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关于防爆电气设备的防爆基础知识

作者: 来源:http://www.shpuxia.com 发布日期:2021.06.02 浏览次数:750
浦下小编与大家分享一下关于防爆型式、爆炸条件、爆炸物的分类等相关知识
  一、 防爆电气设备的防爆型式
  1.爆炸性混合物产生爆炸的条件
  爆炸是指物质从一种状态,经过物理变化或化学变化,突然变成另一种状态并放出巨大的能 量,而产生的光和热或机械功。在此仅谈及爆炸性混合物的爆炸,即所有的可燃性气体、蒸气及粉尘与空气所形成的爆炸性混合物的爆炸。这类爆炸需要同时具备三个条件才可能发生 :第一,必须存在爆炸性物质或可燃性物质;第二,要有助燃性物质,主要是空气中的氧气;第三,就是还要存在引燃源(如火花、电弧和危险温度等),它提供点燃混合物所必需的能量。只有这三个条件同时存在,才有发生爆炸的可能性,其中任何一个条件不具备,就不会 产生燃烧和爆炸。因此,采取适当的措施,使三个条件不同时具备即可达到防止爆炸的目的。由于爆炸性混合物普遍存在于煤炭、石油、化工、纺织、粮食加工等行业的生产、加工、 储运等场所,如发生爆炸则危害极大。于是,人们采取了多种防爆技术方法,防止爆炸危险性环境形成及其爆炸。
  2. 防爆电气设备基本防爆型式
  (1) 隔爆型“d”
  隔爆型防爆型式是把设备可能点燃爆炸性气体混合物的部件全部封闭在一个外壳内,其外壳 能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙,渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏,并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸气形成的爆炸性环境的点燃(参见GB 3836 2标准)。
  把可能产生火花、电弧和危险温度的零部件均放入隔爆外壳内,隔爆外壳使设备内部空间与 周围的环境隔开。隔爆外壳存在间隙,因电气设备呼吸作用和气体渗透作用,使内部可能存在爆炸性气体混合物,当其发生爆炸时,外壳可以承受产生的爆炸压力而不损坏,同时外壳 结 构间隙可冷却火焰、降低火焰传播速度或终止加速链,使火焰或危险的火焰生成物不能穿越隔爆间隙点燃外部爆炸性环境,从而达到隔爆目的。
  隔爆型“d”按其允许使用爆炸性气体环境的种类分为I类和IIA、IIB、IIC类。
  该防爆型式设备适用于1、2区场所。
  (2) 增安型“e”
  增安型防爆型式是一种对在正常运行条件下不会产生电弧、火花的电气设备采取一些附加措 施以提高其安全程度,防止其内部和外部部件可能出现危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。它不包括在正常运行情况下产生火花或电弧的设备(参见GB 38363标准)。
  在正常运行时不会产生火花、电弧和危险温度的电气设备结构上,通过采取措施降低或控制工作温度、保证电气连接的可靠性、增加绝缘效果以及提高外壳防护等级,以减少由于污 垢引起污染的可能性和潮气进入等措施,减少出现可能引起点燃故障的可能性,提高设备正常运行和规定故障(例如:电动机转子堵转)条件下的安全可靠性。〖JP〗
  该类型设备主要用于2区危险场所,部分种类可以用于1区,例如具有合适保护装置的增安型 低压异步电动机、接线盒等。
  (3) 本质安全型“i”
  本质安全型防爆型式是在设备内部的所有电路都是由在标准规定条件(包括正常工作和规定 的故障条件)下,产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的本质 安全电路。〖HTH〗“iɑ”等级电气设备〖HT〗是正常工作和施加一个故障和任意组合的两个故障条件下,均不能引起点燃的本质安全型电气设备;〖HTH〗“ib”等级电气设备 〖HT〗是正常工作和施加一个故障条件下,不能引起点燃的本质安全型电气设备(参见GB 38 364标准)。
  本质安全型是从限制电路中的能量入手,通过可靠的控制电路参数将潜在的火花能量降低到可点燃规定的气体混合物能量以下,导线及元件表面发热温度限制在规定的气体混合物的点 燃温度之下。
  该防爆型式只能应用于弱电设备中,该类型设备适用于0、1、2区(Ex iɑ)或1、2区(E x ib)。
  (4) 正压型“p”
  电气设备的一种防爆型式。它是一种通过保持设备外壳内部保护气体的压力高于周围爆炸性 环境压力的措施来达到安全的电气设备(参见GB 38365标准)。
  正压设备保护型式可利用不同方法。一种方法是在系统内部保护静态正压,而另一种方法是 保持持续的空气或惰性气体流动,以限制可燃性混合物进入外壳内部。两种方法都需要在设备起动前用保护气体对外壳进行冲洗,带走设备内部非正压状态时进入外壳内的可燃性气体 ,防止在外壳内形成可燃性混合物。这些方法的要点是监测系统,并且进行定时换气,以保证系统的可靠性。
  该类设备按照保护方法可以用于1区或2区危险场所。
  (5) 油浸型“o”
  油浸型防爆型式是将整个设备或设备的部件浸在油内(保护液),使之不能点燃油面以上或外壳外面的爆炸性气体环境(参见GB 38366标准)。
  这是一个主要用于开关设备的老的防爆技术方法。形成的电弧、火花浸在油下。
  该类型设备适用于1区或2区危险场所。
  (6) 充砂型“q”
  充砂型防爆型式是一种在外壳内充填砂粒或其他规定特性的粉末材料,使之在规定的使用 条件下,壳内产生的电弧或高温均不能点燃周围爆炸性气体环境的电气设备保护型式(参见G B 38367标准)。
  该防爆型式将可点燃爆炸性气体环境的导电部件固定并且完全埋入充砂材料中,从而阻止了火花、电弧和危险温度的传播,使之不能点燃外部爆炸性气体环境。通常它用于Ex“e” 或Ex“n”设备内的元件和重载牵引电池组。
  该类型设备适用于1区或2区危险场所。
  (7) “n”型防爆电气设备
  该类型电气设备在正常运行时,不能够点燃周围的爆炸性气体环境,也不大可能发生引起点 燃的故障(参见GB 38368标准)。
  “n”型电气设备正常运行时,即指设备在电气和机械上符合设计规范并在制造厂规定的范围内使用,不可能产生火花、电弧和危险温度。
  该类型电气设备仅适用于2区危险场所。
  (8) 浇封型“m”
  浇封型防爆型式是将可能产生引起爆炸性混合物爆炸的火花、电弧或危险温度部分的电气部 件,浇封在浇封剂(复合物)中,使它不能点燃周围爆炸性混合物(参见GB 38369标准)。
  采用浇封措施,可防止电气元件短路、固化电气绝缘,避免了电路上的火花以及电弧和危险温度等引燃源的产生,防止了爆炸性混合物的侵入,控制正常和故障状况下的表面温度。
  该类设备适用于1、2区危险场所。
  (9) 气密型“h”
  该类防爆电气设备型式采用气密外壳。即环境中的爆炸性气体混合物不能进入设备外壳内部。气 密外壳采用熔化、挤压或胶粘的方法进行密封,这种外壳多半是不可拆卸的,以保证长久气密性(参见GB 383611标准)。
  该防爆措施属于“n”型防爆措施范畴,GB 383611已被GB 38368—2003代替。
  (10) 特殊型防爆电气设备“s”
  指我国标准未包括的防爆类型式,该型式可暂由主管部门制定暂行规定,并经指定的防爆检 验单位检验认可能够具有防爆性能的电气设备。
  该类设备是根据实际使用开发研制,可适用于相应的危险场所。
  (11) 可燃性粉尘环境用电设备
  粉尘防爆电气设备是采用限制外壳最高表面温度和采用“尘密”或“防尘”外壳来限制粉尘 进入,以防止可燃性粉尘点燃(参见GB 124761标准)。
  该类设备将带电部件安装在有一定防护能力的外壳中,从而限制了粉尘进入,使引燃源与粉 尘隔离来防止爆炸的产生。按设备采用外壳防尘结构的差别将设备分为A型设备或B型设备。 按设备外壳的防尘等级的高低将设备分为20、21和22级,例如DIP A20、DIP A21、DIP B20 和DIP B21等。
  该类型设备按照等级适用于20、21或22区粉尘危险场所。
