爆炸危险区域的划分及防爆电气设备的选用

爆炸危险区域的划分及防爆电气设备的选用一、概 述 众所周知，易燃气体或蒸汽与空气的混合物遇到火花、电弧或危险高温就会被点燃，会形成燃烧或爆炸。石化和化工企业经常要加工和处理易燃性液体或气体，石化工业的原料中有相当多的品种是易燃性的，如常用的原料中的石油、天然气、氢气是易燃性物质；半成品中的烷类、烃类化合物多数是易燃性物质；成品中的汽油、柴油等也是易燃性物质。这些易燃性物质在被加工、贮存的过程中不可避免的会从管道、反应器、贮罐中逸出或漏出，与空气中的氧气混合后形成爆炸性混合物，如果当时现场有点燃源，就会形成爆炸。爆炸产生高温和冲击波，造成人员伤亡和财产的巨大损失。由于上述特点，石化企业的防爆安全就成为企业的头等大事。为了防范这种工程爆炸，需在工程中采取相应的措施。工程上采用的防爆安全措施一般分两类，第一类称为一次防爆措施，如建筑物的防爆设计，通风设施等。第二类称为二次防爆措施，如选用防爆电气设备等。这些措施都需要增加工程的投资，其设备费用、安装费用都高于普通电气产品，且平时的运行和维护都比普通电气设备难度大。如何在设计中正确划分爆炸危险区域，合理地按级选用防爆电气设备，事关企业的安全和工程投资的合理。二、爆炸危险区域的划分 如果对于一个炼油厂或其中的一个装置，由于它的原料、产品有易燃性物质，就把整个厂区或装置都认定为爆炸危险场所，是极不经济的，显然也是不合理的。 易燃性物质的出现形成了一个潜在的爆炸性环境。所谓潜在的，就意味着它们并不是时刻出现的，有的出现频率高，有的出现频率低。在这种情况下，就存在危险性大的场所和危险性小的场所。因此，就有必要对这些危险场所进行的“场所分类”。按照场所中气体环境出现的频率和存在的时间的长短，将场所的危险程度分类，以便按照危险区域类型采用不同的防爆措施。爆炸危险场所的划分首先要查找和确定释放源，根据释放源的等级，划分爆炸危险区域，然后还应结合释放源所在处的通风条件调整区域划分。（1）查找和确定释放源 在每个工程项目中，每一台加工设备(如罐、泵、管道、容器等)，其内部含有易燃性物料，就应视为潜在释放源，如易燃性气体或液体的排入口、取样点、泄漏的阀门等，都是释放源。设备中含有的易燃性物料不会向环境中释放的，如全部焊接的管道等，则不可视为释放源。在场所分类中，首先应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短确定释放源的等级。根据规范规定共分为三级：1.连续级释放源：预计长期释放或短时频繁释放的释放源，可划为连续级释放源。如：固定顶贮罐的上部空间和排气口；油、水分离器等直接与空气接触的易燃液体的表面；经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸汽的自由排气孔或其它孔口等。 2.第一级释放源：预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源，可划为第一级释放源。如：正常运行时，会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门等的密封处；正常运行时，会向空间释放易燃物质、安装在贮有易燃液体的容器上的排水系统；正常运行时会向空间释放易燃物质的取样口。3.第二级释放源：预计在正常下不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源，或划为第二级释放源。如：正常运行时不能出现释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封处；正常运行时不能释放易燃物质的法兰、连接件和管道接头；正常运行时不能向空间释放易燃物质的安全阀、排气孔和其它孔口处；正常运行时不能向空间释放易燃物质的取样口。由上述两种或三种级别释放源组成的释放源，称为多级释放源。