浅述防爆电梯安全保护系统点燃危险及防护措施

［摘要］为了有效预防防爆电梯安全保护系统点燃危险，对安全保护系统中各保护装置及相互之间逻辑控制关系进行了梳理;应用鱼骨图的方法分析了不同保护装置可能出现的机械火花、电气火花、静电火花、热表面等点燃危险;针对各类点燃危险从设计、设备、材料、环境、管理、人员等方面提出了防护措施。研究结果对于防爆电梯安全保护系统点燃危险辨识、防护措施选取等具有指导意义。

0、引言

基于石油化工、医药、食品、金属加工等企业存在可燃性气体、液体、粉尘等场所使用的电梯必须具备防爆性能，即防爆电梯。电梯安全保护系统是电梯正常运行过程中、故障状态下避免造成人员伤亡、财产损失的重要保证，防爆电梯安全保护系统既要保障电梯的安全运行，又要避免出现引燃爆炸性气体、粉尘环境的电气火花、机械火花等点燃危险。

本文从防爆电梯安全保护系统各装置间逻辑控制关系的梳理入手，采用鱼骨图的方法对防爆电梯安全保护系统点燃危险进行辨识，并针对各类危险源提出防护措施，对于提升防爆电梯安全保护系统危险源辨识、评估以及防护水平具有重要意义。

1、防爆电梯安全保护系统

电梯由于设备故障、人员操作失误等可能出现一系列危险:人员被层门、轿门挤压、撞击;轿厢运行过程中超越极限行程;轿厢超速、超载等导致钢丝绳断裂等。在电梯设计、生产、安装、维修保养、使用过程中首先应该考虑防止这些危险事故的发生。但电梯的安全运行除了电梯结构、电梯控制的可靠性、维护保养的及时性与有效性以外，还必须针对可能发生的各类危险情况设置专门的保护装置，即电梯安全保护系统。

防爆电梯与非防爆电梯相同，安全保护系统均包括:超载安全保护装置、层门运动保护装置、层轿门安全保护装置、限速安全保护装置、安全钳、限速器、夹绳器、缓冲器等。这些保护装置相互之间协同作用，共同保障电梯正常运行及故障情况下的安全状态，避免造成人员伤亡、财产损失等严重后果。防爆电梯安全保护系统中不同保护装置发生动作的电梯故障原因、各装置相互之间的逻辑控制关系以及保护装置动作的结果如图1所示。从图中可以看出，当故障、误操作等危险事件发生时，在安全保护系统作用下，电梯会呈现出无法启动、停止运行、轿厢制停等状态。

图 1 防爆电梯安全保护系统控制流程图

2、防爆电梯安全保护系统点燃危险辨识

当电梯出现超载、钢丝绳断裂等故障或失误操作时，安全保护系统会按照图1所示控制流程启动相关的电梯安全运行保护装置，使电梯处于安全状态。防爆电梯由于其运行环境含有可燃气体、蒸气、粉尘等爆炸性物质，电梯安全保护系统必须具备与爆炸性环境相适应的防爆性能。点燃危险辨识是判断防爆电梯安全保护系统是否存在机械火花、电气火花、静电火花等点燃源的重要方法，也是评估电梯安全保护系统防爆性能的关键步骤。

2．1点燃危险鱼骨图

防爆电梯安全保护系统中电气装置故障、开关闭合等可能产生电气火花点燃危险;安全保护装置与电梯主体部件以及安全保护装置各部件间碰撞摩擦可能产生机械火花、高温热表面点燃危险;非导电材料的静电荷积聚与静电放电可能产生静电火花点燃危险等。为了对防爆电梯安全保护系统电气火花、机械火花、静电火花等各类点燃危险进行全面分析，采用鱼骨图的方法，绘制了如图2所示防爆电梯安全保护系统点燃危险鱼骨图。

图 2 防爆电梯安全保护系统点燃危险鱼骨图

从图2鱼骨图中可以看出，不同安全保护装置最主要的点燃危险是设备部件间碰撞摩擦产生的机械火花和高温热表面;其次是减速开关、极限开关、层门门锁、平门门锁等开关过程触点通断可能产生的电气火花;此外，安全保护系统中使用的非金属材料可能产生的静电积聚以及人体携带静电电荷引起的静电放电也是重要的点燃危险。