  在平常实际使用中可能很容易的看到,许多防爆电气产品在一个产品中就采用了多种防爆保护方法。例如,照明装置可能采用了增安型保护(外壳和接线端盒)、隔爆型保护(开关)和浇 封型保护(镇流器)。这样能够使制造商采用最适用的复合防爆保护方法。有一点要注意的是 ,产品铭牌上列出采取的防爆方法的顺序将往往告诉用户产品的结构,如一个产品被标识为Ex de,则极可能为隔爆型而其中带有增安型部件。另一个产品被标识为Ex ed, 则极可能不是隔爆型外壳(例如不锈钢或强化聚脂玻璃),而带有隔爆开关或部件安装其中。 两种产品可能均适用于1区,但他们是使用不同的防爆保护措施达到同样的目的。用户可根据自己的实际需要和所了解信息,来选择可提供在费用、性能和安全方面达到上佳平衡的防 爆型式的产品。
  二、危险场所的划分
  ----众所周知,在危险场所中安全地使用爆炸性环境用电气设备的前题条件是合理的选择、正确 的安装和必要的维护。合理的选择防爆电气设备,必然涉及到与其所在的危险场所要相适应。因此,首先要明确什么是危险场所?它又是如何划分的?
  危险场所就是由于存在着易燃易爆性气体、蒸气、液体、可燃性粉尘或者可燃性纤维而具有引起火灾或者爆炸危险的场所。典型的危险场所,如石油化工行业中爆炸性物质的生产、 加工和贮存过程中所形成的环境、煤矿井下(由于煤层中不断渗透出的甲烷气体而形成的工作环境)等等。按照GB 3836.14—2000(GB 3836.14标准等同于IEC 60079-10)要求,可用类别、区域 和组别三层概念来说明危险场所的划分。
  ----1 爆炸性物质的分类
  标准将爆炸性物质分为III类:
  I类:矿井甲烷;II类:爆炸性气体混合物(含蒸气、薄雾);III类:爆炸性粉尘(纤维或飞 絮物)。
  既首先要确定环境中存在着何类爆炸性物质,然后才按气体或粉尘的不同对危险场所进行划分。
  ----2 危险场所的界定
  按场所中存在物质的物态的不同,将危险场所划分为爆炸性气体环境和可燃性粉尘环境 。
  按场所中危险物质存在时间的长短,将两类不同物态下的危险场所划分为三个区,即:对爆炸性气体环境,为0区、1区和2区;对可燃性粉尘环境,为20区、21区和22区。
  ----(1) 爆炸性气体环境
  ----GB 3836.14—2000标准中规定:
    ----0区:爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。
    ----1区:在正常运行时,可能出现爆炸性气体环境的场所。
    ----2区:在正常运行时,不可能出现爆炸性气体环境,如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。
  ----在此,“正常运行”是指正常的开车、运转、停车,易燃物质产品的装卸、密闭容器盖的开闭,安全阀、排放阀以及所有工厂设备都在其设计参数范围内工作的状态。
  ----(2) 可燃性粉尘环境
  ----GB 12476.1—2000标准中规定:
  ----20区:在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现,其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和/或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。
  ----21区:在正常运行过程中,可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20 区的场所。
  该区域包括,与充入或排放粉尘点直接相邻的场所、出现粉尘和正常*作情况下可能产生可 燃浓度的可燃性粉尘与空气混合物的场所。
  ----22区:在异常条件下,可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。如果不能保证排除可燃性粉 尘堆积或粉尘层时,则应划分为21区。
  对危险场所的界定,解决了危险场所划分中爆炸性物质存在的时间问题。那么,长时间存在或偶尔发生的时间概念又怎么界定呢?欧洲有关资料中也相应地给出了具体的规定,见表1 。
  ----表1 场所划分
  危险物质 长期存在(大于1 000 h/年) 正常运行时存在(10-1 000 h/年) 仅在不正常时存在(少于10 h/年)
  气体 0区 1区 2区
  ----3 爆炸性物质的分组
  ----爆炸性物质的分类,将危险物质按其物态,进行粗划分。对同是气体的爆炸性物质,由于其爆炸特性差别很大,故又将爆炸性气体进行了分组。
  ----GB 3836.1通用要求中,将爆炸性气体按其实验电压安全间隙和最小试验电流分为A、B 、C三组。三组的代表性气体分别为:氢气&乙炔、乙烯和丙烷,具体的参数见表2。
  ----表2 爆炸性气体的分组
  组别 代表性气体 试验安全间隙 最小点燃电流
  IIC 乙炔氢气 <0.5mm <0.45
  IIB 乙烯 0.5~0.9 mm 0.45~0.8
  IIA 丙烷 >0.9 mm >0.8
  ----爆炸性物质的分组,可以说是基本上说明了危险场所中存在的是哪种危险物质。
  三、防爆标志
  防爆电气设备按GB 3836标准要求,防爆电气设备的防爆标志内容包括:
  防爆型式+设备类别+(气体组别)+温度组别
  1 防爆型式
  根据所采取的防爆措施,可把防爆电气设备分为隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、
  油浸型、充砂型、浇封型、n 型、特殊型、粉尘防爆型等。它们的标识如表1所示。
    表1 防爆基本类型
  防爆型式 防爆型式标志 防爆型式 防爆型式标志
  隔爆型 Ex d 充砂型 Ex q
  增安型 Ex e 浇封型 Ex m
  正压型 Ex p n型 Ex n
  本安型 E x iaEx ib 特殊型 Ex s
    油浸型 Ex o 粉尘防爆型 DIP ADIP B
  2 设备类别
  爆炸性气体环境用电气设备分为:
  I类:煤矿井下用电气设备;
  II类:除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。
  II类隔爆型“d”和本质安全型“i”电气设备又分为IIA、IIB、和IIC类。
  可燃性粉尘环境用电气设备分为:
  A型尘密设备;B型尘密设备;
    A型防尘设备;B型防尘设备。
  3 气体组别
  爆炸性气体混合物的传爆能力,标志着其爆炸危险程度的高低,爆炸性混合物的传爆能力越 大,其危险性越高。爆炸性混合物的传爆能力可用试验安全间隙表示。同时,爆炸性气体、液体蒸气、薄雾被点燃的难易程度也标志着其爆炸危险程度的高低,它用最小点燃电流 比表示。II类隔爆型电气设备或本质安全型电气设备,按其适用于爆炸性气体混合物的试验安全间隙或最小点燃电流比,进一步分为IIA、IIB和IIC类。
  如表2所示。
  表2 爆炸性气体混合物的组别与试验安全间隙或最小点燃电流比之间的关系
  气体组别 试验安全间隙MESG (mm) 最小点燃电流比MICR
  IIA MESG≥0.9 MICR>0.8
  IIB 0.9>MESG>0.5 0.8≥MICR≥0.45
  IIC 0.5≥MESG 0.45>MICR
  4 温度组别
  爆炸性气体混合物的引燃温度是能被点燃的温度极限值。
  电气设备按其最高表面温度分为T1~T6组,使得对应的T1~T6组的电气设备的最高表面温度 不能超过对应的温度组别的允许值。温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温 度之间的关系如表3所示。
  表3 温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温度之间的关系
  温度级别IEC/EN /GB 3836 设备的最高表面温度T[℃] 可燃性物质的点燃温度[ ℃]
  T1 450 T>450
  T2 300 450≥T>300
  T3 200 300≥T>200
  T4 135 200≥T>135
  T5 100 135≥T>100
  T6 85 100≥T>8
  5 防爆标志举例说明

