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發(fā)生粉塵爆炸必須具備五個(gè)要素。這些元素構(gòu)成了正式名稱(chēng)為“粉塵爆炸五角大樓”的元素，包括：

• 氧

• 火源（即熱）

• 燃料來(lái)源

• 以足夠的數(shù)量和濃度分散灰塵顆粒

• 禁閉

在大多數(shù)工業(yè)設(shè)施中，特別是那些加工、儲(chǔ)存或處理面粉或谷物等細(xì)顆粒的工業(yè)設(shè)施中，前四種元素幾乎總是存在。在這種情況下，如果有足夠的熱量（無(wú)論是來(lái)自電動(dòng)機(jī)還是其他來(lái)源），并且空氣中材料的濃度足夠高，則可能會(huì)發(fā)生爆燃（即快速燃燒）。

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五邊形的第五個(gè)要素是封閉，它可以引起爆燃并導(dǎo)致爆炸。在密閉空間中，灰塵顆粒可以長(zhǎng)時(shí)間懸浮，導(dǎo)致大氣中可燃物質(zhì)的濃度不斷增加。一旦著火，火焰在空氣中傳播會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力波，產(chǎn)生足夠的力量使混凝土地板彎曲，損壞屋頂并嚴(yán)重傷害人員。限制是粉塵爆炸五角大樓中最難控制的部分，原因很簡(jiǎn)單，每個(gè)設(shè)施在某種程度上都必須被限制。在某些地區(qū)，可能還制定了環(huán)境法規(guī)，禁止將灰塵釋放到外部環(huán)境中，這使問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。歷史表明，防止任何類(lèi)型的火災(zāi)或爆炸的最有效方法是管理潛在的火源。因此，確保電機(jī)能夠在危險(xiǎn)場(chǎng)所運(yùn)行至關(guān)重要。

危險(xiǎn)場(chǎng)所分類(lèi)

危險(xiǎn)場(chǎng)所被定義為“由于易燃?xì)怏w或蒸氣、易燃液體、可燃粉塵或可燃纖維或飛揚(yáng)而可能存在火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)的任何區(qū)域?！?每當(dāng)電動(dòng)機(jī)安裝在符合要求的位置時(shí)，根據(jù)上述描述，考慮到周?chē)h(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，最終用戶(hù)有責(zé)任確保其具備操作資格。即使對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)，這也可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要充分了解如何對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行分類(lèi)。在美國(guó)，分類(lèi)由美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì) (NFPA) 70：國(guó)家電氣規(guī)范 (NEC) 定義，該規(guī)范根據(jù)類(lèi)別、組和部門(mén)指定位置。

• I 類(lèi)——I類(lèi)涵蓋爆炸性或作為可燃混合物構(gòu)成威脅的氣體、蒸汽和液體。I 類(lèi)地點(diǎn)通常存在的設(shè)施和環(huán)境包括但不限于乙醇和石油精煉廠(chǎng)、噴涂區(qū)域、天然氣工廠(chǎng)以及汽油儲(chǔ)存或分配區(qū)域。

• II 類(lèi)——II 類(lèi)涵蓋導(dǎo)電金屬和非金屬粉塵。當(dāng)空氣中的可燃粉塵濃度足以爆炸或可燃時(shí)，就存在這種分類(lèi)。II 類(lèi)場(chǎng)所的一些示例包括但不限于谷物升降機(jī)、面粉和飼料廠(chǎng)以及淀粉生產(chǎn)廠(chǎng)。

• III 級(jí) — III 級(jí)涵蓋易燃纖維和可燃飛沫。這些材料通常比細(xì)顆粒更重且沉降更快，但它們是易燃的，并且在靠近電氣設(shè)備時(shí)有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)條件。這些場(chǎng)所通常不需要危險(xiǎn)場(chǎng)所電機(jī)。一些常見(jiàn)的 III 類(lèi)地點(diǎn)包括紡織廠(chǎng)、亞麻加工廠(chǎng)和任何存在大量鋸末的設(shè)施。

