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淺述防爆電梯安全保護系統點燃危險及防護措施

類別:特種設備安全 發布時間:2019-09-17 瀏覽人次:

[摘要]為了有效預防防爆電梯安全保護系統點燃危險,對安全保護系統中各保護裝置及相互之間邏輯控制關系進行了梳理;應用魚骨圖的方法分析了不同保護裝置可能出現的機械火花、電氣火花、靜電火花、熱表面等點燃危險;針對各類點燃危險從設計、設備、材料、環境、管理、人員等方面提出了防護措施。研究結果對于防爆電梯安全保護系統點燃危險辨識、防護措施選取等具有指導意義。


0、引言

基于石油化工、醫藥、食品、金屬加工等企業存在可燃性氣體、液體、粉塵等場所使用的電梯必須具備防爆性能,即防爆電梯。電梯安全保護系統是電梯正常運行過程中、故障狀態下避免造成人員傷亡、財產損失的重要保證,防爆電梯安全保護系統既要保障電梯的安全運行,又要避免出現引燃爆炸性氣體、粉塵環境的電氣火花、機械火花等點燃危險。


本文從防爆電梯安全保護系統各裝置間邏輯控制關系的梳理入手,采用魚骨圖的方法對防爆電梯安全保護系統點燃危險進行辨識,并針對各類危險源提出防護措施,對于提升防爆電梯安全保護系統危險源辨識、評估以及防護水平具有重要意義。


1、防爆電梯安全保護系統


電梯由于設備故障、人員操作失誤等可能出現一系列危險:人員被層門、轎門擠壓、撞擊;轎廂運行過程中超越極限行程;轎廂超速、超載等導致鋼絲繩斷裂等。在電梯設計、生產、安裝、維修保養、使用過程中首先應該考慮防止這些危險事故的發生。但電梯的安全運行除了電梯結構、電梯控制的可靠性、維護保養的及時性與有效性以外,還必須針對可能發生的各類危險情況設置專門的保護裝置,即電梯安全保護系統。


防爆電梯與非防爆電梯相同,安全保護系統均包括:超載安全保護裝置、層門運動保護裝置、層轎門安全保護裝置、限速安全保護裝置、安全鉗、限速器、夾繩器、緩沖器等。這些保護裝置相互之間協同作用,共同保障電梯正常運行及故障情況下的安全狀態,避免造成人員傷亡、財產損失等嚴重后果。防爆電梯安全保護系統中不同保護裝置發生動作的電梯故障原因、各裝置相互之間的邏輯控制關系以及保護裝置動作的結果如圖1所示。從圖中可以看出,當故障、誤操作等危險事件發生時,在安全保護系統作用下,電梯會呈現出無法啟動、停止運行、轎廂制停等狀態。

圖 1 防爆電梯安全保護系統控制流程圖

圖 1 防爆電梯安全保護系統控制流程圖

2、防爆電梯安全保護系統點燃危險辨識


當電梯出現超載、鋼絲繩斷裂等故障或失誤操作時,安全保護系統會按照圖1所示控制流程啟動相關的電梯安全運行保護裝置,使電梯處于安全狀態。防爆電梯由于其運行環境含有可燃氣體、蒸氣、粉塵等爆炸性物質,電梯安全保護系統必須具備與爆炸性環境相適應的防爆性能。點燃危險辨識是判斷防爆電梯安全保護系統是否存在機械火花、電氣火花、靜電火花等點燃源的重要方法,也是評估電梯安全保護系統防爆性能的關鍵步驟。


2.1點燃危險魚骨圖


防爆電梯安全保護系統中電氣裝置故障、開關閉合等可能產生電氣火花點燃危險;安全保護裝置與電梯主體部件以及安全保護裝置各部件間碰撞摩擦可能產生機械火花、高溫熱表面點燃危險;非導電材料的靜電荷積聚與靜電放電可能產生靜電火花點燃危險等。為了對防爆電梯安全保護系統電氣火花、機械火花、靜電火花等各類點燃危險進行全面分析,采用魚骨圖的方法,繪制了如圖2所示防爆電梯安全保護系統點燃危險魚骨圖。

圖 2 防爆電梯安全保護系統點燃危險魚骨圖

2 防爆電梯安全保護系統點燃危險魚骨圖

從圖2魚骨圖中可以看出,不同安全保護裝置最主要的點燃危險是設備部件間碰撞摩擦產生的機械火花和高溫熱表面;其次是減速開關、極限開關、層門門鎖、平門門鎖等開關過程觸點通斷可能產生的電氣火花;此外,安全保護系統中使用的非金屬材料可能產生的靜電積聚以及人體攜帶靜電電荷引起的靜電放電也是重要的點燃危險。


