防爆知識基礎學習篇帶你一次了解

時間：2020-08-06

防爆知識基礎學習篇帶你一次了解
  


防爆技術(shù)基礎

石油、化工、煤炭和*等許多工業(yè)部門，在生產(chǎn)、加工、運輸和貯存的各個過程中，經(jīng)?？赡苄孤痘蛞缟⒊龈鞣N各樣的易燃易爆氣體、液體和各種粉塵及纖維。這類物質(zhì)與空氣混合后，可能成為具有爆炸危險的混合物，當混合物的濃度達到爆炸濃度范圍時，一旦出現(xiàn)火源即會引起爆炸和發(fā)生火災等嚴重事故。因此在這類危險環(huán)境中使用的電氣設備都必須經(jīng)過專業(yè)機構(gòu)認證的具有防爆性能的產(chǎn)品。

1 危險場所的劃分

根據(jù)**電工**（IEC）制定的關于危險環(huán)境的劃分中明確規(guī)定，在大氣條件下，粉塵或纖維狀的可燃物質(zhì)與空氣形成混合物在點燃后燃燒傳至未全部未燃混合物的環(huán)境為爆炸性粉塵環(huán)境，稱為I類環(huán)境；在大氣條件下，氣體、蒸氣或薄霧狀的可燃物質(zhì)與空氣形成混合物在點燃后燃燒傳至全部未燃混合物的環(huán)境為爆炸性氣體環(huán)境，稱為II類環(huán)境。
危險場所是指危險環(huán)境出現(xiàn)或預期可能出現(xiàn)的數(shù)量達到足以要求對電氣設備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采用專門措施的區(qū)域，根據(jù)爆炸性環(huán)境出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間把危險場所劃分為不同的區(qū)域。

1.1 爆炸性粉塵環(huán)境危險區(qū)域的劃分

根據(jù)可燃性粉塵/空氣混合物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間及粉塵層的厚度進行分類，可分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。
20區(qū)：zone 20，在正常運行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和較厚的粉塵層的場所及容器內(nèi)部。
21區(qū)：zone 21，在正常運行過程中，可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場所。該區(qū)域包括與沖入排放粉塵點直接相鄰的場所、出現(xiàn)粉塵層和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所。
22區(qū)：zone 22，在異常條件下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)并且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應劃分為21區(qū)。

1.2 爆炸性氣體環(huán)境的危險區(qū)域劃分

根據(jù)可燃性氣體出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間將危險場所劃分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。
0區(qū)：zone 0，爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時間存在的場所，危險環(huán)境存在的時間大于1000小時/年。
1區(qū)：zone 1，在正常運行時，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的場所，危險環(huán)境存在的時間在10～1000小時/年之間。
2區(qū)：zone 2，在正常運行時，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，如果出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生并且僅是短時間存在的場所，危險環(huán)境存在的時間少于10小時/年。
在此，“正常運行”是指正常的開車、運轉(zhuǎn)、停車，易燃物質(zhì)產(chǎn)品的裝卸、密閉容器蓋的開閉，安全閥、排放閥以及所有工廠設備都在其設計參數(shù)范圍內(nèi)工作的狀態(tài)。

2 氣體組別與溫度組別

對于II類爆炸性氣體環(huán)境來說，按照爆炸性氣體混合物較大試驗安全間隙或較小點燃電流比，將爆炸性氣體分為A、B、C三個組別。氣體分組和點燃溫度在一定環(huán)境溫度和壓力下與可燃性氣體和空氣的混合濃度有關。
溫度組別是在爆炸性環(huán)境中使用的電氣設備按其較高表面溫度來劃分的，較高表面溫度是電氣設備在規(guī)定范圍內(nèi)的較不利運行條件下工作時，可能引起周圍爆炸性環(huán)境點燃的電氣設備任何不見或電氣設備的任何表面所達到的較高溫度。爆炸性氣體環(huán)境的溫度組別分為T至T 六組，在假定基礎環(huán)境溫度為40℃時，各組別的溫度為 T1—450℃、T2—300℃、T3—200℃、T4—135℃、T5—100℃、T6—85℃。下面就是  一些典型的爆炸性氣體對應的氣體組別和溫度組別。
對于爆炸型粉塵環(huán)境，按照粉塵的點燃溫度劃分為T11、T12、T13三組，分別對應點燃溫度為：T11——大于270℃；T12——200℃；T13——150℃。
對于電壓不**過1.2V、電流不**過0.1A，且能量不**過20微焦或功率不**過25mw的電氣設備，在經(jīng)過防爆檢驗部門認可后，可直接使用于工廠爆炸性氣體環(huán)境中和煤礦井下。