• 組 - I 類(lèi)和 II 類(lèi)場(chǎng)所根據(jù)危險(xiǎn)物質(zhì)被點(diǎn)燃后的行為進(jìn)一步分為幾組。I 類(lèi)區(qū)域包括 A、B、C 和 D 組。E、F 和 G 組屬于 II 類(lèi)區(qū)域。乙炔是 A 組中唯一的物質(zhì)。乙醇被指定為 I 類(lèi) D 組，而玉米、小麥、小麥粉、大豆和糖被指定為 II 類(lèi) G 組。

• 分區(qū)——危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)一步分為分區(qū) 1 和分區(qū) 2。分區(qū) 1 環(huán)境是指在正常操作期間可能存在可燃物質(zhì)的環(huán)境。當(dāng)可燃材料的處理和/或儲(chǔ)存方式允許物質(zhì)在溢出或遏制失敗時(shí)逸出時(shí)，就存在 2 類(lèi)環(huán)境。根據(jù)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則，所有 I 類(lèi)和 II 類(lèi)電機(jī)均符合 I 類(lèi)要求，這意味著它們可以安裝在 1 類(lèi)和 2 類(lèi)位置。

危險(xiǎn)場(chǎng)所溫度代碼

危險(xiǎn)場(chǎng)所分類(lèi)后，確定電機(jī)是否合格所需的下一條信息是其溫度代碼（即 T 代碼）。1975 年 2 月之后制造的所有電機(jī)均具有 T 代碼名稱(chēng)，該名稱(chēng)通常列在銘牌上。T 代碼告知安裝人員電機(jī)運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生的最大絕對(duì)電機(jī)表面溫度（即皮膚溫度）。這包括正常和異常操作條件下的溫度，包括過(guò)載和燒毀期間的溫度。

為了使電動(dòng)機(jī)符合某個(gè)地點(diǎn)的要求，其 T 代碼必須與操作環(huán)境中存在的物質(zhì)的自燃溫度 (AIT) 相關(guān)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，AIT 是物質(zhì)可以點(diǎn)燃的最低溫度。以存在小麥面粉的 II 級(jí) 1 區(qū)場(chǎng)所為例。小麥粉是 G 組材料，AIT 約為 716 F。對(duì)于在此環(huán)境中使用的電機(jī)，其 T 代碼額定值必須至少為 T2，這與最高 572 F 的電機(jī)表面溫度相關(guān). 使用具有 T1 名稱(chēng)的電機(jī)（與 842 F 的最大電機(jī)表面溫度相關(guān)），如果小麥粉與電機(jī)外殼接觸，則會(huì)帶來(lái)燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

雖然大多數(shù)物質(zhì)的 AIT 值可以在文獻(xiàn)中找到，但它們并不總是能轉(zhuǎn)化為操作環(huán)境。這主要是因?yàn)?AIT 會(huì)根據(jù)大氣變量而變化。此外，許多危險(xiǎn)場(chǎng)所環(huán)境含有不同物質(zhì)的混合物，這使得確定 AIT 幾乎不可能。在這些情況下，通常的做法是使用所有已知物質(zhì)中 AIT 最低的物質(zhì)。在每種情況下，公布的 AIT 值都應(yīng)作為危險(xiǎn)負(fù)載電機(jī)選擇的有用幫助，而不是定義參數(shù)。

變頻驅(qū)動(dòng)器的注意事項(xiàng)

近幾十年來(lái)，采用變頻驅(qū)動(dòng)器 (VFD) 運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)的使用大幅增加。這些系統(tǒng)提供更高的效率并實(shí)現(xiàn)更好的控制；然而，在存在可燃材料的情況下，由于潛在的過(guò)度加熱，它們也會(huì)帶來(lái)額外的風(fēng)險(xiǎn)。

使用 VFD 運(yùn)行電機(jī)會(huì)通過(guò)兩種方式導(dǎo)致電機(jī)表面發(fā)熱。首先，由于糧食設(shè)施中的大多數(shù)電機(jī)都是全封閉風(fēng)扇冷卻（TEFC）電機(jī)，因此冷卻電機(jī)的風(fēng)扇安裝在電機(jī)的軸上，并以與電機(jī)輸出軸相同的速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)上的氣流可能不足，電機(jī)表面可能會(huì)變得太熱。

其次，大多數(shù)變頻器發(fā)出的電波不是平滑的正弦波。它是一種脈寬調(diào)制波形，每秒開(kāi)關(guān)電壓數(shù)千次，以近似變化頻率的正弦波，從而改變電機(jī)的速度（因此得名）。

