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电气仪表防爆安全技术朱信华2011 5 22 近年来 随着党和国家政府对安全生产管理的进一步深入 石油 海洋石油 石油化工和化学工业等行业在争创效益的同时 以人为本 安全生产的意识正在逐步提高 因此 爆炸危险场所的电气设备 仪器仪表和照明设备 简称电气设备 等在采购 设计 安装 使用和维修后的防爆安全性能已经越来越得到这些行业的重视 类非矿用防爆电气设备 工厂用防爆电气设备 90 是用于石油 海洋石油 石油化工 化学工业和制药等行业 简称石化行业 这些行业中的危险化学品作业场所存在的易燃易爆气体 蒸气种类繁多 目前世界上已经定性的有大约4000余种 其中定量的有1900余种 生产 储存 运输等环节工艺装备复杂多变 释放源种类繁多 爆炸危险因素难以分析判定 所以如何全面正确认识电气仪表防爆安全技术 是我们这次交流的内容 爆炸性危险环境 场所 爆炸性物质 释放源的概念 危险区域划分 防爆电气仪表概念 防爆电气仪表设备的保护等级 防爆电气仪表设备的选型 防爆电气仪表设备鉴别 安装与维护 爆炸性物质和爆炸危险环境 场所对气体或液体物质而言 在防爆技术中 可燃性物质是指物质 这包括气体 液体和固体 本身是可燃性的 并能够产生可燃性气体 蒸气或薄雾 可燃性液体又包括 可燃性液体和易燃性液体 闪点高于45 的称为可燃性液体 闪点低于45 的称易燃性液体 对固体物质而言 粉尘 在大气中依靠自身重量可沉淀下来 但也可持续悬浮在空气中一段时间的固体微小颗粒 可燃性粉尘 与空气混合后可能燃烧或闷燃 在常温压力下与空气形成爆炸性混合物的粉尘 导电性粉尘 电阻系数等于或小于1 103 m的粉尘 纤维或飞扬物 爆炸性物质是指可燃性物质与空气的混合物 爆炸是燃烧的加速度反应 它是可燃物质在点燃源能量的作用下 在空气或氧气中 进行化学反应 引起温度的升高 释放出热辐射及光辐射的现象 如果燃烧速度急剧加快 温度猛烈上升 导致燃烧生成物和周围空气激烈膨胀 形成巨大的爆破力和冲击波并发出强光和声响 这就是爆炸 爆炸的三个基本条件 即要有可燃物质 助燃物质和点燃源 三者缺一不可 爆炸性危险环境是指 在大气条件下 可燃性物质与空气的混合物被点燃爆炸后 燃烧将传至全部未燃混合物的环境 爆炸危险场所是指 有人员作业的爆炸危险区域 释放源的概念释放源是指可能把可燃气体 薄雾或液体释放到大气中以至形成爆炸性混合物的某个部位或某个点 每一台加工设备 如罐 泵 管道 容器等都应视作潜在的可燃性物质的释放源 如果这类设备不再盛装可燃性物质 很明显它的周围就不会形成爆炸区域 如果这类设备盛装可燃性物质 但不向大气层释放 同样是潜在的释放源 如果设备向大气中释放可燃物质 首先要确定大概的释放频率和持续时间 来确定释放源的级别 连续级释放源 连续释放或预计长期释放的释放源 例如 处理容器的内部 与大气相通的储罐 在储油 液 槽中油 液 上方的蒸气空间和低于水平面的空间等 第一级释放源 正常运行时 预计可能周期性或偶尔释放的释放源 例如 设备正常运行时 会释放易燃物质的泵 压缩机和阀门的密封件处 正常操作时会向大气释放物质的取样点第二级释放源 在正常运行时 预计不可能释放 如果释放也仅是偶尔和短时释放的释放源 例如 法兰 管接头 连接件 在正常运行时不可能出现释放的泵 压缩机和阀门的密封件处 安全阀 排气孔 多级释放源 由上述两种或多种级别组成的释放源 按连续级或第一级释放源来划分 爆炸危险区域划分 我国对爆炸性危险场所 气体 蒸汽 划分的依据是 GB3836 14 2000 爆炸性气体环境用电气设备第14部分危险场所分类 GB50058 1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 根据爆炸性气体 蒸气 环境出现的频率和持续时间把危险场所分为以下区域 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 爆炸性气体 蒸气危险环境区域的划分是依据释放源的性质来确定的 原则上 在没有任何外界条件影响的情况下 连续级释放源周围形成0区 第一级释放源周围形成1区 第二级释放源周围形成2区 通风 即空气流动 使新鲜的空气置换释放源周围的大气以促进可燃性气体逸散 通风速率适当 也能避免爆炸性气体环境的持久性 影响区域类型 通风形式 A 自然通风 B 人工通风 整体或局部通风 在露天场所 自然通风通常能够对消散场所中出现任何爆炸性环境起到重要作用 人工通风 例如 采用通风机或排气装置 人工通风主要用于户内或封闭的空间场所 分为 高级通风 VH 中级通风 VM 和低级通风 VL 三种 可燃性粉尘危险区域的划分依据是 根据可燃性粉尘环境出现的频率和持续时间 把危险场所分为三个区域 它们是 20区 21区和22区 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 22区 在异常条件下 可燃性粉尘云偶而出现并且只是短时存在 或可燃性粉尘偶而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 防爆电气设备概念 防爆电气设备 在爆炸危险场所安全运行的所有带电设备 防爆电气设备的分类 类 煤矿用防爆电气设备 类 