《爆炸性气体环境用电气设备第17部分：危险场所电气安装的检查和维护(煤矿除外)》对防爆电气设备和电气安装的运行和维护在防爆安全方面作了规定。  
        按照IEC 60079-17的规定，可以将检查分为3个等级和4种类型。  
        检查等级按检查工作的手段和内容分为：  
          (1)目测检查--用肉眼而不用检验设备或工具来识别明显缺损的检查，即日常运行检查。  
          (2)仔细检查--包括目测检查以及使用检验设备进行检查。例如，使用活梯(必要的地方)和／或工具才能识别明显缺损的检查。这种检查属于专业检查，一般应定期进行。  
          (3)逐项检查--包括仔细检查以及只有打开外壳和／或(必要时)采用工具和检测设备才能识别明显缺损的检查。这种检查属于设备大修期间的检查。  
          检查类型按照检查实施的时间划分：  
          (1)初始检查-所有的电气设备、系统和装置在投入运行前进行的检查。它一般与工程项目或设备的安装验收相结合进行。  
          (2)定期检查--对所有的电气设备、系统和装置进行的例行检查。可以进行相应的仔细检查或逐项检查。定期检查按照检查的目的和内容分为专业检查和大修检查。  
          (3)抽样检查对部分电气设备、系统和装置进行的检查。  
        抽样检查可以是目检、仔细检查或逐项检查，所有抽查样品的规格和构成应根据检查的目的确定。可以通过抽样检查来监控环境条件、振动、设计的内在缺陷等产生的影响。  
          (4)连续监督--由有经验的熟练技术人员进行的经常保养、检查、维护、监控和维修电气设备，以便保持装置的防爆性能处于良好状态。  
        根据防爆电气设备的特点，参考IEC 60079-17中的检查项目表，将隔爆型、增安型和无火花型电气设备检查工作中涉及到设备本身防爆结构和与防爆安全相关的检查项目列于表1。  

        防爆电气设备的安全评价  
        对防爆电气设备进行检查的目的是对设备的现状进行评价，对于正常状态的设备进行维护，对已经发生故障的设备进行修理或者更换。另一方面，通过日常检查或专业检查可以通过设备运行状态的变化，发现设备故障的前兆，及时采取相关措施，避免设备故障带来的损失。  
        为了对检查的结果进行评价，应该明确评价和判断的依据。为了正确评价在用的防爆电气设备的安全程度，有必要了解新的防爆电气设备的安全程度。  
    4、l  新的防爆电气设备的安全程度  
        按照燃烧、爆炸的条件，可燃性物质(例如，天然气、汽油蒸气等)、氧化剂(例如，空气中的氧气)和点燃源(明火、电弧、火花或高温)三个要素只有在时间和空间同时相遇，才可能产生爆炸或燃烧。在爆炸危险环境中安装和使用防爆电气设备，其目的是防止电气设备成为点燃源。防爆电气设备按照防爆措施分为本质安全型隔爆型、增安型等不同的类型。以隔爆型为例，它是给电气设备制造一个坚固的外壳，能够承受外壳内部发生爆炸产生的爆炸压力不损坏；外壳所有接缝的间隙小于相应可燃性气体的最大实验安全间隙，如果可燃性气体进入外壳之内被电火花点燃产生爆炸，则爆炸火焰被限制在外壳之内，不能点燃外壳外部环境中的爆炸性混合物，从而保证了环境的安全。这种外壳即是隔爆外壳，具有隔爆外壳的电气设备就是隔爆型电气设备。  
        国家标准GB 3836．2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型电气设备“d”》对隔爆外壳基本条件作了具体规定：  
        --外壳具有足够的机械强度，相对于外壳内部的可能出现爆炸压力至少具有1．5倍的安全系数。  
        --外壳壁上所有与外界相通的接缝和孔隙，即隔爆接合面的宽度(L和l)不允许小于标准的规定，间隙(Ⅳ)值不允许大于标准中的规定。  
        同时，标准中还规定利用爆炸性气体混合物在隔爆型设备内部进行爆炸试验，以检验隔爆外壳的隔爆能力，并具有1．5倍左右的安全系数。例如，IIA级设备的代表性气体是丙烷，其最大试验安全间隙是0．92 mm，用于IIA级设备传爆试验气体是体积浓度为55％的氢气与空气的混合物，其最大试验安全间隙值是0．65 mm，即具有1．42的安全系数。其他防爆等级也规定了相应的安全系数。  
        通过安全系数，提高了防爆电气设备在爆炸性环境中的防爆安全性，同时咀减少了防爆电气设备在制造过程中由于材料和工艺的波动对防爆电气设备防爆安全的不利影响。  
        另一方面，由于在爆炸危险场所的环境中不是始终存在爆炸性气体，除了0区之外，环境中实际存在爆炸性气体的次数很少，持续时间也很短，即环境中存在爆炸性气体的概率很低。例如2区，在一年时间内存在爆炸性气体的时间仅仅若干小时。GB 3836．15-2000《爆炸性气体环境用电气设备第15部分：危险场所电气安装(煤矿除外)》中，按照不同区域的危险程度不同，对爆炸危险场所电气设备选型作了规定。  
        从表2可以看出，0区的危险程度高，仅仅允许安装安全性高的本质安全型仪表类设备；2区  
    出现爆炸性气体的概率很低，允许安装和使用“n”型或正常工作中不产生火花的普通电气设备(1EC标准)。  
