「專稿」如何用本質安全理念構築燃氣用戶用氣安全體系?

2020-12-05 全國能源信息平臺

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一、 本質安全探源

現在人人都在講本質安全,那麼,什麼是本質安全?怎麼才能實現本質安全?本質安全的意涵是什麼,每行、每業、每個人的理解可能不一致。

1.本質安全一詞源於GB3836.4-2000《爆炸性氣體環境中電氣設備 第四部分:本質安全型「i」》,是防爆電器設備的一種防爆形式。本質安全的理論基礎是確保系統中的電能及熱能均低到不會使爆炸性氣體燃燒或者爆炸,因此在危險區域下只允許流過低電壓及小電流,而且對於能量儲存有嚴格的限制。

2.本質安全一詞的提出源於20世紀50年代世界宇航技術的發展,隨著人類科學技術的進步和安全理論的發展,這一概念逐步被廣泛接受。

GB/T15236-2008《職業安全衛生術語》

2.5本質安全

「通過設計等手段使生產設備或生產系統本身具有安全性,即使在誤操作或發生故障的情況下也不會造成事故。」

二、 「本質安全型」防爆電氣設備防爆原理

可燃氣體爆炸必須具備三個條件:可燃氣體或者蒸汽、助燃物、點火源。

實際上可燃氣體發生爆炸不是僅僅要求每個條件都存在那麼簡單,對每個條件有量的要求的。可燃氣體必須在空間有一定的數量(濃度)、點火源必須有足夠的能量(≥可燃氣體的最小點火能量)、助燃氣體必須要足夠的量(≥維持連鎖反應的量),一個條件不滿足都不能使其產生爆炸。

所謂的防爆就是設法使其中的一個或者數個條件不能達到爆炸所需要的條件。

本質安全電氣設備就是通過設計限制點火源的能量,即使設備在故障的情況下(如短路故障)產生電火花,其電火花的能量也不能點燃其設備工作環境中的可燃氣體。

開車的人都知道,如果汽車電瓶虧電的情況下,汽車是打不著火啟動不起來,這時火花塞可能產生火花,但火花的能量不能點燃汽油蒸汽,如果應用在防爆場所,這種火花就是安全火花,所以,本質安全型防爆電器設備早期又叫做安全火花型防爆電氣設備。

三、燃氣用戶用氣的本質安全

燃氣的用氣安全有兩層含義,廣義的用氣安全是燃氣用戶在燃氣通氣後到不再使用燃氣期間涉及到燃氣的安全,是全天候的安全;狹義的用氣安全是指燃氣用戶在使用燃氣時的安全。

燃氣最嚴重的事故是燃氣爆炸事故,在現實中助燃氣體(空氣中的氧氣)是不缺乏的;事實上,任何明火都超過點燃燃氣的最小能量,未經特殊設計的電路產生的電火花都會超過點燃燃氣最小能量。顯然,限制助燃氣體的數量和限制點火能量的措施是行不通的,唯一可行的辦法就是在減少燃氣的數量上做文章,控制數量也就是控制空間燃氣能量。

首先,應避免燃氣在空間的存在,燃氣屬於含有能量的物質,避免在空間存在也就是防止其能量意外釋放;其次是燃氣一旦出現在空間應限制其數量,使其達不到爆炸所需的數量,防止洩漏或者限制洩漏氣體的數量(能量)是唯一可以實現的措施。

在燃氣用氣上,洩漏是最大的危害,首先是防止系統出現洩漏,即使出現洩漏也能控制洩漏量,使其達不到爆炸所需的數量。

現在是通過一系列的技術防範措施,防止燃氣洩漏量達到爆炸所需要的濃度,如燃氣加臭和安裝可燃氣體報警器等預警措施,提醒人們在燃氣出現洩漏時,應採取相應的措施;灶具的熄火保護在灶具出現意外熄火時及時切斷氣源,防止進一步洩漏;過流量閥在出現膠管脫落時切斷氣源;與報警器連鎖的切斷閥是通過切斷氣源的方式來防止事故擴大來確保安全。這些都是洩漏發生後的補救措施,也就是限制洩漏空間燃氣能量。

