整车水洗防爆改装方案

前     言

   防爆工程机械、车辆在有可燃性气体环境中的施工中，能有效地防止发生意外情况时保证施工人员的安全和设备的安全，减少不必要的损失。

   我们严格遵循中华人民共和国国家标准GB3836-2000爆炸性气体环境用电设备和煤炭行业标准MT989-2006、MT990-2006以及四川公路瓦斯隧道技术规程中的要求进行改装技术设计拟定方案。本方案适用于轮式装载机，液压挖掘机，工程车辆等。

   在公铁路施工中的设备大部分为装载机、挖掘机、运输车三大系列。各系列中又有多个生产厂家生产的多种品牌车辆，每种车辆在结构上都有不同程度的差异，所以，在车辆改装之前，必须对每台（种）车辆进行测绘，针对各型号车辆的结构制定出改装方案，进行防爆改装设计、加工件的制作、整机装配和性能试验、检测，交付用户单位使用。防爆车改装是一项复杂的系统工程，改装时在技术上需严格把关，

质量按标准要求执行，使用时应严格遵守车辆的使用维护保养操作规程，才能达到安全生产的目的。

 一、概述

  以普通柴油机作动力的作业机械，为非防爆产品，不符合在爆炸性气体环境中作业的安全技术要求。 因为在爆炸性气体环境中作业时，这种机械没有防爆装置，容易引燃爆炸性气体发生爆炸事故。

  其主要原因是：

  1、火花引燃周围可燃混合气发生爆炸。火花来源主要是三个方面：一是电气火花（包括静电火花）；二是排气火花；三是机械火花。

   2、危险高温引燃周围可燃混合气体发生爆炸事故。

根据引发爆炸的原因，我们参照国家发展和改革委员会发布的煤炭行业MT989-2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》和MT990-2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》两个标准，对工程车辆进行防爆改装。

MT989-2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》中指出以矿用防爆柴油机为动力，可在爆炸性气体环境中运行的无轨胶轮车为矿用防爆柴油机无轨胶轮车。

二、工程车辆改装所执行的标准

MT989-2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件

  MT990-2006矿用防爆柴油机通用技术条件

 GB3836.1－2000  爆炸性气体环境用电气设备第1部分，通用要求

  GB3836.2－2000  爆炸性气体环境用电气设备第2部分，隔爆型“d”

  GB3836.4－2000  爆炸性气体环境用电气设备第4部分，本质安全型“i”    

  MT818.1－1999 煤矿用阻燃电缆 第1单元 煤矿用阻燃类软电缆第1部分：一般规定

  MT220－90  煤矿用防爆柴油机排气中一氧化碳、碳氧化物检验规范《煤矿安全规程》

  Q/BXJ003-2008 BX4108DFB防爆柴油机技术条件

  Q/BXJ004-2006 KXB-120/24J柴油机车隔爆型电源控制箱

  Q/BXJ005-2006 ZZB-15/24J柴油机车自动保护装置

  Q/BXJ008-2009 KBQC-4.5/24柴油机车隔爆型起动机技术条件

  Q/BXJ014-2009 KFZ-500 隔爆型交流发电机技术条件

三、工程车辆进行防爆改装的项目（部位）：

 1、发电机改装为符合国家标准要求的隔爆型发电机。

 2、把原机启动机，改装为隔爆型起动机。

3、使用免维护蓄电池装在隔爆箱内，电路中接线处各种操纵开关均安装在隔爆箱内（电源控制箱）。

  4、照明、信号灯、喇叭均采用了防爆产品（LED隔爆灯）。

 5、对于容易产生静电积聚的非金属件采取了抗静电措施。

 6、为了检测乙炔，加装了乙炔报警器。

 7、为控制排气温度在70℃，在排气管出口处安装了废气处理箱，废气处理箱出口处安装阻火器以消除排起火花。

对排气支管涡轮增压器表面采用太空绝热材料包封，排气支管和废气处理箱连接用层套式不锈钢水夹层管以保证机体温度≤150℃。

   8、本机按标准要求增设了七项自动保护设置。自动保护装置为本安兼浇封型。当机器运转中某一项超过设定安全值时，自动声光报警，延时15秒―60秒柴油机车自动停机。项目及安全设定值列于表1。

表1                    保护项目及设定安全值

  8、按MT989和MT990标准，工程机械车辆，应配置便携式甲烷检测报警器，设定值1%瓦斯浓度，当工作环境中瓦斯浓度达到1%时，瓦斯报警器自动声光报警，此时应及时停车迅速撤离工作场地。待隧道内经通、排风处置后，方能进入隧道内重新作业。

9、对于带有涡轮增压器的车辆，空气关断阀安装在废气处理箱的前方。对没有涡轮增压器的设备增设空气关断阀，一但发生进气回火火花在汽缸外直接燃烧的意外情况，立即拉动关断阀手柄，阻止空气进入气缸，迫使设备停止工作。