電機(jī)繞組（電氣上的電感器）上電壓的快速循環(huán)會(huì)導(dǎo)致電壓尖峰遠(yuǎn)高于線(xiàn)路電壓。

這些尖峰導(dǎo)致繞組升溫。逆變器電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造能夠承受 VFD 產(chǎn)生的較高電壓尖峰，并且可以低速運(yùn)行而不會(huì)過(guò)熱，并有相應(yīng)的標(biāo)簽。

當(dāng)今使用的許多電動(dòng)機(jī)都被標(biāo)記為“逆變器負(fù)載”。然而，這并不一定意味著電機(jī)已獲得聯(lián)邦汽車(chē)運(yùn)輸安全管理局 (CSA) 或保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室 (UL) 等第三方的認(rèn)證，可在危險(xiǎn)場(chǎng)所與 VFD 一起使用。將未經(jīng)認(rèn)證的電機(jī)放入 VFD 應(yīng)用中可能會(huì)導(dǎo)致溫升超出該位置 T 代碼額定值的限制。

因此，電機(jī)必須包含標(biāo)簽，表明它們可以與 VFD 一起使用。它們還必須在標(biāo)簽上指定的速度限制內(nèi)運(yùn)行。某些電機(jī)可能被批準(zhǔn)用于危險(xiǎn)場(chǎng)所，并且銘牌上有 VFD 額定值，但仍未獲得同時(shí)滿(mǎn)足這兩種用途（變速和危險(xiǎn)場(chǎng)所）的認(rèn)證。使用 VFD 操作這些電機(jī)可能會(huì)使危險(xiǎn)場(chǎng)所認(rèn)證失效。底線(xiàn)：確保電機(jī)顯示位置和 VFD 額定值（CT 或 VT）的認(rèn)證。

防爆、防燃電機(jī)

設(shè)計(jì)用于 I 類(lèi) 1 區(qū)環(huán)境的電機(jī)必須貼有“防爆”標(biāo)簽。關(guān)于“防爆”電機(jī)的一個(gè)誤解是它們旨在防止爆炸。這是不準(zhǔn)確的——這些電機(jī)的構(gòu)造只是為了在內(nèi)部抑制爆炸而不會(huì)破裂。這是通過(guò)許多不同的設(shè)計(jì)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中之一包括在電機(jī)硬件及其外殼上使用高強(qiáng)度材料。此外，如果發(fā)生點(diǎn)火和外殼內(nèi)壓力增大的情況，防爆電機(jī)必須能夠在熱氣體通過(guò)又長(zhǎng)又緊的通道（稱(chēng)為火焰路徑）逸出時(shí)對(duì)其進(jìn)行充分冷卻。這會(huì)將氣體溫度降低到低于大氣 AIT 的值，從而不會(huì)發(fā)生點(diǎn)燃。

對(duì)于危險(xiǎn)任務(wù)電機(jī)的另一個(gè)常見(jiàn)誤解是，I 類(lèi)防爆電機(jī)始終滿(mǎn)足 II 類(lèi)要求。然而，兩種類(lèi)型電機(jī)背后的設(shè)計(jì)原理側(cè)重于預(yù)防完全不同的情況。

例如，II 類(lèi)電機(jī)的設(shè)計(jì)假設(shè)最終，當(dāng)電機(jī)從周?chē)髿庵形肟諝鈺r(shí)，其內(nèi)部溫度將與工作環(huán)境保持一致。因此，內(nèi)部故障可能會(huì)導(dǎo)致爆炸，而爆炸（理想情況下）會(huì)得到控制。另一方面，I 類(lèi)電機(jī)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是保持電機(jī)表面溫度低于周?chē)髿獾?AIT。這種類(lèi)型的電機(jī)通常被稱(chēng)為“防塵引燃”。對(duì)于 I 類(lèi) 2 區(qū)和 II 類(lèi) 2 區(qū)場(chǎng)所，允許使用防塵引燃電機(jī)，但這不是強(qiáng)制性的。

總體而言，操作員和設(shè)施管理人員必須了解，并非所有防爆和粉塵引燃電機(jī)都是一樣的。例如，兩個(gè)電機(jī)可能具有相同的防爆等級(jí)，但這并不意味著它們相同（甚至相似）。

