特殊場(chǎng)所空調潛在的危險性之防爆空調的結構與設計

特殊場(chǎng)所空調潛在的危險性之防爆空調的結構與設計

　　關(guān)鍵詞]防爆空調；結構；設計；防爆體系

　　[摘要]分析了普通空調在危險場(chǎng)所應用的潛在危險性，并對防爆空調的設計方法進(jìn)行了探討。

　　1

　　在石油、化工等部門(mén)的企業(yè)中，在許多存在易燃易爆場(chǎng)所的操作室、生產(chǎn)車(chē)間、倉庫需要恒溫環(huán)境才能保證正常的生產(chǎn)和工作；另外，爆炸性氣體環(huán)境中的工作人員也希望在一個(gè)溫度適宜的環(huán)境下工作，以提高工作效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。但是普通空調在這些有易燃易爆氣體的危險場(chǎng)所使用，有發(fā)生爆炸的可能性，因此，在這類(lèi)場(chǎng)所必須選用防爆型空調。

　　2、空調的結構

　　空調器的組成主要包括三大部分，分別為制冷系統、空氣循環(huán)系統和控制系統。制冷系統和空氣循環(huán)系統中包括的電氣部分有：壓縮機、搖擺電機、室內外風(fēng)機電機、四通電磁換向閥、高低壓保護開(kāi)關(guān)等，另外冷暖雙溫式空調一般還有輔助電加熱。機械部分包括冷凝器、蒸發(fā)器、毛細管、氣液分離器(貯液罐)、干燥過(guò)濾器等部件?？照{器控制系統的核心為微處理芯片，通過(guò)它的I/O口采集室內外機中溫度傳感器檢測到的信號、電源電壓的變化信號和各功能鍵的操作信號，并對這些信息進(jìn)行處理，再通過(guò)I/O口驅動(dòng)壓縮機、風(fēng)機電機、四通電磁換向閥、輔助電加熱器及顯示器。系統原理圖如圖一所示：

　　3、普通空調使用在爆炸危險場(chǎng)所的潛在危險性

　　由空調的結構可知，普通空調在具有爆炸性氣體混合物存在的石油化工等危險場(chǎng)所，一旦發(fā)生易燃易爆氣體泄漏，就有可能發(fā)生爆炸危險。具體可能發(fā)生爆炸的因素有以下幾個(gè)方面：(1)元件、設備所產(chǎn)生的電火花、電弧等，如控制回路中的接觸器、繼電器。(2)設備運行當中產(chǎn)生的機械摩擦火花，如電動(dòng)機軸承蓋和轉軸間、風(fēng)機電機的風(fēng)葉旋轉部件與靜止部件間。(3)空調塑料外殼表面可能積聚靜電而產(chǎn)生靜電火花。(4)設備外殼表面有可能產(chǎn)生危險溫度，如壓縮機、輔助電加熱器等。(5)印刷電路板有發(fā)生短路、開(kāi)路等故障釋放能量引燃可燃性氣體的可能。(6)普通空調的布線(xiàn)、電氣安裝不符合GB3836.15—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第15部分：危險場(chǎng)所電氣安裝(煤礦除外)》標準要求，也存在產(chǎn)生火花、電弧或高溫的可能。因此，進(jìn)行防爆空調機組的設計，主要從以上幾方面入手。

　　4、防爆空調的系統設計

　　在進(jìn)行防爆空調的設計前，首先根據防爆空調適用的爆炸性氣體混合物場(chǎng)所，來(lái)確定本產(chǎn)品的防爆型式。由于空調機組中涉及的電氣元件較多，因此，空調機組整機采用復合防爆型式。

