防爆基礎(chǔ)知識

1、優(yōu)選資料防爆基礎(chǔ)知識（防爆原理）全國防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書處20*年防爆基礎(chǔ)知識一、可燃性氣體和蒸氣的爆炸特性1、 燃燒和爆炸產(chǎn)生的條件燃燒是人們十分熟悉的一種自然現(xiàn)象，它是一種氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)放出熱量，當(dāng)反應(yīng)放出的熱量使反應(yīng)介質(zhì)溫度升高到一定程度時，可以形成可見的火焰。本專業(yè)所說的爆炸是指燃燒的一種形式，當(dāng)氧化反應(yīng)的速度達(dá)到一定程度時，由于反應(yīng)瞬時釋放大量的熱，造成氣體激劇膨脹，形成沖擊波，并伴有聲響，這種現(xiàn)象成為爆炸?？煽貤l件下的燃燒和爆炸可為人類服務(wù)。失控的燃燒和爆炸能造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?？扇夹晕镔|(zhì)例如氫氣、乙快、甲烷等可燃性氣體，汽油、柴油、苯等可燃性液體以及煤塵和棉花

2、纖維等可燃性粉塵纖維等能夠形成燃燒或爆炸。但是，形成燃燒和爆炸必須具備一定條件。下述條件在時間和空間上相遇，才會產(chǎn)生燃燒或爆炸：燃燒劑，例如氫氣，汽油等；氧化劑，例如氧氣，空氣等；點(diǎn)燃源，例如明火，火花，電弧，高溫表面等。上述條件被稱為形成燃燒和爆炸的三要素。工程上采取措施，防止三要素同時存在，防止出現(xiàn)火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。2、 可燃性氣體和蒸氣的安全參數(shù)可燃性氣體和蒸氣在點(diǎn)燃和爆炸的過程中有許多理化參數(shù)，與防爆安全有直接關(guān)系的有以下幾個：爆炸界限-可燃性氣體或蒸氣與空氣的混合物只有在某個濃度范圍內(nèi)才能爆炸（燃燒），超出此范圍就不會被點(diǎn)燃，這一范圍的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別稱為爆炸上限和爆炸下限。爆炸界限

3、常用可燃性物質(zhì)在可燃性混合物中的體積百分比（濃度）表示，例如，甲烷的爆炸下限是5。0%（體積比），爆炸上限是15%（體積比）?？扇夹晕镔|(zhì)的濃度低于爆炸下限的混合物可以稱作“過稀”，濃度高于爆炸上限可以稱作“過濃”，過濃或過稀的混合物不能形成爆炸或燃燒。工程上采用通風(fēng)的方法降低環(huán)境中可燃性物質(zhì)的濃度，以便避免爆炸危險(xiǎn)。當(dāng)環(huán)境中的可燃性物質(zhì)的濃度低于爆炸下限的25%時，可認(rèn)為該環(huán)境是安全的。表1幾種常見的可燃性氣體或或蒸氣的爆炸界限氣體名稱爆炸上限（vol%）爆炸下限（vol%）甲烷155.0丙烷9.52.1丁烷8.51.5異丁烷8.51.8乙醇193.5乙烯342.7乙醴481.7氫氣75.64

4、.0乙快821.5引燃溫度-按照標(biāo)準(zhǔn)方法實(shí)驗(yàn)時，引燃爆炸性混合物的最低溫度。在沒有明火等點(diǎn)火源的情況下，可燃性混合物的溫度達(dá)到某一溫度時，由于內(nèi)部氧化放熱加劇而自動著火，也稱作自燃，有時候也把引燃溫度稱作自燃溫度。國際標(biāo)準(zhǔn)IEC600794:1975<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4部分：引燃溫度實(shí)驗(yàn)方法規(guī)定了引燃溫度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法，見圖1玻璃瓶加熱爐加熱電阻絲底部加熱電阻絲圖1引燃溫度試驗(yàn)裝置示意圖可燃性物質(zhì)的引燃溫度差異很大，例如二硫化碳的引燃溫度是102C,乙醴是160C,丁烷是365C,異丁烷是460C,甲烷是537C,氫氣是560C,一氧化碳是605C。溫度低于相應(yīng)的