        通过以上措施，保证了爆炸危险场所电气防爆的安全性与经济性的统一。中国有句关于安全防范的俗语叫做“不怕一万，就怕万一”，据有关资料：料介绍，一台防爆电气设备在爆炸危险场所可能发生点燃危险的概率至少为百万分之一与千万分之一之间，即10-6-10-L，由此可见，新的防爆电气没备的防爆安全程度是很高的。  
    4．2  评价在用的"旧"防爆电气设备安全程度的依据  
        防爆电气设备在安装使用过程中受环境的影响，其安全结构和材料逐渐发生变化，其安全程度与新的设备相比也会降低。例如，对在用的防爆电气设备进行检查时，会发现隔爆设备的隔爆接合面发生锈蚀、电气绕组的介电强度降低、塑料绝缘件和外壳的强度降低等等，这些因素都会对防爆安全产生影响。在关于防爆电气设备检查和维护的标准中，对如何评价在用的旧设备的安全状况未做具体规定，但是，可以根据GB 3836．13-1997《爆炸性气体环境用电气设备第13部分：爆炸性气体环境用电气设备的检修》中对检修后的设备的防爆安全评价规定。该标准修改采用IEC60079-19：1993《Elecu'ical apparatus for explosivegas atmospheres Part 19：RepairandoverhaulfOrapparatususedinexplosiveatmospheres》，标准中“repair''是修理，“overhaul"是大修，在修理和大修工作中都涉及对旧设备的评价问题。标准中规定，对于检修后的设备应该由检修单位的检验人员进行检验、出具检验报告并加设检修标志：  
        --检修后设备的安全符合标准规定和防爆合格证文件要求时，须采用标志：  
                  R  
        --检修后设备安全符合标准规定，但未必符合防爆合格证文件要求时应标志：  
                 V  
        --检修后设备不符合标准的规定，则应将设备上的防爆标志牌去掉，按非防爆设备处理。  
        标准中所说的标准是指该设备制造时依据的防爆标准，防爆合格证文件是指经防爆检验的设备图纸和资料。  
        通过上述标准条文分析可以看出，对在用的旧设备安全评价的标准是相关防爆标准，最低允许安全水平是标准中的结构和参数规定。防爆标准对设备的结构、设计和检验作了规定，其中的结构参数，例如，隔爆接合面的结构参数是最低规定，制造厂设计和制造防爆电气设备时，一般都考虑设备的具体结构对隔爆性能的影响和批量生产中材料及工艺的波动，在标准规定的结构参数基础增加一定的安全裕度，以满足标准规定的试验要求。因此，一般来说，防爆电气设备的制造图纸文件中的防爆结构参数比防爆标准的规定更严格一些。  
        按照防爆标准的规定，对在用的旧设备进行安全评价既能保证必要的防爆安全，也是可行的。  
    因     为如上所述，防爆电气设备本身具有很高的安个系数，旧的设备中的某些变化对防爆安全有些影响，但综合评价仍在合理的工程安全范围内。另-方面，使用部门一般不具备电气设备的防爆检验图纸资料和制造图纸，按照标准进行安全评价是切实可行的途径。因此，使用部门在进行电气没备检查和维护时，应将IEC 60079-17、GB3836．13以及相关的设备制造标准结合起来进行。  
    5    3-I在用的防爆电气设备进行安全评价时应注意的几个问题  
        使用部门应该按照规定对在用的防爆电气设备进行检查，根据检查结果对设备的安全性和使用性进行评价，决定对设备进行维护、修理或报废。在进行安全评价时应注意以下几个问题：  
        (1)在评估检查数据和检查结果时，应把重点放在设备防爆类型的防爆结构和防爆参数方面，例如，隔爆型设备的隔爆外壳的检查结果、增安型设备外壳内外所有部件的检查结果等。  
          (2)设备的某些性能通过外观和形态检查不能发现内在问题或缺陷，例如，塑料外壳和固体绝缘材料，由于腐蚀和老化作用，其强度会随着时间逐渐降低，从而影响设备的安全性和使用性能。  
    一     一般在额定条件下，防爆电气没备的可靠性寿命在10、15年左右。但是，如果环境温度高或腐蚀性严重，应该预见这类零部件的寿命会缩短，特别是对于l区的电气设备，应该及时更换，以免发生不可预见的安全故障。  
        (3)防爆电气设备的电气性能在安全评价时也不能忽视，因为，在某些情况卜，电气性能的故障会对防爆电气设备本身或其他相关设备的安全造成损害。例如，增安型电动机的绕组绝缘电阻下降，会直接影响电动机本身的防爆安全性，而隔爆型开关内部的电气部件故障，电可能影响被控制的其他防爆电气设备的安全。  
    6  结束语  
         防爆电气设备是安装和使川在爆炸危险环境中，其防爆安全与生产安全有直接关系，因此，对环境中在用的防爆电气设备进行安全评价时，应严格遵照有关标准和规定。在进行具体设备的评定时，既要考虑设备本身的状况，也应考虑环境的状况，例如，危险场所划分、环境的其他条件等，在安全第一的前提下达到安全性-与经济性的统一。  

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