爆炸危險區(qū)域劃分及電氣設備選型-Gaominghong 08.7.11

1、爆炸危險區(qū)域的劃分及電氣設備的選型爆炸危險區(qū)域的劃分及電氣設備的選型一、爆炸的基礎知識1.爆炸的概念爆炸是物質從一種狀態(tài)，經過物理或化學變化，突然變成另一種狀態(tài)，并放出巨大的能量。急劇速度釋放的能量，將使周圍的物體遭受到猛烈的沖擊和破壞。2.爆炸必須具備的三個條件：1）爆炸性物質：能與氧氣（空氣）反應的物質，包括氣體、液體和固體。（氣體：氫氣，乙炔，甲烷等；液體：酒精，汽油；固體：粉塵，纖維粉塵等。）2）氧氣：空氣。3）點燃源：包括明火、電氣火花、機械火花、靜電火花、高溫、化學反應、光能等。3.為什么要防爆易爆物質:很多生產場所都會產生某些可燃性物質。煤礦井下約有三分之二的場所有存在爆炸性物質

2、；化學工業(yè)中，約有80%以上的生產車間區(qū)域存在爆炸性物質。氧氣:空氣中的氧氣是無處不在的。點燃源:在生產過程中大量使用電氣儀表，各種磨擦的電火花,機械磨損火花、靜電火花、高溫等不可避免，尤其當儀表、電氣發(fā)生故障時?？陀^上很多工業(yè)現場滿足爆炸條件。當爆炸性物質與氧氣的混合濃度處于爆炸極限范圍內時，若存在爆炸源，將會發(fā)生爆炸。因此采取防爆就顯得很必要了。二.防爆基本原理顯然，只要能消除上述三個條件中的任何一個條件，就消除上述三個條件中的任何一個條件，就能防爆能防爆。由于氧氣無處不在，難以控制。所以，控制易爆氣控制易爆氣體和引爆源體和引爆源為兩個最常用的防爆原理。而在儀表行業(yè)還有第三個原理，即控制爆

3、炸范圍控制爆炸范圍。 原理一原理一 控制易爆氣體控制易爆氣體人為地在危險現場營造出一個沒有易爆氣體的空間，將儀表安裝其中。典型代表為正壓型正壓型防爆方法 Ex p。工作原理是在一個密封的箱體內，充滿不含易爆氣體的潔凈空氣或惰性氣體，并保持箱內氣壓略大于箱外氣壓，而將儀表安裝在箱內。常用于在線分析儀表的防爆和將計算機、PLC、操作站、打印機或其他儀表置于現場的正壓型防爆儀表盤。 原理二原理二 控制爆炸范圍控制爆炸范圍人為地將爆炸局限在一個有限的范圍內，使該范圍內的爆炸不至于引起更大范圍的爆炸。典型代表為隔爆型隔爆型防爆方法Ex d。工作原理是為儀表設計一個足夠堅固的外殼或將儀表及電器安置在一個足

4、夠堅固的殼體內，嚴格地按標準設計，制造和安裝所有的界面，使在機殼內發(fā)生的爆炸不至于引發(fā)機殼外危險性氣體的爆炸。顯然，這是一種苛刻的防爆方法。不僅設計和制造的規(guī)范極其嚴格，而且安裝，接線和維修的操作規(guī)程也非常嚴格，容不得一點差錯。原理三原理三 控制引爆源控制引爆源人為地消除引爆源，既消除足以引爆的火花足以引爆的火花，又消除足以引爆的儀表足以引爆的儀表表面溫升表面溫升。典型代表為本質安全本質安全防爆方法 Ex i。工作原理是利用安全柵技術，將提供給現場儀表的電能量限制在既不能產生足以引爆的火花，又不能產生足以引爆的儀表表面溫升的安全范圍內。依照中國國家標準和國際標準，當安全柵安全區(qū)一側所接設備發(fā)生