5、引燃溫度，可燃性混合物就不會自燃。表2幾種常見的可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度氣體名稱引燃溫度(C)氣體名稱引燃溫度(C)二硫化碳102乙烯425乙醴170環(huán)氯丙烷430乙醛140乙快305辛烷210環(huán)丙烷1495戊烷285甲烷537異戊問二烯220丙烷466丁烷365氨630甲胺430氫560在工程上不允許設(shè)備的表面溫度超過環(huán)境中相應(yīng)的可燃性物質(zhì)的自燃溫度，以避免由于過高溫度引起點(diǎn)燃危險(xiǎn)。為了便于設(shè)備的制造和現(xiàn)場選擇電氣產(chǎn)品，防爆標(biāo)準(zhǔn)將可燃性物質(zhì)按照其引燃溫度分為6組。表3溫度組別、設(shè)備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度之間的關(guān)系溫度組別電氣設(shè)備的最高表面溫度氣體或蒸氣的引燃溫度T1450c&

6、gt;450CT2300c>300CT3200c>200CT4135c>135CT5100c>100CT685c>85C按照上表，可以方便地選用防爆電氣產(chǎn)品地溫度組別。例如，已知環(huán)境中存在異丁烷，則可選擇T1組別的防爆電氣產(chǎn)品。如果環(huán)境中存在異丁烷和乙醴，則須選擇T4組的防爆電氣產(chǎn)品。 最小點(diǎn)燃能量-在最易點(diǎn)燃濃度混合物中，一個電路的一次放電正好足夠點(diǎn)燃混合物，這個電路總能量的最小值，表示為相應(yīng)的物質(zhì)與空氣混合物的最小點(diǎn)燃能量。如果一次點(diǎn)燃是由于一個電容放電引起的，電容的電容量為C,電容兩端的電壓為V,則相應(yīng)的放電能量Q為：Q=1/2CV2由于可燃性氣體或蒸氣的物

7、質(zhì)性質(zhì)差異，它們被點(diǎn)燃時需要的活化能不同，當(dāng)它們被電火花點(diǎn)燃時，需要的電能量也不相同。例如，甲烷的最小點(diǎn)燃能量是0。28mJ,正丁烷是0。25mJ,異丁烷是0。52mJ,乙烯是0。096mJ,氫氣是00019mJo在工程上可以采取限制電路中能量的方法來避免電路斷開或閉合時產(chǎn)生的火花點(diǎn)燃周圍的爆炸性混合物，根據(jù)這種原理可以設(shè)計(jì)成本質(zhì)安全電路和n型設(shè)備中的限能電路。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，常常用電壓和電流來表征電路中的能量，因此，在工程上常常利用最小點(diǎn)燃電壓和最小點(diǎn)燃電流來判斷電路的安全性能。 最大實(shí)驗(yàn)安全間隙（MESG）-在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，一個外殼內(nèi)最易點(diǎn)燃濃度的爆炸性混合物被點(diǎn)燃后產(chǎn)生的爆炸火

8、焰穿越25mm長的接合面，不能點(diǎn)燃外殼外部環(huán)境的爆炸性混合物時，接合面兩部分之間最大間隙。國標(biāo)GB3836.111991<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第11部分：最大試驗(yàn)安全間隙測定方法和國際標(biāo)準(zhǔn)IEC600791A:1975規(guī)定了最大試驗(yàn)安全間隙的試驗(yàn)設(shè)備和測量方法，見圖2。影響氣體爆炸火焰穿越狹縫引爆的閃素很多，例如惺合物的壓力、溫度、濕度以及點(diǎn)火源的位置都對其有不同影響，但是，對其影響最大的是可燃性物質(zhì)的性質(zhì)。乙快、氫氣、二硫化碳等氣體的爆炸火焰穿越間隙時傳爆能力很強(qiáng)，即其最大實(shí)驗(yàn)安全間隙值較小，例如氫氣MESG是0。28mm,甲烷等烷類物質(zhì)的傳爆能力較弱，其相應(yīng)MESG值較大