因此，操作員應(yīng)通過(guò)檢查電機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)來(lái)全面選擇危險(xiǎn)任務(wù)電機(jī)。這應(yīng)包括考慮諸如入口防護(hù)（電機(jī) IP65 與 IP56）、預(yù)防性火焰路徑、組件堅(jiān)固性等要素。由于危險(xiǎn)負(fù)載電機(jī)是一項(xiàng)關(guān)鍵的安全投資，因此安裝僅滿(mǎn)足最低要求的產(chǎn)品因?yàn)椤胺辣辈⒉皇且粋€(gè)明智的策略。

簡(jiǎn)化危險(xiǎn)任務(wù)電機(jī)選擇

即使掌握了電機(jī)設(shè)計(jì)和危險(xiǎn)場(chǎng)所分類(lèi)的原理，也很容易看出在選擇用于可燃環(huán)境的電機(jī)時(shí)可能會(huì)犯的錯(cuò)誤。由于此類(lèi)錯(cuò)誤可能會(huì)產(chǎn)生廣泛的影響（從生產(chǎn)損失到罰款再到工人死亡），工廠(chǎng)通常會(huì)竭盡全力確保其電機(jī)適合特定環(huán)境。

有些設(shè)施甚至?xí)綦x電機(jī)庫(kù)存并貼上標(biāo)簽。其他顏色代碼電機(jī)，以便安裝人員可以目視驗(yàn)證位置批準(zhǔn)。這兩種方法的成本都很高，特別是在較大的設(shè)施中，因?yàn)樗鼈兺ǔ?huì)導(dǎo)致需要大量的過(guò)剩庫(kù)存。庫(kù)存多個(gè)具有相同功率和額定速度但不同地點(diǎn)批準(zhǔn)的電機(jī)最終會(huì)增加人為錯(cuò)誤的可能性，并增加電機(jī)選擇的復(fù)雜性。

為了消除這些問(wèn)題，許多工業(yè)設(shè)施已轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化，以確保電機(jī)適合在危險(xiǎn)場(chǎng)所使用。在這種情況下，工廠(chǎng)會(huì)儲(chǔ)備一臺(tái)適用于所有可能環(huán)境的電機(jī)。旨在防止所有灰塵進(jìn)入電機(jī)的電機(jī)是一個(gè)好主意，那些滿(mǎn)足或超過(guò)美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì) (NEMA) 優(yōu)質(zhì)效率水平和美國(guó)能源部效率要求的電機(jī)也是一個(gè)好主意。同樣重要的是，電機(jī)適用于各種設(shè)施的過(guò)程——從谷物的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，到蒸餾乙醇、DOL 或驅(qū)動(dòng)器上的恒定或可變扭矩應(yīng)用。

除了確保安全（這應(yīng)該是危險(xiǎn)任務(wù)電機(jī)選擇的首要任務(wù)）之外，為整個(gè)設(shè)施指定單一型號(hào)電機(jī)還可以?xún)?yōu)化庫(kù)存。在許多情況下，消除多余庫(kù)存所產(chǎn)生的節(jié)省可以抵消因購(gòu)買(mǎi)針對(duì)其所在位置“過(guò)度設(shè)計(jì)”的電機(jī)而產(chǎn)生的較高成本。此外，標(biāo)準(zhǔn)化使電工和工廠(chǎng)人員能夠更好地熟悉單一產(chǎn)品，從而加快安裝速度并簡(jiǎn)化維護(hù)。

標(biāo)準(zhǔn)化有助于確保安全

在處理或儲(chǔ)存可燃粉塵的設(shè)施中，電動(dòng)機(jī)的誤用可能會(huì)產(chǎn)生影響。不幸的是，減輕與這一常見(jiàn)問(wèn)題相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)需要對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所分類(lèi)和電機(jī)設(shè)計(jì)原理有深入的了解。在某些設(shè)施中，根本不存在這種深度的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。電機(jī)選擇的責(zé)任被向下傳遞，這增加了出錯(cuò)的可能性。標(biāo)準(zhǔn)化已成為簡(jiǎn)化這項(xiàng)艱巨任務(wù)的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，為設(shè)施管理人員提供了保證其運(yùn)營(yíng)安全、高效且符合適用法規(guī)的保證。