除煤矿用以外的电气设备 石油和化工用电气设备 粉尘类 用 DIP 表示 防爆电气设备的结构型式 爆炸性气体环境中安装的电气设备主要有隔爆型电气设备 增安型电气设备 本质安全型电气设备 正压型电气设备 浇封型电气设备 充油型电气设备 充沙型电气设备 n 型电气设备 除这些结构以外的 并经检验机构检验确认的防爆特殊型 s 主要介绍常用的几种类型 d e p n i GB3836 1 2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分 通用要求GB3836 2 2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分 隔爆型 d GB3836 3 2000爆炸性气体环境用电气设备第3部分 增安型 e GB3836 4 2000爆炸性气体环境用电气设备第4部分 本质安全型 i GB3836 5 2004爆炸性气体环境用电气设备第5部分 正压外壳型 p GB3836 6 2004爆炸性气体环境用电气设备第6部分 油浸型 O GB3836 7 2004爆炸性气体环境用电气设备第7部分 充砂型 p GB3836 8 2003爆炸性气体环境用电气设备第8部分 n 型电气设备GB3836 9 2006爆炸性气体环境用电气设备第9部分 浇封型 m GB12476 1 2000可燃性粉尘环境用电气设备第1部分 用外壳和限制表面温度保护的电气设备第1节 电气设备的技术要求 防爆电气设备的通用技术要求GB3836 1 2000 爆炸性气体环境用电气设备第1部分 通用要求 所规定的是各种防爆结构类型电气设备所共同需要遵守的技术指标 这些技术条款约束着它们共性的潜在危险 这个标准的内容除非被其它专业标准修改或补充 适用条件 按此标准制造的防爆电气设备一般的运行条件 环境温度 20 40 大气压力 80kPa 0 8bar 110kPa 1 1bar 和标准氧含量体积比为21 的空气 对在超出上述范围以外的环境条件中使用的电气设备需要特殊考虑 例如 当在低于 20 环境温度下运行的设备 其相关的防爆参数都要进行试验验证或相应的修正 当在高于 40 环境温度下运行时 其电气设备的表面温度值应进行相应的修正测量来确定其温度组别 若设备铭牌上或证书中没有特殊说明 均视为一般的运行条件 防爆型式为防止电气设备引起周围爆炸性气体引燃而采取的特定措施 也称之为 防爆结构型式 特定的爆炸性环境的设备 特殊型 依据特定应用的爆炸性气体环境 对设备进行特定检验 这种情况 应在设备上作出相应的标志 s 并在防爆合格证中说明允许应用的危险区域 例如 Exs T4 爆炸性气体混合物的分级由于每一种气体 蒸气的物理 化学性质不同 其点燃 爆炸的特性也各不相同 根据气体 蒸气的最大试验安全间隙和最小点燃能量的大小 将其划分不同的级别 即 A B C 其中 A级的约占全部气体 蒸气的80 左右 B级的约占15 20 左右 C级的仅确认有6种 爆炸混合物分级 主要是便于该环境的隔爆型电气设备和本质安全型电气设备和nC nL型的制造及应用 其他防爆结构类型不存在级别划分 气体点燃温度组别划分 所谓点燃温度是指 在规定的测试条件下 点燃爆炸性介质所需的最低温度 一般是指爆炸性气体接触的发热部件 外壳表面的点燃温度 温度组别最高表面温度 T1450T2300T3200T4135T5100T685在环境温度 20 40 下使用 不需附加标志 否则应标注特定的环境温度 符号 U 的表示用来表示Ex元件的符号 所谓Ex元件表明 此元件只是防爆结构型式的一个部分 不能够单独使用 只能与其它元件或部件配合 才能成为一个完整的防爆设备 此元件往往是制造商的通用配件 一般在此Ex元件的防爆合格证号后加注 U 例如 CE081036U 符号 X 的表示用来表示特殊安全使用条件或限定条件的符号 例如 对设备安装位置的限定要求 对引入电缆的选用要求 对外壳抗冲击能量的说明等 一般是在防爆合格证号后加注 X 并在备注栏中说明限制条件 例如 防爆灯具的合格证CE081023X 备注栏中注明 此灯具限垂直向下安装 对外壳的要求 1 强度要求 对于防爆电气设备外保护的壳体应能承受一定的抗物的冲击能力 防止壳体损坏 造成防爆性能或保护性能失效 此外 对于手持式或便携式电气设备除了保证其抗冲击外 还应在使用状态下保证从1m高自由跌落到水平的混凝土地面上而不损坏 2 对外壳的材料要求 轻合金外壳允许按下列的质量百分比 对于0区 铝 镁 钛和锆的总含量不允许大于7 5 对于1区 镁的总含量不允许大于7 5 对于2区 除风扇 风扇罩和挡风板应符合1区的要求外 其他无要求 如果超过了以上规定的含量 设备应按要求加标志 X 并且安全使用的特殊条件应包含足够的信息使用户确定设备特殊应用的适应性 例如 避免由于冲击或摩擦的点燃危险 非金属外壳和外壳的非金属部件 非金属材料的外壳或外壳部件的耐热和耐寒性能 热稳定性 应满足规定的试验要求 设备外壳表面应设计为在正常使用 维护和进行清洁的情况下 能避免产生引燃危险的静电电荷的结构 该要求可通过下列措施之一来满足 a 外壳的表面电阻不大于1G 或者b 通过限定外壳非金属部件的表面积 C 设置警告标志 例如 清洁时 请用湿布擦拭 耐光照性能 如果与防爆型式有关的外壳或外壳部件是非金属材料 并且无防光照保护 则外壳应保证耐光照试验合格 