  为了更进一步地明确防爆标志的表示方法,对气体防爆电气设备举例如下:

    如电气设备为I类隔爆型:防爆标志为ExdI

  如电气设备为II类隔爆型,气体组别为B组,温度组别为T3,则防爆标志为:ExdIIBT3。

  如电气设备为II类本质安全型ia,气体组别为A组,温度组别为T5,则防爆标志为:ExiaIIA T5。

  对I类特殊型:ExsI。

  对使用于矿井中除沼气外,正常情况下还有II类气体组别为B组,温度组别为T3的可燃性气体的隔爆型电气设备,则防爆标志为:ExdI/IIBT3。

  另外,对下列特殊情况,防爆标志内容可适当进行调整:

  (1) 如果电气设备采用一种以上的复合型式,则应先标出主体防爆型式,后标出其他的防爆型式。如:II类B组主体隔爆型并有增安型接线盒T4组的电动机,其防爆标志为:ExdeIIBT4 。〖JP3〗

  (2) 如果只允许使用在一种可燃性气体或蒸气环境中的电气设备,其标志可用该气体或蒸气 的化学分子式或名称表示,这时,可不必注明气体的组别和温度组别。如:II类用于氨气环 境的隔爆型的电气设备,其防爆标志为:ExdII(NH3)或ExdII(氨)。

  反过来,利用表2,制造厂可以按照防爆电气产品的使用环境决定产品的温度组别,按照温 度组别设计电气设备的外壳表面温度或内部温度。防爆电气设备的用户可以根据场所中可能出现的爆炸性气体或蒸气的种类,方便地选用防爆电气产品的温度组别。例如,已知环境中 存 在异丁烷(引燃温度460 ℃),则可选择T1组别的防爆电气产品;如果环境中存在丁烷和乙醚 (引燃温度160 ℃),则须选择T4组的防爆电气产品。

  对于粉尘防爆电气设备:

  如可用于21区的A型设备,最高表面温度TA为170 ℃,其防爆标志为:DIP A21 TA170 ℃或者DIP A21TA,T3;

  如可用于21区的B型设备,最高表面温度TB为200  ℃,其防爆标志为:DIP B21 TB200 ℃或者DIP B21TB,T3

  6 设置标志的要求

  (1) 应在电气设备主体部分的明显地方设置标志;