　　4.1、零部件的防爆設計

　　壓縮機是空調器制冷系統的心臟。房間空調器壓縮機采用全封閉旋轉式壓縮機。壓縮機外殼由鋼板沖壓焊接制成，且外殼至少能承受1.5MP、歷時(shí)15min的壓力不泄漏、電動(dòng)機定轉子和壓縮機活塞共同密封在其中，外部只有一個(gè)密封接線(xiàn)柱和高低壓側連接管(與制冷系統連在一起)。電纜引入裝置采用密封填料式結構，澆封劑包覆電纜長(cháng)度不小于5mm，接線(xiàn)柱和澆封劑自由表面間的澆封劑層厚不小于3mm。澆封劑采用環(huán)氧樹(shù)脂，具有足夠的熱穩定性能。壓縮機通過(guò)連接管路和冷凝器、蒸發(fā)器、毛細管、貯液器、過(guò)濾器、電磁換向閥組成密閉的循環(huán)系統，滿(mǎn)足GB3836.10—91要求，構成氣密型防爆結構。室內外風(fēng)扇電機、搖擺風(fēng)機電機、四通電磁換向閥及高低壓保護開(kāi)關(guān)等可選用市場(chǎng)上已取得防爆合格證的隔爆型或澆封型電氣設備，這里不再詳細論述?？刂葡到y是空調機的神經(jīng)中樞?？照{機主回路采用AC380V(或AC220V)供電電源，并經(jīng)變壓器降壓、整流、濾波和限壓、限流保護電路，變?yōu)榈蛪褐绷麟娫垂┨幚硇酒?、溫度信號采集電路和顯示、操作電路使用。由于該部分電路電壓高、電流大，容易產(chǎn)生點(diǎn)燃火花，所以把該部分電路放置在隔爆盒內，作為本安電路的關(guān)聯(lián)設備處理，而操作、顯示、信號采集處理部分因電壓低、電流小，故設計成本安電路，以便于安裝、操作。隔爆盒的設計應符合GB3836.2的要求，電纜引入裝置可采用彈性橡膠密封圈或密封填料來(lái)進(jìn)行密封。電源變壓器副邊繞組向本安電路供電，因此變壓器的結構設計應符合GB3836.4—2000標準中8.3.1條的要求，并能承受絕緣介電強度試驗的考核。變壓器的輸入電路應符合GB3836.4—2000第7.3條規定的熔斷器或適當規定值的斷路器來(lái)保護。限壓環(huán)節采用兩只并聯(lián)的穩壓二極管雙重保護，穩壓二極管的額定功率應至少為齊納狀態(tài)下齊納耗散功率的1.5倍，額定電流應大于正向導通狀態(tài)下15倍最大可能的短路電流。限流環(huán)節采用薄膜型或繞線(xiàn)型電阻或晶體管非線(xiàn)性組件，限流電阻在正常工作時(shí)或本安端開(kāi)路、短路時(shí)所承受的電壓、電流、功率不得超過(guò)額定值的2/3。壓縮機、風(fēng)機、四通電磁換向閥、輔助電加熱器的弱電控制信號與強電部分應采用光電耦合器、固態(tài)繼電器進(jìn)行安全隔離。隔離元件應能承受1500V歷時(shí)1min的絕緣介電強度試驗。本安電路中電容、電感應符合GB3836.4—2000附錄A的要求。另外，印刷電路板導線(xiàn)的寬度應與在此溫度組別下最大允許通過(guò)的電流相適應。裸露導電元件間的電氣間隙、爬電距離也應符合標準要求。在所用電器元件都焊接完畢后，印刷線(xiàn)路板正反兩面應均勻涂覆兩遍絕緣清漆，以加強絕緣?？照{機組及各電氣設備的最高表面溫度應不超過(guò)130℃，否則可能引燃爆炸性氣體混合物，然而，在冬天氣溫較低時(shí)單靠熱泵來(lái)制熱滿(mǎn)足不了人們的需要，空調都配有輔助電加熱裝置，電加熱器表面溫度很高，一般都超過(guò)了T4組允許的溫度組別，若通過(guò)減少加熱器功率來(lái)降低溫度則制熱效果又不理想，為了得到既制熱量大，表面溫度又低的雙重效果，采用了熱管技術(shù)，通過(guò)控制熱管內傳熱介質(zhì)的蒸發(fā)點(diǎn)及增大散熱表面來(lái)降低加熱器的最高表面溫度。

　　4.2、整體防爆性能設計

　　由于電氣線(xiàn)路在運行中受到自身和外界諸多條件的影響，容易發(fā)生過(guò)負荷、接地或斷路等故障而產(chǎn)生電火花、弧光或危險溫度，誘發(fā)易燃易爆物質(zhì)的燃燒與爆炸事故，因此防爆空調機的布線(xiàn)、安裝應符合GB.5—2000要求。在爆炸危險環(huán)境中所用的電纜、電線(xiàn)的芯線(xiàn)截面應較非危險場(chǎng)所所用電纜、電線(xiàn)的截面積留有較大的裕量，一般情況下應稍大一點(diǎn)，最多不大于導線(xiàn)截面的一個(gè)級別?？照{機組和外部電源以及室內外機之間的連接電纜選用銅芯電纜，電纜芯線(xiàn)截面積應至少大于1.5mm2。在爆炸危險場(chǎng)所進(jìn)出隔爆盒的電纜應選用致密填充物的護套電纜、橡套電纜，電纜直徑應和密封圈相適應，確保電纜引入裝置能夾緊電纜。電氣設備的引入裝置多余的通孔，應用堵棒封堵上。本安電路是通過(guò)限制能量使之即使發(fā)生斷路、短路或接地故障時(shí)其能量也不會(huì )引起危險環(huán)境的點(diǎn)燃，所以為了保護本質(zhì)安全電路的整體性能，免受其他電源的干擾，本安電路和其他電路應隔離。本安端子與非本安端子之間間距不小于50mm，本安導線(xiàn)與非本安導線(xiàn)分開(kāi)扎捆走線(xiàn)。連接本質(zhì)安全電路的插接件和連接非本質(zhì)安全電路的插接件應不能互換?？照{機組包含的所有電氣設備及機組整體都應有可靠的內外接地，接地導線(xiàn)采用不小于4mm2銅芯導線(xiàn)。為防止靜電放電引發(fā)火災和爆炸事故，機體外殼選用表面絕緣電阻值不超過(guò)1Ω的材料。

　　5、防爆空調設計存在的問(wèn)題

　　空調機輔助電加熱裝置是發(fā)熱元件，特別是空間加熱器元件，一般的情況下很難滿(mǎn)足GB3836.3防爆標準的要求，即使在一定風(fēng)量要求的條件下，加熱器的最高表面溫度還是相當的高。若減少加熱器功率來(lái)降低表面溫度，制熱效果差，增加加熱器加熱管的數量，對于小機型空調機來(lái)說(shuō)，受其內部空間的限制，的確是一個(gè)現實(shí)的問(wèn)題。采用熱管技術(shù)，體積大，壽命短，成本高，給空調機的安裝帶來(lái)了諸多的不便。我們在空調機用輔助電加熱裝置方面進(jìn)行了大量的試驗研究，積累了一定的試驗數據，希望生產(chǎn)電加熱管的供應商有興趣共同開(kāi)發(fā)防爆空調配用的電加熱器，使防爆空調的設計更加完善。

　　6、結束語(yǔ)

　　防爆空調機組是一個(gè)整體防爆系統，其設計上除了要考慮所有電氣元件的防爆性能外，還要考慮機組的整體防爆性能符合標準要求。防爆空調為爆炸危險場(chǎng)所的人們提供了舒適、安全的生產(chǎn)環(huán)境，然而安全的保障除了產(chǎn)品本身的性能外，還有賴(lài)于合理的選型、正確的使用和維護。愿大家都能遠離危險，擁有安全。