一、光輻射設(shè)備在潛在爆炸性環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用
光輻射傳播的不易見性、多光路性和能量交疊等問題,實(shí)際上已經(jīng)引起很多安全隱患,甚至已經(jīng)造成了很多事故。所以,光輻射設(shè)備及傳輸系統(tǒng)的安全性研究已成其研究的重點(diǎn)。在爆炸性環(huán)境中,光學(xué)設(shè)備多數(shù)情況下與電氣設(shè)備一起使用。比如在通訊、勘察、傳感和測量活動中使用的燈具、激光、發(fā)光二極管(LED)、光纖等型式的光學(xué)設(shè)備。這些設(shè)備通常安裝在爆炸性環(huán)境中或者其附近,而且輻射可能通過爆炸性環(huán)境。由于輻射自身的特性,可能會點(diǎn)燃周圍的爆炸性環(huán)境。另外,是否有吸收物存在,也會顯著影響點(diǎn)燃。國家對用于潛在爆炸性環(huán)境的電氣設(shè)備有明確的防爆檢測和防爆認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對用于潛在爆炸性危險環(huán)境的光輻射設(shè)備,國家GB/T3836.22也有相應(yīng)的防爆技術(shù)要求。
二、光輻射可能點(diǎn)燃的機(jī)理有四種:
1、表面或者顆粒吸光光輻射后,溫度升高,在某些條件下,會達(dá)到點(diǎn)燃周圍爆炸性環(huán)境的溫度
2、當(dāng)波長與氣體的吸收波段匹配時,一定量的可燃性氣體發(fā)生熱點(diǎn)然
3、紫外線波長范圍內(nèi)的輻射使氧分子光解,形成光化學(xué)點(diǎn)燃
4、強(qiáng)光束聚焦處激光直接導(dǎo)致氣體分解,產(chǎn)生等離子和沖擊波,二者終成為點(diǎn)燃源。接近分解點(diǎn)的固體材料會加劇這個過程。
我們所說的GB/T3836.22光輻射設(shè)備僅適用第1和第4點(diǎn)的波長范圍為380nm-10μm點(diǎn)燃可能。
三、光輻射設(shè)備的三種防爆型式
防爆電氣光輻射設(shè)備op型可用三種防爆型式來防止?jié)撛诒ㄐ原h(huán)境中光輻射造成的點(diǎn)燃。這些防爆型式適用于所有光學(xué)系統(tǒng)。
這三種防爆保護(hù)型式是:
本質(zhì)安全型光輻射,防爆型式為“op is”;
保護(hù)型光輻射,防爆型式為“op pr”;
帶聯(lián)鎖裝置的光學(xué)系統(tǒng),防爆型式為“op sh”;
1、本質(zhì)安全型光輻射,防爆型式為“op is”
(1)指在正常條件或規(guī)定的故障條件下,產(chǎn)生的大能量不會點(diǎn)燃特定爆炸性環(huán)境的可見輻射或紅外輻射。 能引起被輻照體吸收點(diǎn)燃的可見波譜或紅外波譜的能量、功率或輻照度很小,通過限制光束強(qiáng)度可達(dá)到安全程度。本質(zhì)安全型光輻射原理適用于自由輻射,不限制環(huán)境中是否有吸收物,具有極大的使用靈活性。
(2)不同設(shè)備類別和溫度組別的光輻射功率或光照輻度詳見下表
(3)本質(zhì)安全型光輻射設(shè)備的配套使用
采用本質(zhì)安全原理的光學(xué)器件,在功率/能量超標(biāo)時,應(yīng)提供故障保護(hù)措施,防止?jié)撛诒ㄐ原h(huán)境中出現(xiàn)超強(qiáng)度光輻射。并應(yīng)進(jìn)行危險/危害分析,確定何時需要這些器件。 要考慮光源故障模式 、電源隔離以及是否出現(xiàn)爆炸性環(huán)境的情況,確定是否需要附加保護(hù) 。像激光二極管或發(fā)光二極管(LED)這樣的光源,在功率超標(biāo)故障條件下如果過熱,則會出現(xiàn)故障。某些光源的熱故障特性可提供必需的功率超標(biāo)故障保護(hù)措施 (10 個樣品試驗)。光源和電源之間設(shè)置限流和/或限壓器件的電路 ,能夠防止類似于本質(zhì)安全電路的功率超標(biāo)故障。
(4)本質(zhì)安全型光輻射設(shè)備的保護(hù)級別(EPL)
功率超標(biāo)故障保護(hù)措施應(yīng)與設(shè)備保護(hù)級別(EPL)相適應(yīng)。 對于Ga級設(shè)備,例如,限流和/或限壓器件在施加兩個可計數(shù)故障后 ,應(yīng)能提供功率超標(biāo)故障保護(hù)。 對千Gb級設(shè)備,施加一個可計數(shù)故障。 對于Gc級設(shè)備,應(yīng)取額定值,不考慮任何故障。某些小功率光源,如發(fā)光二極管的熱故障特性,可用于任何保護(hù)級別的功率超標(biāo)故障保護(hù)。
2、保護(hù)型光輻射,防爆型式為“op pr”
(1)保護(hù)型光輻射要求把輻射限定在光纖或其他傳輸介質(zhì)內(nèi),并且假定輻射不會從限制范圍內(nèi)逸出。輻射限定措施決定了系統(tǒng)的安全水平。根據(jù)假定條件(故障條件或正常運(yùn)行)進(jìn)行危險分析,提出安全要求。
(2)采用符合有關(guān)防爆型式標(biāo)準(zhǔn)要求(GB/T 3836系列)的外殼時,外殼內(nèi)部允許有點(diǎn)燃源,但不能點(diǎn)燃外殼外部環(huán)境 。
(3)光纖內(nèi)輻射:正常運(yùn)行條件下,光纖能防止光輻射逸出到環(huán)境中。對于可預(yù)見的故障,可采用鎧裝 、導(dǎo)管 、電纜橋架或電纜管道提供保護(hù)。
(4)外殼內(nèi)輻射:可能出現(xiàn)點(diǎn)燃源的外殼,如果符合GB/T 3836系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定防爆型式的要求(隔爆外殼"d"、正壓外殼''p" 、限制呼吸外殼等),則外殼內(nèi)可以有易燃輻射。 但是,逸出外殼的輻射應(yīng)按本部分的要求進(jìn)行保護(hù) 。
3、帶聯(lián)鎖裝置的光學(xué)系統(tǒng),防爆型式為“op sh”
(1)如果輻射限定措施失效,失效時間小于點(diǎn)燃延遲時間,而且在有聯(lián)鎖斷開裝置的情況下輻射成為非 本質(zhì)安全狀態(tài),則應(yīng)采用這種保護(hù)型式。
(2)應(yīng)根據(jù)危險分析確定的要求,啟動聯(lián)鎖斷開裝置。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如GB/T 20438 、GB/T 21109)規(guī)定的方法??捎糜诜治霾煌Wo(hù)級別的設(shè)備所具有的安全概率或危險降低系數(shù),如表3所示 。
四、光輻射設(shè)備防爆認(rèn)證適用的標(biāo)準(zhǔn)
1、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn):GB/T 3836.22-2017《爆炸性環(huán)境 第22部分:光輻射設(shè)備和傳輸系統(tǒng)的保護(hù)措施》
2、國際標(biāo)準(zhǔn):DIN EN/IEC 60079-28-2015 Explosive atmospheres - Part 28: Protection of equipment and transmission systems using optical radiation
五、光輻射防爆保護(hù)型式的適用性
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