防爆工具

关于防爆工具一、防爆工具的国内外现状在易燃易爆场所使用的手工具应采用非钢材制成，以避免钢与钢或钢与水泥地面、岩石碰撞、摩擦等原因产生火花而引起周围可燃性物质的燃烧和爆炸。

这类采用非钢材制成的，用于易燃易爆场所的手工具，称为防爆工具(又称无火花工具)。

防爆工具自80年代起才在我国开始有规模地生产和得到比较广泛的应用。

在此之前，易燃易爆场所的工人在使用工具进行操作时，常采用在钢制工具与被接触部件的相互表面涂抹黄油或在操作部位浇冷水的办法冒险作业。

如果需要在易燃易爆的生产车间内用钢制手工具进行维修、清扫时则属于动火作业，慎重的单位则要停产，因而影响企业效益。

为此，一些大企业和有色金属生产厂、铸造加工厂曾制造了—些有色金属材料的工具，但大多数工具的机械性能不理想防爆性能也不可靠。

有些单位在钢制工具上镀一层有色金属，因工作部位易磨损，如果发生碰撞，均可露出钢材表面，故防爆性能并不可靠。

我国的一些引进工程和大型企业常因无防爆工具而不能开工，因此不得不动用外汇向国外购买。

上海某1厂一次从国外购买防爆手工具花了6万美元外汇。

二、防爆工具的防爆机理通常由钢铁材料制成的钎，镐、锤、钳，扳手、吊具等工具和设备在其激烈动作或失手跌落时发生的摩擦，撞击火花是隐蔽的引爆火源，所以这些工具不能在爆炸危险场所使用。

在爆炸危险场所使用的工具(设备)必须由不发生摩擦，撞击火花，甚至不能产生炽热高温表面的特种材料制成。

钢铁材料具有较高的强度和硬度，适合于制造工具，而且钢材的强度和硬度随着含碳量的增加而提高。

然而对钢铁材料摩擦火花产生机理的研究结果表明，恰恰是钢材中所含的碳是产生摩擦火花的根源。

为了消灭工具的摩擦、撞击火花，人们把选材方向转向了铜材。

铜材用作防爆工具，与钢材比较有两个显著的不同点：第一，不含碳，不会出现氧→铁→碳反应链，所以不出现火花。

第二，铜材的强度和硬度都比较低，导热性又比钢材高，发生摩擦或撞击时，局部摩擦点会发生塑性变形而避免摩擦能量集中在个别接触点上，加上材料的高导热性，摩擦产生的热量迅速分散到基体而减少摩擦撞击点出现炽热高温的危险。

以上两点就是铜材(铜合金)工具的防爆机理。

2然而，纯铜的强度和硬度太低，不能直接用做工具，需要添加适当的元素如铍、铝、钛、镍、镁等熔炼成铜基合金以提高其强度和硬度。

但当强度和硬度提高后，前述铜材在防爆工具上的第二个特点就有削弱或消失的危险。

于是，人们又进一步探讨“两全其美’的技术途径。

这就是要求所配制的铜基合金在室温下具有高的强度和硬度；一旦受到摩擦、撞击，温度上升到一定程度，铜基合金的金相组织就发生相变而转化为低强度并出现塑性变形甚至摩损剥离。

这时局部摩擦面上的金属摩擦抗力下降，摩擦，撞击的最高温度就被限制在合金相变温度之下，成为不能点燃爆炸性混合物的防爆合金，国外称为非危险火花金属。

现在工业上已有铍青铜、铝青铜、J892铜合金等多种铜基合金成功地应用于防爆工具上。

三、不同材质防爆工具的防爆性能、机械性能与适用场所（一）铍青铜是以铜为基本合金元素的铜基合金，其含铍量为1～2.5%。

同时含有微量钴、镁、铁以及其他微量元素。

它的物理性能、导电率、电阻系数、热导率与纯铜相比较虽有降低，但与钢相比较则是钢的许3多倍。

由于固体表面一般都有细微的凹凸，因此两个固体表面的接触仅仅在最高突起部位的顶点上，实际接触面积很小。

所以在摩擦时，摩擦能变为热能集中在接触点上，使接触点上的固体表面局部达到极高的温度、在各金属中，假设其荷重及摩擦速度都相同，导热率越小，接触点的温度就越高，——铍青铜在高速冲击或高速摩擦时，其机械能在作用到物体表面时被转换热能，表面温度突然升高。