所谓 光照 包括日光和灯光 尤其是大功率光源 透明玻璃罩及观察窗应采用具有一定强度的材料制成 并能够承受热剧变试验合格 胶粘材料 用于防爆电气设备外壳或部件粘接的材料应保证在预期的工作条件下和设备额定运行值范围内 对于其所承受的最低温度和最高温度应有足够的热稳定性 防止材料变质 影响防爆性能 3 对外壳的防护要求 防爆电气设备的外壳应合理地采取防护措施 IP 这样做的目的 一是满足有些防爆型式的特定要求 二是起到设备正常运行防护的需要 尤其是户外安装的设备 衬垫保持在外壳防护等级与安装或者维护规定打开的衬垫接合面的情况下 衬垫应粘附或固定到配合面的一个面上以防止丢失 损坏或不正确的组装 灯具中的光源应有透明保护罩 该透明保护罩可由网孔不大于2500mm2的保护网来保护 如果网孔超过2500mm2 则该灯具应视为无保护进行试验 外壳的引入装置向设备的引入应是通过位于外壳壁或设计装配在外壳壁内或壁上的光孔或螺纹孔进行 1 引入装置的标识应指明引入电缆或导管的位置和最大允许数量 螺纹式引入装置的螺纹型式 例如 公制的或锥管螺纹NPT 应在设备上作出标志或者是应在安装说明书中规定2 电缆密封套电缆压紧螺母不应损坏安装其上的电气设备的防爆特性 3 封堵件用于封闭电气设备外壳壁未使用的开孔时 应满足相关的专用防爆型式的要求 封堵件应只能使用工具拆除 4 导线温度在额定工作状态下 如果电缆或导管引入装置部位的温度高于70 或在芯线分支部位高于80 电气设备应适当地作出标志 X 以便用户正确选择电缆密封套和电缆或导线 5 引入装置中的橡胶密封圈应按规定的老化试验合格 紧固件对于保证防爆型式或用于防止触及裸露带电零件所必须的紧固件 只允许适用工具才能松开或拆除 含轻金属的外壳用的紧固件允许用轻金属或塑料制成 只要紧固件的材料适合外壳材料即可 在防爆型式专用标准中要求用特殊紧固件时 则特殊紧固件应是符合ISO262粗牙的公制螺纹 公差等级符合6g 6H 等电位连接 3 不要求接地的电气设备在不要求接地或等电位连接的的情况下 例如 在某些具有双重或加强绝缘的电气设备中 或者对于不需要附加接地的情况 内接地或外接地或等电位连接件不必要提供 另外 电气设备外接地连接件应能至少与截面积4mm2的接地线有效连接 接地1 内部接地对于接地或等电位导体的连接件应设在电气设备内部邻近其它连接件 2 外接地电气设备的金属外壳应设置辅助的外接地连接件 电气设备在下列情况的除外 通电时移动并且具有接地芯线或等电位线的电缆 或仅仅安装于不要求外接地连接的配线系统 例如 金属导管或铠装电缆 隔爆型电气设备 d 隔爆型电气设备是指具有隔爆外壳的电气设备 防爆标志为 d 隔爆外壳是指能承受内部的爆炸压力 并能阻止爆炸火焰向周围环境传播的防爆外壳 电气设备外壳的内部由于呼吸作用会进入周围的爆炸性气体混合物 当设备产生电火花及危险高温时 将引燃壳内的爆炸性气体混合物 形成巨大的爆破力及冲击波 一方面隔爆外壳应能承受内部的爆炸压力而不破损 另一方面隔爆外壳的接合面应能阻止爆炸火焰向壳外传播点燃周围的爆炸性气体混合物 因此隔爆外壳应有耐爆性及隔爆性两种特性 隔爆型电气设备的外壳材料一般采用金属材质制成 常用的有钢板 铸钢 铸铝合金 铸铁等材料 当采用铸铝时 应用抗拉强度不低于12Mpa 含镁量不低于6 的铝合金 当外壳容积不大于0 01升时 可采用陶瓷材料制造 当外壳容积不大于0 5升时 可采用塑料材料制造 但塑料外壳的结构强度受成型工艺及易自然老化的影响 一般用于外壳容积小于0 1升的隔爆部件 由于制造 安装 维护等原因 隔爆外壳不可能是天衣无缝的整体 而是由许多个零部件组成 零件间的连接缝隙会成为壳内的爆炸产物所通过的路径 引燃周围的爆炸性气体混合物 这些零部件的配合部分称隔爆接合面 其接合缝隙称隔爆接合面间隙 隔爆接合面的结构形式有平面式 圆筒式 止口式 螺纹式 曲路式以及胶粘密封等 隔爆级别分为 A B C 平面隔爆接合面 外壳内部 外壳内部 i i 0 2 A i 0 15 B i 0 1 C 止口隔爆接合面 外壳内部 外壳内部 外壳内部 L c d IIA IIB IIC c 6 0mm IIC 3 0mm I IIA IIB d 0 50L IIC f 1 0mm I IIA IIB IIC 外壳内部 圆筒部分和平面部分仅仅圆筒部分 i 0 2 A i 0 15 B i 0 1 C k无摩擦允许的最小径向间隙m计入k值时的最大径向间隙D d直径差 旋转电机的轴封接合面 螺纹隔爆接合面 i 0 2 A i 0 15 B i 0 1 C 粘接接合面 隔爆外壳的部件可以直接粘合在外壳壁上 与后者构成不可分的组件 或者粘合到金属框架内 使组件能作为一个整体更换 不损坏粘合 粘接接合面仅仅允许用于保证由它们组成的隔爆外壳的密封 其结构应使组件的机械强度不仅仅依赖粘接材料的粘接强度 从容积V的隔爆外壳内侧到外侧穿越粘接接合面的最短路径应该是 如果V 10cm3时 不小于3mm 如果10cm3 V 100cm3时 不小于6mm 如果V 100cm3时 不小于10mm A和 B类外壳接合面最小宽度和最大间隙 C类外壳接合面的最小宽度和最大间隙 5 对于隔爆型电气设备 须检查对应隔爆级别 A B C 的结构型式 1 对于法兰平面配合的隔爆接合面一般用于 A B级 如果隔爆腔净容积小于0 5升 配合间隙小于0 04mm 