本質安全實質上是一種容錯機制,常言道「老虎還有打盹的時候」何況是人,只要是人都可能有犯錯的時候,也會有疏忽的時候,本質安全實質上允許系統出現人為失誤或者設備故障,即使出現人為失誤或者設備故障,系統還是安全的。

那麼,現有的技術是否就保證燃氣用戶的絕對安全,技術防範措施是否就達到頂點了,顯然不是,還需要進一步進行技術防範,常常是一個矛盾解決了,另一個矛盾就凸顯出來,技術進步是沒有止境的。

在本質安全電氣設備中有兩種防爆等級,「ia」和「ib」。

ia等級:

電氣設備正常工作中出現一個故障和兩個故障時,均不能點燃可燃氣體的電氣設備。

ib等級:

在正常工作和一個故障時,不能點燃可燃氣體的電氣設備。

從上面安全等級劃分標準中可以看出,ia等級的本質安全型電氣設備的安全程度高於ib等級。ib等級相當於一道防線,只能防範一個故障,ia等級相當於二道防線,能防範同時出現的二個故障。

現有的燃氣安全防範措施都是意外發生後的補救措施,是事後諸葛亮,不是主動防範措施,按照本質安全防爆電器的等級還屬於ib等級。如要求用戶在不用氣的時候關閉灶前閥,隔絕通到連接管和燃氣具的氣源,確保用戶在不用氣期間的燃氣安全,但實際上好多用戶忽視這個環節,導致在用戶不用氣期間事故發生。如果能夠做到在用戶不用氣的時候能夠自動關閉灶前閥,就能增加一道安全防範措施。採用在用戶不用氣時自動關閉的灶前閥、帶定時功能的灶具開關、定時切斷閥門等技術,會使燃氣用氣安全等級提高到ia等級。

燃氣具是燃氣用氣安全的短板,抓住燃氣具從設計、生產、安裝及使用的安全,就抓住燃氣用氣安全的主要矛盾。儘管現在的燃氣具有很大的進步,也有基本的防護措施,但自動化的程度還很低,還屬於初級階段。如果不帶熄火保護的燃氣具是燃氣具1.0,帶熄火保護的就是燃氣具燃氣具2.0,而燃氣具的3.0,應該是自動化、智能化、集成化,使用起來應該更方便,更安全。

在安全用氣方面,各種技術防範措施將會採用更人性化設計,會針對不同群體進行個性化設計。除了現在廣泛運用的自動熄火保護灶具外,防幹燒灶具、在用戶不用氣時能自動關閉的灶前閥、定時功能的灶具開關、定時切斷閥門等安全附件的採用以及其他新技術的加入,包括人工智慧的應用,使燃氣用戶用氣的安全性提到一個新的水平。

在燃氣燃燒效率方面,可以根據傳感器檢測到的燃燒廢氣數據來自動調節空燃比,使燃氣具始終處於最佳的燃燒狀態,即提高了燃氣具的燃燒效率,又減少燃燒廢氣中有害氣體的排放,保障了用戶的健康。

四、結語

本質安全由一項技術演化成一種安全理念,其實質是承認系統的不完美,系統會發生故障;承認人的不完美,人可能犯錯;本質安全的理念就是在設備出現故障時或者人的疏忽以及操作失誤時怎樣才能保證系統的安全,實質上是一種底線思維,也就是在各種條件都處於不利的情況下如何實現系統的安全。燃氣用戶的用氣安全也應本著這個理念,通過一系列技術措施和管理手段確保用氣設備出現故障或者人的失誤的情況下,不會發生事故。

隨著時代的變化,本質安全的意涵和標準會發生變化,也會與時俱進。

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