但由于其材料有较高的导电性能和导热率，工作表面的热量被迅速传递到工件的其它部位，工作表面的热量剧烈减少。

一些在冲击或摩擦作用下脱离工件的微粒，其温度也达不到点火源的温度。

——铍青铜金属间的化合物均较稳定，且熔点高，不易剧烈氧化。

在高速冲击或摩擦时，被作用表面或者一些脱离下来的微粒的温度虽有所升高，但都不能与氧气及其它可燃气体发生剧烈的氧化反应，形不成点火源。

——铍青铜这一特性已被防爆工具的不燃性试验所验证。

值得注意的一点是铍青铜除具备这一重要特性外，还有一个很重要的特点就是经过处理后的铍青铜，其抗拉强度和硬度比其它铜合金都要高的多。

由4于该材料具备这二个特点而被广泛用于一些特殊场合下的重要零部件和防爆工具的制做上。

（二）铝青铜1．在铝青铜中，各元素基本上已合金化，这些合金性能稳定，不易剧烈氧化。

2．铝在一定温度下被氧化，生成的Al2O3是一层极好的保护层，处在它保护下的铝不再氧化。

3．铝青铜中，含碳量很低，仅万分之几，不会产生类似钢铁中的C生成大量的CO而从基体中逸出呈爆花状。

4．铝青铜的基体是铜，尽管已合金化，它的导热性仍然很好，在与其他物体摩擦碰撞时所产生的热大部分被工具所吸收而散去。

磨削下的微粒所具有的热量较低，不会引起空气一可燃物质混合物的爆炸。

我国防爆工具非着火性能的测试是由国家主管部门指定的单位进行的。

所采用标准等同日本JISM-7002-84。

经反复测试和几年来的使用实践证明；国产防爆工具安全可靠，非着火性能达到国外同类产品水平。

（三）J 892铜合金1.防爆性能：按GBl0686—89《铜合金工具防爆性能试验方5法》对J892铜合金材料分别选择Ⅱ类C级代表气体氢气(浓度为21.0±2.0%)，Ⅱ类B级代表气体乙烯(浓度为7.8±0.5%)，Ⅱ类A级代表气体丙烷(浓度为5.3±0.2%)，I类代表气体甲烷(浓度为6.5土0.5%)进行落锤、摩擦和高速冲击试验，按国家标准中规定的试验步骤和方法进行，均未发生引爆，试验合格。

证明J892铜合金防爆工具适用于各类各级爆炸性气体场合使用。

鉴于乙炔场合是用的铜合金含铜量需70%以下的要求，同时考虑乙炔气的引燃温度比氢气要低，虽然J892铜合金已做过Ⅱ类C级代表气体氢气的防爆性能试验。

为慎重起见，按国家标准规定的试验方法，又选择了乙炔气(浓度为7~10%)进行了落锤、摩擦和高速冲击试验，也未发生引爆，试验合格。

同时，在密闭的爆炸槽内放置了J892铜合金材料和试验样件，进行了J892铜合金和乙炔气混存后的引爆试验。

经混存20天后仍按国家标准规定的试验方法进行了落锤、摩擦和高速冲击试验，也未发生引爆，试验合格。

证明了J892铜合金防爆工具适于乙炔场合使用。

2．机械性能防爆工具产品国家标准(GBl0687～10693-87)中规定采用铍青铜材料制造的防爆工具产品硬度不得6低于HRC35。

采用铝青铜材料制造的防爆工具产品硬度不低于HRC25。

J892铜合金产品可满足铍青铜产品硬度的要求。

一般生产中，J892铜合金材料处理后硬度比铍青铜材料还要偏高，更接近于钢制工具产品的硬度。

按防爆工具国家标准进行对J892铜合金工具的扭矩实验，呆扳手可承受标准(GBl0687—89)中d系列所规定的扭矩，梅花扳手可承受标准(GBl0691—89)中b系列所规定的扭矩，桶盖扳手各扳口或榫头均能承受标准(GB10690—89)中规定的196N·m的扭矩。