隔爆面配合长度大于9 5mm 允许使用在不含乙炔的 C级 2 圆筒式配合的隔爆接合面 对于静止的结构只能用于 A B级 对于操作和旋转机构 可用于 A B C 3 止口 平面加圆筒 式隔爆接合面可以用于 A B C级 4 螺纹配合接合面可用于 A B C级 5 胶粘接合面用于 A B C级 特别注意 电器 仪表中的观察窗 灯具的透明件与金属课题壳体隔爆配合面 只能采用胶粘 或金属衬垫 或直接配合的方式 不允许采用橡胶衬垫配合 其中胶粘配合面可用于 A B C级 其它配合型式参照1 的规定 构成隔爆外壳部件的呼吸和排液装置呼吸和排液装置含有透气元件 这些元件应能够承受它所安装的隔爆外壳内部爆炸产生的压力 并且能够防止向外壳周围爆炸性环境传爆 具体规定如下 1 隔爆外壳内部爆炸的动态效应而不产生损害透气元件阻火性能永久性变形或损坏 2 这些要求同样适用于传声装置 3 呼吸和排液孔不应利用故意扩大平面接合面的间隙获得 4 用于含有乙炔的爆炸性气体环境中的呼吸或排液装置的元件的含铜量应不超过60 以限制乙炔化合物的形成 5 应规定呼吸和排液装置及其零部件的尺寸 隔爆外壳上的几个主要零部件 紧固件应有足够的机械强度 壳体内部爆炸时内部产生的压力 不会引起螺栓断裂 紧固件应有防锈 防松措施 以保证平面式隔爆接合面的间隙 用螺栓紧固时 若用弹簧垫圈防松 只需将弹簧垫圈压平即可 不宜拧得太紧 应保证各个螺栓受力均匀 为了避免外力对紧固螺栓的剪切 盖和壳体接合处的外型尺寸必须一致 其中 1 螺纹应是粗牙的公制螺纹 公差等级为6g 6H 2 不允许使用塑料材料和轻合金 3 螺钉和螺母的屈服应力至少为240N mm2 4 紧固件不应穿透隔爆外壳壁 除非它们与壁构成隔爆接合面并且与外壳是不可分开的 例如利用熔接 铆接或其他等效方法 5 对于不穿透隔爆外壳壁的螺钉或螺栓孔 隔爆外壳壁的剩余厚度应至少是螺钉或螺栓直径的三分之一 最小3mm 6 当螺钉没有配垫圈完全拧入到隔爆外壳壁的盲孔中的时候 在孔的底部至少保留一整扣螺纹的余量 连锁装置和警告牌 正常运行时会产生火花和高温的电气设备 须设置联锁装置 联锁装置的机构应保证电源接通时壳盖不能打开 壳盖打开后 电源不能接通 用螺栓紧固的外壳允许用警告牌代替联锁装置 警告牌内容 严禁带电开盖 若有高温元件或储能元件 应注明 断电后延迟 分钟开盖 透明件主要用于照明灯具的透明罩 仪表窗口 指示灯罩等部位 照明灯具 电器仪表的观察窗的透明件一般采用钢化玻璃制成 要有一定的厚度 应能承受规定的冲击试验 耐压试验和热剧变试验 隔爆外壳上固定透明件的方法有胶粘式 衬垫式两种 隔爆外壳上的衬垫有两种形式 防爆用的衬垫 应采用金属或金属包覆的可压缩不燃材料 防护用的衬垫 应采用橡胶或塑料的可压缩不燃材料 且不能计算在隔爆接合面内 引入装置是电缆或导线进出电气设备的隔爆部件 按按其结构分有橡胶密封圈式 填料密封式 带螺纹的电缆引入方式之分 增安型电气设备 e 增安型电气设备是指对正常条件下不会产生电弧或电火花的电气设备 进一步采取措施 提高其安全程度 防止电气设备产生电弧 电火花及危险高温的电气设备 其防爆标志为 e 增安型电气设备是采取了以下结构措施来提高电气设备安全性的 1 有效的外壳防护 2 电路的可靠连接 3 增大电气间隙和爬电距离 4 限制设备的温升 5 提高绝缘性能 有效的外壳防护 增安型电气设备是依靠外壳的防护措施来保护内部的电气部件的 外壳防护措施不好 粉尘及水分会侵入壳体内的电气绝缘构件上 造成电气设备的过载或短路 产生电火花或电弧 引燃周围的爆炸性气体混合物 此外 外壳要承受一般外物的冲击 防止外壳破裂 增安型电气设备的外壳防护等级应符合以下规定 1 内装裸露带电零件的外壳 如接线连接件 至少应有IP54的外壳防护等级 2 内装绝缘带电零件的外壳 如电磁阀线圈 至少应有IP44的外壳防护等级 具有排水孔或通风孔的保护壳体可以在1 情况下防护等级不低于IP44 或2 情况下不低于IP24 对于安装在清洁环境下 并且定期由经过培训的人员监视的旋转电机的外壳 端子箱和裸露带电部件除外 可以不低于IP20 但是 应能防止固体外物通过通风孔垂直落入电机外壳中 电路的可靠连接 外部电缆的连接 外部电缆进入电气设备后 一般都在接线端子处接线 如果连接件尺寸过小 连接件上的电流密度过高将造成接点过热 如果连接松动接触不良将产生电火花 都有可能引燃周围的爆炸性气体混合物 为此 电气连接件应有足够尺寸 保证与电气设备额定电流相适应的导线可靠连接 无论连接件的结构如何 均应有可靠固定和防松措施 制造厂在说明书中应规定连接导线的规格及数量 内部导线的连接 增安型电气设备内部导线的连接同样应连接可靠 并应消除不适当的机械应力 因此只允许采用以下导线的连接方法 a 能防止松动的螺栓及螺钉连接 b 挤压连接 c 导线用机械方法连接后 再用锡焊连接 d 硬焊连接 e 溶焊连接 增大电气间隙和爬电距离 电气间隙是指两个导电部分之间的最短空间距离 爬电距离是指两个导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离 绝缘材料的耐泄痕性 选用优质的绝缘材料 通常 从绝缘材料产品的形态可分为三大类 气体 液体 固体绝缘材料 气体绝缘材料在高压开关中应用较广 液体绝缘材料以矿物油为主用作低压变压器的绝缘油 固体绝缘材料大量用作电气设备的绝缘构件 