9、，例如甲烷MESG是1。14mm,丁烷是0。98mm,乙烯是0。65mm。表4一些可燃性氣體或蒸氣的最大試驗(yàn)安全間隙氣體名稱MESG(mm)氣體名稱MESG(mm)氨3.17氟化氫：0.80甲烷1.14丙烯月青0.87異丙醇0.99環(huán)氯丙烷10.70醋酸甲酯0.99二甲醴：0.86醋酸戊酯0.99丙烯酸甲酯0.85醇0.94丁二烯：0.79甲醇0.92乙烯0.65丙酮1.02二硫化碳0.34丁烷0.98乙快10.37丙烷0.92氫0.29按照可燃性氣體的最大實(shí)驗(yàn)安全間隙值的大小，可以將氣體按照傳爆能力分級表5可燃性氣體或蒸氣按傳爆能力分級類、級別MESG(mm)MICRI1.141IIAMES

10、G>0.9MICR>0.8IIB0.9>MESG>0.50.8>MICR>0.45IIC0AMESG0.45>MICR根據(jù)上述分級參數(shù)，可以設(shè)計(jì)制造不同類別、級別的防爆電氣產(chǎn)品，用戶也根據(jù)上述參數(shù)將工作環(huán)境中的可燃性物質(zhì)分類、分級，以便選擇合適的防爆電氣廠品。最大爆炸壓力爆炸性混合物被點(diǎn)燃爆炸后，釋放的熱量使氣體劇烈膨脹，因而產(chǎn)生很高的爆炸壓力。由于可燃性氣體的性質(zhì)差異，最大爆炸壓力也不相同。多數(shù)氣體的最大爆炸壓力在0。6Mpa-0.8Mpa之間，但乙快的最大爆炸壓力可以達(dá)到1。0Mpa。上述最大爆炸壓力值是以在容積為8升的球形容器中測得的，如果容器的

11、形狀復(fù)雜，容易產(chǎn)生壓力重疊現(xiàn)象，則最大爆炸壓力可以達(dá)到23Mpa。爆炸壓力能對設(shè)備和建筑物造成破壞，人們在設(shè)計(jì)電氣設(shè)備外殼和設(shè)計(jì)廠房時應(yīng)考慮爆炸壓力的作用防止爆炸的措施在石油、化工、煤炭等一些工業(yè)部門，常常需要生產(chǎn)、加工、儲存、運(yùn)輸或使用可燃性氣體或液體，這些可燃性液體或氣體可以通過容器或管道裂縫，密封失效的接縫，操作孔，閥門等泄漏到周圍環(huán)境中，它們與環(huán)境中的空氣混合，形成爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境。如果在環(huán)境中也存在點(diǎn)燃源，就會產(chǎn)生燃燒或爆炸。為了防止產(chǎn)生爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，應(yīng)該在上述場所中采取防爆措施。防爆措施在工程上分為兩大類：1、 一次(primary)防爆措施-避免場所環(huán)境中存在爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境。由前

12、述的產(chǎn)生爆炸或燃燒條件三要素可以知道，如果能夠在環(huán)境中避免可燃性物質(zhì)，或者在環(huán)境中避免氧化劑一氧氣，就可以從根本上避免火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)。空氣中的氧氣是難避免的，可行的辦法是避免可燃性物質(zhì)。如果不能完全避免可燃性物質(zhì)，可以將可燃性物質(zhì)的濃度限制在爆炸下限以下，也能避免產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。石油化工企業(yè)選用密閉的容器、管道和密封質(zhì)量好的閥門，以避免工藝設(shè)備中的可燃性物質(zhì)泄露到環(huán)境中?；S常常采用有房頂無墻壁的廠房，改善自然通風(fēng)效果，或者采用強(qiáng)制通風(fēng)(機(jī)械通風(fēng))，使環(huán)境中的可燃性物質(zhì)的濃度低于爆炸下限，達(dá)到避免爆炸危險(xiǎn)的目的。2、 二次(secondary)防爆措施-在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境避免點(diǎn)燃源。如果爆炸性危險(xiǎn)