2．2点燃危险辨识准则

图2给出了防爆电梯安全保护系统所有可能存在的点燃危险，不同厂家、不同类型的防爆电梯，其设计方案、材料与零部件选择类型、制造工艺以及运行环境等均不相同，在运行过程中实际可能存在的点燃危险也不尽相同。对于特定的防爆电梯，在进行点燃危险辨识时，需要判断其实际可能产生的机械火花、电气火花、静电火花以及热表面点燃危险。每种点燃危险的判断准则与判断依据如表1所示。

以静电火花点燃危险为例:若防爆电梯运行环境为爆炸性粉尘环境，且粉尘云最小点燃能量大于10mJ，则通过对比粉尘云最小点火能量与不同静电放电型式产生的能量，得出只有火花放电和传播型刷型放电能够引燃该粉尘云。通过检查安全保护系统中各导体是否进行有效接地、相邻导体是否进行有效电气连接判断是否可能发生火花放电;传播型刷型放电产生的其中一个条件为绝缘材料厚度小于8mm，通过检测该防爆电梯安全保护系统中是否存在厚度小于8mm的绝缘材料或部件，即可判断是否可能发生点燃性的传播型刷型放电。

表1防爆电梯安全保护系统点燃源判断准则

3、防爆电梯安全保护系统点燃危害防护措施

为了避免电梯运行过程中安全保护系统电气火花、机械火花、静电火花等引燃爆炸性环境造成火灾爆炸事故，需要采取必要的防护措施。图3为防爆电梯安全保护系统点燃危险防护措施鱼骨图，该图从设计、设备、材料、管理、人员、环境等方面对防爆电梯安全保护系统点燃危险防护措施进行了阐述。

图 3 防爆电梯安全保护系统事故防护措施鱼骨图

3．1设计

防爆电梯安全保护系统点燃危险防护须从设计阶段开始，贯穿防爆电梯设计、制造、安装、使用、维护保养等整个生命周期。

(1)防爆电梯安全保护系统的设计、制造、安装需要与防爆电梯主体的设计、制造、安装同时进行。设计、制造、安装工艺必须遵守相关标准规范GB31094—2014，如《防爆电梯制造与安装安全规范》)。

(2)在防爆电梯安全保护系统设计过程中，既要考虑安全保护系统各部件间碰撞摩擦等相互作用可能产生的点燃危险，还要考虑安全保护系统部件与电梯主体部件间相互作用可能产生的点燃危险，如安全钳与导轨之间摩擦可能产生热表面点燃危险。

(3)在防爆电梯安全保护系统设计阶段就需要充分考虑电梯使用过程中安全保护系统各部件可能与作业人员、工具等相互作用产生的点燃危险，如作业人员手持铁质作业工具进入轿厢时，与层门、轿门发生碰撞产生机械火花。

3．2设备

安全保护系统中设备、部件选择时需要综合考虑作业环境中爆炸性气体、粉尘种类、出现频率等特性，以便采用不同的设备保护级别、不同的防爆设备类型等。

(1)不同种类的爆炸性气体、粉尘，其点燃特性也不相同，对防爆设备的需求也不相同。在对安全保护系统中防爆设备或部件进行选择时需要对设备或部件使用场所周围可能出现的爆炸性环境成分进行分析，特别是可能同时存在多种爆炸性气体或粉尘时，要按照Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类可燃性气体、粉尘的要求进行设备或部件的制造和试验。一部防爆电梯的安全保护系统不同的装置由于安装位置不同，其所处爆炸性环境成分也可能不同，对防爆设备的类型需求也不相同。

(2)爆炸性气体、粉尘环境出现的频次、持续时间也是防爆设备选择的重要依据。要根据爆炸性气体、粉尘环境出现频次和持续时间对安全保护系统中各设备、部件所处环境进行分区，再按照GB3836.1—2010中、危险环境分区与设备保护级别的对照表确定所需设备、部件的设备保护级别。