5、任何故障（不超過250V 電壓）時，本質安全防爆方法能確?，F場的防爆安全。 Ex ia級本質安全設備在正常工作、發(fā)生一個故障、發(fā)生兩個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物。本質安全防爆方法能確保對現場儀表進行帶電拆裝、檢查和維修時的防爆安全。顯而易見，本質安全法是最安全可靠的防爆方法本質安全法是最安全可靠的防爆方法。因此，被允許用允許用在最危險的場合在最危險的場合。三.基本防爆型式(1)隔爆型“”隔爆型防爆型式是把設備可能點燃爆炸性氣體混合物的部件全部封閉在一個外殼內，其外殼能夠承受通過外殼任何接合面或結構間隙，滲透到外殼內部的可燃性混合物在內部爆炸而不損壞，并且不會引起外部由一種、多種氣體或蒸氣

6、形成的爆炸性環(huán)境的點燃(參見GB38362標準)。把可能產生火花、電弧和危險溫度的零部件均放入隔爆外殼內，隔爆外殼使設備內部空間與周圍的環(huán)境隔開。隔爆外殼存在間隙，因電氣設備呼吸作用和氣體滲透作用，使內部可能存在爆炸性氣體混合物，當其發(fā)生爆炸時，外殼可以承受產生的爆炸壓力而不損壞，同時外殼結構間隙可冷卻火焰、降低火焰?zhèn)鞑ニ俣然蚪K止加速鏈，使火焰或危險的火焰生成物不能穿越隔爆間隙點燃外部爆炸性環(huán)境，從而達到隔爆目的。隔爆型“”按其允許使用爆炸性氣體環(huán)境的種類分為I類和IIA、IIB、IIC類。該防爆型式設備適用于該防爆型式設備適用于1、2區(qū)場所區(qū)場所。(2) 增安型增安型“”增安型防爆型式是一種

7、對在正常運行條件下不會產生電弧、火花的電氣設備采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其內部和外部部件可能出現危險溫度、電弧和火花的可能性的防爆型式。它不包括在正常運行情況下產生火花或電弧的設備(參見GB38363標準)。在正常運行時不會產生火花、電弧和危險溫度的電氣設備結構上，通過采取措施降低或控制工作溫度、保證電氣連接的可靠性、增加絕緣效果以及提高外殼防護等級，以減少由于污垢引起污染的可能性和潮氣進入等措施，減少出現可能引起點燃故障的可能性，提高設備正常運行和規(guī)定故障(例如：電動機轉子堵轉)條件下的安全可靠性。JP該類型設備主要用于2區(qū)危險場所，部分種類可以用于1區(qū)，例如具有合適保護裝置的增

8、安型低壓異步電動機、接線盒等。(3)本質安全型“”本質安全型防爆型式是在設備內部的所有電路都是由在標準規(guī)定條件(包括正常工作和規(guī)定的故障條件)下，產生的任何電火花或任何熱效應均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的本質安全電路?！啊钡燃夒姎庠O備是正常工作和施加一個故障和任意組合的兩個故障條件下，均不能引起點燃的本質安全型電氣設備；“”等級電氣設備是正常工作和施加一個故障條件下，不能引起點燃的本質安全型電氣設備(參見GB38364標準)。本質安全型是從限制電路中的能量入手，通過可靠的控制電路參數將潛在的火花能量降低到可點燃規(guī)定的氣體混合物能量以下，導線及元件表面發(fā)熱溫度限制在規(guī)定的氣體混合物的點燃溫度之

9、下。該防爆型式只能應用于弱電設備中，該類型設備適用于0、1、2區(qū)()或1、2區(qū)()。(4)正壓型“”電氣設備的一種防爆型式。它是一種通過保持設備外殼內部保護氣體的壓力高于周圍爆炸性環(huán)境壓力的措施來達到安全的電氣設備(參見GB38365標準)。正壓設備保護型式可利用不同方法。一種方法是在系統(tǒng)內部保護靜態(tài)正壓，而另一種方法是保持持續(xù)的空氣或惰性氣體流動，以限制可燃性混合物進入外殼內部。兩種方法都需要在設備起動前用保護氣體對外殼進行沖洗，帶走設備內部非正壓狀態(tài)時進入外殼內的可燃性氣體，防止在外殼內形成可燃性混合物。這些方法的要點是監(jiān)測系統(tǒng)，并且進行定時換氣，以保證系統(tǒng)的可靠性。該類設備按照保護方法可