防爆电气设备的绝缘材料有以下要求 1 固体绝缘材料应有不燃 难燃性能 2 固体绝缘材料吸潮性要小 3 固体绝缘材料应有耐电弧性能 4 固体绝缘材料应有耐热性能 影响绝缘材料功能的机械性能 例如强度和刚度在下列条件下应满足要求 a 高于电气设备额定运行时的最高温度至少20K 最低为80 或b 对于绝缘绕组 内部布线和与电气设备永久连接的电缆 在电气设备额定运行时达到的最高温度 5 对于绕组应在紧固和包覆绕制之后进行干燥除去潮湿 然后用合适的浸渍漆浸渍 用涂刷或喷洒进行涂覆不认为是浸渍 浸渍时 浸渍和干燥处理至少进行两次 限制设备的表面温度 限制设备的表面温度是增安型电气设备主要的防爆措施 因为 增安型电气设备的外壳只有防护功能 设备的表面温度不能考虑外壳的表面 而应考虑壳内的电气部件表面温度 这样 很难提高设备的温度组别 因此 须从限止极限温度及进行电气保护两个方面着手解决 所谓极限温度是指电气设备或其部件的最高允许温度 在确定极限温度时 应考虑两个因素 一是爆炸性气体混合物被点燃的危险温度 二是结构材料的极限温度 对于电动机应在启动 额定运行或规定的过载状态 tE时间结束时 其任何部位的最高表面温度均不允许超过规定的温度保护装置一般有两种形式 a 电流保护方式b 温度保护方式 对于增安型灯具 应特别注意光源的选择 1 具有符合规定的单插脚冷起动荧光灯 2 管式双插脚荧光灯 电路应连接成无预热阴极 3 白炽灯 4 不存在灯泡破裂后光源部分仍有高于限制温度的危险的其它光源 单插脚荧光灯双插脚荧光灯 浇封型电气设备电气设备的一种防爆型式 在这种防爆型式中 将产生点燃爆炸性混合物的火花或过热的部分封入复合物中 使它们在运行或安装条件下不能点燃爆炸性混合物 防爆标志为 ma mb 复合物为 热固性的 热塑性的 环氧树脂 冷固 或弹性物质 有或无填充剂和 或添加剂 在固化后认为是复合物 复合物材料在性能上应能承受设备在运行时和工作 故障发热温度 复合物的浇封工艺和要求应满足标准 保护等级 浇封型电气设备分为 ma 或 mb 两种保护等级 ma 保护等级 应在下列各种情况下不能引起点燃 1 在正常的运行和安装条件下 2 任何规定的非正常条件 3 定义的故障条件下 所以 ma保护等级的设备允许使用在0区 mb 保护等级 应在下列各种情况下不能引起点燃 1 在正常的运行和安装条件下 2 定义的故障条件下 所以 mb保护等级的设备允许使用在1区以下 正压外壳型电气设备 p 正压外壳型电气设备是指具有正压外壳的电气设备 防爆标志为 p 所谓正压外壳是指保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性气体环境的压力 阻止外部混合物进入的外壳 正压型电气设备有连续气流正压 泄漏补偿正压 静态正压三种结构型式 连续气流正压是指保护气体连续通过正压外壳 使外壳保持正压的方法 泄漏补偿正压是指在各个排气口封闭时 对正压外壳和管道内保护气体不可避免的泄漏进行补偿 使壳内保持正压的方法 静态正压是指不添加保护气体而保持危险场所中正压外壳内正压值的方法 正压型电气设备的防爆型式是以外部的爆炸性环境 1区 2区 是否有内释放 正压外壳内是否有点燃能力为依据来划分的 pX型 将正压外壳内的危险从1区降至非危险 py型 将正压外壳内的危险从1区降至2区的正压保护 pz型 将正压外壳内的危险从2区降至非危险的正压保护 具体见下表 石油和化学工业电气产品防爆质量监督检验中心 国家安全生产天津防爆电气检测检验中心 正压保护装置的结构要求 通至正压外壳内的保护气体通常采用清洁空气或惰性气体 除罐装保护气体外 保护气体进入管道的位置应设在非危险环境 正压外壳内的保护气体应是干燥 不含油 粉尘 纤维 化学剂 可燃物的气体 因此 管道内应设置干燥过滤器 且空气源的采集位置应在安全区 并应注意风向 风速的影响 正压外壳及管道内的所有空间的最小气体压力值应不低于50Pa 正压小屋为25Pa 特别要保证泄漏部位的最小气体压力值 正压设备具体工作原理 1 正压型电气设备在开启前 首先要进行换气 换气过程以最小换气量来实现 即至少通以5 0倍正压外壳及管道容积的气量值进行冲洗 使壳体内无爆炸性气体混合物后才能通电 当进入外壳及管道的最小流量确定后 为达到最小换气量的时间称最小换气时间 换气过程只须控制最小换气时间即可完成 2 对于在换气过程中实现控制目的的电气系统 应采用适合的防爆结构型式 保证正压型电气设备的整体安全 3 正压型电气设备在启动 运行时 会有气压不足的情况 所以 正压型电气设备应设置补气及控制系统 保证低于工作压力时 进行自动补气 压力再降低时 进行报警 压力降低至最小值时 应自动切断电源系统 整个控制过程要运行可靠 4 当内部安装有发热元件时 当元件的表面温度超过规定的温度组别时 应采取气密或浇封防爆措施加以保护 5 有内置系统的正压外壳型电气设备 在外壳内有释放源产生 所以要按规定采取有效措施进行控制 对于正压小屋的要求 n 型电气设备 n 型电气设备是专门用于2区爆炸性气体环境的设备 过去称无火花型电气设备 这种型式的电气设备 在正常运行时一些规定的异常条件下 不能点燃周围的爆炸型气体环境 注1 本标准的要求是试图保证不可能发生能引起点燃的故障 注2 规定的异常条件的示例是具有灯泡故障的灯具 n 型电气设备有以下的几种防爆形式 无火花电气设备 