3 爆炸防護的基本原理

現(xiàn)代用于工業(yè)生產(chǎn)的可燃物種類繁多，數(shù)量龐大，而且生產(chǎn)過程情況復雜，因此需要根據(jù)不同的條件采取各種相應的防護措施。從爆炸破壞力的形成來看，爆炸一般需要具備5個條件：
⑴提供能量的可燃性物質(zhì)（釋放源）；
⑵輔助燃燒的助燃劑（氧化劑）；
⑶可燃物質(zhì)與助燃劑的均勻混合；
⑷混合物放在相對封閉的空間（包圍體）；
⑸有足夠能量的點火源。
上述條件中的點火源、可燃物質(zhì)和助燃劑是燃燒爆炸的三要素，防爆技術(shù)就是根據(jù)這些爆炸條件，采取相應的技術(shù)措施和管理措施，達到預防事故的目的。

3.1 可燃物濃度的抑制

爆炸強度與爆炸性混合物的濃度有密切關系，爆炸強度隨濃度變化的關系近似于正弦曲線，濃度或低或過高都不能發(fā)生爆炸，這兩個點稱為爆炸下限濃度和爆炸上限濃度。在爆炸下限濃度以下，由于可燃性物質(zhì)的發(fā)熱量已經(jīng)低到不能維持火焰在混合物中傳播所需要的較低溫度，因而該混合物不能被點燃；若濃度逐漸增加而**過爆炸上限濃度時，雖然可燃物質(zhì)增加，但助燃的氧氣濃度**化學當量值，不能滿足混合物完全燃燒的需要，也不會發(fā)生爆炸。
因此可以通過可燃物濃度的控制來預防爆炸事故的發(fā)生，或者把爆炸事故可能造成的破壞力降到較小限度。

3.2 氧濃度的控制

 在爆炸氣氛中加入惰化介質(zhì)時，一方面可以使爆炸氣氛中氧組分被稀釋，減少了可燃物質(zhì)分子和氧分子作用的機會，也使可燃物組分同氧分子隔離，在它們之間形成一層不燃燒的屏障；當活化分子碰撞惰化介質(zhì)粒子時會使活化分子失去活化能而不能反應。另一方面，若燃燒反應已經(jīng)發(fā)生，產(chǎn)生的游離基將與惰化介質(zhì)粒子發(fā)生作用，使其失去活性，導致燃燒連鎖反應中斷；同時，惰化介質(zhì)還將大量吸收燃燒反應放出的熱量，使熱量不能聚積，燃燒反應不蔓延到其它可燃組分分子上去，對燃燒反應起到抑制作用。
因此，在可燃物/空氣爆炸氣氛中加入惰化介質(zhì)，可燃物組分爆炸范圍縮小，當惰化介質(zhì)增加到足夠濃度時，可以使其爆炸上限和下限重合，再增加惰化介質(zhì)濃度，此時可燃空氣混合物將不再發(fā)生燃燒。

3.3 點火源的控制

溫度對化學反應速度的影響特別顯著，對一般反應來說，若初始濃度相等，溫度每升高10℃反應速度大約加快2至4倍。因此，溫度（也就是通常所指的點火源）是加快反應速度，引起爆炸事故的較初因素，控制點火源是防止爆炸事故的重要措施之一。

3.4 減弱爆炸壓力和沖擊波

爆炸現(xiàn)象的重要特征之一就是爆炸物質(zhì)爆炸時，產(chǎn)生的高溫高壓氣體產(chǎn)物以較高的速度膨脹，使包圍體內(nèi)壓力驟增，進而使包圍體炸裂，形成沖擊波，造成破壞力。為了防止或減弱爆炸而使包圍體內(nèi)壓力的驟增，應盡可能地不使包圍體相對封閉。