10、以用于1區(qū)或2區(qū)危險場所。(5)油浸型“”油浸型防爆型式是將整個設備或設備的部件浸在油內(保護液)，使之不能點燃油面以上或外殼外面的爆炸性氣體環(huán)境(參見GB38366標準)。這是一個主要用于開關設備的老的防爆技術方法。形成的電弧、火花浸在油下。該類型設備適用于1區(qū)或2區(qū)危險場所。(6)充砂型“”充砂型防爆型式是一種在外殼內充填砂?；蚱渌?guī)定特性的粉末材料，使之在規(guī)定的使用條件下，殼內產生的電弧或高溫均不能點燃周圍爆炸性氣體環(huán)境的電氣設備保護型式(參見GB38367標準)。該防爆型式將可點燃爆炸性氣體環(huán)境的導電部件固定并且完全埋入充砂材料中，從而阻止了火花、電弧和危險溫度的傳播，使之不能點燃外部

11、爆炸性氣體環(huán)境。通常它用于“”或“”設備內的元件和重載牽引電池組。該類型設備適用于該類型設備適用于1 1區(qū)或區(qū)或2 2區(qū)危險場所。區(qū)危險場所。(7)無火花型“”該類型電氣設備在正常運行時，不能夠點燃周圍的爆炸性氣體環(huán)境，也不大可能發(fā)生引起點燃的故障(參見GB38368標準)?！啊毙碗姎庠O備正常運行時，即指設備在電氣和機械上符合設計規(guī)范并在制造廠規(guī)定的范圍內使用，不可能產生火花、電弧和危險溫度。該類型電氣設備僅適用于該類型電氣設備僅適用于2 2區(qū)危險場所。區(qū)危險場所。(8)澆封型“”澆封型防爆型式是將可能產生引起爆炸性混合物爆炸的火花、電弧或危險溫度部分的電氣部件，澆封在澆封劑(復合物)中，使它

12、不能點燃周圍爆炸性混合物(參見GB38369標準)。采用澆封措施，可防止電氣元件短路、固化電氣絕緣，避免了電路上的火花以及電弧和危險溫度等引燃源的產生，防止了爆炸性混合物的侵入，控制正常和故障狀況下的表面溫度。該類設備適用于該類設備適用于1 1、2 2區(qū)危險場所。區(qū)危險場所。(9)氣密型“”該類防爆設備型式采用氣密外殼。即環(huán)境中的爆炸性氣體混合物不能進入設備外殼內部。氣密外殼采用熔化、擠壓或膠粘的方法進行密封，這種外殼多半是不可拆卸的，以保證永久氣密性(參見GB383611標準)。該防爆措施屬于“”型防爆措施范疇，GB383611已被GB383682003代替。(10)特殊型防爆電氣設備“”指

13、國家標準未包括的防爆類型式，該型式可暫由主管部門制定暫行規(guī)定，并經指定的防爆檢驗單位檢驗認可能夠具有防爆性能的電氣設備。該類設備是根據實際使用開發(fā)研制，可適用于相應的危險場所。(11)可燃性粉塵環(huán)境用電設備粉塵防爆電氣設備是采用限制外殼最高表面溫度和采用“塵密”或“防塵”外殼來限制粉塵進入，以防止可燃性粉塵點燃(參見GB124761標準)。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生。按設備采用外殼防塵結構的差別將設備分為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，例如DIPA20、DIPA21、DIPB