ExnA有火花电气设备 ExnC限制呼吸外壳 ExnR限制能量设备 ExnLn 正压外壳 ExnZ 石油和化学工业电气产品防爆质量监督检验中心 国家安全生产天津防爆电气检测检验中心 无火化装置 nA 装置的结构使正常使用条件下产生能引起点燃的电弧 火花的危险减少至最小 nC 型装置和元件 浇封装置 nC 含有空腔或不含空腔的装置 他它被设计成全部被埋入浇封复合物中 使其密封起来阻止外部大气进入 封闭式断路装置器 nC 装有通 断电触头的装置 它在进入其内部的可燃性气体或蒸气爆炸时不会损坏 并且也不会将内部爆炸传播到外部的可燃性气体或蒸气 气密式密封装置 nC 其结构使外部大气不能进入其内部 并且密封是通过熔接 例如钎焊 铜焊 熔焊或玻璃与金属的熔接来实现的 非点燃元件 nC 元件具有接通或断开规定的具有点燃能力的电路的触头 但是接触机构的结构使元件不能够点燃规定的爆炸性气体环境 密封装置 nC 装置设计成在正常运行期间不能打开 并且有效地密封阻止外部的大气进入 限能设备 nL 电路和结构的设计符合能量限制原理的电气设备 限制呼吸外壳 nR 设计成能限制气体 蒸气和雾进入的外壳 n 型电气设备属 类设备 仅限于使用在2区危险场所 对限制能量设备 也可划分 A B或 C 目前 国内广泛采用的主要是ExnA ExnR和ExnZ 例如 无火花型电动机 限制呼吸外壳的灯具 制冷压缩机 正压外壳的简易控制箱 主要介绍nR型灯具和nA电动机 充砂型电气设备 q 充砂型电气设备是将能点燃爆炸性气体的导电部件固定在适当位置上 且完全埋入填充材料中 以防止点燃外部爆炸性气体环境 这种防爆型式不能阻止爆炸性气体进入设备和Ex元件而被电路点燃 但是 由于填充材料中空隙小 且火焰通过填充材料中的通路时被熄灭 从而防止外部爆炸 填充材料为标称值0 5 1mm石英或玻璃颗粒 电气设备的保护外壳应能够承受规定的外力冲击和具备IP54以上的防护等级 若防护等级高于IP55时 应在外壳上增加呼吸装置 充砂型电气设备目前主要用于要求散热性能的电气元件上 例如灯具的镇流器 油浸型电气设备 o 油浸型防爆型式是将电气设备或电气设备的部件整个浸在保护液中 使设备不能够点燃液面上或外壳外面的爆炸性气体 保护液是符合IEC60296的矿物油或符合 1 着火点最低为300 2 闪点 闭杯 最低为200 3 在25 时测定保护液的动粘度最高为100cSt 4 电气击穿强度最低为27kV 5 在25 时测定保护液的体积电阻最低为1 1012 25 m 6 凝固点最高应为 30 7 保护液不应对所接触材料的性能产生不利的影响 油浸型结构主要用于冷却 固定安装的开关 控制器等 本质安全型电气设备 i 本质安全电路 在规定的条件下 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电路 本质安全设备 其内部所有的电路都是本安电路的电气设备 关联设备 装有本质安全电路和非本质安全电路 而且结构使非本质安全电路不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备 一般为安全栅 主要用于电网供电的仪器设备 本质安全电路分为 A B C三个级别 安全栅 本安电路 非本安电路 本安电路的安全等级 ia等级 正常工作和一个故障 安全系数K 1 5 二个故障 安全系数K 1 0 ib等级 正常工作和一个故障 安全系数K 1 0 本质安全型设备的特点 1 ia等级的设备可用于危险场所0区 2 体积小 重量轻 造价低 3 结构简单 易操作 维护 4 由于能量限制的原理 有局限性 粉尘防爆电气设备 电气设备采用防尘或尘密外壳的结构及限制表面温度的方法对可燃性粉尘环境进行保护的电气设备 此防护型式是粉尘防爆电气设备的一种结构型式 防粉尘点燃的标志 DIP 防尘型电气设备的分类及使用危险场所 国际上分A B型两大类 两者都具有相同的防点燃水平 A型 欧州供应商一般采用的防尘型电气设备 B型 北美国家供应商一般采用的防尘型电气设备 可燃性粉尘区域的电气设备的防爆型式 防爆电气设备的防爆标志爆炸性气体环境电气设备的防爆标志 Ex 防爆结构 类别 级别 A B C 温度组别 T1 T6 例如 隔爆型设备Exd BT4增安型设备Exe T3如果设备整体是由多种防爆结构组成 则 在防爆结构栏中顺次标注 主体 次主体 例如 主操作腔为d 接线腔为e的防爆操作柱 Exde BT4 例如 指示灯为浇封型 开关元件为隔爆型 按钮为隔爆型 接线端子和外壳为增安型的全塑主令控制箱 其防爆标志为 Exedm CT5例如 增安型全塑荧光灯 光源及插接装置 接线端子和灯罩为增安型 连锁开关为隔爆型 镇流器为充砂型 其防爆标志为 Exedq CT4 防爆电气设备的保护等级 EPL 国家标准GB3836 1即将变化动态 最近颁布的标准首次将气体和粉尘的要求合并 不久颁布的标准将合并气体和粉尘的要求 增加设备的保护等级 EPL 依据设备成为点燃源的可能性及区别爆炸性气体环境 爆炸性粉尘环境和有甲烷的煤矿爆炸性环境的差别而规定的保护等级 粉尘增加组别Ga 气体环境 具有 很高 的保护等级 在正常运行过程中 在预期的故障条件下或者在罕见的故障条件下不会成为点燃源 Gb 气体环境 具有 高 的保护等级 在正常运行过程中 在预期的故障条件下不会成为点燃源 Gc 气体环境 