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【专稿】如何用本质安全理念构筑燃气用户用气安全体系?

 天然气与法律 2020-08-27

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全文约2800字,阅读约需4分钟。


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作者:张天光 铁岭港华燃气有限公司

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一、 本质安全探源
现在人人都在讲本质安全,那么,什么是本质安全?怎么才能实现本质安全?本质安全的意涵是什么,每行、每业、每个人的理解可能不一致。 
1.本质安全一词源于GB3836.4-2000《爆炸性气体环境中电气设备 第四部分:本质安全型“i”》,是防爆电器设备的一种防爆形式。本质安全的理论基础是确保系统中的电能及热能均低到不会使爆炸性气体燃烧或者爆炸,因此在危险区域下只允许流过低电压及小电流,而且对于能量储存有严格的限制。
2.本质安全一词的提出源于20世纪50年代世界宇航技术的发展,随着人类科学技术的进步和安全理论的发展,这一概念逐步被广泛接受。
GB/T15236-2008《职业安全卫生术语》
2.5本质安全
“通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性,即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故。”
二、 “本质安全型”防爆电气设备防爆原理
可燃气体爆炸必须具备三个条件:可燃气体或者蒸汽、助燃物、点火源。
实际上可燃气体发生爆炸不是仅仅要求每个条件都存在那么简单,对每个条件有量的要求的。可燃气体必须在空间有一定的数量(浓度)、点火源必须有足够的能量(≥可燃气体的最小点火能量)、助燃气体必须要足够的量(≥维持连锁反应的量),一个条件不满足都不能使其产生爆炸。
所谓的防爆就是设法使其中的一个或者数个条件不能达到爆炸所需要的条件。
本质安全电气设备就是通过设计限制点火源的能量,即使设备在故障的情况下(如短路故障)产生电火花,其电火花的能量也不能点燃其设备工作环境中的可燃气体。
开车的人都知道,如果汽车电瓶亏电的情况下,汽车是打不着火启动不起来,这时火花塞可能产生火花,但火花的能量不能点燃汽油蒸汽,如果应用在防爆场所,这种火花就是安全火花,所以,本质安全型防爆电器设备早期又叫做安全火花型防爆电气设备。
三、燃气用户用气的本质安全
燃气的用气安全有两层含义,广义的用气安全是燃气用户在燃气通气后到不再使用燃气期间涉及到燃气的安全,是全天候的安全;狭义的用气安全是指燃气用户在使用燃气时的安全。   
燃气最严重的事故是燃气爆炸事故,在现实中助燃气体(空气中的氧气)是不缺乏的;事实上,任何明火都超过点燃燃气的最小能量,未经特殊设计的电路产生的电火花都会超过点燃燃气最小能量。显然,限制助燃气体的数量和限制点火能量的措施是行不通的,唯一可行的办法就是在减少燃气的数量上做文章,控制数量也就是控制空间燃气能量。
首先,应避免燃气在空间的存在,燃气属于含有能量的物质,避免在空间存在也就是防止其能量意外释放;其次是燃气一旦出现在空间应限制其数量,使其达不到爆炸所需的数量,防止泄漏或者限制泄漏气体的数量(能量)是唯一可以实现的措施。
在燃气用气上,泄漏是最大的危害,首先是防止系统出现泄漏,即使出现泄漏也能控制泄漏量,使其达不到爆炸所需的数量。
现在是通过一系列的技术防范措施,防止燃气泄漏量达到爆炸所需要的浓度,如燃气加臭和安装可燃气体报警器等预警措施,提醒人们在燃气出现泄漏时,应采取相应的措施;灶具的熄火保护在灶具出现意外熄火时及时切断气源,防止进一步泄漏;过流量阀在出现胶管脱落时切断气源;与报警器连锁的切断阀是通过切断气源的方式来防止事故扩大来确保安全。这些都是泄漏发生后的补救措施,也就是限制泄漏空间燃气能量。
本质安全实质上是一种容错机制,常言道“老虎还有打盹的时候”何况是人,只要是人都可能有犯错的时候,也会有疏忽的时候,本质安全实质上允许系统出现人为失误或者设备故障,即使出现人为失误或者设备故障,系统还是安全的。
那么,现有的技术是否就保证燃气用户的绝对安全,技术防范措施是否就达到顶点了,显然不是,还需要进一步进行技术防范,常常是一个矛盾解决了,另一个矛盾就凸显出来,技术进步是没有止境的。 
在本质安全电气设备中有两种防爆等级,“ia”和“ib”。  
ia等级:
电气设备正常工作中出现一个故障和两个故障时,均不能点燃可燃气体的电气设备。
ib等级:
在正常工作和一个故障时,不能点燃可燃气体的电气设备。
从上面安全等级划分标准中可以看出,ia等级的本质安全型电气设备的安全程度高于ib等级。ib等级相当于一道防线,只能防范一个故障,ia等级相当于二道防线,能防范同时出现的二个故障。
现有的燃气安全防范措施都是意外发生后的补救措施,是事后诸葛亮,不是主动防范措施,按照本质安全防爆电器的等级还属于ib等级。如要求用户在不用气的时候关闭灶前阀,隔绝通到连接管和燃气具的气源,确保用户在不用气期间的燃气安全,但实际上好多用户忽视这个环节,导致在用户不用气期间事故发生。如果能够做到在用户不用气的时候能够自动关闭灶前阀,就能增加一道安全防范措施。采用在用户不用气时自动关闭的灶前阀、带定时功能的灶具开关、定时切断阀门等技术,会使燃气用气安全等级提高到ia等级。
燃气具是燃气用气安全的短板,抓住燃气具从设计、生产、安装及使用的安全,就抓住燃气用气安全的主要矛盾。尽管现在的燃气具有很大的进步,也有基本的防护措施,但自动化的程度还很低,还属于初级阶段。如果不带熄火保护的燃气具是燃气具1.0,带熄火保护的就是燃气具燃气具2.0,而燃气具的3.0,应该是自动化、智能化、集成化,使用起来应该更方便,更安全。
在安全用气方面,各种技术防范措施将会采用更人性化设计,会针对不同群体进行个性化设计。除了现在广泛运用的自动熄火保护灶具外,防干烧灶具、在用户不用气时能自动关闭的灶前阀、定时功能的灶具开关、定时切断阀门等安全附件的采用以及其他新技术的加入,包括人工智能的应用,使燃气用户用气的安全性提到一个新的水平。
在燃气燃烧效率方面,可以根据传感器检测到的燃烧废气数据来自动调节空燃比,使燃气具始终处于最佳的燃烧状态,即提高了燃气具的燃烧效率,又减少燃烧废气中有害气体的排放,保障了用户的健康。
四、结语
本质安全由一项技术演化成一种安全理念,其实质是承认系统的不完美,系统会发生故障;承认人的不完美,人可能犯错;本质安全的理念就是在设备出现故障时或者人的疏忽以及操作失误时怎样才能保证系统的安全,实质上是一种底线思维,也就是在各种条件都处于不利的情况下如何实现系统的安全。燃气用户的用气安全也应本着这个理念,通过一系列技术措施和管理手段确保用气设备出现故障或者人的失误的情况下,不会发生事故。
随着时代的变化,本质安全的意涵和标准会发生变化,也会与时俱进。

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