  (2) 标志必须考虑到在可能存在的化学腐蚀下,仍然清晰和耐久。如标志Ex、防爆型 式、类别、温度组别可用凸纹或凹纹标在外壳的明显处,

  标志牌的材质应采用耐化学腐蚀的材料,如青铜、黄铜或不锈钢。

  7 国际上常用的防爆电气设备标志举例

  表4

  国际电工委员会(IEC)Ex d [ia] IIC T5其中:Ex — 防爆d — 保护方式(隔爆型)[ia] — 本安输出关联设备II — 设备类别C — 气体组别T5 — 温度组别〖〗 CENELEC(欧洲电工委员会)EEx d [ia] IIC T5其中:EEx — 欧洲标志d — 保护方式(隔爆型)[ia] — 本安输出关联设备II — 设备类别C — 气体组别T5 — 温度组别

  US (NEC 505)(美国)* Class I, Zone 1, A Ex d [ia] IIC T5 其中:Class I — 允许的类别Zone 1 — 允许使用的场所A — 美国标准Ex — 防爆d — 保护方式(防爆型)[ia] — 本安II — 设备类别C — 气体组别T5 — 温度组别US(NEC 500)(美国)Explosionproof with I.S. Outputs,Clɑss I ,Division 1,Group A,B,C,D,T5其中:Explosionproofwith I.S. Outputs — 防护方式(除IS之外,可选择)Clɑss I — 允许的类别Division 1 — 允许的等级(除2级外,可选择)Groups A,B,C,D — 允许的气体组别T5 — 温度组别
  * NEC为美国电气规程,1996年,美国电气规程中增加了第505章,旨在与国际普遍采用的I EC标准体系的危险场所划分方法协调一致。NEC 500表示为适合于北美危险场所划分体系。
  四、防爆电气产品的安全使用应从危险场所的正确分类开始
  防爆电气产品的安全不仅取决于产品的安全性能,而且与产 品的安全使用密切相关,文章重点介绍了防爆电气产品安全使用的重要基础工作,即危险场 所分类的有关问题。
  1 防爆电气产品的安全使用是和产品安全性能同等重要的问题
  长期以来,我国涉及防爆电气安全的我国标准,主要是防爆电气基础标准(国标GB 3836 系列为 主的制造检验标准)和防爆电气产品标准。这些标准的实施主体是产品制造企业和防爆电气产品质检机构。但是防爆电气产品在危险场所使用能否确保防爆安全,不仅有赖于设计制造 和检验部门提供高防爆安全性的产品,而且有赖于产品用户部门的安全使用。性能质量再好的防 爆电气产品如果使用不当,不仅不能起到防爆作用,甚至可能成为危及安全的可怕**。许 多惨痛的爆炸事故都证明了这点。例如,防爆电气产品电缆引入装置中的橡胶密封圈,是一个保 持产品防爆性能的重要零件,这个零件在使用中往往被人们所忽视,不能被正确的选型、安 装和维护。如,有的用户在维修后未将其压紧,有的选用的密封圈尺寸和材质不符合标准要求,有的检修后干脆不安装密封圈。结果就使危险场所中的可燃性气体可以畅通无阻地进 入接线盒空腔内。一旦接线盒内的接线端子的连接处出现电弧。火花时,就可能点燃可燃性气体,引起爆炸。类似这种不能安全使用防爆电气产品而引起爆炸事故的例子在爆炸事故总 的统计中占有很大的比例。
  由此可见,防爆电气产品的安全使用和反映防爆电气产品安全性能的制造质量是同等重要的。这正如我们有病时,通常都需要医生在对我们身体的各种症状进行仔细检查确诊后,再指 导我们正确地服药的道理一样。质量合格的药物必须和正确的使用相结合,才能起到安全的对症治病的作用,否则可能适得其反——质量合格的药不仅不能安全地治病,甚至可能危及 身体安全。
  我们所说的防爆电气产品安全使用,一般包括下述几个方面:正确地划分爆炸危险场所的类别;正确地选型、安装防爆电气产品;正确地维护、检修防爆电气产品。
  由上述可见,防爆电气安全是一项系统工程,它包括防爆电气产品的设计、制造、检验、危险 场所的分类、防爆电气产品的选型安装、维护检修,以及与此有关的质量管理、人员培训等 各个环节。任何环节的疏忽都可能成为爆炸事故的隐患。
  诚然,许多用户部门也认识到防爆电气产品的安全使用对保证防爆安全的重要意义,但是苦于长期以来没有一套完整的我国标准可循,因此,只能根据经验和一些不完整的资料制订出 一些部门标准、规范来实行防爆电气产品安全使用的技术生产管理。因此,尽快制订出一套完整的、并可与国际标准接轨的我国标准,一直都是各方面迫切关注的。
  近年来,随着我国防爆电气标准化工作的发展及加强与国际标准接轨的需要,我国防爆电气标准也由过去的产品制造检验标准为主的状况,逐步演变为包括制造检验、场所划分、选型 安装和维护检修等标准组成的完整的防爆电气安全标准体系。“危险场所的分类(GB 3836 14—2000)”、“危险场所电气安装(GB 383615—2000)”、爆炸性气体环境用电气设备的检修(GB 383613—1997)”三项标准第一次以我国标准形式,完整地规定了用户部门安全使 用防爆电气产品的各项技术和管理要求,对爆炸危险场所的安全生产有着十分重要的意义。 此外,由于这三项标准和国际标准实施了接轨,从而也为我国石油化工装置进入国际市场,以及做好引进设备的防爆安全生产和技术管理创造了有利的条件。
  2 危险场所分类是实现防爆电气产品安全使用的最重要的基础工作
  上述三项标准对用户部门来说,首要的、最基础的工作是对本部门所涉及的爆炸危险场 所的分类。这正如一个就诊的患者,首先要通过全面检查和医生对症状的分析判断后的确诊一样。准确的确诊是对症治疗和安全用药的基础。本文专门针对国标“危险场所分类” (GB 383614—2000)进行一些分析介绍。
  2.1 危险场所分类的目的
  危险场所分类是对可能出现爆炸性气体环境的场所进行分析和分类的方法。场所分类的目的 , 是为了使用于该类爆炸危险场所的防爆电气设备的选型和安装具有足够的安全性和良好的经济性。因为在使用可燃性物质的危险场所,要保证爆炸性气体环境永不出现是困难的。同样 ,要确保使用于危险场所的电气设备永不成为点燃源也是困难的。因此,危险性大的场所( 即 出现爆炸性气体环境可能性大的场所)应选择安全性能高的防爆电气设备类型。反之,对于危险稍小的场所(即出现爆炸性气体环境可能性稍小的场所),可选择安全性稍低(但仍具有 足够安全性)、价格相对便宜的防爆电气设备类型。
  2.2 危险场所分类工作的主要内容
  危险场所分类工作主要有两方面的内容:
  (1) 根据爆炸性气体环境出现的频率和持续时间把危险场所分为三个区域
  0区:爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所;
    1区:在正常运行时,可能出现爆炸性气体环境的场所;
  2区:在正常运行时,不可能出现爆炸性气体环境,如果出现也是偶尔发生,并且仅是短时间存在的场所。
  (2) 确定危险场所存在的数量和范围
  因为仅仅确定某处危险场所的区域类别还不够,还必须确定这类危险场所在设备内部和周围存在的数量,而且要确定每类危险场所的空间范围,也就是说要对场所的空间范围进行 准确的定量。
  2.3 危险场所分类的基本安全原则
  (1) 对处理或贮存可燃性物质的设备及装置进行设计时,应尽可能使危险场所的类别成为危 险性最小的类别,尤其应使0区场所及1区场所的数量及范围都成为最小,亦即尽可能使大多 数的危险场所都成为2区场所。
  (2) 工艺流程用设备应主要为2级释放源,如果达不到此要求,也应使该释放源以极有限的 量及释放率向空气中释放。
  (3) 危险场所的类别确定后,不得随意进行变更。对于维修后的工艺设备,必须认真检查后确认其是否能保证原有设计的安全水平。

