特殊場所空調(diào)潛在的危險性之防爆空調(diào)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計

　　關(guān)鍵詞]防爆空調(diào)；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；防爆體系

　　[摘要]分析了普通空調(diào)在危險場所應(yīng)用的潛在危險性，并對防爆空調(diào)的設(shè)計方法進(jìn)行了探討。

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　　在石油、化工等部門的企業(yè)中，在許多存在易燃易爆場所的操作室、生產(chǎn)車間、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(diào)在這些有易燃易爆氣體的危險場所使用，有發(fā)生爆炸的可能性，因此，在這類場所必須選用防爆型空調(diào)。

　　2、空調(diào)的結(jié)構(gòu)

　　空調(diào)器的組成主要包括三大部分，分別為制冷系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)中包括的電氣部分有：壓縮機(jī)、搖擺電機(jī)、室內(nèi)外風(fēng)機(jī)電機(jī)、四通電磁換向閥、高低壓保護(hù)開關(guān)等，另外冷暖雙溫式空調(diào)一般還有輔助電加熱。機(jī)械部分包括冷凝器、蒸發(fā)器、毛細(xì)管、氣液分離器(貯液罐)、干燥過濾器等部件。空調(diào)器控制系統(tǒng)的核心為微處理芯片，通過它的I/O口采集室內(nèi)外機(jī)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I/O口驅(qū)動壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)、四通電磁換向閥、輔助電加熱器及顯示器。系統(tǒng)原理圖如圖一所示：

　　3、普通空調(diào)使用在爆炸危險場所的潛在危險性

　　由空調(diào)的結(jié)構(gòu)可知，普通空調(diào)在具有爆炸性氣體混合物存在的石油化工等危險場所，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方面：(1)元件、設(shè)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(shè)備運行當(dāng)中產(chǎn)生的機(jī)械摩擦火花，如電動機(jī)軸承蓋和轉(zhuǎn)軸間、風(fēng)機(jī)電機(jī)的風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件間。(3)空調(diào)塑料外殼表面可能積聚靜電而產(chǎn)生靜電火花。(4)設(shè)備外殼表面有可能產(chǎn)生危險溫度，如壓縮機(jī)、輔助電加熱器等。(5)印刷電路板有發(fā)生短路、開路等故障釋放能量引燃可燃性氣體的可能。(6)普通空調(diào)的布線、電氣安裝不符合GB3836.15—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第15部分：危險場所電氣安裝(煤礦除外)》標(biāo)準(zhǔn)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(diào)機(jī)組的設(shè)計，主要從以上幾方面入手。

　　4、防爆空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計

　　在進(jìn)行防爆空調(diào)的設(shè)計前，首先根據(jù)防爆空調(diào)適用的爆炸性氣體混合物場所，來確定本產(chǎn)品的防爆型式。由于空調(diào)機(jī)組中涉及的電氣元件較多，因此，空調(diào)機(jī)組整機(jī)采用復(fù)合防爆型式。

