防爆柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比與分析*

王曉

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

防爆柴油機(jī)車(chē)輛是近十幾年在各大煤礦井下迅速發(fā)展的無(wú)軌輔助運(yùn)輸設(shè)備[1-3]，相較于軌道電動(dòng)車(chē)設(shè)備，其具有靈活、高效、經(jīng)濟(jì)、安全的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)拖帶電纜可以使防爆柴油機(jī)車(chē)輛在井下各種道路工況下進(jìn)行快速的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，具有較高的機(jī)動(dòng)性及安全性。防爆柴油機(jī)車(chē)輛不但可以對(duì)我國(guó)煤礦井下運(yùn)輸現(xiàn)狀有很大的改善和提高，而且可以大幅度降低井下作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。防爆柴油機(jī)被視為煤礦井下用防爆柴油機(jī)車(chē)輛的“心臟”[4-7]，一般用非道路用普通柴油機(jī)按照認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求防爆改造而成。目前我國(guó)防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)只有MT 990—2006標(biāo)準(zhǔn)[10]，防爆柴油機(jī)作為礦用新型產(chǎn)品，研發(fā)和使用的時(shí)間都比較短，可以依據(jù)和參考的標(biāo)準(zhǔn)又特別少，而這些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容都是國(guó)外較早時(shí)間的過(guò)期標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)不適應(yīng)于現(xiàn)在的狀況和形勢(shì)。相比防爆柴油機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)防爆柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)還存在體系不健全、內(nèi)容陳舊、專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)太少及測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)與國(guó)外接軌難等一系列迫待解決問(wèn)題[8-9]。因此迫切需要對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收集、整理、分析及研究，對(duì)國(guó)內(nèi)外防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比研究，找出各國(guó)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的差異，以期對(duì)我國(guó)煤礦井下用防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的修訂提出有意義的建議。

1 國(guó)內(nèi)外煤礦井下防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀

1.1 中國(guó)

中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)于2006年8月19日發(fā)布了《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)[10]。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)礦用防爆柴油機(jī)的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。國(guó)家煤礦安監(jiān)局于2018年12月28日發(fā)布禁止井工煤礦使用的設(shè)備及工藝目錄(第四批)的通知，附件第5條中規(guī)定自通知發(fā)布之日起煤礦應(yīng)采用排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)國(guó)Ⅲ及以上的防爆柴油機(jī)，而禁止新選用和采購(gòu)排放標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)Ⅱ及以下的防爆柴油機(jī)?！斗堑缆芬苿?dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第三、四階段)》最新版由環(huán)境保護(hù)部國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2014年5月16日發(fā)布。

1.2 美國(guó)

MSHA是指礦業(yè)安全和健康管理，是美國(guó)于2006年針對(duì)1977年頒布實(shí)施的《聯(lián)邦礦業(yè)安全與健康法》進(jìn)行的第一份修正案。該法從技術(shù)和管理兩個(gè)角度審視了煤礦的安全和人身的健康問(wèn)題。規(guī)定了煤礦所用的安全產(chǎn)品必須經(jīng)MSHA測(cè)試、評(píng)價(jià)、審批及發(fā)放安全標(biāo)志后才可以在煤礦進(jìn)行使用。MSHA標(biāo)準(zhǔn)中第7部分(Report of Investigation Part 7 Diesel Engines Intended for Use in Underground Coal Mines)為防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 歐盟

歐共體在1999年7月8日通過(guò)BSEN 1834-2—2000(往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 潛在爆炸性環(huán)境用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的安全要求 第2部分：對(duì)瓦斯和可燃灰塵敏感的井下作業(yè)區(qū)用Ⅰ組發(fā)動(dòng)機(jī))，并于2000年1月發(fā)布。

1.4 澳大利亞

標(biāo)準(zhǔn)AS 3584—1991《地下礦用柴油機(jī)》是由澳大利亞和新西蘭在1991年共同發(fā)布，然后澳大利亞和新西蘭煤礦裝備委員會(huì)在2008年制定了AS/NZS 3584—2008《地下礦用防爆柴油機(jī)》用以替代標(biāo)準(zhǔn)AS 3584—1991《地下礦用柴油機(jī)》。