  2.4 危险场所分类的思路
  由危险场所的定义可知,危险场所是爆炸性气体环境出现或预期可能出现的数量达到足以要 求对电气设备的结构、安装和使用采取专门安全预防措施的区域。
  由定义可见,判断场所是否为危险场所,主要根据该场所是否可能出现爆炸性气体环境,而爆炸性气体环境形成的条件,是可燃性气体的浓度范围是否处于爆炸极限范围内。可燃性气 体在空气中的浓度在这个爆炸极限(即爆炸下限和爆炸上限)范围内,遇点燃源即可形成爆炸 ;若超出这个范围,即使用很强的点燃源也不能激发爆炸。也就是说,凡是浓度低于爆炸下 限或高于爆炸上限的混合物,与点燃源接触时都不会引起火焰自行传播。浓度低于爆炸下限时,由于过 量的空气作为惰性介质参与燃烧反应,消耗一部分反应热,起了冷却作用,阻碍火焰自行传播;相反,浓度高于爆炸上限时,由于可燃物过剩,即空气量不足,导致化学反应的不完全 ,反应放出的热量小于损耗的热量,因而也阻碍火焰蔓延。
  由上述可见,场所中的可燃性气体出现的数量是决定场所危险性的关键,而场所中可燃性气体的出现,主要取决于可燃性气体释放源及影响可燃性气体积聚的通风状况。因此,我们可 以 理出这样一个解决问题的思路:场所根据其危险性大小分类——场所的危险性取决于场所 中爆炸性气体环境出现的数量——爆炸性气体环境是由可燃性气体的出现数量,即爆炸极限决定的——可燃性气体出现的数量取决于释放源和场所的通风状况。
  2.5 场所分类的方法
  场所分类方法的核心问题是对场所中可能出现爆炸性气体环境基本概率的分析,这需要有经 验的专业人员的研究和参与,同时,要积累和收集场所中每台设备的运行状况和场所环境因素等资料。因此,场所分类应由熟悉可燃性物质性能、设备和工艺状况的专业人员与从事 安全、电气及其他相关工程技术人员讨论确定。具体方法如下:
  (1) 查找和确定释放源