4 防爆電氣設備的類型

4.1 隔爆型結(jié)構(gòu)

電火花及電弧可以引燃爆炸性混合物。由德國建立起來的間隙隔爆結(jié)構(gòu)，是防止電弧等引燃周圍爆炸性混合物較可靠的方法。隔爆型結(jié)構(gòu)的電氣設備在爆炸危險區(qū)域應用較為廣泛，它不僅能防止爆炸火燃的傳出，而且殼體又可承受一定的過壓。它具有一個足夠牢固的外殼，能經(jīng)受內(nèi)部爆炸氣體混合物產(chǎn)生較大爆炸壓力的1.5倍并不得小于3.5×105 Pa的沖擊，確保不變形或損壞，不產(chǎn)生*變形，并具有一定結(jié)構(gòu)間隙以使噴射出來的燃燒生成物通過一定的法蘭長度冷卻到**外部爆炸性混合物的自燃溫度。結(jié)構(gòu)間隙可以是平面結(jié)合面或圓筒結(jié)合面組成，還可以是曲路、螺紋或屏障式等結(jié)構(gòu)組成。除此之外。如微孔、網(wǎng)罩、疊片、充砂等結(jié)構(gòu)也屬于這種原理的防爆形式。用于煤礦井下的隔爆型電氣設備較要堅固。
用于I類采掘工作面的設備，外殼須采用鋼板或鑄鋼制成；I類非采掘工作面的設備，其外殼可用牌號不**HT25-47灰鑄鐵制成；I類攜帶式設備和II類設備，外殼可用抗拉強度不**117.6N/mm2（12kg /mm2）、含鎂量不大于0.5%（重量比）的輕合金制成。

4.2 增安型結(jié)構(gòu)

增安型機構(gòu)在防爆電氣設備上使用得也很廣泛，如電動機、變壓器、燈具和帶有電感線圈的電氣設備等。它是在設備上采用一系列的安全措施，如使用高質(zhì)量的絕緣材料、降低溫升、增大電氣間隙、提高導線連接質(zhì)量等，使其在較大限度內(nèi)不致產(chǎn)生電火花、電弧或危險溫度，或者采用有效的保護元件使其產(chǎn)生的火花、電弧或溫度不能引燃爆炸性混合物，以達到防爆的目的。
還有一種與增安型防爆措施類似稱為無火花型，它是一種再正常運行時不產(chǎn)生火花和危險高溫，也不能產(chǎn)生引爆故障的電氣設備。與增安型相比，只是沒有規(guī)定再增加一些附加措施來提高設備的安全可靠性。因此，無火花型的安全性比增安型要低，只能用于2區(qū)危險環(huán)境。

4.3 正壓型結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的電氣設備的防爆原理是：保證內(nèi)部保護氣體的壓力**周圍以免爆炸性混合物進入外殼，或足量的保護氣體通過外殼使內(nèi)部爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下。
在一般情況下，電氣設備內(nèi)部不得有影響安全的通風死角。在正常運行時，出風口的風壓或充氣氣壓不得**一定的數(shù)值，否則將立刻發(fā)出報警或切斷電源。設備內(nèi)部的火花、電弧不允許從任何間隙或出風口吹出來。
正壓型結(jié)構(gòu)在使用上與爆炸物質(zhì)的級別無關，多用于內(nèi)部元件易損壞的設備或大型電氣設備上，或以自燃點為T4、T5為對象的很難制成其它防爆結(jié)構(gòu)形式的電氣設備上。

4.4 充砂型結(jié)構(gòu)

充砂型結(jié)構(gòu)是在外殼內(nèi)充填砂?；蚱渌?guī)定特性的粉末材料，使之在規(guī)定的使用條件下，殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧或高溫均不能點燃周圍爆炸性氣體環(huán)境的結(jié)構(gòu)。
當采用的介質(zhì)是顆粒狀的固體（一般是石英砂）作為隔離介質(zhì)時，稱為充砂型電氣設備；而采用的介質(zhì)是固化物填料（一般為環(huán)氧樹脂），把引燃源澆封在填料里面，而與外面爆炸性混合物隔離時，也稱為澆封型電氣設備。

