爆炸性环境用AGV车辆点燃危险辨识及防爆性能合格评定要求！
前言
随着现代工业生产智能化水平的不断发展和本质安全水平的不断提升，AGV车辆越来越广泛地应用于工业生产的物料搬运与流转环节。对于存在易燃易爆危险场所的特殊行业，则需要使用具备防爆性能的AGV车辆，其除了能智能、高效、准确地完成物料搬运与流转外，还需在作业过程中不能产生点燃源，消除火灾爆炸事故风险。防爆AGV车辆发展初期，其导向系统、安全系统和无线通信系统存在电磁波和超声波点燃危险一直是制约生产企业的难题。初期防爆AGV车辆防爆性能检验主要参考GB19854—2005《爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则》。GB/T37669—2019《自动导引车（AGV）在危险生产环境应用的安全规范》发布实施后，对电气防爆、机械防爆、电磁波辐射和光辐射安全性能以及静电安全性能进行了系统的规定，但关于防爆AGV车辆点燃危险的识别、非电气点燃危险的评定和防爆性能认证模式未提出详细的指引和参考方法。欧洲防爆AGV车辆作为成套防爆工业设备，需按照IEC60079系列防爆标准进行整体检测和合格评定，并符合欧盟CE认证防爆ATEX指令（2014/34/EU）认证要求。目前我国防爆AGV车辆仅是依据GB/T37669—2019、GB/T19854—2018《爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则》和GB/T3836系列防爆基础标准进行等同于型式试验的防爆合格证检验，对防爆AGV车辆制造企业的工厂质量保证能力尚未覆盖。因此，结合防爆AGV车辆的结构特征系统分析防爆AGV车辆的点燃危险源并进行相应的防爆设计和合格评定，对提高防爆AGV车辆的防爆安全性能具有重要意义。
一、防爆AGV车辆点燃危险辨识与防爆技术
1.1 主要结构与点燃源辨识
AGV车辆按照结构和用途分为承载型AGV、牵引型AGV和叉车式AGV。总体上防爆AGV车辆主要结构包括行走驱动系统、控制与导向系统、动力系统、安全系统、无线通信系统和车体。依据GB/T25285.1—2021《爆炸性环境爆炸预防和防护第1部分：基本原则和方法》点燃源类别，结合防爆AGV车辆的结构和运行特征，其作业过程中可能存在的点燃危险分析见表1。
表1 防爆 AGV 车辆主要结构及点燃源分析
1.2 点燃源预防与防爆技术措施
1.2.1 点燃源预防基本原理
基于防爆设备EPL保护等级与预防不同工况点燃源的对应关系，可按照不同区域防爆AGV车辆的防爆等级对表1中不同点燃源类型进行进一步分析和评定，并提出相应的防爆技术措施消除点燃危险或将点燃危险降至最低限度，进而满足爆炸危险场所相应的防爆类别和级别。不同危险区域防爆AGV车辆点燃源预防措施基本原理和流程如图1所示。目前0区/20区AGV车辆防爆电池组技术和行走驱动系统机械碰撞与摩擦非电气防爆技术尚不成熟，应用场景也比较少见。因此，防爆AGV车辆还仅限于适用于1区/21区和2区/22区。
图1 不同防爆级别 AGV 车辆点燃源预防措施基本原理和流程
1-正常运行过程中不会出现点燃源；2-预期故障状态下不会出现点燃源；3-罕见故障状态下不会出现点燃源；4-在预期故障和罕见故障状态下，采取冗余系统或失效保护系统避免点燃源；5-在罕见故障系统下，采取单个系统避免点燃源；6-在预期故障系统下，采取单个系统避免点燃源；7-无须采取措施
1.2.2 主要防爆技术措施
根据表1可知，防爆AGV车辆主要点燃源涉及电气设备和元件产生的火花和高温、机械运动产生的摩擦火花和热表面、射频电磁波、光辐射电磁波、超声波和静电6类。按照图1点燃源预防措施基本原理和要求，结合最新IEC60079系列和GB/T3836系列防爆基础标准以及GB/T19854—2018和GB/T37669—2019防爆车辆专业标准，将适用于1区/21区和2区/22区防爆AGV车辆的防爆技术分析总结如下。
1）电气设备和元件产生的火花和高温。防爆AGV车辆电气设备和元件产生的火花和高温，可按照IEC60079系列、GB/T3836系列相应的电气防爆类型将电机、开关、控制仪表、电池组、照明灯、报警器、传感器和通信元件设计或选用为d型、e型、i/iD型、n型、m/mD型、t型或符合防爆类型的防爆电气部件。不同的防爆电气部件设计或选用后，以所有部件对应最低的防爆级别和温度组别即确定电气部件部分的防爆级别和温度组别。对于防爆型电池组一般设计成隔爆型、增安型或粉尘防爆t型，蓄电池的类型应符合GB/T3836.1—2021《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》中23.3条和GB/T3836.2—2021《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》中附录E的要求；对于粉尘防爆t型蓄电池应选用密封型电池元件。