具有 加强 的保护等级 在正常运行过程中不会成为点燃源 也可采取附加保护 保证在点燃源有规律预期出现的情况下 例如灯具的故障 不会点燃 Da 粉尘环境 具有 很高 的保护等级 在正常运行过程中 在预期的故障条件下或者在罕见的故障条件下不会成为点燃源 Db 粉尘环境 具有 高 的保护等级 在正常运行过程中 在预期的故障条件下不会成为点燃源 Dc 粉尘环境 具有 加强 的保护等级 在正常运行过程中不会成为点燃源 也可采取附加保护 保证在点燃源有规律预期出现的情况下 例如灯具的故障 不会点燃 气体类防爆类型及适用的保护等级 d 隔爆型 对于EPLGb或Mb e 增安型 对于EPLGb或Mb ia 本质安全型 对于EPLGa或Ma ib 本质安全型 对于EPLGb或Mb ic 本质安全型 对于EPLGc ma 浇封型 对于EPLGa或Ma mb 浇封型 对于EPLGb或Mb mc 浇封型 对于EPLGc 在考虑之中 nA 无火花 对于EPLGc nC 火花保护 对于EPLGc nR 限制呼吸 对于EPLGc nL 限能 对于EPLGc o 油浸型 对于EPLGb px 正压型 对于EPLGb或Mb py 正压型 py 等级 对于EPLGb pz 正压型 pz 等级 对于EPLGc q 充砂型 对于EPLGb或Mb 粉尘的组别 举例表示 Exde CT4GbExtb CT135 T250180 DbIP66Tamb 30 to 50 粉尘的防爆类型及适用的保护等级 ta 隔爆型 对于EPLDa tb 增安型 对于EPLDb tc 本质安全型 对于EPLDc ia 本质安全型 对于EPLDa ib 本质安全型 对于EPLDb ic 本质安全型 对于EPLDc 在考虑之中 ma 浇封型 对于EPLDa mb 浇封型 对于EPLDb mc 浇封型 对于EPLDc 在考虑之中 p 正压型 对于EPLDb或Dc 防爆电气设备的选型 GB3836 15 2000 爆炸性气体环境用电气设备危险场所电气安装 规定 0区 ia等级的本质安全型 ma等级的浇封型 1区 ia ib型 d型 p型 q型 o型 ma mb型 e型 包括接线盒 箱 单插头荧光灯和配有合适热保护装置的低压异步电动 复合型等 2区 上述类型和n型 GB12476 2 2006 可燃性粉尘环境用电气设备第2节 电气设备的选择 安装和维护 规定 选用防爆电气设备 1 满足危险场所划分的危险区域来选用相应的电气防爆类型 如果场所中同时存在气体和粉尘 应同时考虑满足要求 2 要根据危险环境可能存在的易燃易爆气体 蒸气 粉尘的种类来选择防爆电气设备的级别和温度组别 3 考虑其他环境条件对防爆性能的影响 例如 危险化学品作业场所中普遍存在既有易燃易爆的危险 还同时受到化学腐蚀 或盐雾 或高温 高湿 或沙尘 雨水 或振动的影响 4 保证石油 海洋石油 化学工业等行业危险场所安装使用维护的特殊性 例如 带电设备的种类和结构繁多 而且安装位置多变 操作 检修人员素质不同 5 选用具有防爆合格证 生产许可证以及国家相应认证的产品 6 具体的安装配线需要 根据危险程度的高低 气体 蒸气危险场所划分为 0区 1区和2区 它们的划分主要取决于释放源 爆炸危险源 的释放程度 当然 场所中的建筑物结构 通风设施的能力以及场所所处的自然因素等都会对其划分有影响 甚至影响很大 0区场所一般局限于石油和化工反应或储存装置内或排放口等较小的区域 防爆电气设备只能选用 ia 和ma型式 但国际电工委员会IEC60079 26专门对O区使用的电气设备做了详细规定 规定中的结构类型已经不仅仅是这两种类型 对于1区 2区场所而言 企业一般为了提高安全程度 均愿意选择1区使用的防爆类型的电气设备 例如 隔爆型 本质安全型 正压型 浇封型等 如果应用环境 场所是户外或有轻微腐蚀 沙尘雨水的2区时 往往愿意选用防护能力较强的防爆类型电气设备 例如 增安隔爆复合型 de 增安型 e n 型等 防爆电气产品的鉴别1 设备总体防爆标志 应在设备外壳明显处标 铸有防爆标志全称 如 Exde BT4 2 产品名牌 内容应包括 1 防爆标志 2 防爆合格证号 3 特定的要求 如 环境要求或安装使用限制等 4 出厂日期 编号 注意 取消名牌右上角注明 Ex 的规定 3 设备整体外观 1 金属外壳的隔爆型设备 壳体相对壁厚 铸面光滑无凹凸不平状况 保证其承受爆炸强度要求和无砂孔 2 防爆型灯具的灯体要大 以保证其散热能力和温度组别要求 提高光源的使用寿命 3 设备具备内外接地并有接地标志 4 注意电气设备的引入装置配置情况 应保证施工配线的需要 4 设备结构合理性确认 例如 e型灯具光源 接线箱允许回路数和最大电流 功率等 采购过程中对供应商和产品资质的要求 1 防爆合格证 必要时要验证证书的真伪性 特别要注意 整体设备的系统认证 2 防爆电气产品的检验报告和检验机构审查通过的技术文件 主要是防止防爆合格证的伪造 一证多用以及更加详细地了解产品防爆参数和限制的条件 3 生产许可证 没有在生产许可证目录的 此项不考虑 4 企业的定点或入网证明 此项限于特大型企业 5 产品的其他质量证明 例如 船检型式报告 防腐报告 防护试验报告等 例如 防护性能和等级 制造商在出示的设备防爆合格证中 检验机构应验证后注明其具有的特殊防护性能和相应等级要求 或在出示的单项型式试验报告中说明 采取了相应防护措施后 