四、工程机械车辆改装所用材料

工程车改装所用材料分为自制件和配套件两部分。

1)自制件（主要部分）

     1、废气处理箱、补水箱采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制作；

    2、双层排气管外管采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制作；内管为不锈钢金属软管；

    3、废气处理箱排气口管、排气阻火器均采用不锈钢制作。

2)配套部件(受控部件)

    1、KXB-120/24J      柴油机车用隔爆型电源控制箱

    2、ZZB-15/24J       柴油机车自动保护装置

    3、DGY35/24B        隔爆型机车灯

    4、DGY3/48L         隔爆型信号灯

    5、JCB4(O-4.00%CH4) 甲烷检测报警器

    6、RB2-19           二层钢丝编织液压支架胶管

    7、M-V1500          煤矿用阻燃抗静电V带

五、结构和原理

（一）排气处理系统；

排气冷却系统的功能是使排气出口处废气温度≤70℃；熄灭排气中的炭粒燃烧而形成的火星。排气冷却系统结构如图1。

排气处理系统的型式为补水箱式，它的工作原理是：柴油机600℃左右的排气经过柴油机排气总管1－涡轮增压器2－夹层排气管3进入废气处理箱10水面下部，然后经过水洗从水面冒出，再经过排气阻火器7排放至大气中。

     由于排气流经过夹层管和进入废气处理箱水洗冷却，排放至大气中的排气实现了≤

70℃。排气经过阻火器时，阻火器可完全熄灭排气中较大炭粒可能残存火星。阻火器出气

口处安装有温度传感器6，当排气在出口处温度超过70℃时，会声光报警，延时15秒－60秒使柴油机自动停机。

      由于废气处理箱在工作状态下，是不断耗水的，耗水由补水箱4通过连通胶管5，浮球阀9向废气处理箱10补水，使其水位一直保持在设定水位。

      补水箱上设有加水口、出水口、放水螺塞，设置有油（水）标，是让操作者观察及时加水的。补水箱上设置有水位传感器，当补水箱水位过低丧失向废气处理箱补水能力时，会自动报警，延时15秒－60秒内使柴油机自动停机。

      排气支管和涡轮增压器外壳选用纳米陶瓷空心颗粒、硅铝纤维、各种反射材料为主要成分的太空节能高温隔热材料，其导热系数0.03W/Mk，耐温辐射度在-80—1500℃，可抑制增压器表面和排气支管表面热辐射和热量传导。控制其表面温度在150℃以下。

从增压器到废气处理箱之间连接用层套式水夹层管（不锈钢管）制作，其内用不锈钢蛇型管，外用不锈钢管，中间为水，以保证表面温度在150℃以下。

（二）防爆电气系统结构与使用

    防爆电气系统由隔爆电源箱、隔爆操纵箱、自动保设装置、防爆发电机和防爆启动马达、防爆照明与信号灯。用阻燃电缆（线）将各装置连接而形成系统。                    

1.具体操作按下述程序执行：

首先用专用工具打开电源总开关K1，电源总开关安装于隔爆电源箱上，隔爆电源箱安装在左侧原电瓶安装处,然后观察指示灯是否亮，指示灯安装在隔爆操作箱上，隔爆操作箱安装于两驾驶座中间平台上，指示灯亮表示电源与电网接通。此时可以按下装置于隔爆操作箱的启动按钮K2，发动机即可起动。启动操作要按柴油机专用保养说明书的规定实施。隔爆操作箱上安装有两个拉线开关K3和K4，一个控制前照明灯和前信号灯，一个控制后照明灯和后信号灯。

    自动保设装置由控制盒，电源变换盒，气动阀体和七个传感器四部分构成。

    控制盒安装于驾驶室仪表盘上，电源变换盒、气动阀体安装于发动机后部右侧，气缸连接线与发动机高压供油泵油门开关相连接。

   七项传感器分别安装于下述位置：

    1、排温（＜70℃）传感器安装在废气处理箱出口处；

2、表面温度（≤150℃）传感器安装于排气管上部；

3、水箱温度（≤95℃）传感器安装在水箱顶部；

4、油压（≤0.1MPa）传感器安装于发动机主油道处；

5、水位传感器安装于废气处理箱上；

6、转速（≤2650转/分）传感器安装于曲轴皮带轮处；

7、甲烷传感器安装于驾驶室外。

2.保护系统的工作原理是：当某一项超过设定安全值时，给控制盒电讯号，控制盒接受讯号后，发出声光警报，延时30秒后触发电磁电路，关断空气阀，气缸活塞杆靠弹簧力向外运动，拉动停油杆停止向发动机供油，发动机停止运转。该系统适用于国二标准和带有涡轮增压器的国三柴油机。

对于满足国三、国四排放的潍柴wP10/WP12采用德国BOSCH高压共轨技术的柴油机。据调查，国外进口和国产的防爆煤矿用车辆目前均执行国二标准，采用传统的机械式喷油。对电控高压共轨喷油的柴油机，采用措施为：

1）在防爆柴油机的自动保护装置和柴油机控制器ECU之间加一装置。应用断电的方法，当七项控制要素某一项达到计定值时，自动保护系统声光报警，计算机断电，柴油机车停车。原理图见图3