  场所中存在可燃性气体或蒸气才有可能形成爆炸性气体环境。因此,首先必须查找场所中的含有可燃性物质的储存设备、加工设备或输送管道是否可能向场所中释放出可燃性气体或蒸 气,或者空气是否可能进入容器内与可燃性气体或蒸气混合形成爆炸性混合物。
  每一台设备(例如储罐、管道、泵、压缩机等),如果其内部含有可燃性物质,就应该被视为 潜在的释放源。如果它们不可能含有可燃性物质,那么很明显它们的周围就不会形成爆炸性混合物。如果该类设备虽含有可燃性物质,但不可能逸出或泄漏到场所中,则可以不视为释 放源(例如:设置于某一空间的无接缝的管道)。
  如果已确认设备会向场所中释放可燃性物质,则应先确定释放频率和持续时间,并据此确定释放源的等级:
  1) 连续级释放源:连续释放或预计长期释放的释放源。
  如,固定顶的油罐上部空间和排气口;敞开的可燃性液体容器的液面附近处等,均应视为连续级释放源。
  2) 1级释放源:在正常运行时,预计可能周期性或偶尔释放的释放源。
  如,正常运行时,预计会向周围场所释放可燃性物质的泵、压缩机或阀门的密封处;含有可燃性液体的容器上的排水口处;正常工作时,预计可燃性物质可能释放到周围场所中的取样 点;正常工作中,预计会释放可燃性物质的泄压阀、排气孔或其他开孔等均应视为1级释放 源。
   3) 2级释放源:在正常运行时,预计不可能释放,如果释放也仅是偶尔和短期释放的释放源。
  如,正常运行时,不可能泄漏的压缩机或阀门的密封处;正常运行时,不可能泄漏的法兰、连接件或管道接头;正常运行时,不可能向周围场所释放可燃性物质的取样点等均应视为2 级释放源。
  (2) 确定危险场所的区域类型
  划分危险场所的区域类型主要依据场所中的释放源等级和通风条件。
  一般来说,连续级释放源形成0区危险场所;1级释放源形成1区危险场所;2级释放源形成2 区危险场所。
  同时应根据通风条件确定区域划分。如通风良好时,可降低危险场所的区域类别。反之,如通风不良时,可提高危险场所的区域类别。这是因为释放到周围场所中的可燃性气体或蒸气 ,会借助于通风形成的空气流动或扩散,使其浓度稀释至爆炸下限以下。
  (3) 确定危险场所的区域范围
  影响危险场所区域范围的有可燃性气体或蒸气的释放速率、气体的爆炸下限、相对密度、通风条件等诸多因素,因此要对它们的影响综合分析后,确定危险场所的区域范围。
  2.6 影响危险场所区域范围的因素
  (1) 可燃性物质的释放速率
  释放速率越大,单位时间内释放到周围场所中的可燃性物质的量就越多,则危险区域的范围相应就越大。
  (2) 爆炸下限
  对于一定的释放量,爆炸下限降低,则浓度达到爆炸下限之上的爆炸性气体混合物的量就相应增加,危险区域的范围也会相应变大。
   (3) 气体或蒸气的相对密度
  如果气体或蒸气的相对密度比空气小,那么轻于空气的气体和蒸气就向上飘逸,这样,释放源 上方垂直方向的危险区域范围将随着相对密度的减小而扩大;如果气体或蒸气的相对密度比 空气大,那么重于空气的气体或蒸气就趋于沉积在地面上,这样,在地面附近,危险区域的水平范围将随着相对密度的减小而扩大。
  (4) 通风
    加大通风量,可以缩小危险区域的范围。这是因为通风可以将场所中泄漏的可燃性气体或蒸气吹散或稀释,使危险区域的范围缩小。如果通风效果良好,通风换气量足够大,并且通风 连续存在,例如,有备用风机等,则可以降低危险场所的区域类别。
  此外,释放源周围的障碍物可以影响通风效果,使危险区域的范围扩大。另一方面,如果障碍物(如堤坝、围墙、天花板等)能阻挡可燃性气体或蒸气向周围进一步扩散,这时障碍物能限制危险区域的范围进一步向外围扩展。
  不同的通风条件对危险区域范围的影响可以分析如下:
  1) 自然通风和整体强制通风时
  如上所述,虽然通常情况下连续级释放源形成0区场所,1级释放源形成1区场所,2级释放源 形成2区场所。但是,实际的生产现场由于通风的影响,情况要复杂得多。例如,通风良好,也许会使危险场所的区域范围小到忽略不计,也许会成为危险性较低的区域类别。如果通 风效果特别好,也许会成为非危险场所。反之,如果通风不良,也许会扩大危险场所的区域范围,也许会成为危险性较高的区域类别。
  2) 局部强制通风时
  一般情况下,采用局部强制通风稀释爆炸性混合物,比自然通风和整体强制通风的效果更好。其结果会使危险场所的区域范围缩小,甚至会缩小至可忽略不计的程度。也许会成为危险 性较低的区域类别。甚至成为非危险场所。
  3) 无通风时
  无通风的场所存在释放源时,连续级释放源肯定会形成0区场所,1级释放源也可能形成0区场所,2级释放源也可能形成1区场所。但是,特殊情况下,例如释放量极小或监视释放时,也可能使之成为危险性较低的类别。
  4) 障碍物限制通风时
   如果危险场所内有障碍物影响通风时,则会使危险场所的范围扩大,或使之成为危险性较高的类别。考虑障碍物影响时,应特别注意地坑及凹处的气体或蒸气的相对密度。
   5) 通风装置出现故障时
  对危险场所进行分类是以通风装置正常工作为前提的。如果通风装置故障时的危险可以忽略不计(如另外设置有自动待机系统时),则没有必要改变以通风装置正常工作为前提所确定的危险场所分类。但是,如果通风装置的故障危险不容忽视,则应预测无强制通风时爆炸性混 合物的范围的扩大程度,同时还应预测通风装置出现故障的频率及持续时间,并据此来确定场所的类别。
  如果通风装置不出现故障或即使有故障也很短暂,则应把因通风装置的故障而扩展的危险场所定为2区场所。
  如果在通风装置出现故障时,能够采取措施防止可燃性物质的释放(例如:工艺流程自动停 止),则不必改变原确定的场所分类。
  6) 其他条件
  气候条件、地形等其他因素也能影响爆炸危险区域的范围。综上,在确定危险区域时应注意以下事项:
   重于空气的气体或蒸气可能流入低于地面的空间,例如凹槽和沟;轻于空气的气体或蒸气可 能会滞留在高处的空间,例如屋顶空间;如果释放源位于车间外面或场所附近,应该采取措施防止大量的可燃性气体或蒸气进入车间或场所;通风的状况对爆炸危险场所的范围影响很 大,在进行区域划分时应十分注意。
  2.7 根据危险场所分类示意图和危险场所划分举例确定场所类别及范围
  在生产现场仅根据成套设备或成套设备设计的粗略审查,就把设备周围的各部分确定为0区 、1区或2区场所几乎是不可能的,而必须仔细地分析爆炸性混合物形成的各种可能性。
  要想确定可燃性物质释放的频度、释放时间、释放速率、浓度、通风及其他影响危险场所类别、范围的要素,就必须对可能形成释放源的容纳可燃性物质的工艺流程用设备逐一进行仔 细的考察分析。我国标准GB 3836.14—2000《爆炸性环境用电气设备 第14部分:危险场所 分类》中给出了“危险场所分类示意图”及“危险场所划分举例”的提示性附录,这些资料 为掌握场所分类原理及方法提供了实际帮助。但是标准中给出的一些危险区域范围示例都是 在一定条件下划分的,使用时应注意其限定条件。标准中给出的示例仅是指导性范例,若要将标准中的例子用于实际的场所分类,必须考虑实际的特殊环境和各种不同情况的特殊细节 ,例如,油井设施危险区域的划分是指在一般情况下确定的。如果油井的油压或气压非常高,则危险区域的相应范围就会扩大。此外,每个例子中只给出了一些影响参数,而不是全 部,一般情况下,考虑到这些因素 是特殊规定的,而且有一些是定性的而不是定量的,所以分类结果较为保守。也就是说,若可能更严密地规定运行参数,便会得到更准确的场所分类结果。
  五、新的气体防爆标准通用要求的变化
  GB3836.1—2000《爆炸性气体环境用电气设备 通用要求》已经我国技术监督局批准正式颁布,该标准的修订情况一直是大家十分关心的问题,现将其主要修订内容介绍如下:
  根据“采用国际标准和国外先进标准管理办法”的规定和我国有关技术政策,本次标准的修订紧跟国际标准的修订动态,等效于IEC60079—0:1998标准。在主要技术内容上和编写方法上与之相同,仅在技术上有很小的差异。这些差异均以“注”(脚注或注释)的形式出现,内容较多时增加附录加以说明。
  一、GB3836.1—2000(以下简称本标准)与IEC60079—0:1998(以下简称IEC标准)的主要差异
  本标准与IEC标准的不同之处,总计有两个条文、三个附录。即第8.3条,IEC标准条文是“8.1的规定不适用于Ⅰ类携带式测量仪表”。而我国标准对Ⅰ类携带式或支架式电钻、携带式仪表、灯具均已有规定,且多年的实践证明是安全可行的。近年我国又制定了国标GB13813,用摩擦火花试验方法对其考核。故本标准对IEC标准未做规定的携带式仪表进行规定,以便于这类产品的设计、制造和检验。又如27.1条的注,IEC标准只有正文,没有注。但如何考虑保证在“可能存在化学腐蚀的情况下,仍然“清晰耐久”,在执行中会有不同的理解。为了统一认识,根据我国标准对标牌的要求,以注的形式,将我国标准中行之有效的有关要求,对“清晰和耐久”做了进一步的说明。
  “附录A:检验程序”。IEC标准无检验程序的具体规定,为适应我国防爆电气产品检验工作的需要,增加了附录A。“附录C:Ⅰ类电气设备防潮要求”。IEC标准对Ⅰ类电气设备防潮要求无具体规定,由用户和制造厂商定相应措施。根据我国煤矿井下的特殊要求,对防潮提出了具体要求,规定了试验方法和最少周期数。
  “附录E:Ⅰ类电气设备塑料外壳特殊要求”。IEC标准中无此规定,根据我国煤矿井下的特殊要求,Ⅰ类电气设备塑料外壳应具有阻燃性能,具体试验方法和要求在附录C中规定。
  IEC标准关于将矿用安全帽灯标准纳入问题尚在考虑中”,为适应我国矿用安全帽灯的生产、检验和使用,本标准暂采用我国标准GB7957的规定。
  以上为本标准与IEC标准的不同之处,其余均等同IEC标准。
  二、本标准与GB3836.1—83(以下简称原标准)的差异
  1.标准名称
  标准名称由“爆炸性环境用防爆电气设备”改为“爆炸性气体环境用电气设备”,以区别于爆炸性粉尘环境。本标准在编写方法上取消了“篇”的规定。
  2.防爆型式
  防爆型式专用标准中取消了“无火花型电气设备n”,和“气密型电气设备h”。因“n”型可不符合本标准的规定,它是一种不考虑安全系数的防爆电气设备,只能适用于2区较安全的场所。“h”型标准是参照IEC79〖CD1〗15“n”型电气设备中密封装置的要求而制定的。随着“n”型标准等同或等效IEC79—15标准,“h”型将随着取消。本标准增加了矿用安全帽灯的规定。
  3.引用标准
  引用标准中凡我国标准与IEC和ISO标准等同或等效的,均采用我国标准。根据采用国际标准的有关规定,我国标准与IEC和ISO标准不等同或等效的,均直接采用国际标准,以促使这些标准尽快修订与国际标准等同或等效。
  标准中直接引用的IEC和ISO标准,均在标准条文中加以引用,这些标准均无我国标准与之等同、等效。故直接引用IEC和ISO标准。
  4.定义和符号
  与原标准相比修订了“爆炸性环境用防爆电气设备”为“电气设备”,“爆炸性气体混合物”为“爆炸性气体环境”。取消了“特殊紧固件”、“护圈”、“沉孔”、“样机”和“试样”、“温度组别”等定义。增加了“工作温度”、“最高工作温度”、“额定值”、“额定”、“Ex电缆引入装置”、“压紧元件”、“夹紧装置”、“接线空腔”、“连接件”、“Ex元件”、“符号X”、“符号U”等定义。其中“Ex电缆引入装置”、“Ex元件”是一种较新的概念。Ex电缆引入装置,作为一种设备单独试验并取证和设备外壳一起安装而不需再发证书的电缆引入装置。按国际上惯例,电缆的引入装置可以做为一种单独设备从设备外壳上取下,是一种专门的标准零件。可以用螺纹、光孔等方法与设备外壳连接,引入装置符合本标准附录D或IEC60079—0附录B的规定。而我国一般电缆引入装置都与设备外壳铸在或焊在一起。不能作为一种专门的标准零部件。同样,Ex元件是一种不能单独使用的防爆部件,它可以单独取证,但防爆合格证号之后为符号U。当它与其他电气设备或系统一起使用时需附加认证,即需另外取证。Ex元件应符合本标准附录F或IEC60079—0附录C的规定。
