在石油化工等部門的企業(yè)中，許多存在易燃易爆場(chǎng)所的操作室、生產(chǎn)車間、倉(cāng)庫(kù)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(diào)在這些有易燃易爆氣體的危險(xiǎn)場(chǎng)所使用，有發(fā)生爆炸的可能性，因此，在這類場(chǎng)所必須選用防爆空調(diào)。
空調(diào)器的組成主要包括制冷系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。制冷系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)中包含的電氣部分包括: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，冷暖雙溫空調(diào)一般都有輔助電加熱。機(jī)械部分包括冷凝器、蒸發(fā)器、毛細(xì)管、氣液分離器(儲(chǔ)液罐)、干燥過濾器等部件?？照{(diào)控制系統(tǒng)的核心是微處理器芯片，通過其I/O口采集室內(nèi)外機(jī)溫度傳感器檢測(cè)的信號(hào)、電源電壓的變化信號(hào)和各種功能鍵的操作信號(hào)，再通過I/O口驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)、四通電磁換向閥、輔助電加熱器和顯示器。系統(tǒng)示意圖如圖1所示:
02普通空調(diào)在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的潛在危險(xiǎn)
從空調(diào)的結(jié)構(gòu)可以看出，在有爆炸性氣體混合物的石油化工等危險(xiǎn)場(chǎng)所，易燃易爆氣體一旦泄漏，普通空調(diào)可能會(huì)有爆炸危險(xiǎn)?？赡軐?dǎo)致爆炸的具體因素包括以下幾個(gè)方面:
控制電路中的接觸器和繼電器等部件和設(shè)備產(chǎn)生的電火花和電弧。
設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的機(jī)械摩擦火花，如電機(jī)軸承蓋與轉(zhuǎn)軸之間，以及風(fēng)機(jī)電機(jī)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分之間。
空調(diào)塑料外殼表面可能積聚靜電，產(chǎn)生靜電火花。
壓縮機(jī)和輔助電加熱器等設(shè)備外殼表面可能出現(xiàn)危險(xiǎn)溫度。
印刷電路板可能存在短路、斷路等故障，釋放能量點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。
普通空調(diào)的接線和電氣安裝不符合GB3836.15—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第15部分:危險(xiǎn)場(chǎng)所(煤礦除外)電氣安裝》的要求，也有產(chǎn)生火花、電弧或高溫的可能性。
因此，防爆空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)主要從以上幾個(gè)方面入手。
03防爆空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
防爆空調(diào)設(shè)計(jì)前，根據(jù)防爆空調(diào)適用的爆炸性氣體混合場(chǎng)所確定本產(chǎn)品的防爆類型。由于空調(diào)機(jī)組涉及的電氣元件較多，整個(gè)空調(diào)機(jī)組采用復(fù)合防爆型。
零部件的防爆設(shè)計(jì)
壓縮機(jī)是空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟。房間空調(diào)器的壓縮機(jī)采用全封閉旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)外殼采用鋼板沖壓焊接而成，15分鐘至少能承受1.5 MP，無(wú)泄漏。電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子與壓縮機(jī)活塞密封在一起，外部只有一個(gè)密封端子和高低壓側(cè)連接管(與制冷系統(tǒng)相連)。電纜引入裝置采用密封包裝結(jié)構(gòu)，電纜被密封膠覆蓋的長(zhǎng)度不小于5毫米，接線柱與密封膠自由面之間的密封膠層厚度不小于3毫米，密封劑采用環(huán)氧樹脂，具有足夠的熱穩(wěn)定性。壓縮機(jī)與冷凝器、蒸發(fā)器、毛細(xì)管、儲(chǔ)液器、過濾器和電磁換向閥連接，形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)，符合GB3836.10—91的要求，構(gòu)成密閉防爆結(jié)構(gòu)。室內(nèi)外風(fēng)機(jī)電機(jī)、搖擺風(fēng)機(jī)電機(jī)、四通電磁換向閥、高低壓保護(hù)開關(guān)等?？梢允鞘袌?chǎng)上已取得防爆證書的隔爆型或密封型電氣設(shè)備，這里不再詳細(xì)討論?？刂葡到y(tǒng)是空調(diào)的神經(jīng)中樞?？照{(diào)主電路采用AC380V(或AC220V)電源，通過變壓器降壓、整流、濾波和限壓限流保護(hù)電路，轉(zhuǎn)換成低壓DC電源供處理芯片、溫度信號(hào)采集電路和顯示運(yùn)算電路使用。由于這部分電路電壓高、電流大，容易產(chǎn)生點(diǎn)火火花，所以這部分電路放在防爆箱內(nèi)，作為本安電路的關(guān)聯(lián)設(shè)備處理，而操作、顯示和信號(hào)采集處理部分由于電壓低、電流小，設(shè)計(jì)為本安電路，便于安裝和操作。防爆箱的設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB3836.2的要求，電纜引入裝置可用彈性橡膠密封圈或密封填料密封。電力變壓器的二次繞組為本質(zhì)安全電路供電，因此變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足GB3836.4—2000標(biāo)準(zhǔn)中8.3.1的要求，并能經(jīng)受絕緣介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)的檢驗(yàn)。