13、環(huán)境不可避免，則在環(huán)境中消除點(diǎn)燃源。我們常常在油庫、加油站中看到“嚴(yán)禁煙火”的牌子，就屬于二次防爆措施。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在爆炸危險(xiǎn)場所必須使用防爆電氣產(chǎn)品，也屬于二次防爆措施。三、常用防爆類型的防爆原理根據(jù)燃燒和爆炸條件三要素，可以采取不同的防爆措施，避免電氣設(shè)備成為點(diǎn)燃源。1、 隔爆外殼d”-能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播的電氣設(shè)備外殼。給電氣設(shè)備制造一個堅(jiān)固的外殼，所有接縫的間隙小于相應(yīng)可燃性氣體的最大實(shí)驗(yàn)安全間隙，如果可燃性氣體進(jìn)入外殼之內(nèi)被電火花點(diǎn)燃產(chǎn)生爆炸，則爆炸火焰被限制在外殼之內(nèi)，不能點(diǎn)燃外殼外部環(huán)境中的爆炸性混合物，從而保證了環(huán)境

14、的安全。隔爆外殼必須滿足兩個基本條件： 外殼具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受內(nèi)部的爆炸壓力而不損壞，也不產(chǎn)生影響防爆性能的永久性變形。外殼壁上所有與外界相通的接縫和孔隙小于相應(yīng)的最大實(shí)驗(yàn)安全問主要防爆措施：隔爆外殼材質(zhì)要求； 隔爆接合面的間隙長度和間隙寬度以及表面光潔度要求；緊固件和緊固螺紋孔的要求；透明件的要求； 膠粘劑和膠封劑的要求；接地； 電纜和導(dǎo)管引入裝置；連鎖或警告標(biāo)志等。國家標(biāo)準(zhǔn)GB38362-20*<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分：隔爆型電氣設(shè)備d”>>對隔爆型電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)和標(biāo)志作了明確規(guī)定。與其對應(yīng)的國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)是IEC6007A1:20*

15、<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：隔爆外殼"d”>>。隔爆外殼的標(biāo)志是“d"，例如一臺隔爆型電機(jī)的防爆標(biāo)志是ExdIIBT4.其中，Ex表示防爆，d代表隔爆型，IIB代表工廠用設(shè)備IIB級，T4代表設(shè)備的溫度組別T4組，即設(shè)備的表面溫度不超過135C。2、 正壓外殼（通風(fēng)、充氣型）“p”-在設(shè)備的外殼內(nèi)通入一定壓力的新鮮空氣或惰性氣體，使周圍的可燃性氣體不能進(jìn)入外殼內(nèi)部，從而阻止點(diǎn)燃源與爆炸性氣體接觸，達(dá)到防止爆炸的目的。正壓型電氣設(shè)備的的關(guān)鍵措施是設(shè)備外殼內(nèi)部保護(hù)性氣體（新鮮空氣或惰性氣體）的壓力高于環(huán)境的壓力至少50Pa。因此，設(shè)備需要配置鼓

16、風(fēng)機(jī)、管道和風(fēng)壓繼電器等，它一般用于大型電動機(jī)和控制開關(guān)設(shè)備。壓力測量保護(hù)氣體出口國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.5-1983<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第5部分：正壓型電氣設(shè)備“p”>>,國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60079-2:20*<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分：正壓外殼”>>對正壓型防爆電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)和標(biāo)志作了規(guī)定。3、 充油外殼“o”-將設(shè)備全部或部分浸在外殼中的油內(nèi)，使設(shè)備不能點(diǎn)燃油面以上或外殼以外的爆炸性氣體。主要安全措施：將帶電部件浸入油面之下至少25mm;油符合標(biāo)準(zhǔn)GB2536的變壓器油；油溫不允許高于100C；設(shè)置油位指示；絕緣材料和密

