淺述防爆電梯安全保護系統(tǒng)點燃危險及防護措施

［摘要］為了有效預(yù)防防爆電梯安全保護系統(tǒng)點燃危險，對安全保護系統(tǒng)中各保護裝置及相互之間邏輯控制關(guān)系進行了梳理;應(yīng)用魚骨圖的方法分析了不同保護裝置可能出現(xiàn)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(shè)計、設(shè)備、材料、環(huán)境、管理、人員等方面提出了防護措施。研究結(jié)果對于防爆電梯安全保護系統(tǒng)點燃危險辨識、防護措施選取等具有指導(dǎo)意義。

0、引言

基于石油化工、醫(yī)藥、食品、金屬加工等企業(yè)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(tǒng)是電梯正常運行過程中、故障狀態(tài)下避免造成人員傷亡、財產(chǎn)損失的重要保證，防爆電梯安全保護系統(tǒng)既要保障電梯的安全運行，又要避免出現(xiàn)引燃爆炸性氣體、粉塵環(huán)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(tǒng)各裝置間邏輯控制關(guān)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)

電梯由于設(shè)備故障、人員操作失誤等可能出現(xiàn)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(dǎo)致鋼絲繩斷裂等。在電梯設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、維修保養(yǎng)、使用過程中首先應(yīng)該考慮防止這些危險事故的發(fā)生。但電梯的安全運行除了電梯結(jié)構(gòu)、電梯控制的可靠性、維護保養(yǎng)的及時性與有效性以外，還必須針對可能發(fā)生的各類危險情況設(shè)置專門的保護裝置，即電梯安全保護系統(tǒng)。

防爆電梯與非防爆電梯相同，安全保護系統(tǒng)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(xié)同作用，共同保障電梯正常運行及故障情況下的安全狀態(tài)，避免造成人員傷亡、財產(chǎn)損失等嚴重后果。防爆電梯安全保護系統(tǒng)中不同保護裝置發(fā)生動作的電梯故障原因、各裝置相互之間的邏輯控制關(guān)系以及保護裝置動作的結(jié)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(fā)生時，在安全保護系統(tǒng)作用下，電梯會呈現(xiàn)出無法啟動、停止運行、轎廂制停等狀態(tài)。

圖 1 防爆電梯安全保護系統(tǒng)控制流程圖

2、防爆電梯安全保護系統(tǒng)點燃危險辨識

當電梯出現(xiàn)超載、鋼絲繩斷裂等故障或失誤操作時，安全保護系統(tǒng)會按照圖1所示控制流程啟動相關(guān)的電梯安全運行保護裝置，使電梯處于安全狀態(tài)。防爆電梯由于其運行環(huán)境含有可燃氣體、蒸氣、粉塵等爆炸性物質(zhì)，電梯安全保護系統(tǒng)必須具備與爆炸性環(huán)境相適應(yīng)的防爆性能。點燃危險辨識是判斷防爆電梯安全保護系統(tǒng)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(tǒng)防爆性能的關(guān)鍵步驟。

2．1點燃危險魚骨圖

防爆電梯安全保護系統(tǒng)中電氣裝置故障、開關(guān)閉合等可能產(chǎn)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(chǎn)生機械火花、高溫?zé)岜砻纥c燃危險;非導(dǎo)電材料的靜電荷積聚與靜電放電可能產(chǎn)生靜電火花點燃危險等。為了對防爆電梯安全保護系統(tǒng)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(tǒng)點燃危險魚骨圖。

圖 2 防爆電梯安全保護系統(tǒng)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(shè)備部件間碰撞摩擦產(chǎn)生的機械火花和高溫?zé)岜砻?其次是減速開關(guān)、極限開關(guān)、層門門鎖、平門門鎖等開關(guān)過程觸點通斷可能產(chǎn)生的電氣火花;此外，安全保護系統(tǒng)中使用的非金屬材料可能產(chǎn)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(tǒng)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(shè)計方案、材料與零部件選擇類型、制造工藝以及運行環(huán)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(chǎn)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(jù)如表1所示。

以靜電火花點燃危險為例:若防爆電梯運行環(huán)境為爆炸性粉塵環(huán)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(chǎn)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(tǒng)中各導(dǎo)體是否進行有效接地、相鄰導(dǎo)體是否進行有效電氣連接判斷是否可能發(fā)生火花放電;傳播型刷型放電產(chǎn)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(tǒng)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(fā)生點燃性的傳播型刷型放電。