2）机械运动产生的摩擦火花和热表面。防爆AGV车辆机械运动产生的摩擦火花和热表面主要涉及非电气防爆技术，其主要采取以下3种预防技术。①预防措施1：不形成点燃源。传动齿轮、负载装置接触面选用不锈钢、铜、铜合金或类似无火花材料。制动器机械结构设计成隔爆外壳型“d”或结构安全型“c”。滚动摩擦轴承保持润滑和密封良好。②预防措施2：不形成有效的点燃源。例如，控制AGV车辆行驶速度，如车辆运行速度不大于1m/s；机械旋转运动部件和其他部件之间的间隙设计成不小于运动部件直径的1/100mm，且最低不小于1mm；设置温度监测保护装置，在减速箱轴承、制动器等产生摩擦高温的表面设置温度监测控制装置，控制危险高温的形成。③预防措施3：将爆炸性环境与点燃源隔离。按照非电气防爆技术将制动器设计成液浸型“k”，减速箱设计成限流外壳型“fr”。
3）射频电磁波。防爆AGV车辆非接触式供电装置、磁导、GPS定位传感装置和无线通信系统产生的射频电磁波射频阀功率或阀能量不应超过GB/T3836.1—2021中6.6.2条规定的限值。
4）光辐射电磁波。防爆AGV车辆激光传感部件、红外传感部件和LED灯源产生的光辐射功率或光辐照度不应超过GB/T3836.22—2017《爆炸性环境第22部分：光辐射设备和传输系统的保护措施》中5.2条规定的限值，或者部件满足带联锁装置的光学系统（opsh）的要求。
5）超声波。防爆AGV车辆超声传感器产生的超声波输出参数不应超过GB/T3836.1—2021中6.6.3条规定的限值。
6）静电。防爆AGV车辆非金属材质车轮和车体部件在一定速度下运行产生的静电预防措施主要分为2种：①避免静电的产生和积聚，非金属材料车轮和车体结构的表面电阻小于109Ω且车辆所有导电部件等电位连接可靠；②不成为有效点燃源的措施，控制车辆运行速度，例如车辆运行速度不大于6m/h或者加装静电接地带。
7）整车温升。防爆AGV车辆整车功能完备后，应按照GB/T19854—2018温升试验的要求对电机、所有电气部件、蓄电池组、制动器、减速机等部位进行最高表面温度测试，以确定整车防爆温度组别。
二、防爆AGV车辆合格评定模式与防爆性能检验
2.1 合格评定现状与分析
按照ISO《认证的原则与实践》，国际上通用的产品认证模式分为第1种型式试验、第2种型式试验＋认证后监督(市场抽检)、第3种型式试验＋认证后监督(工厂抽检)、第4种型式试验＋认证后监督(市场和工厂抽检)、第5种型式试验＋工厂质量体系评定＋认证后监督、第6种工厂质量体系评定＋认证后的质量体系复查、第7种批量检验和第8种100%检验8种模式。当前我国防爆AGV车辆标准主要涉及GB/T3836系列防爆基础标准和GB/T19854—2018、GB/T37669—2019防爆车辆专业标准。防爆AGV车辆使用的防爆电气设备部件目前纳入3C强制认证管理，属于第5种认证模式。我国防爆AGV车辆的防爆合格评定以型式试验并取得防爆合格证为主，属于第4种认证模式。在欧洲，防爆AGV车辆作为成套防爆设备，与防爆电气设备、非电气防爆设备一样要符合欧盟CE认证防爆ATEX指令（2014/34/EU）要求，并取得ATEX防爆认证，属于第5种认证模式。该认证模式除了型式试验和获证后监督外，还对工厂质量体系进行检查评定和复查，是国际上保障产品质量和安全可信度最高的一种认证模式。
因此，我国防爆AGV车辆的合格评定模式与国际上信任度最高的模式还存在一定差异。此外，现有合格评定机构对防爆AGV车辆防爆合格证检验的依据标准和非电气点燃危险评定存在一定的差异，也未对防爆AGV车辆制造企业实施有效的证后监督。鉴于防爆AGV车辆的特殊危险性，建议采用基于产品型式试验、工厂审查和证后监督的模式，以此保障和提升我国防爆AGV车辆的质量水平与国际竞争力。
2.2 防爆性能检验与合格评定流程
依据防爆AGV车辆点燃危险与防爆技术要求，参照国际通用认可度最高的产品合格证评定模式，建立防爆AGV车辆防爆性能检验与合格评定流程，如图2所示。
图2 防爆AGV车辆防爆性能检验与合格评定流程
注：技术资料包括AGV车辆设计图纸、必要的设计和计算说明文件、获证部件防爆合格证、第三方测试数据、部件规格说明书等
2.3 防爆关键技术检验与评定
2.3.1 电气设备和元件产生的火花和高温
