防爆柴油機國內外認證標準的對比與分析*

王曉

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

防爆柴油機車輛是近十幾年在各大煤礦井下迅速發展的無軌輔助運輸設備[1-3]，相較于軌道電動車設備，其具有靈活、高效、經濟、安全的優點，無拖帶電纜可以使防爆柴油機車輛在井下各種道路工況下進行快速的長距離運輸，具有較高的機動性及安全性。防爆柴油機車輛不但可以對我國煤礦井下運輸現狀有很大的改善和提高，而且可以大幅度降低井下作業人員的勞動強度。防爆柴油機被視為煤礦井下用防爆柴油機車輛的“心臟”[4-7]，一般用非道路用普通柴油機按照認證標準的要求防爆改造而成。目前我國防爆柴油機認證標準只有MT 990—2006標準[10]，防爆柴油機作為礦用新型產品，研發和使用的時間都比較短，可以依據和參考的標準又特別少，而這些標準的內容都是國外較早時間的過期標準，已經不適應于現在的狀況和形勢。相比防爆柴油機技術的快速發展，我國防爆柴油機標準體系建設還存在體系不健全、內容陳舊、專業標準太少及測試方法和評價指標與國外接軌難等一系列迫待解決問題[8-9]。因此迫切需要對國際標準進行收集、整理、分析及研究，對國內外防爆柴油機認證標準進行對比研究，找出各國認證標準和國內標準的差異，以期對我國煤礦井下用防爆柴油機認證標準的修訂提出有意義的建議。

1 國內外煤礦井下防爆柴油機認證標準的現狀

1.1 中國

中華人民共和國國家發展和改革委員會于2006年8月19日發布了《礦用防爆柴油機通用技術條件》標準[10]。該標準對礦用防爆柴油機的技術要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝等進行了詳細規定。國家煤礦安監局于2018年12月28日發布禁止井工煤礦使用的設備及工藝目錄(第四批)的通知，附件第5條中規定自通知發布之日起煤礦應采用排放標準達國Ⅲ及以上的防爆柴油機，而禁止新選用和采購排放標準在國Ⅱ及以下的防爆柴油機。《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段)》最新版由環境保護部國家質量監督檢驗檢疫總局于2014年5月16日發布。

1.2 美國

MSHA是指礦業安全和健康管理，是美國于2006年針對1977年頒布實施的《聯邦礦業安全與健康法》進行的第一份修正案。該法從技術和管理兩個角度審視了煤礦的安全和人身的健康問題。規定了煤礦所用的安全產品必須經MSHA測試、評價、審批及發放安全標志后才可以在煤礦進行使用。MSHA標準中第7部分(Report of Investigation Part 7 Diesel Engines Intended for Use in Underground Coal Mines)為防爆柴油機認證標準。

1.3 歐盟

歐共體在1999年7月8日通過BSEN 1834-2—2000(往復式內燃機 潛在爆炸性環境用發動機設計和結構的安全要求 第2部分：對瓦斯和可燃灰塵敏感的井下作業區用Ⅰ組發動機)，并于2000年1月發布。

1.4 澳大利亞

標準AS 3584—1991《地下礦用柴油機》是由澳大利亞和新西蘭在1991年共同發布，然后澳大利亞和新西蘭煤礦裝備委員會在2008年制定了AS/NZS 3584—2008《地下礦用防爆柴油機》用以替代標準AS 3584—1991《地下礦用柴油機》。

1.5 印度

標準DGMS Circular No.01《井工煤礦和金屬礦 柴油設備安全規定與標準》是由印度國家礦山安全管理總局與丹巴德時間2018年8月13日發布。該標準主要針對煤礦和金屬礦的所有管理者和工作者，其中標準的第3和第4部分是關于礦用防爆柴油機的安全規定和認證。

2 我國防爆柴油機認證標準與國外標準比較

2.1 國內外標準防爆結構尺寸要求對比

美國MSHA標準中規定防爆柴油機的進排氣系統接合面在同一平面時，接合面最小寬度不應小于25.40 mm，平面度不應大于0.10 mm；接合面部分不在同一平面時，連接最小寬度不應小于19.05 mm，垂直部分平面度不應大于0.20 mm，平面部分平面度不應大于0.15 mm。澳大利亞AS 3584—1991標準規定防爆柴油機內部系統防爆面的長度和間距應該遵守圖1和圖2的要求：當連接寬度為12.525時，從孔邊到外端的最小距離L為9。我國標準要求進排氣系統各個部件連接的防爆接合面的有效寬度不小于13 mm，缸蓋和柴油機機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MSHA標準要求進排氣系統接合面內部邊緣到孔邊的最小距離不應大于7/16，澳大利亞AS 3584—1991標準要求符合圖2的要求，而我國標準規定防爆接合面內部邊沿到螺栓孔邊沿有效寬度不小于9 mm。歐盟BSEN 1834-2—2000標準在此方面的要求比較簡略，要求任何組件兩部分之間沒有間隙。印度DGMS Circular No.01在此方面沒有具體要求，只要求符合國家標準或相關可接受的國際標準進行設計即可。

