在石油化工等部門的企業(yè)中，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、搖擺電機、室內(nèi)外風機電機、四通電磁換向閥、高低壓保護開關等。另外，冷暖雙溫空調(diào)一般都有輔助電加熱。機械部分包括冷凝器、蒸發(fā)器、毛細管、氣液分離器(儲液罐)、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)外機溫度傳感器檢測的信號、電源電壓的變化信號和各種功能鍵的操作信號，再通過I/O口驅(qū)動壓縮機、風扇電機、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)在爆炸危險場所的潛在危險
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場所，易燃易爆氣體一旦泄漏，普通空調(diào)可能會有爆炸危險。可能導致爆炸的具體因素包括以下幾個方面:
控制電路中的接觸器和繼電器等部件和設備產(chǎn)生的電火花和電弧。
設備運行過程中產(chǎn)生的機械摩擦火花，如電機軸承蓋與轉(zhuǎn)軸之間，以及風機電機風葉轉(zhuǎn)動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。
壓縮機和輔助電加熱器等設備外殼表面可能出現(xiàn)危險溫度。
印刷電路板可能存在短路、斷路等故障，釋放能量點燃可燃氣體。
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)境用電氣設備第15部分:危險場所(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)機組的設計主要從以上幾個方面入手。
03防爆空調(diào)的系統(tǒng)設計
防爆空調(diào)設計前，根據(jù)防爆空調(diào)適用的爆炸性氣體混合場所確定本產(chǎn)品的防爆類型。由于空調(diào)機組涉及的電氣元件較多，整個空調(diào)機組采用復合防爆型。
零部件的防爆設計
壓縮機是空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟。房間空調(diào)器的壓縮機采用全封閉旋轉(zhuǎn)式壓縮機。壓縮機外殼采用鋼板沖壓焊接而成，15分鐘至少能承受1.5 MP，無泄漏。電機的定子和轉(zhuǎn)子與壓縮機活塞密封在一起，外部只有一個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。壓縮機與冷凝器、蒸發(fā)器、毛細管、儲液器、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)外風機電機、搖擺風機電機、四通電磁換向閥、高低壓保護開關等?？梢允鞘袌錾弦讶〉梅辣C書的隔爆型或密封型電氣設備，這里不再詳細討論?？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電路，轉(zhuǎn)換成低壓DC電源供處理芯片、溫度信號采集電路和顯示運算電路使用。由于這部分電路電壓高、電流大，容易產(chǎn)生點火火花，所以這部分電路放在防爆箱內(nèi)，作為本安電路的關聯(lián)設備處理，而操作、顯示和信號采集處理部分由于電壓低、電流小，設計為本安電路，便于安裝和操作。防爆箱的設計應符合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)設計應滿足GB3836.4—2000標準中8.3.1的要求，并能經(jīng)受絕緣介質(zhì)強度試驗的檢驗。變壓器的輸入電路應符合GB3836.4—2000第7.3條規(guī)定的熔斷器或具有適當保護規(guī)定值的斷路器。限壓鏈路由兩個并聯(lián)的齊納二極管保護。齊納二極管的額定功率應至少是齊納狀態(tài)下齊納耗散功率的1.5倍，額定電流應大于正向?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。正常運行期間或本質(zhì)安全型端子開路或短路時，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、風機、四通電磁換向閥和輔助電加熱器的弱電控制信號和強電部分應通過光電耦合器和固態(tài)繼電器進行安全隔離。隔離元件應能承受1500伏下1分鐘的絕緣介電強度測試。本質(zhì)安全電路中的電容和電感應符合GB3836.4—2000附錄A的要求。此外，印刷電路板導線的寬度應與該溫度組下的大允許電流兼容。外露導電元件之間的電氣間隙和爬電距離也應符合標準要求。所有電氣元件焊接后，印刷電路板的正面和背面應均勻涂上兩遍絕緣漆，以加強絕緣。空調(diào)機組和電氣設備的高表面溫度不得超過130℃，否則可能會點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集團允許的溫度組。如果通過降低加熱器功率來降低溫度，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，增加散熱面積，降低加熱器的高表面溫度。
整體防爆性能設計
由于電路在運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)的接線和安裝應符合GB38361.5—2000的要求。在爆炸危險環(huán)境中使用的電纜和電線的芯線截面應比在非危險場所使用的電纜和電線的芯線截面有更大的余量，一般應稍大，且不超過一級電線截面?？照{(diào)機組與外接電源及室內(nèi)外機之間的連接電纜應選用銅芯電纜，電纜芯線的截面積應至少大于1.5毫米。在爆炸危險場所進出防爆箱的電纜應采用鎧裝電纜和橡膠護套電纜，電纜的直徑應與密封圈相適應，以保證電纜引入裝置能夾住電纜。電氣設備引入裝置多余的通孔應使用封堵棒封堵。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，其能量也不會導致危險環(huán)境的點火。因此，為了保護本質(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)安全型導線與非本質(zhì)安全型導線應分開捆扎和布線。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)機組及整個機組所包含的所有電氣設備應可靠地內(nèi)外接地，接地導線應不小于4毫米銅導線。為防止靜電放電引起的火災和爆炸事故，機體外殼應選用表面絕緣電阻不超過1ω的材料。
04防爆空調(diào)設計存在的問題
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，一般很難達到GB3836.3防爆標準的要求。即使在一定的風量要求下，加熱器的高表面溫度還是相當高的。如果降低加熱器的功率來降低表面溫度，加熱效果不好，增加加熱器的加熱管數(shù)量，對于內(nèi)部空間有限的小型空調(diào)來說，這是一個真正的問題。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，給空調(diào)的安裝帶來了很多不便。我們對空調(diào)輔助電加熱裝置做了大量的實驗研究，積累了一些實驗數(shù)據(jù)。我們希望生產(chǎn)電熱管的供應商有興趣共同開發(fā)防爆空調(diào)電加熱器，以改進防爆空調(diào)的設計。防爆空調(diào)機組是一個完整的防爆系統(tǒng)，其設計不僅要考慮所有電氣元件的防爆性能，還要考慮機組的整體防爆性能符合標準要求。防爆空調(diào)為處于爆炸危險場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。愿大家遠離危險，平安無事。