1.5 印度

標(biāo)準(zhǔn)DGMS Circular No.01《井工煤礦和金屬礦 柴油設(shè)備安全規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)》是由印度國(guó)家礦山安全管理總局與丹巴德時(shí)間2018年8月13日發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)煤礦和金屬礦的所有管理者和工作者，其中標(biāo)準(zhǔn)的第3和第4部分是關(guān)于礦用防爆柴油機(jī)的安全規(guī)定和認(rèn)證。

2 我國(guó)防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)比較

2.1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)防爆結(jié)構(gòu)尺寸要求對(duì)比

美國(guó)MSHA標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定防爆柴油機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)接合面在同一平面時(shí)，接合面最小寬度不應(yīng)小于25.40 mm，平面度不應(yīng)大于0.10 mm；接合面部分不在同一平面時(shí)，連接最小寬度不應(yīng)小于19.05 mm，垂直部分平面度不應(yīng)大于0.20 mm，平面部分平面度不應(yīng)大于0.15 mm。澳大利亞AS 3584—1991標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定防爆柴油機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)防爆面的長(zhǎng)度和間距應(yīng)該遵守圖1和圖2的要求：當(dāng)連接寬度為12.525時(shí)，從孔邊到外端的最小距離L為9。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)排氣系統(tǒng)各個(gè)部件連接的防爆接合面的有效寬度不小于13 mm，缸蓋和柴油機(jī)機(jī)體之間的防爆接合面的有效寬度不小于9 mm，接合面平面度不大于0.15 mm。美國(guó)MSHA標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)排氣系統(tǒng)接合面內(nèi)部邊緣到孔邊的最小距離不應(yīng)大于7/16，澳大利亞AS 3584—1991標(biāo)準(zhǔn)要求符合圖2的要求，而我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定防爆接合面內(nèi)部邊沿到螺栓孔邊沿有效寬度不小于9 mm。歐盟BSEN 1834-2—2000標(biāo)準(zhǔn)在此方面的要求比較簡(jiǎn)略，要求任何組件兩部分之間沒(méi)有間隙。印度DGMS Circular No.01在此方面沒(méi)有具體要求，只要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)可接受的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。

2.2 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)防爆安全要求對(duì)比

防爆安全要求主要包括表面溫度、排氣溫度、冷卻液溫度、輕金屬材料、非金屬材料等方面。美國(guó)、澳大利亞、歐盟、印度和我國(guó)在防爆柴油機(jī)表面溫度、干式排氣口溫度、濕式排氣口溫度及冷卻液溫度的對(duì)比如表1所示。從表1中可以看出，澳大利亞、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)全面，對(duì)各個(gè)溫度都有要求，印度和歐盟標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只對(duì)表面溫度和干式排氣口溫度有要求，而我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)除了對(duì)干式排氣口溫度沒(méi)有規(guī)定外，其他參數(shù)均有規(guī)定。澳大利亞、美國(guó)、歐盟、印度和我國(guó)對(duì)防爆柴油機(jī)表面溫度的要求一致，均為不超過(guò)150 ℃。澳大利亞和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)干式排氣口溫度的要求為不超過(guò)150 ℃，而印度標(biāo)準(zhǔn)要求較為嚴(yán)格，為不超過(guò)85 ℃。我國(guó)和澳大利亞、美國(guó)、歐盟、印度對(duì)防爆柴油機(jī)尾氣采用濕式處理方式的排氣口處的溫度要求差異較大，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的要求為70 ℃以下，比其他各國(guó)的溫度限值要求低很多，非常嚴(yán)苛。在冷卻液溫度的要求上各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也不相同，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相對(duì)較嚴(yán)格。

表1 防爆安全部分參數(shù)對(duì)比

澳大利亞、美國(guó)、歐盟、印度和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防爆柴油機(jī)使用金屬和非金屬材料的要求對(duì)比如表2所示。從表2中可以看出，澳大利亞和印度對(duì)非金屬材料的使用要求一致，要求盡量減少非金屬材料的使用，美國(guó)、歐盟和我國(guó)對(duì)非金屬材料的電阻值均有要求，我國(guó)和歐盟的要求一致，均為小于109Ω。對(duì)于金屬材料的要求，澳大利亞、印度和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)基本一致，均不能使用輕金屬。美國(guó)和歐盟的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以使用輕金屬，但都對(duì)輕金屬的成分含量有具體要求。