2.2 國內外標準防爆安全要求對比

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、澳大利亞、歐盟、印度和我國在防爆柴油機表面溫度、干式排氣口溫度、濕式排氣口溫度及冷卻液溫度的對比如表1所示。從表1中可以看出，澳大利亞、美國標準相對全面，對各個溫度都有要求，印度和歐盟標準相對比較簡單，只對表面溫度和干式排氣口溫度有要求，而我國標準除了對干式排氣口溫度沒有規定外，其他參數均有規定。澳大利亞、美國、歐盟、印度和我國對防爆柴油機表面溫度的要求一致，均為不超過150 ℃。澳大利亞和美國標準對干式排氣口溫度的要求為不超過150 ℃，而印度標準要求較為嚴格，為不超過85 ℃。我國和澳大利亞、美國、歐盟、印度對防爆柴油機尾氣采用濕式處理方式的排氣口處的溫度要求差異較大，我國標準的要求為70 ℃以下，比其他各國的溫度限值要求低很多，非常嚴苛。在冷卻液溫度的要求上各國標準也不相同，我國標準規定相對較嚴格。

表1 防爆安全部分參數對比

澳大利亞、美國、歐盟、印度和我國標準對防爆柴油機使用金屬和非金屬材料的要求對比如表2所示。從表2中可以看出，澳大利亞和印度對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、歐盟和我國對非金屬材料的電阻值均有要求，我國和歐盟的要求一致，均為小于109Ω。對于金屬材料的要求，澳大利亞、印度和我國標準基本一致，均不能使用輕金屬。美國和歐盟的標準規定可以使用輕金屬，但都對輕金屬的成分含量有具體要求。

表2 防爆柴油機材料要求對比

2.3 國內外標準受控件防爆要求對比

受控件防爆要求主要包括傳動輸送機、呼吸器、管路、啟動機、氣罐、發電機等。澳大利亞、印度和我國標準均要求傳動輸送帶應采用阻燃抗靜電型，美國標準要求所有V型帶應該導靜電并且總電阻不超過6×106Ω，歐盟標準要求傳動帶應滿足ISO 1813—1979或ISO 9563—1990電阻要求。啟動機在我國安標受控件中屬于D類，我國和印度標準均要求采用氣動式、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。美國標準也要求必須是一種液壓、氣動或其他機械制動的起動機構。歐盟標準沒有明確什么型式的，只要滿足啟動機不產生熱表面，火花或成為點火源即可。

2.4 國內外標準排放限值差異要求對比

排放是各國防爆柴油機認證標準中的重點部分，都進行了詳細的要求和說明。各國標準對排放規定要求主要包括CO、NOX、HC和PM等方面，由于各個國家采用的測試方法不同，計量單位也各不相同。按計量方式可分為體積濃度和質量兩方面。

表3為澳大利亞、美國、歐盟、印度和我國標準對防爆柴油機排放限值的要求。從表3中可以看出，澳大利亞標準的排放計量單位均為g/kWh，印度和我國MT 990標準的排放計量單位均采用ppm，我國非道路國Ⅲ和國Ⅳ排放標準計量單位均采用g/kWh，美國標準排放中CO和NOx的計量單位采用體積濃度%，而PM則采用mg/m3。美國和印度和我國MT 990標準對HC排放均沒有要求，而澳大利亞和我國非道路排放標準則比較全面對CO、HC、NOx和PM的值均有要求。表4、表5為我國國Ⅲ、國Ⅳ排放標準，從表4、表5中可以發現,我國非道路國Ⅲ和國Ⅳ標準內容分級較為詳細，按照防爆柴油機功率段分為3級，這更為合理。國家煤礦安監局2018年12月率先將非道路排放標準應用在煤礦車輛標準中，走在了世界前面。另非道路國Ⅳ相比國Ⅲ在排放PM值方面的要求要嚴格得多，最高提高了93.75%。

表3 排放限值要求對比

表4 我國國Ⅲ排放標準 g/kWh

表5 我國國Ⅳ排放標準 g/kWh

3 結論

綜合上述各國關于礦用防爆柴油機認證標準的比較，可以發現:

1) 在防爆結構尺寸方面我國標準比較單一和粗略，而美國標準比較詳細全面，對接合面的具體情況有具體要求，澳大利亞標準比較靈活，只要遵守規定的曲線關系即可。

2) 在防爆安全方面我國標準相較于美國和澳大利亞要求在全面性上要差，對于干式排氣口溫度沒有明確規定。而美國標準最為全面，對各個溫度、零部件材料等方面均有詳細的要求。

3) 在受控件防爆要求方面我國標準相較于其他國家要求比較粗略，美國標準最為詳細，對輸送帶和啟動機等均有具體的數值和條件要求。

4) 在排放限值方面我國標準相較于其他國家要求更為詳細，可分為3個標準級別；而其他國家均為1個標準級別。另我國標準采用8工況加權平均值更為合理適用。

5) 建議我國標準增加對干式排氣口溫度的要求，增加受控件導靜電總電阻的限值，將非道路國Ⅲ排放限值中的HC和NOx單獨描述。