电气设备和元件产生的火花和高温需要通过以下几方面进行检验：①防爆电气部件有效性核查。已取证的防爆电气部件，核查3C认证证书或防爆合格证与产品实物的真实性，且防爆级别和温度组别不低于整车防爆级别和温度组别。②未取证的防爆电气部件按照GB/T3836系列标准进行相应防爆类型的检测和评定。③最高表面温度按照所有防爆电气部件最低的温度组别作为电气部件温度组别。④防爆电气部件和电气线路的安装符合GB/T3836.15—2017《爆炸性环境第15部分：电气装置的设计、选型和安装》的要求。核查电气系统过载保护装置的有效性。
2.3.2 机械运动产生的摩擦火花和热表面
防爆AGV车辆机械摩擦火花和热表面危险的评定需综合机械部件结构的设计、技术资料和相应的检测数据，并按照GB/T3836.28—2021《爆炸性环境第28部分：爆炸性环境用非电气设备基本方法和要求》和GB/T3836.34—2021《爆炸性环境第34部分：成套设备》的思路进行系统的非电气点燃危险辨识与评定来确定防爆级别和温度组别，评定示例见表2。
表2 防爆 AGV 车辆非电气点燃危险评定（示例）
2.3.3 射频和光辐射电磁波与超声波
防爆AGV车辆射频和超声波辐射安全性能检验方法主要是核查传感器件、通信器件的规格书射频阀功率参数和超声波输出参数是否满足相应防爆类别和级别的限值，并在防爆AGV车辆设计图纸资料中规定所配置的传感器件、通信器件的型号规格。必要时按照相应产品标准进行射频辐射和超声波辐射参数测试予以确认。防爆AGV车辆光传感部件、红外传感部件和LED灯源产生的光辐射安全性能检验方法则按照GB/T3836.22—2017的规定进行测试予以确认。
2.3.4 静电
防爆AGV车辆防静电安全性能检验主要包括：①通过技术资料核查非金属部件材料的表面电阻是否超过109Ω，必要时按照GB/T3836.1—2021中26.13条的测定方法进行验证。②对于非金属部件材料的表面电阻大于109Ω的零部件，则应核查材料是否满足GB/T3836.1—2021中7.4.2条和7.4.3条的其他规定。③检查车辆所有导电部件等电位连接是否可靠，要求车辆上所有大于100cm2的金属部件应连接到车架上保持可靠等电位连接。④整车接地性能检验。按照GB/T19854—2018中5.3条的方法对车辆接地性能进行整体测试，车辆上所有的金属部件对地电阻不大于106Ω即为合格。对于AGV车辆运行速度不大于6m/h的则加装静电接地带即可，对于Gb/Db防爆保护级别的车辆则要求加装2条静电接地带。
2.3.5 整车温升
防爆AGV车辆整车温升试验需对电动机、电池组、制动器、减速箱轴承及其他任何可能产生过热危险的表面等部位按照GB/T19854—2018规定的循环路径试验方法进行测试，试验循环路径如图3所示。当测量的温度上升不超过2K/h或者在达到最高表面温度之前车辆温度监控装置已动作时的测量温度经修正后作为车辆最高温度。
1- 提升负载；2- 前进；3- 加速和减速；4- 后退
（a）防爆 AGV 车辆（牵引型车辆除外）
1- 前进；2- 加速和减速；3- 后退；4- 牵引拖车
（b）防爆牵引型 AGV 车辆
图3 防爆 AGV 车辆温升试验循环路径
三、结 论
1）防爆AGV车辆防爆性能的设计和型式试验应系统地从电气点燃源、机械点燃源、静电点燃源、射频电磁波点燃危险源、光辐射电磁波点燃危险源和超声波点燃源6个方面进行点燃危险辨识、评定和防爆性能检验。
2）防爆AGV车辆电气部件防爆技术比较成熟，非电气防爆点燃危险的评定还存在一定主观性，检验机构应结合防爆AGV车辆的结构特征系统地按照GB/T3836.28—2021的方法进行点燃危险分析和评定。防爆AGV车辆导向系统、安全系统和无线通信系统，除了射频电磁波、光辐射电磁波和超声波发射功率参数满足相应防爆级别限值外，其电气线路的安装也应符合防爆要求。
3）防爆AGV车辆属于爆炸性环境用成套工业设备，鉴于防爆AGV车辆的特殊危险性，建议按照ISO第5种合格评定模式开展防爆AGV车辆的型式试验、工厂检查和获证后的监督，以更好地促进和提升我国防爆AGV车辆的质量与安全性能。
4）目前防爆AGV车辆的防爆保护级别仅达到Gb/Db和Gc/Dc保护级别，作为动力系统用防爆电池组的设计和检验应严格满足GB/T3836.1—2021的通用要求和相应防爆型式的附加要求。
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作者：中国合格评定国家认可中心潘锋/郭淼/李斌
广州特种机电设备检测研究院蒋漳河
来源：《中国特种设备安全》
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