  5.电气设备分类和温度组别
  爆炸性气体环境用电气设备分为Ⅰ类(煤矿用)和Ⅱ类(除煤矿外的其他爆炸性气体环境用)电气设备。Ⅱ类隔爆型“d”和本质安全型“i”电气设备,按爆炸性气体特性又分为ⅡA、ⅡB和ⅡC类。取消了原标准“级别”的概念。只有隔爆型“d”和本质安全型“i”按试验安全间隙(MESG)和最小引燃电流(MIC),又进一步划分为ⅡA、ⅡB和ⅡC类。不同于原标准“分为A、B、C三级”。
   所有防爆型式的Ⅱ类电气设备分为T1~T6组,并在产品上标出最高表面温度的有关标志。温度标志可优先按表1标出温度组别,或标出最高表面温度,或二者都标出。二者都标时
  最高表面温度放在前面,如最高表面温度为125℃的工厂用增安型:ExeⅡ125℃(T4)。必要时给出其限定使用的气体名称,如:Ⅱ类用于氨气环境的隔爆型:ExdⅡ(NH3)或ExdⅡ氨。
  6.环境温度
  环境温度超出-20~+40℃范围时,除可按原标准规定在标牌上标出外,本标准规定还可在防爆合格证号之后加“X”符号表示。
  7.对所有电气设备的规定
  与原标准相比增加了6.1爆炸性气体环境用电气设备应符合的规定。对电气设备承受一些不利的条件(如:运行条件恶劣、潮湿影响、化学剂影响、环境温度的变化),由用户提出要求,用户和制造厂协商解决,这是国际惯例。考虑到我国煤矿井下潮湿的特殊情况,对Ⅰ类电气设备补充了统一的防潮规定,具体要求见附录C。对具有快开式门或盖的电气设备,要限制其开门的速度,内装电容器时开门所需时间间隙须大于电容器放电至下列剩余能量所需时间:充电电压大于200V时ⅡA电气设备0.2mJ,ⅡB电气设备0.06mJ,ⅡC电气设备0.02mJ。充电电压低于200V时剩余能量可为上述值的2倍。与原标准相比,增加了低于200V时可为上述值2倍的规定。充电电压大于200V时的规定与原标准一致。内装电热元件的规定与原标准一致。
  8.非金属外壳和外壳的非金属部件
  对于非金属外壳和外壳的非金属部件(即原标准的塑料外壳),改动较大。本标准规定:
  非金属外壳和外壳的非金属部件应按23.4.7的规定进行耐热、耐寒、机械、光老化、耐化学试剂、表面电阻等试验,密封圈应按附录D中3.3的规定进行老化试验。
  在制造厂向检验单位提供的文件中,对非金属外壳的材料的有关参数(如:制造厂名、颜色、成分比例、表面处理符合的标准等)和加工工艺过程应给予说明,并由制造厂对其负责,检验单位可不对其审查,只对其存档备查。
  塑料外壳或外壳部件的最高表面温度至少应比对应20000h点的温度指数TI低20K。并且还应能经受耐热、耐寒试验的考核。
  对移动式可能被摩控或擦拭塑料部件的固定式电气设备,应设计为正常维护和进行清洁时能防止产生引燃危险的静电电荷的结构。不能防止时应用警告牌说明运行中须采取的安全措施。
  Ⅰ类电气设备塑料外壳的表面大于100cm3时,按照23.4.7.8在特定条件下[温度(23±2)℃相对湿度(50±5)%],测得的表面绝缘电阻不应超过1GΩ。温度标志可优先按表1标出温度组别,或标出最高表面温度,或二者都标出。
  Ⅱ类电气设备除通过合理选材达到上述要求外(表面电阻不超过1GΩ),还可通过限定塑料外壳和外壳部件的最大表面面积来达到(ⅡA、ⅡB类电气设备不得超过100cm2,如塑料裸露部分用接地金属框架围着,可不超过400cm2;ⅡC类电气设备包括透明件不得超过20cm2,如塑料部件有附加防静电电荷措施,可增至100cm2)。也可选择合理尺寸、形状和布置,或采取其他安全措施来达到。如不能通过外壳的设计来避免产生引燃危险静电电荷时,则应设一个警告牌标明在运行中采用的安全措施。
  应该注意的是在选择电气绝缘材料时,应考虑其最小表面绝缘电阻,以防止塑料部件碰触带电件而产生的问题。用于有爆炸性气体长时间持续存在的场所(如0区场所)的塑料外壳部件还应有更进一步的限制。
  与IEC标准相比增加了“Ⅰ类电气设备塑料外壳应具有阻燃性能的要求,具体规定见附录E。即按GB11020FV法试验不低于FV2的要求,以适应我国煤矿井下特殊情况的需要。
  允许在塑料外壳上攻螺孔,只要螺纹形状适合于塑料材质,满足防爆型式专用标准要求即可。
  9.含轻金属的外壳
  本标准对原标准的名称“轻合金外壳”进行了修订,含义也有所不同。Ⅰ类电气设备外壳材料的铝、钛和镁的总含量(按质量百分比)不允许大于15%,且钛和镁的总含量不允许大于6%,Ⅱ类电气设备外壳材料的含镁量(按质量百分比)不允许大于6%。不同于原标准只规定含镁量不大于0.5%和抗拉强度不低于120MPa的规定。
  Ⅰ类携带式仪表IEC标准未做规定,我国原标准对Ⅰ类携带式电钻、仪表和灯具等的外壳已有规定,多年的实践证明是行之有效的。对于含镁量的问题近年来有些争议,故本标准除采
  用IEC的规定外,还增加了允许用GB13813规定的摩擦火花试验方法考核含轻金属的材料的安全性的规定。
  含轻金属的外壳也允许攻螺孔,只要螺纹形状适合于外壳所用材料,并满足相应防爆型式专用标准的要求即可。
  10.紧固件
   一般电气设备的紧固件只允许用工具才能松开或拆除。对“防松装置”不做规定,需要时由各防爆型式专用标准规定。
  含轻金属的外壳的紧固螺钉允许用轻金属或塑料制成,只要紧固件材料适用于外壳材料,满足防爆形式专用标准的要求即可。
  特殊紧固件的要求与原标准有较大不同。原标准特殊紧固件是指将螺栓头放入凹窝或沉孔中,只能用专用工具才能打开。这次修订对凹窝和沉孔只看做保


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