17、封材料應(yīng)耐油；設(shè)備最大通斷能力為點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)安全值的75%這種防爆類型主要用于變壓器和高壓開關(guān)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.6-1987<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第5部分：充油型電氣設(shè)備“?！?gt;>和相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60079-6:1995爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第6部分：油浸型電氣設(shè)備“o”>>都對該型電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)和表示作了規(guī)定充油外殼的標(biāo)志是“0”6、充砂外殼“q”-外殼內(nèi)填充砂粒材料，是其在規(guī)定的使用條件下，殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧、火焰以及外殼壁和砂粒表面均不能點(diǎn)燃周圍的爆炸性混合物主要安全措施：外殼中填充砂粒材料,且具有一定白安全高度；石英砂的粒度為0.2

18、51.6mm,含水量不超過0.1%;電氣間隙；外殼防護(hù)等級。該防爆類型主要適用于熔斷器，電容器等產(chǎn)品。電氣設(shè)備第7部分：充砂型電氣設(shè)備“q”>>和國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60079-5:1994<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第5部分：充砂型電氣設(shè)備"q”>>。7、 澆封型-將設(shè)備可能產(chǎn)生火花或高溫的部分澆封在澆封劑（樹脂）中，使它們不能點(diǎn)燃周圍的爆炸性混合物。主要安全措施： 將電氣元件用樹脂澆封起來，澆封劑的自由表面與被澆封元件或?qū)w件的澆封厚度不小于3mm; 對澆封劑的介電強(qiáng)度、吸水性、耐光照、耐熱和耐寒以及表面電阻有規(guī)定;圖7澆封型示意圖適用產(chǎn)品：電子器件

19、或小電氣元件等。標(biāo)準(zhǔn)：GB3836.9-1990<啾炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第9部分：澆封型電氣設(shè)備“m>>IEC6007918:1992.爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第18部分：澆封型電氣設(shè)備“m。7本質(zhì)安全型“i”-在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，（設(shè)備的電路）正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的點(diǎn)火花或熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性混合物。本質(zhì)安全的主要防爆措施是限制電路中的能量，使產(chǎn)生的火花的能量小于相應(yīng)的最小點(diǎn)燃能量。主要保護(hù)措施： 電路的電壓和電流限制； 電路中的電容和電感限制； 本安電路與非本安電路的隔離；可靠元件和組件的要求；安全柵的規(guī)定；故障分析和試驗(yàn)規(guī)定等。適用產(chǎn)品：測量、控制、

20、通訊等弱電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)：GB3836.4-20*<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4部分：本質(zhì)安全型“i”>>IEC60079-11:1999<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第11部分：本質(zhì)安全型“i”>>8、 增安型“e”-在正常運(yùn)行條件下不會產(chǎn)生火花、電弧或可能點(diǎn)燃爆炸性混合物的設(shè)備結(jié)構(gòu)上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和認(rèn)可的過載條件下（包括電動機(jī)堵轉(zhuǎn)條件）出現(xiàn)這些現(xiàn)象的電氣設(shè)備。增安型電氣設(shè)備沒有防爆的外殼和保護(hù)介質(zhì)，它采取的是綜合性的安全措施：限制設(shè)備的種類；電氣間隙和爬電距離比較大；好的絕緣材料；規(guī)定導(dǎo)體連接方式；降低溫升；提高外殼防護(hù)等級；配用合適的保護(hù)裝置等。適用產(chǎn)品：異步電動機(jī)，變壓器，接線盒等。標(biāo)準(zhǔn)：GB3836.3-20*<<爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分：增安型“e”>>IEC600797:1991<<爆炸性氣