表1防爆電梯安全保護系統(tǒng)點燃源判斷準則

3、防爆電梯安全保護系統(tǒng)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(tǒng)電氣火花、機械火花、靜電火花等引燃爆炸性環(huán)境造成火災(zāi)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(tǒng)點燃危險防護措施魚骨圖，該圖從設(shè)計、設(shè)備、材料、管理、人員、環(huán)境等方面對防爆電梯安全保護系統(tǒng)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(tǒng)事故防護措施魚骨圖

3．1設(shè)計

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

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

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

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

3．2設(shè)備

安全保護系統(tǒng)中設(shè)備、部件選擇時需要綜合考慮作業(yè)環(huán)境中爆炸性氣體、粉塵種類、出現(xiàn)頻率等特性，以便采用不同的設(shè)備保護級別、不同的防爆設(shè)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(shè)備的需求也不相同。在對安全保護系統(tǒng)中防爆設(shè)備或部件進行選擇時需要對設(shè)備或部件使用場所周圍可能出現(xiàn)的爆炸性環(huán)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(shè)備或部件的制造和試驗。一部防爆電梯的安全保護系統(tǒng)不同的裝置由于安裝位置不同，其所處爆炸性環(huán)境成分也可能不同，對防爆設(shè)備的類型需求也不相同。

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

(3)防爆型式包括本質(zhì)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(jù)GB3836.15—2017、GB12476.2—2010，要綜合考慮爆炸性環(huán)境分區(qū)、爆炸性環(huán)境的引燃溫度以及外部影響因素等選擇適當?shù)脑O(shè)備防爆型式。如減速、限位、極限開關(guān)選用本質(zhì)安全型。

(4)接地是靜電點燃危害預(yù)防的關(guān)鍵措施，防爆電梯與安全保護系統(tǒng)整體應(yīng)設(shè)置合理、可靠的接地系統(tǒng)。安全保護系統(tǒng)中設(shè)備金屬外殼應(yīng)進行可靠接地，相鄰的導(dǎo)電部件應(yīng)進行可靠的電氣連接。

(5)防爆設(shè)備及其組件的安裝是否正確、合理，會顯著影響防爆設(shè)備的防爆性能。如設(shè)備及其組件存在電纜引入裝置時，安裝過程中就需要根據(jù)實際情況選擇彈性密封圈、金屬或復(fù)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(tǒng)設(shè)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(yù)防至關(guān)重要。在進行安全保護系統(tǒng)設(shè)備或部件設(shè)計或選材時，應(yīng)盡可能選擇防靜電、無火花、導(dǎo)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?xí)r，產(chǎn)生靜電荷少且不易形成靜電荷積聚。在不能選用導(dǎo)電材料時應(yīng)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(dǎo)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(shè)備運行過程中，部件相互之間碰撞摩擦可能產(chǎn)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(tǒng)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(yù)防機械火花主要措施是在可能產(chǎn)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(dǎo)熱性能好的材料。電氣設(shè)備故障發(fā)熱、非電氣設(shè)備碰撞摩擦生熱等均可能引起熱表面點燃危險。選用導(dǎo)熱性能好的材料并輔助有效的通風(fēng)散熱措施能夠?qū)a(chǎn)生的熱量及時消散，是預(yù)防高溫?zé)岜砻纥c燃危險的有效措施。防爆電梯安全保護系統(tǒng)中夾繩器、夾繩塊、限速器夾繩舌等部位應(yīng)采用銅等導(dǎo)熱性能好、無火花的材料。

3．4管理

經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備與材料選取、安裝、調(diào)試等過程投入使用的防爆電梯安全保護系統(tǒng)，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(tǒng)日常檢查、維護，對設(shè)備、部件運行狀態(tài)，導(dǎo)體材料接地可靠性等進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生的機械火花以及使用電氣設(shè)備產(chǎn)生的電氣火花等點燃危險。加強安全管理人員、作業(yè)人員專業(yè)技能教育、培訓(xùn)，提升人員對點燃危險隱患的預(yù)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(shù)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(yè)人員、維修人員必須穿防靜電衣物，開始作業(yè)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(yè)人員在使用作業(yè)工具、特別是搬運貨物時要避免碰撞摩擦等產(chǎn)生機械火花。

3．6環(huán)境

防爆電梯安全保護系統(tǒng)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(huán)境同時存在時才可能發(fā)生火災(zāi)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(huán)境的監(jiān)控與預(yù)警，并通過有效通風(fēng)、堆積粉塵定期清掃、加濕等措施降低爆炸性環(huán)境形成的可能性。

4、結(jié)論

防爆電梯安全保護系統(tǒng)除具備普通電梯在系統(tǒng)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(huán)境相適應(yīng)的防爆性能。安全保護系統(tǒng)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(xiàn)必要的防爆性能，必須從系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、材料選擇、爆炸性環(huán)境監(jiān)控、管理水平、人員作業(yè)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(fēng)險，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。