4.5 本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)

本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)僅適用于弱電流回路，如測試儀表、控制裝置等小型電氣設備上。無論是正常情況下，還是非正常情況下產(chǎn)生的電火花或危險溫度，都不會使爆炸物質(zhì)引爆，因此使安全性較高的防爆結(jié)構(gòu)，其中電路或設備上的所有元件表面溫度必須小于規(guī)定，以防止熱效應引起的點燃。
本質(zhì)安全型防爆結(jié)構(gòu)的電氣回路必須與其它電路相隔離，以防混線電磁或靜電感應，特別是結(jié)構(gòu)外部的配線，要采取周密的措施，才能確保電氣設備和配線的防爆性能。

4.6 防爆充油型結(jié)構(gòu)

防爆充油型結(jié)構(gòu)在使用上與防爆等級無關，適合于小型操作開關上。充入的油液應具有較高的化學穩(wěn)定性，為了觀察油位的高度，設備應裝有油位指示器或油位信號裝置。
油浸型防爆結(jié)構(gòu)的開關、控制器等設備，由于油的劣化或泄漏等原因，設備損壞很難維修，需要特別注意。另外，由于傾斜或油面搖動而使防爆性能受到損害時，設備不能再繼續(xù)使用。

4.7 爆炸性粉塵環(huán)境的防爆結(jié)構(gòu)

粉塵防爆電氣設備是采用限制外殼較高表面溫度和采用“塵密”或“防塵”外殼來限制粉塵進入，以防止可燃性粉塵點燃。該類設備將帶電部件安裝在有一定防護能力的外殼中，從而限制了粉塵進入，使引燃源與粉塵隔離來防止爆炸的產(chǎn)生。按設備采用外殼防塵結(jié)構(gòu)的差別將設備分為A型設備或B型設備。 按設備外殼的防塵等級的高低將設備分為20、21和22級，分別適用于20、21或22區(qū)粉塵危險場所。

5 爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的防爆類型的選擇

對于不同區(qū)域的爆炸型氣體環(huán)境（II類環(huán)境），需要根據(jù)實際需要選擇不同結(jié)構(gòu)的防爆類型。
 
爆炸危險區(qū)域
適用的防爆類型
符號
0區(qū)

本質(zhì)安全型（ia級）

ia


其它特別為0區(qū)設計的電氣設備

s

1區(qū)

適用于0區(qū)的防爆類型



隔爆型

d


增安型

e


本質(zhì)安全型

ib


充油型

o


正壓型

p


充砂型

q

2區(qū)

適用于0區(qū)或1區(qū)的防爆類型


2區(qū)

無火花型

n




在平常實際使用中可能很容易的看到，許多防爆電氣產(chǎn)品在一個產(chǎn)品中就采用了多種防爆保護方法。例如，照明裝置可能采用了增安型保護（外殼和接線端盒）、隔爆型保護（開關）和澆封型保護（鎮(zhèn)流器）。這樣能夠使制造商采用較適用的復合防爆保護方法。有一點要注意的是，產(chǎn)品銘牌上列出采取的防爆方法的順序?qū)⑼嬖V用戶產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，如一個產(chǎn)品被標識為 Ex de，則較可能為隔爆型而其中帶有增安型部件。另一個產(chǎn)品被標識為Ex ed，則較可能不是隔爆型外殼（例如不銹鋼或強化聚脂玻璃），而帶有隔爆開關或部件安裝其中。兩種產(chǎn)品可能均適用于1區(qū)，但他們是使用不同的防爆保護措施達到同樣的目的?？筛鶕?jù)自己的實際需要和所了解信息，來選擇可提供在費用、性能和安全方面達到較佳平衡的防爆型式的產(chǎn)品

6 防爆設備的標志
 爆炸性氣體環(huán)境防爆設備標志
II類防爆設備的標志按照防爆公用標志、設備防爆型式、設備環(huán)境組別、氣體組別和溫度組別的順序依次標記。
防爆公用標志——**電工**（IEC）標志“Ex”；
歐洲電工**（CENELEC）標志“EEx”
防爆型式標志：隔爆型——“d”；
增安型——“e”；

詞條
詞條說明
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