2）对可产生火花的部位，采用各报控制盒，将接扦件放在隔爆盒内。

3) 对不能安装隔爆盒的接扦件，应用抗静电阻燃胶带进行包封。

六、配套产品的性能技术参数

1、KXB-120/24J柴油机车隔爆型电源控制箱

KXB-120/24J柴油机车用隔爆型电源控制箱是防爆柴油机车用电气设备。按照国家标准GB3836.1-2000、B3836.2-2000爆炸性气体环境用电标准设计和生产的。可作为防爆柴油机车用的电源和操作装置，在煤矿井下或其它有瓦斯和粉尘爆炸性气体环境的场所使用。

电源控制箱为防爆柴油机车上的用电设备供电，同时引入发电机所发的电为蓄电池充电。该电控箱外壳用钢板焊接，分为隔爆主腔和接线腔，防爆面符合国家标准。具有用途广（柴油机、装载机、柴油机车）结构简单、操作方便、体积小巧、工作可靠、维护方便等特点。

 表2    KXB-120/24J柴油机车隔爆型电源控制箱性能技术参数

2、ZZB-15/24J柴油机车自动保护装置

    ZZB-15/24J柴油机车自动保护装置是根据国家GB3836.1-2000，GB3836.4-2000标准和行业标准设计生产的，适用于煤矿井下防爆柴油机车运行和安全生产的随机检测和保护。或其它有甲烷和粉尘等爆炸性气体环境。

    自动保护装置由控制盒、电源变换盒、液位传感器、水温传感器、尾气温度传感器、机体表面温度传感器、机油压力传感器、转速传感器、甲烷传感器等组成。当被测参数超限时，控制盒内发出声光报警，并按设定的延时时间自动关闭柴油机供油系统，从而保证环境和柴油机的安全。

    自动保护装置具有接线简单，安装灵活，使用维护方便等特点，同时具有短路保护自动恢复功能。

表3     ZZB-15/24J柴油机车自动保护装置性能技术参数                                                  

装置的电源变换盒    额定电压   24V      额定功率＜15W

装置的执行机构为短时工作制，工作时间小于10min间隔不小于10min。使用电流≤100mA、电压≤5V。

装置的声、光报警：当各传感器某一个达到设定值时能自动报警。在设定的时间内(20s-30s允许误差10s)能接通执行机构的电源迫使柴油机供油中断，熄火停车。

声、光报警在距控制盒1m远处声级强度≥80dB。光报警在暗处能见度≥5m。

3、隔爆型永磁发电机

隔爆型永磁发电机转子磁场为永久磁场，电枢为三相绕组，星形（Y）联接（中心点内接），该发电机体积小，结构简单，维护方便，工作可靠，发电机外壳做成隔爆型，可用于煤矿ExdⅠ易燃易爆环境，由于采用永久磁场，省去电刷等结构，不产生环火，使工作安全可靠，同时对周围无线电无干扰。

表4                  隔爆型永磁发电机参数

4、ZBQ-4.5/24矿用隔爆型起动机

该产品是矿用隔爆型电器设备，可在煤矿井下或其它有甲烷和煤尘等爆炸性混合物的场所使用。

ZBQ-4.5/24矿用隔爆型起动机依据GB3836.1-2000、GB3836.2-2000等国家标准和行业标准的规定而设计，并经有关检验单位检验合格，具有防爆合格证和安全标志准用证。本起动机为四极直流串激隔爆电动机，采用滚柱式单向离合器实施超速保护，由电磁开关控制主触点电路接通和齿轮啮合。

表5              ZBQ-4.5/24矿用隔爆型起动机

5、DGY9/24L(A)矿用隔爆型机车灯

DGY9/24L(A)矿用隔爆型机车灯选用先进的LED光源及电源稳压系统，省电节能，使用寿命长。可交直流两用，在电压16V-58V之间能够正常点亮.

  表6        DGY9/24L(A)矿用隔爆型机车灯性能技术参数

6、GDY-3/48L隔爆型信号灯

GDY-3/48L隔爆型信号灯采用高效发光二极管作指示源，具有亮度大、功率小、寿命长等特点，采用HT250灰铸铁外壳，隔爆面经热磷化处理，具有强度高、防锈性能好的特点，有一定的耐腐蚀性能。

  表7          GDY-3/48L隔爆型信号灯性能技术参数

七、改装后车辆的注意事项

      1）请认真阅读各项使用说明书，不得违规操作。

      2）车辆工作前，检查废气处理箱、补水箱中冷却水的情况，及时补充保证工作。加入箱中的冷却水应是经过处理的干净的软水或自来水，不得使用防冻液。

      3）定期检查排气阻火器，及时清除阻火器栅栏片之间的垢物，以免排气不畅而影响发动机功率。

     4）电器系统的使用必须严格按照说明书中操作规程执行。注意在进入工作面前，必须切断与原车各种用电器电路的连接。

      5）自动停机后，不允许强行启动，必须找出原因，故障排除后方能重新启动投入运转。

      6）冬季野外停放，要把补水箱、废气处理箱中的水放掉，以免冻坏有关装置。