14、20和DIPB21等。該類型設備按照等級適用于20、21或22區(qū)粉塵危險場所。在平常實際使用中可能很容易的看到，許多防爆電氣產品在一個產品中就采用了多種防爆方法。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最適用的復合防爆保護方法。有一點要注意的是，產品銘牌上列出采取的防爆方法的順序往往告訴用戶產品的結構，如一個產品被標識為d，則極可能為隔爆型而其中帶有增安型部件。另一個產品被標識為，則極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

15、到同樣的目的。用戶可根據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最佳平衡的防爆型式的產品。防爆方法對危險場所的適用性：序號防爆形式代號防爆措施適用區(qū)域1隔爆型d隔離存在的點火源Zone1,Zone22增安型e設法防止產生點火源Zone1,Zone23本安型ia限制點火源的能量Zone0，1，2ib限制點火源的能量Zone1,Zone24正壓型p危險物質與點火源隔開Zone1,Zone2防爆方法對危險場所的適用性（續(xù)）：序號防爆形式代號防爆措施適用區(qū)域5充油型o隔離存在的點火源Zone1,Zone26充砂型q設法防止產生點火源Zone1,Zone27澆封型m限制點火源的

16、能量Zone1,Zone28氣密型h限制點火源的能量Zone1,Zone29無火花型n危險物質與點火源隔開Zone2防爆等級說明：ia等級：在正常工作、一個故障和二個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。正常工作時，安全系數為2.0；一個故障時，安全系數為1.5；二個故障時，安全系數為1.0。注：有火花的觸點須加隔爆外殼、氣密外殼或加倍提高安全系數。ib等級:在正常工作和一個故障時不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。正常工作時，安全系數為2.0；一個故障時，安全系數為1.5。正常工作時，有火花的觸點須加隔爆外殼或氣密外殼保護，并且有故障自顯示的措施，一個故障時安全系數為1.0。四、爆炸危

17、險場所區(qū)域的劃分 危險場所區(qū)域的含義，是對該地區(qū)實際存在危險可能性的量度，由此規(guī)定其可適用的防爆型式。國際電工委員會/歐洲電工委員會劃分的防爆區(qū)域為：0區(qū)：連續(xù)地存在危險性大于1000小時/每年的區(qū)域；1區(qū)：斷續(xù)地存在危險性101000小時/每年的區(qū)域；2區(qū)：事故狀態(tài)下存在的危險性0.110小時/每年的區(qū)域；中國劃分的有效區(qū)域和以上相同。如果對于一個煉油廠或其中的一個裝置，由于它的原料、產品有易燃性物質，就把整個廠區(qū)或裝置都認定為爆炸危險場所，是極不經濟的，顯然也是不合理的。易燃性物質的出現形成了一個潛在的爆炸性環(huán)境。所謂潛在的，就意味著它們并不是時刻出現的，有的出現頻率高，有的出現頻率低。在

18、這種情況下，就存在危險性大的場所和危險性小的場所。因此，就有必要對這些危險場所進行的“場所分類”。分類的目的就在于運用統(tǒng)計學的原理，按照場所中氣體環(huán)境出現的頻率和存在的時間的長短，將場所的危險程度分類，以便按照危險區(qū)域類型采用不同的防爆措施。4.1 我國對爆炸性危險場所的劃分我國對爆炸性危險場所的劃分 我國對爆炸性危險場所的劃分采用與IEC等效的方法。國家標準GB50058-92中規(guī)定，爆炸性氣體危險場所按其危險程度大小，劃分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)三個級別，爆炸性粉塵或纖維危險場所劃分為10區(qū)、11區(qū)兩個級別，詳見表4-1。 氣體0區(qū)：連續(xù)出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環(huán)境。1區(qū)：在正常運行時可