没有破坏其防爆性能 后者主要是指制造商在防爆电气产品取得防爆合格证后 补做相应的抗其他特殊环境影响的型式试验报告 6 国外进口的防爆电气设备按照国家有关规定 必须取得中国检验机构的防爆合格证后方可安装使用 正确安装和使用维修 保证防爆安全性能 由于防爆电气的结构 工艺的特点 造成其防爆质量的保证与其他工业设备有极大的区别 一般工业设备只要保证产品制造的质量满足要求 用户安装使用后就基本能够保证质量 防爆电气设备不仅要保证在制造过程中防爆安全质量 而且 还要保证安装 使用和维护得当 才能真正达到防爆的目的 如此说来 防爆电气设备制造的质量和选型 安装 维护的正确在其实际应用中防爆性能的保证各占有50 的重要性 如果防爆电气设备选型 安装 维护不当 其掩盖的不安全因素比非防爆电气设备更危险 容易造成用户的麻痹意识 所以 要考虑充分在使用过程中造成的防爆安全性能失效问题 设备非带电金属部件的等电位连接设备的金属外壳与电气配线金属管路应构件组成等电位连接体 避免电气设备绝缘漏电使壳体电位局部升高引起电位差产生电火花 具有双重绝缘的电气设备及金属管布线的电气设备不必进行等电位连接 后者应要求电气设备与金属管螺纹啮合处的防锈油具有导电性 本质安全型电气设备不需要等电位系统连接 防爆电气设备的金属外壳的接地连接件采用RV绝缘铜芯线 额定电压为500V 芯线截面为2 5mm2以上 与装置或系统的接地连接件连接在一起 连接件应有防松措施 电源的接地类型及保护措施为了限制电气设备金属外壳的接地故障电流的幅值及持续时间 防止等电位连接件的电位升高应采用适宜的电源的接地类型及保护措施 如采用TN系统 应为TN S系统 中性线N和保护线PE分开布线 对于TN C系统应在非危险环境进行转换成TN S系统 如采用TT系统 电源变压器与接地连接件分开接地 应在装置或系统的电源进线处设置漏电保护器 接地电阻率高的场所不允许使用该系统 如采用TI系统 电源变压器中性线与地隔离或经阻抗接地 电气装置分开接地 应在装置或系统的电源进线处设置绝缘继电器 50 V以下切断电源 电气系统的布线1 电缆及其附件的选型及设置应考虑机械损伤及化学腐蚀等的影响 2 无护套的单芯电线 RV线 不能用作装置及系统的布线 3 防爆电气设备未使用的引入装置及通孔应用适合相关防爆型式的堵塞件进行堵封 本安型除外 应采用仅用工具才能打开的堵塞件 4 电气线路从非危险环境穿过危险环境时 其金属管路应有相应的隔离密封措施 5 危险和非危险环境之间墙壁上穿过电缆或金属管的开孔要密封 6 危险环境中布线电缆不能有中间接头 当不可避免时 在1区危险环境应在防爆盒内连接和分支 在2区危险环境应采用焊接后再用热塑管或灌封接头进行密封 7 绞线终端接头应用芯线套或定型端子压接 但不能采用单独锡焊连接方法 布线的电气 机械性能要求1 在爆炸危险环境内 低压电力 照明线路用的导线或电缆的额定电压应不低于工作电压 且不应小于500V 工作零线的额定电压应与相线的额定电压相等 并应在同一保护管内敷设 2 在危险环境应采用电缆或铜芯导线 3 导线或电缆的最小铜芯截面积 本安系统除外 1区 铜芯2 5mm2 2区 铜芯1 5mm2 振动场所或设备应采用多股软导线或电缆 移动设备1区采用重型橡套电缆 2区采用重型或中型橡套电缆 布线方法 主要介绍钢管布线 爆炸危险环境中不准明敷绝缘导线 必须采用镀锌厚壁钢管布线 钢管 附件 电气设备之间 应采用螺纹连接 其有效的啮合扣数 DG25mm以下时 5扣 DG32mm以上时 6扣 锥管螺纹为5扣 1区内应用锁紧螺母并压紧 螺纹连接部分涂铅油及磷化膏 爆炸危险环境在下列场所应安装隔离密封盒 以防止管路爆炸时产生较大压力 a 当电气设备的引入装置无隔离密封件时导线引向引入装置前的管件处 b 直径50mm以上的钢管距接线箱45cm处 及直径50mm以上钢管每隔15m处 c 相邻的爆炸危险环境1区 2区之间 1区2区与相邻的非危险环境之间 d 隔离密封盒内充填粉剂密封填料 对于隔爆型来讲 其填充宽度应大于钢管内径 最小应大于16mm 当钢管中含有三根以上绝缘导线时 其绝缘导线总截面积不得超过钢管截面积的40 电缆引入系统关于电缆引入到隔爆型电气设备时 须注意引入的方式和方法 隔爆型电气设备的引入方式分为 直接引入和间接引入两种 这两种引入方式中间接引入更安全可靠 间接引入的目的主要是将隔爆外壳内的电气元件与接线部分隔离开来 使得引入装置 尤其是橡胶密封圈式引入装置 这一隔爆薄弱部分与点燃源 电气部件隔离开来 提高安全性 这样做的目的一是避免用户安装维修时误操作造成电气连接的错误 二是保证安装维修后 隔爆性能的保证 日本国家尤其重视间接引入的方式 而反对直接引入 对于引入的方式来将分为橡胶圈式和填料式 其中填料式更为安全 使用直接引入的橡胶圈引入装置须注意 开始 壳体内是否有点燃源 是否是 C级 采用隔离密封或间接引入 是否在1区 是否大于2升 使用橡胶密封圈引入装置 是 否 是 否 是 否 是 否 如果隔爆外壳上设置的开孔不使用 例如 用于电缆密封套或导管引入 应将其封堵 使外壳保持隔爆性能 封堵装置可以设计成能够从隔爆外壳壁的外侧或内侧装上或拆去 防爆电气设备检查和维护 爆炸性危险场所电气设备检查和维护是参照GB3836 16 2006 爆炸性气体环境用电气设备第16部分电气装置的检查和维护 结合相应法规和企业实际工