(3)防爆型式包括本质安全型“ia、ib、ic”、隔爆外壳“d”、增安型“e”等。不同的防爆型式所能提供的防爆等级也不相同。依据GB3836.15—2017、GB12476.2—2010，要综合考虑爆炸性环境分区、爆炸性环境的引燃温度以及外部影响因素等选择适当的设备防爆型式。如减速、限位、极限开关选用本质安全型。

(4)接地是静电点燃危害预防的关键措施，防爆电梯与安全保护系统整体应设置合理、可靠的接地系统。安全保护系统中设备金属外壳应进行可靠接地，相邻的导电部件应进行可靠的电气连接。

(5)防爆设备及其组件的安装是否正确、合理，会显著影响防爆设备的防爆性能。如设备及其组件存在电缆引入装置时，安装过程中就需要根据实际情况选择弹性密封圈、金属或复合密封圈或者填料的方法保证电缆与引入装置主体之间的电缆密封性。

3．3材料

安全保护系统设备或部件材料的正确选择对静电火花、机械火花、热表面等点燃危险预防至关重要。在进行安全保护系统设备或部件设计或选材时，应尽可能选择防静电、无火花、导热性能好的材料。

(1)防静电材料。防静电材料在与同种材料或其他材料相互摩擦时，产生静电荷少且不易形成静电荷积聚。在不能选用导电材料时应使用防静电材料，如缓冲器上的橡胶选用防静电橡胶。必须使用非导电材料时，需要通过控制材料表面积、控制与带静电物体的接触等措施降低静电点燃危险。

(2)无火花材料。设备运行过程中，部件相互之间碰撞摩擦可能产生细小而炽热的材料颗粒，这些颗粒飞溅到空气中燃烧形成火花，即机械火花。防爆电梯安全保护系统中较多装置在运行过程中存在部件相互之间的碰撞摩擦。预防机械火花主要措施是在可能产生碰撞摩擦的部位使用无火花材料铝青铜、铍青铜等。如安全钳楔块采用无火花材料。

(3)导热性能好的材料。电气设备故障发热、非电气设备碰撞摩擦生热等均可能引起热表面点燃危险。选用导热性能好的材料并辅助有效的通风散热措施能够将产生的热量及时消散，是预防高温热表面点燃危险的有效措施。防爆电梯安全保护系统中夹绳器、夹绳块、限速器夹绳舌等部位应采用铜等导热性能好、无火花的材料。

3．4管理

经过系统设计、设备与材料选取、安装、调试等过程投入使用的防爆电梯安全保护系统，需要通过有效的管理来减少运行过程中的点燃危险。加强安全保护系统日常检查、维护，对设备、部件运行状态，导体材料接地可靠性等进行检查，及时发现并排除可能引起点燃危险的各类隐患。检查、维护过程中要避免检测维修工具碰撞摩擦产生的机械火花以及使用电气设备产生的电气火花等点燃危险。加强安全管理人员、作业人员专业技能教育、培训，提升人员对点燃危险隐患的预防意识以及识别、排除隐患的水平。

3．5人员

人体静电放电能量可达数十毫焦耳，足以点燃可燃性气体与可燃性粉尘，为了防止人体静电放电危险，作业人员、维修人员必须穿防静电衣物，开始作业前须消除人体静电;乘梯者在进入轿厢前必须先消除人体静电。作业人员在使用作业工具、特别是搬运货物时要避免碰撞摩擦等产生机械火花。

3．6环境

防爆电梯安全保护系统中静电火花、机械火花、电气火花等点燃源与爆炸性气体、粉尘环境同时存在时才可能发生火灾爆炸事故。因此点燃危险防护的一个重要措施就是加强对爆炸性气体、粉尘环境的监控与预警，并通过有效通风、堆积粉尘定期清扫、加湿等措施降低爆炸性环境形成的可能性。

4、结论

防爆电梯安全保护系统除具备普通电梯在系统故障、误操作等情况下使电梯不能启动、紧急制停等功能外，还必须满足与电梯运行环境相适应的防爆性能。安全保护系统中各装置在运行过程中存在电气火花、机械火花、静电火花、热表面等点燃危险，为了实现必要的防爆性能，必须从系统设计、设备选型、材料选择、爆炸性环境监控、管理水平、人员作业安全等方面采取综合防护措施，以最大限度地降低防爆电梯运行风险，实现安全生产。