19、能出現爆炸性氣體混合物的環(huán)境。2區(qū)：在正常運行時不可能出現爆炸性氣體混合物的環(huán)境，或即使出現也僅是短時存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。 粉塵10區(qū)：連續(xù)出現或長期出現爆炸性粉塵的環(huán)境。11區(qū)：有時會將積留下的粉塵揚起而偶然出現爆炸性粉塵混合物的環(huán)境。4.2 國際上對爆炸性危險場所的劃分國際上對爆炸性危險場所的劃分 國際上各主要工業(yè)國家對爆炸性危險場所的劃分，基本上可分兩種意見。一種以IEC（國際電工委員會）為代表，包括德國、英國、意大利、日本、澳大利亞等國，對氣體劃分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)，對粉塵劃分為10區(qū)、11區(qū)。其定義與IEC基本相同（可參見我國對各區(qū)域的定義，我國等效采用IEC標準）。另一種

20、為美國、加拿大等北美國家的劃分，以NEC（美國國家電氣規(guī)程）的定義為代表，對氣體劃分為1區(qū)、2區(qū)（沒有0區(qū)），對粉塵也劃分為1區(qū)、2區(qū)。兩者之間的對應關系大致如下：氣體：IECZone0，1NECClassIDivision1IECZone2NECClassIDivision2粉塵：IECZone10NECClassIIDivision1IECZone11NECClassIIDivision2IECIEC標準中標準中“區(qū)區(qū)”英文為英文為ZoneZone，NECNEC中中“區(qū)區(qū)”英文為英文為DivisionDivision。爆炸性危險氣體分類根據可能引爆的最小火花能量，我國和歐洲及世界上大部分國

21、家和地區(qū)將爆炸性氣體分為四個危險等級,如下表:工況類別 氣體分類 代表性氣體 最小引爆火花能量礦井下甲烷0.280mJ礦井外的工廠A丙烷0.180mJB丙烷0.060mJC氫氣0.019mJ美國和加拿大首先將散布在空氣中的爆炸性物體分成三個CLASS(類別):CLASS氣體和蒸氣;CLASS塵埃;CLASS纖維.然后再將氣體和塵埃分成Group(組)：組名代表性氣體或塵埃A乙炔B氫氣C乙烯D丙烷E金屬塵埃F煤炭塵埃G谷物塵埃氣體溫度組別劃分：溫度組別元件表面溫度最大允許值可燃性氣體引燃溫度T1450450TT2300300T450T3200200T300T4135135T200T5100100

22、T135T68585T100五.ATEX簡介 1994年3月23日，歐洲委員會采用了“潛在爆炸環(huán)境用的設備及保護系統(tǒng)”(949EC)指令。這個指令覆蓋了礦井及非礦井設備，與以前的指令不同，它包括了機械設備及電氣設備，把潛在爆炸危險環(huán)境擴展到空氣中的粉塵及可燃性氣體、可燃性蒸氣與薄霧。該指令是通常稱之為ATEX100A的“新方法”指令，即現行的ATEX防爆指令。它規(guī)定了擬用于潛在爆炸性環(huán)境的設備要應用的技術要求基本健康與安全要求和設備在其使用范圍內投放到歐洲市場前必須采用的合格評定程序。 ATEX是以法語“AtmosphereExplosible”命名的。 擬用于潛在爆炸危險環(huán)境的設備的制造商，

23、應用ATEX指令條款并貼附CE標志，不用考慮應用其他更多的要求就可以在歐洲任何地方銷售其防爆設備。 該指令適用的設備范圍特別大，大致上包括固定的海上平臺、石化廠、面粉磨坊以及其他可能存在潛在爆炸性環(huán)境的場所適用的設備。在歐洲市場每年估計采購30億歐元這樣的設備。概括地說，應用該指令有三個前提條件： 1.設備一定自身帶有點燃源； 2.預期被用于潛在爆炸性環(huán)境（空氣混合物）；并且 3.是正常的大氣條件下。該指令也適用于安全使用必需的部件，以及在適用范圍內直接對設備安全使用有利的安全裝置。這些裝置可以在潛在爆炸性環(huán)境外部。ATEX94/9/EC指令根據安裝設備的保護水平將設備劃分為三個類別： 1.1