變壓器的輸入電路應(yīng)符合GB3836.4—2000第7.3條規(guī)定的熔斷器或具有適當(dāng)保護(hù)規(guī)定值的斷路器。限壓鏈路由兩個(gè)并聯(lián)的齊納二極管保護(hù)。齊納二極管的額定功率應(yīng)至少是齊納狀態(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)下大可能短路電流的15倍。限流環(huán)節(jié)采用薄膜或繞線電阻或晶體管非線性元件。正常運(yùn)行期間或本質(zhì)安全型端子開路或短路時(shí)，限流電阻承受的電壓、電流和功率不得超過額定值的2/3。壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、四通電磁換向閥和輔助電加熱器的弱電控制信號(hào)和強(qiáng)電部分應(yīng)通過光電耦合器和固態(tài)繼電器進(jìn)行安全隔離。隔離元件應(yīng)能承受1500伏下1分鐘的絕緣介電強(qiáng)度測(cè)試。本質(zhì)安全電路中的電容和電感應(yīng)符合GB3836.4—2000附錄A的要求。此外，印刷電路板導(dǎo)線的寬度應(yīng)與該溫度組下的大允許電流兼容。外露導(dǎo)電元件之間的電氣間隙和爬電距離也應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。所有電氣元件焊接后，印刷電路板的正面和背面應(yīng)均勻涂上兩遍絕緣漆，以加強(qiáng)絕緣?？照{(diào)機(jī)組和電氣設(shè)備的高表面溫度不得超過130℃，否則可能會(huì)點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物。但是在冬季氣溫較低的情況下，僅靠熱泵供暖無(wú)法滿足人們的需求?？照{(diào)配有輔助電加熱裝置，電加熱器表面溫度很高，一般超過T4集團(tuán)允許的溫度組。如果通過降低加熱器功率來(lái)降低溫度，加熱效果并不理想。為了獲得較大的熱容量，由于表面溫度低的雙重作用，采用熱管技術(shù)，通過控制熱管內(nèi)傳熱介質(zhì)的蒸發(fā)點(diǎn)，增加散熱面積，降低加熱器的高表面溫度。
整體防爆性能設(shè)計(jì)
由于電路在運(yùn)行中受到自身和外界諸多條件的影響，容易因過載、接地或斷路而產(chǎn)生電火花、弧光或危險(xiǎn)溫度，從而誘發(fā)易燃易爆物質(zhì)的燃燒爆炸事故。因此，防爆空調(diào)的接線和安裝應(yīng)符合GB38361.5—2000的要求。在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中使用的電纜和電線的芯線截面應(yīng)比在非危險(xiǎn)場(chǎng)所使用的電纜和電線的芯線截面有更大的余量，一般應(yīng)稍大，且不超過一級(jí)電線截面?？照{(diào)機(jī)組與外接電源及室內(nèi)外機(jī)之間的連接電纜應(yīng)選用銅芯電纜，電纜芯線的截面積應(yīng)至少大于1.5毫米。在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)出防爆箱的電纜應(yīng)采用鎧裝電纜和橡膠護(hù)套電纜，電纜的直徑應(yīng)與密封圈相適應(yīng)，以保證電纜引入裝置能夾住電纜。電氣設(shè)備引入裝置多余的通孔應(yīng)使用封堵棒封堵。本質(zhì)安全電路旨在限制能量，因此即使發(fā)生開路、短路或接地故障，其能量也不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)環(huán)境的點(diǎn)火。因此，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，本質(zhì)安全電路應(yīng)與其他電路隔離。本質(zhì)安全型端子與非本質(zhì)安全型端子之間的距離不得小于50毫米，本質(zhì)安全型導(dǎo)線與非本質(zhì)安全型導(dǎo)線應(yīng)分開捆扎和布線。用于連接本質(zhì)安全電路的連接器和用于連接非本質(zhì)安全電路的連接器不得互換?？照{(diào)機(jī)組及整個(gè)機(jī)組所包含的所有電氣設(shè)備應(yīng)可靠地內(nèi)外接地，接地導(dǎo)線應(yīng)不小于4毫米銅導(dǎo)線。為防止靜電放電引起的火災(zāi)和爆炸事故，機(jī)體外殼應(yīng)選用表面絕緣電阻不超過1ω的材料。
04防爆空調(diào)設(shè)計(jì)存在的問題
空調(diào)輔助電加熱裝置是發(fā)熱元件，尤其是空間發(fā)熱元件，一般很難達(dá)到GB3836.3防爆標(biāo)準(zhǔn)的要求。即使在一定的風(fēng)量要求下，加熱器的高表面溫度還是相當(dāng)高的。如果降低加熱器的功率來(lái)降低表面溫度，加熱效果不好，增加加熱器的加熱管數(shù)量，對(duì)于內(nèi)部空間有限的小型空調(diào)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)真正的問題。熱管技術(shù)的采用具有體積大、使用壽命短、成本高的優(yōu)點(diǎn)，給空調(diào)的安裝帶來(lái)了很多不便。我們對(duì)空調(diào)輔助電加熱裝置做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，積累了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。我們希望生產(chǎn)電熱管的供應(yīng)商有興趣共同開發(fā)防爆空調(diào)電加熱器，以改進(jìn)防爆空調(diào)的設(shè)計(jì)。防爆空調(diào)機(jī)組是一個(gè)完整的防爆系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)不僅要考慮所有電氣元件的防爆性能，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)為處于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的人們提供了舒適安全的生產(chǎn)環(huán)境。但安全保障除了產(chǎn)品本身的性能外，還取決于合理的選擇、正確的使用和維護(hù)。愿大家遠(yuǎn)離危險(xiǎn)，平安無(wú)事。