表2 防爆柴油機(jī)材料要求對(duì)比

2.3 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)受控件防爆要求對(duì)比

受控件防爆要求主要包括傳動(dòng)輸送機(jī)、呼吸器、管路、啟動(dòng)機(jī)、氣罐、發(fā)電機(jī)等。澳大利亞、印度和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)均要求傳動(dòng)輸送帶應(yīng)采用阻燃抗靜電型，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求所有V型帶應(yīng)該導(dǎo)靜電并且總電阻不超過(guò)6×106Ω，歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求傳動(dòng)帶應(yīng)滿足ISO 1813—1979或ISO 9563—1990電阻要求。啟動(dòng)機(jī)在我國(guó)安標(biāo)受控件中屬于D類(lèi)，我國(guó)和印度標(biāo)準(zhǔn)均要求采用氣動(dòng)式、液壓式或者其他隔爆型。澳大利亞保證要求滿足隔爆要求就可以了。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也要求必須是一種液壓、氣動(dòng)或其他機(jī)械制動(dòng)的起動(dòng)機(jī)構(gòu)。歐盟標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有明確什么型式的，只要滿足啟動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生熱表面，火花或成為點(diǎn)火源即可。

2.4 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)排放限值差異要求對(duì)比

排放是各國(guó)防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的重點(diǎn)部分，都進(jìn)行了詳細(xì)的要求和說(shuō)明。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)排放規(guī)定要求主要包括CO、NOX、HC和PM等方面，由于各個(gè)國(guó)家采用的測(cè)試方法不同，計(jì)量單位也各不相同。按計(jì)量方式可分為體積濃度和質(zhì)量?jī)煞矫妗?/p>

表3為澳大利亞、美國(guó)、歐盟、印度和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防爆柴油機(jī)排放限值的要求。從表3中可以看出，澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)的排放計(jì)量單位均為g/kWh，印度和我國(guó)MT 990標(biāo)準(zhǔn)的排放計(jì)量單位均采用ppm，我國(guó)非道路國(guó)Ⅲ和國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位均采用g/kWh，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)排放中CO和NOx的計(jì)量單位采用體積濃度%，而PM則采用mg/m3。美國(guó)和印度和我國(guó)MT 990標(biāo)準(zhǔn)對(duì)HC排放均沒(méi)有要求，而澳大利亞和我國(guó)非道路排放標(biāo)準(zhǔn)則比較全面對(duì)CO、HC、NOx和PM的值均有要求。表4、表5為我國(guó)國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，從表4、表5中可以發(fā)現(xiàn),我國(guó)非道路國(guó)Ⅲ和國(guó)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容分級(jí)較為詳細(xì)，按照防爆柴油機(jī)功率段分為3級(jí)，這更為合理。國(guó)家煤礦安監(jiān)局2018年12月率先將非道路排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在煤礦車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)中，走在了世界前面。另非道路國(guó)Ⅳ相比國(guó)Ⅲ在排放PM值方面的要求要嚴(yán)格得多，最高提高了93.75%。

表3 排放限值要求對(duì)比

表4 我國(guó)國(guó)Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn) g/kWh

表5 我國(guó)國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn) g/kWh

3 結(jié)論

綜合上述各國(guó)關(guān)于礦用防爆柴油機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的比較，可以發(fā)現(xiàn):

1) 在防爆結(jié)構(gòu)尺寸方面我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)比較單一和粗略，而美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)比較詳細(xì)全面，對(duì)接合面的具體情況有具體要求，澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)比較靈活，只要遵守規(guī)定的曲線關(guān)系即可。

2) 在防爆安全方面我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相較于美國(guó)和澳大利亞要求在全面性上要差，對(duì)于干式排氣口溫度沒(méi)有明確規(guī)定。而美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)最為全面，對(duì)各個(gè)溫度、零部件材料等方面均有詳細(xì)的要求。

3) 在受控件防爆要求方面我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相較于其他國(guó)家要求比較粗略，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)最為詳細(xì)，對(duì)輸送帶和啟動(dòng)機(jī)等均有具體的數(shù)值和條件要求。

4) 在排放限值方面我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相較于其他國(guó)家要求更為詳細(xì)，可分為3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別；而其他國(guó)家均為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別。另我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用8工況加權(quán)平均值更為合理適用。

5) 建議我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)增加對(duì)干式排氣口溫度的要求，增加受控件導(dǎo)靜電總電阻的限值，將非道路國(guó)Ⅲ排放限值中的HC和NOx單獨(dú)描述。