24、類（Category1）非常高的防護水平 2.2類（Category2）高防護水平 3.3類（Category3）正常的防護水平如果設備被用于0、1或2區(qū)，則類目數字后跟一字母G（氣體、蒸氣薄霧）：0區(qū)1區(qū)2區(qū)1G類設備2G類設備3G類設備如果設備被用于20、21或22區(qū)，則類目數字后跟一字母D（粉塵）：20區(qū)21區(qū)22區(qū)1D類設備2D類設備3D類設備這些要求為公民提供一個很高水平的保護,并且由”協調標準”給出技術實施方法。該指令的主要目的是對所生產的用于潛在爆炸性環(huán)境的設備,通過協調技術標準和法規(guī)以促進其在整個歐洲聯盟自由流通。該指令從1996年開始使用，并且從2003年7月1日強制施行。六

25、.常見防爆標志防爆標志一般由以下5個部分構成： 防爆標志EX，表示該設備為防爆電氣設備； 防爆結構形式，表明該設備采用何種措施進行防爆，如d為隔爆型，p為正壓型；i為本安型等； 防爆設備類別，分為兩大類，I為煤礦井下用電設備，II為工廠用電氣設備； 防爆級別，分為A、B、C三級，說明其防爆能力的強弱； 溫度組別，分為T1T6六組，說明該設備的最高表面溫度允許值。防爆標志及其含義1. EXedIICT4EX國內防爆總標志；ed結構形式，e：增安型，d：隔爆型；II類別，工廠用；C防爆級別，C級T4溫度組別，T4組，最高表面溫度135。2.EExdps IIB+H2T5EEX歐洲共同體防爆總標志；

26、dps該儀表采用隔爆、正壓、特殊三種防爆措施；II工廠用電氣設備；B防爆級別，B級;+H2也適用于H2場所（B級防爆不適用于H2，該儀表由于采取多種防爆措施，也可用于H2場所）；T5表面最高溫度100。3.Class1,Division1,GroupB、C、D,T4AClass1:1級，可燃性氣體或蒸氣場所；Division1:1區(qū)，存在或可能形成爆炸或燃燒的場所；GroupB、C、D:用于B、C、D組危險氣體存在的場所；T4A:高表面溫度120。上述防爆標志對應于我國的ExIIA、IIB、IICT4，可用于0區(qū)、1區(qū)危險場所。但應注意，該表不能用于乙炔場所。七七.防爆電氣儀表設備選型的原則防

27、爆電氣儀表設備選型的原則選擇防爆電氣設備必須遵循下列原則：1設備選型原則 選擇爆電氣設備必須與爆炸性混合物的危險程度相適應。 所謂爆炸性混合物的危險程度是指爆炸性混合物的傳爆級別、點燃溫度的組別而言。選用的防爆電氣設備必須與爆炸性混合物的傳爆級別、組別、危險區(qū)域的級別相適應，否則就不能保證安全。此外，如同一區(qū)域內存在兩種以上不同鋮險等級的爆炸性物質時，必須選擇與危險程度最高的爆炸等級及自然溫度等級相適應的防爆結構。 在非危險區(qū)域中，一般都是選用普通的電氣設備，但是，裝有爆炸性物質的容器置于非危險區(qū)域時，在異常的情況下，亦存在危險的可能性。比如，或因容器腐蝕溢出危險性物質，或因運轉工人誤操作放也危險性物質，或因異常反應而形成高溫高壓，使裝置、容器受到破壞而泄漏出爆炸性物質等。因此，必須考慮意外發(fā)生危險的可能性。必須考慮意外發(fā)生危險的可能性。2選擇合適的防爆類型 選擇防爆結構必須適用于危險區(qū)域。什么性質的危險區(qū)域就必須采用什么樣的防爆結構。防爆性能是因結構的不而不同，故必須根據爆炸性物質的種類，設備的種類、安裝場所的危險程度等選擇相適應的防爆類型。3適應于環(huán)境條件 本文章提到的防爆性能都以標準環(huán)境作為基本條件。防爆設備有“戶內使用”與“戶外使用”之分。