2.2點燃危險辨識準則


圖2給出了防爆電梯安全保護系統所有可能存在的點燃危險,不同廠家、不同類型的防爆電梯,其設計方案、材料與零部件選擇類型、制造工藝以及運行環境等均不相同,在運行過程中實際可能存在的點燃危險也不盡相同。對于特定的防爆電梯,在進行點燃危險辨識時,需要判斷其實際可能產生的機械火花、電氣火花、靜電火花以及熱表面點燃危險。每種點燃危險的判斷準則與判斷依據如表1所示。


以靜電火花點燃危險為例:若防爆電梯運行環境為爆炸性粉塵環境,且粉塵云最小點燃能量大于10mJ,則通過對比粉塵云最小點火能量與不同靜電放電型式產生的能量,得出只有火花放電和傳播型刷型放電能夠引燃該粉塵云。通過檢查安全保護系統中各導體是否進行有效接地、相鄰導體是否進行有效電氣連接判斷是否可能發生火花放電;傳播型刷型放電產生的其中一個條件為絕緣材料厚度小于8mm,通過檢測該防爆電梯安全保護系統中是否存在厚度小于8mm的絕緣材料或部件,即可判斷是否可能發生點燃性的傳播型刷型放電。


表1防爆電梯安全保護系統點燃源判斷準則

點燃源判斷準則判斷依據/方法

機械

火花

安全保護系統中存在摩擦、沖擊的

設備或部件是否使用無火花材料;

是否可能出現石粒或雜散金屬等異

物進入安全保護系統

GB 25285.1—2010

電氣

火花

安全保護系統中電氣線路斷開和閉

合時是否會產生電氣火花; 各電氣

連接部位是否松動; 雜散電流等

GB 3836系列

GB 12476系列

靜電

火花


對比防爆電梯安全保護系統可能出

現靜電放電類型的放電能量與爆炸

性氣體、蒸氣、粉塵環境的最小點燃

能量; 導體的接地與等電位連接

IEC 60079-32-1

GB 12476. 10—2010

熱表面

對比防爆電梯安全保護系統在正常

工作、故障狀態時可能達到的最高

溫度與可燃氣體、蒸氣、粉塵環境的

最低點燃溫度

GB 25285.1—2010

GB /T 5332—2007

GB 12476.8—2010

3、防爆電梯安全保護系統點燃危害防護措施


為了避免電梯運行過程中安全保護系統電氣火花、機械火花、靜電火花等引燃爆炸性環境造成火災爆炸事故,需要采取必要的防護措施。圖3為防爆電梯安全保護系統點燃危險防護措施魚骨圖,該圖從設計、設備、材料、管理、人員、環境等方面對防爆電梯安全保護系統點燃危險防護措施進行了闡述。

圖 3 防爆電梯安全保護系統事故防護措施魚骨圖

3 防爆電梯安全保護系統事故防護措施魚骨圖

3.1設計

防爆電梯安全保護系統點燃危險防護須從設計階段開始,貫穿防爆電梯設計、制造、安裝、使用、維護保養等整個生命周期。


(1)防爆電梯安全保護系統的設計、制造、安裝需要與防爆電梯主體的設計、制造、安裝同時進行。設計、制造、安裝工藝必須遵守相關標準規范GB31094—2014,如《防爆電梯制造與安裝安全規范》)。


(2)在防爆電梯安全保護系統設計過程中,既要考慮安全保護系統各部件間碰撞摩擦等相互作用可能產生的點燃危險,還要考慮安全保護系統部件與電梯主體部件間相互作用可能產生的點燃危險,如安全鉗與導軌之間摩擦可能產生熱表面點燃危險。


(3)在防爆電梯安全保護系統設計階段就需要充分考慮電梯使用過程中安全保護系統各部件可能與作業人員、工具等相互作用產生的點燃危險,如作業人員手持鐵質作業工具進入轎廂時,與層門、轎門發生碰撞產生機械火花。


3.2設備

安全保護系統中設備、部件選擇時需要綜合考慮作業環境中爆炸性氣體、粉塵種類、出現頻率等特性,以便采用不同的設備保護級別、不同的防爆設備類型等。


(1)不同種類的爆炸性氣體、粉塵,其點燃特性也不相同,對防爆設備的需求也不相同。在對安全保護系統中防爆設備或部件進行選擇時需要對設備或部件使用場所周圍可能出現的爆炸性環境成分進行分析,特別是可能同時存在多種爆炸性氣體或粉塵時,要按照Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類可燃性氣體、粉塵的要求進行設備或部件的制造和試驗。一部防爆電梯的安全保護系統不同的裝置由于安裝位置不同,其所處爆炸性環境成分也可能不同,對防爆設備的類型需求也不相同。