　　4.1、零部件的防爆設(shè)計

　　壓縮機(jī)是空調(diào)器制冷系統(tǒng)的心臟。房間空調(diào)器壓縮機(jī)采用全封閉旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)外殼由鋼板沖壓焊接制成，且外殼至少能承受1.5MP、歷時15min的壓力不泄漏、電動機(jī)定轉(zhuǎn)子和壓縮機(jī)活塞共同密封在其中，外部只有一個密封接線柱和高低壓側(cè)連接管(與制冷系統(tǒng)連在一起)。電纜引入裝置采用密封填料式結(jié)構(gòu)，澆封劑包覆電纜長度不小于5mm，接線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)氧樹脂，具有足夠的熱穩(wěn)定性能。壓縮機(jī)通過連接管路和冷凝器、蒸發(fā)器、毛細(xì)管、貯液器、過濾器、電磁換向閥組成密閉的循環(huán)系統(tǒng)，滿足GB3836.10—91要求，構(gòu)成氣密型防爆結(jié)構(gòu)。室內(nèi)外風(fēng)扇電機(jī)、搖擺風(fēng)機(jī)電機(jī)、四通電磁換向閥及高低壓保護(hù)開關(guān)等可選用市場上已取得防爆合格證的隔爆型或澆封型電氣設(shè)備，這里不再詳細(xì)論述。控制系統(tǒng)是空調(diào)機(jī)的神經(jīng)中樞。空調(diào)機(jī)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(hù)電路，變?yōu)榈蛪褐绷麟娫垂┨幚硇酒囟刃盘柌杉娐泛惋@示、操作電路使用。由于該部分電路電壓高、電流大，容易產(chǎn)生點燃火花，所以把該部分電路放置在隔爆盒內(nèi)，作為本安電路的關(guān)聯(lián)設(shè)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(shè)計成本安電路，以便于安裝、操作。隔爆盒的設(shè)計應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合GB3836.4—2000標(biāo)準(zhǔn)中8.3.1條的要求，并能承受絕緣介電強(qiáng)度試驗的考核。變壓器的輸入電路應(yīng)符合GB3836.4—2000第7.3條規(guī)定的熔斷器或適當(dāng)規(guī)定值的斷路器來保護(hù)。限壓環(huán)節(jié)采用兩只并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管雙重保護(hù)，穩(wěn)壓二極管的額定功率應(yīng)至少為齊納狀態(tài)下齊納耗散功率的1.5倍，額定電流應(yīng)大于正向?qū)顟B(tài)下15倍最大可能的短路電流。限流環(huán)節(jié)采用薄膜型或繞線型電阻或晶體管非線性組件，限流電阻在正常工作時或本安端開路、短路時所承受的電壓、電流、功率不得超過額定值的2/3。壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、四通電磁換向閥、輔助電加熱器的弱電控制信號與強(qiáng)電部分應(yīng)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(yīng)能承受1500V歷時1min的絕緣介電強(qiáng)度試驗。本安電路中電容、電感應(yīng)符合GB3836.4—2000附錄A的要求。另外，印刷電路板導(dǎo)線的寬度應(yīng)與在此溫度組別下最大允許通過的電流相適應(yīng)。裸露導(dǎo)電元件間的電氣間隙、爬電距離也應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在所用電器元件都焊接完畢后，印刷線路板正反兩面應(yīng)均勻涂覆兩遍絕緣清漆，以加強(qiáng)絕緣。空調(diào)機(jī)組及各電氣設(shè)備的最高表面溫度應(yīng)不超過130℃，否則可能引燃爆炸性氣體混合物，然而，在冬天氣溫較低時單靠熱泵來制熱滿足不了人們的需要，空調(diào)都配有輔助電加熱裝置，電加熱器表面溫度很高，一般都超過了T4組允許的溫度組別，若通過減少加熱器功率來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)，通過控制熱管內(nèi)傳熱介質(zhì)的蒸發(fā)點及增大散熱表面來降低加熱器的最高表面溫度。

　　4.2、整體防爆性能設(shè)計

　　由于電氣線路在運行中受到自身和外界諸多條件的影響，容易發(fā)生過負(fù)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(diào)機(jī)的布線、安裝應(yīng)符合GB.5—2000要求。在爆炸危險環(huán)境中所用的電纜、電線的芯線截面應(yīng)較非危險場所所用電纜、電線的截面積留有較大的裕量，一般情況下應(yīng)稍大一點，最多不大于導(dǎo)線截面的一個級別。空調(diào)機(jī)組和外部電源以及室內(nèi)外機(jī)之間的連接電纜選用銅芯電纜，電纜芯線截面積應(yīng)至少大于1.5mm2。在爆炸危險場所進(jìn)出隔爆盒的電纜應(yīng)選用致密填充物的護(hù)套電纜、橡套電纜，電纜直徑應(yīng)和密封圈相適應(yīng)，確保電纜引入裝置能夾緊電纜。電氣設(shè)備的引入裝置多余的通孔，應(yīng)用堵棒封堵上。本安電路是通過限制能量使之即使發(fā)生斷路、短路或接地故障時其能量也不會引起危險環(huán)境的點燃，所以為了保護(hù)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(yīng)隔離。本安端子與非本安端子之間間距不小于50mm，本安導(dǎo)線與非本安導(dǎo)線分開扎捆走線。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(yīng)不能互換。空調(diào)機(jī)組包含的所有電氣設(shè)備及機(jī)組整體都應(yīng)有可靠的內(nèi)外接地，接地導(dǎo)線采用不小于4mm2銅芯導(dǎo)線。為防止靜電放電引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故，機(jī)體外殼選用表面絕緣電阻值不超過1Ω的材料。

　　5、防爆空調(diào)設(shè)計存在的問題

　　空調(diào)機(jī)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足GB3836.3防爆標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?shù)母摺Ｈ魷p少加熱器功率來降低表面溫度，制熱效果差，增加加熱器加熱管的數(shù)量，對于小機(jī)型空調(diào)機(jī)來說，受其內(nèi)部空間的限制，的確是一個現(xiàn)實的問題。采用熱管技術(shù)，體積大，壽命短，成本高，給空調(diào)機(jī)的安裝帶來了諸多的不便。我們在空調(diào)機(jī)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(shù)據(jù)，希望生產(chǎn)電加熱管的供應(yīng)商有興趣共同開發(fā)防爆空調(diào)配用的電加熱器，使防爆空調(diào)的設(shè)計更加完善。

　　6、結(jié)束語

　　防爆空調(diào)機(jī)組是一個整體防爆系統(tǒng)，其設(shè)計上除了要考慮所有電氣元件的防爆性能外，還要考慮機(jī)組的整體防爆性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。防爆空調(diào)為爆炸危險場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，還有賴于合理的選型、正確的使用和維護(hù)。愿大家都能遠(yuǎn)離危險，擁有安全。