3.适用场所对J892铜合金材料的防爆性能试验表明：J892铜合金防爆工具可适用于各类各级爆炸性气体场合。

由于其含铜量在70%以下，更适用于乙炔场合。

J892铜合金防爆工具的产品硬度、试验扭矩都能达到国家标准中对镀青铜防爆工具的要求。

目前J892铜合金的韧性还不能达到钢制工具的水平。

因此使用中对J892铜合金防爆工具不能做超载荷使用，更不能对扳手加套管以延长力臂或在柄部用锤作敲击作业。

J892铜合金的防锈性能优于铍青铜，但不能将7J 892铜合金防爆工具与酸，碱等腐蚀性物品混放，以防腐蚀。

（四）应用场合要注意的问题在以下三种情况下，发生引爆的火花不是由防爆工具本身产生，而是由工作对象所产生的。

所以使用防爆工具并不能预防这种爆炸，而要采用其他防爆办法。

——防爆工具在和岩石撞击时，有产生火花的可能。

这种情况，火花的生成与金属无关，这个作用是当岩石晶体在张力下破裂时，冲击的机械能变为电能。

这种电能以电火花的形式释放出来。

火花在含有石英、氧化硅和砂岩组成的岩石中，尤其容易产生。

一般来说，在岩石中，石英的含量愈高，或其颗粒愈大，愈易引燃。

这一现象，可以用把汽油倾于岩石上，然后用一般的凿子和防爆凿子打击岩石的方法来证明。

为防止爆炸事故的发生，可将岩石浸入水中再进行操作．——用工具(无论钢铁制品，还是防爆工具)撞击或摩擦涂有铝涂料的钢铁热工件(管道，热容器、螺栓、螺母等)时，均有产生能够引燃爆炸性物质火花的可能。

——若铝、镁及其合金的粉粒在带锈(氧化铁)的钢铁8表面上略有粘附，则在受到硬物甚至硬橡胶或塑料的打击就可能发生一种剧烈放热的“铝热反应”，很可能引爆。

（五）黑色金属产生火花的机理钢铁制品经高速旋转的砂轮磨削为屑状颗粒。

这些钢粒具有一定温度，被空气中的氧激烈氧化，温度急剧升高。

钢粒表面形成一层固态的氧化铁薄膜。

由于钢粒内含有碳元素，在高温下，碳极易与氧化铁中的氧结合，生成一氧化碳。

这时，被还原的铁再次被氧化，然后再次被还原。

这种反应的多次重复，使内部积聚了相当多的一氧化碳气体。

但固态氧化铁薄膜约束着一氧化碳气体外逸，当其膨胀力大于外界压力时，一氧化碳就突破表面氧化亚铁薄膜的约束，使钢粒粉碎而逸出，呈现爆花状，光亮的“线”和“花”。

钢粒一次爆裂后，若在碎粒中仍残留未参加反应的铁和碳的微粒，将继续发生氧化反应和爆裂。

所以，钢粒中含碳量越高，则多次爆裂的时间间隔也越短，火花爆裂的次数和爆花量也越多。

从而可知，黑色金属制成的工具在与工作物碰撞和摩擦时会产生火花，而引起空气与可燃物质混合物的爆炸。

三、防爆工具在石油化工行业的应用石油化工企业随着我国改革开放的实施得到了9迅速发展，劳动保护技采水平有了相应提高。

石油化工是技术密集、资金密集的连续化大生产，是容易发生火灾爆炸事故的企业，安全生产尤为重要。

石油是从地下贮油构造中开采出来的，主要用作动力燃料和化工原料，它往往伴生天然气。

石油是易燃和可燃液体，特别在石油化工企业加工、储存和装卸石油和石油制品的地方，都可能出现可燃气体污染的区域。

这些地方一般划分为三种不同级别的爆炸危险区域。

1．石油化工行业的爆炸危险区域举例：0级危险区：在这个区域内，危险气体将经常存在。

包括储罐，其它容器和类似的密封装置等的蒸气空间，在0级区域内由于危险气体经常不断地出现，电气设备及防爆器具应尽可能不用。

如果要用，一定要采用符合0级区域要求的安全标准很高的产品。

1级危险区：在这个区域内，危险气体在正常操作条件下，很容易出现。

例如：a．向罐内灌注油品时，正在向外排气的排气孔；b．铁路罐车和汽车罐车灌装油时，正在向外排气的排气孔或人孔；c．油桶的装油口，d．没有顶盖的排油沟、污油池和油水分离器的10表面；e．浮顶罐有缺陷的圆周密封装置。