(2)爆炸性氣體、粉塵環境出現的頻次、持續時間也是防爆設備選擇的重要依據。要根據爆炸性氣體、粉塵環境出現頻次和持續時間對安全保護系統中各設備、部件所處環境進行分區,再按照GB3836.1—2010中、危險環境分區與設備保護級別的對照表確定所需設備、部件的設備保護級別。

(3)防爆型式包括本質安全型“ia、ib、ic”、隔爆外殼“d”、增安型“e”等。不同的防爆型式所能提供的防爆等級也不相同。依據GB3836.15—2017、GB12476.2—2010,要綜合考慮爆炸性環境分區、爆炸性環境的引燃溫度以及外部影響因素等選擇適當的設備防爆型式。如減速、限位、極限開關選用本質安全型。

(4)接地是靜電點燃危害預防的關鍵措施,防爆電梯與安全保護系統整體應設置合理、可靠的接地系統。安全保護系統中設備金屬外殼應進行可靠接地,相鄰的導電部件應進行可靠的電氣連接。

(5)防爆設備及其組件的安裝是否正確、合理,會顯著影響防爆設備的防爆性能。如設備及其組件存在電纜引入裝置時,安裝過程中就需要根據實際情況選擇彈性密封圈、金屬或復合密封圈或者填料的方法保證電纜與引入裝置主體之間的電纜密封性。


3.3材料

安全保護系統設備或部件材料的正確選擇對靜電火花、機械火花、熱表面等點燃危險預防至關重要。在進行安全保護系統設備或部件設計或選材時,應盡可能選擇防靜電、無火花、導熱性能好的材料。


(1)防靜電材料。防靜電材料在與同種材料或其他材料相互摩擦時,產生靜電荷少且不易形成靜電荷積聚。在不能選用導電材料時應使用防靜電材料,如緩沖器上的橡膠選用防靜電橡膠。必須使用非導電材料時,需要通過控制材料表面積、控制與帶靜電物體的接觸等措施降低靜電點燃危險。


(2)無火花材料。設備運行過程中,部件相互之間碰撞摩擦可能產生細小而熾熱的材料顆粒,這些顆粒飛濺到空氣中燃燒形成火花,即機械火花。防爆電梯安全保護系統中較多裝置在運行過程中存在部件相互之間的碰撞摩擦。預防機械火花主要措施是在可能產生碰撞摩擦的部位使用無火花材料鋁青銅、鈹青銅等。如安全鉗楔塊采用無火花材料。


(3)導熱性能好的材料。電氣設備故障發熱、非電氣設備碰撞摩擦生熱等均可能引起熱表面點燃危險。選用導熱性能好的材料并輔助有效的通風散熱措施能夠將產生的熱量及時消散,是預防高溫熱表面點燃危險的有效措施。防爆電梯安全保護系統中夾繩器、夾繩塊、限速器夾繩舌等部位應采用銅等導熱性能好、無火花的材料。


3.4管理

經過系統設計、設備與材料選取、安裝、調試等過程投入使用的防爆電梯安全保護系統,需要通過有效的管理來減少運行過程中的點燃危險。加強安全保護系統日常檢查、維護,對設備、部件運行狀態,導體材料接地可靠性等進行檢查,及時發現并排除可能引起點燃危險的各類隱患。檢查、維護過程中要避免檢測維修工具碰撞摩擦產生的機械火花以及使用電氣設備產生的電氣火花等點燃危險。加強安全管理人員、作業人員專業技能教育、培訓,提升人員對點燃危險隱患的預防意識以及識別、排除隱患的水平。


3.5人員

人體靜電放電能量可達數十毫焦耳,足以點燃可燃性氣體與可燃性粉塵,為了防止人體靜電放電危險,作業人員、維修人員必須穿防靜電衣物,開始作業前須消除人體靜電;乘梯者在進入轎廂前必須先消除人體靜電。作業人員在使用作業工具、特別是搬運貨物時要避免碰撞摩擦等產生機械火花。


3.6環境

防爆電梯安全保護系統中靜電火花、機械火花、電氣火花等點燃源與爆炸性氣體、粉塵環境同時存在時才可能發生火災爆炸事故。因此點燃危險防護的一個重要措施就是加強對爆炸性氣體、粉塵環境的監控與預警,并通過有效通風、堆積粉塵定期清掃、加濕等措施降低爆炸性環境形成的可能性。


4、結論

防爆電梯安全保護系統除具備普通電梯在系統故障、誤操作等情況下使電梯不能啟動、緊急制停等功能外,還必須滿足與電梯運行環境相適應的防爆性能。安全保護系統中各裝置在運行過程中存在電氣火花、機械火花、靜電火花、熱表面等點燃危險,為了實現必要的防爆性能,必須從系統設計、設備選型、材料選擇、爆炸性環境監控、管理水平、人員作業安全等方面采取綜合防護措施,以最大限度地降低防爆電梯運行風險,實現安全生產。


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