（2）爆炸危险区域的划分爆炸危险区域的划分是根据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间确定的，分为0区、1区、2区。1. 存在连续级释放源的区域可划为0区正常运行时连续或长时间出现或短时间频繁出现爆炸性气体、蒸气或薄雾的区域。设备环境中已充满爆炸性气（液）体，该场所已随时处于危险状态下，只要稍有微小火花即可能爆炸起火，通常此场所尽可能不使用电气设备。若不得不使用，只有EExi本质防爆结构被允许。例如：油罐内部液面上部空间。2. 存在第一级释放源的区域可划为1区设备环境中，在正常操作下，爆炸性气体已具危险性，在修理或维护时之泄漏即形成危险的场所。3. 存在第二级释放源的区域可划为2区。正常运行时不出现，即使出现也只可能是短时间偶然出现爆炸性气体、蒸气或薄雾的区域。爆炸性气（液）体已被控制住而使用，但若异常撞击破坏结构，可能使危险气（液）体溢出而发生危险的场所。例如：油罐外3m内。然后应根据通风条件调整区域划分。当通风良好时，应降低爆炸危险区域等级；当通风不良时应提高爆炸危险区域等级。 在生产装置中0区是极个别的，大多数属于2区，在设计中划分爆炸危险区域时，应采取合理措施尽量减少1区。（3）爆炸危险区域的范围爆炸危险区域的范围划分，除了按照规范条文的规定以外，还与以下几个因素有关：1.易燃物质的泄出量；2.释放速度；3.释放的爆炸性气体混合物的浓度；4.易燃液体的沸点，液体混合物初沸点；5.爆炸下限；6.闪点；7.通风量；等等。这些量的增加与减少都与爆炸危险区域范围的大小有直接的关系。因这些量界定的因素较复杂。所以上述所列的影响范围大小的参数，只是采用了IEC规定，而该规定迄今为止只是一个原则性规定，无具体尺寸可遵循。由于实际生产装置的工艺、设备、仪表、通风布置等条件各不相同，在具体设计中均需结合实际情况妥善选择，才能确保安全。具体划分尺寸见有关规范GB5005892。三、防爆电气结构及使用之防爆场所防爆电气：为了避免电气产生的火花及过热温升引起危险，特别在危险场所制作的电气设备。防爆电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他传动机械。一般防爆电气构造及其适用之防爆场所如下表所列：构造名称 代号定 义 及 特 点图 示适用防爆场所耐压防爆/隔爆型 ( d )器壳内装有如NFB、MS等在正常操作下会发生火花之一般电气ZONE1 ZONE2若有危险气体溢入可能引火般电气爆炸，而器壳必须能承受爆炸压力，且可防止火焰从接合面溢出，引燃外界危险气体的爆炸。安全增防爆 /增安型 ( e )器壳仅做气密结构，无耐压能力ZONE1ZONE2但若内装有会发火或有过热温升之一般电气，则只能使用于ZONE2内部只能装置正常操作下不会发生火花或过热温升的元件，如EExe端子及EExd-modules(耐压防爆模注)。经EEx-d模注之耐压防爆电气为新产品，因为绝对不会产生火花及过热温升，故可使用于各种控制箱内。用于 ZONE 2。内压防爆/正压型 ( p )器壳为一般配电箱，但以全密闭方式制作，内部充气产生比大气压稍高之压力，以防止外部危险气体溢入，且充气管路之对流可将内部温排出，一般使用在大型设备或整个控制室ZONE1 ZONE 2本质安全防爆(I)针对电子线路或低能量电气所设计不论是正常或异常操作下都不会令仪器、电路的周围危险气体发生爆炸。ZONE0(ia) ZONE1(ia,ib) ZONE2(ia,ib)本质防爆电气之线路输出或输入均被设计控制在不足以产生使氢气发生引火爆炸的能量以下。ZONE1(ia,ib)油入防爆/充油型 (o)器壳内装置变压器类之电气，且用高燃点绝缘油隔离以达到防爆效果。ZONE1 ZONE2此种设备可靠性不佳，且目前已很少使用。充填防爆 ( q )器壳内装置如电容器、电阻、小变压器等之电子线路，并充填细砂隔离，以达到防爆效果。ZONE1 ZONE2此种结构不单独使用，都是装置在EExe器壳内使用。模注耐压防爆 ( m )将会发生火花或过热温升的组件经过整体聚酯模注在内部后，使整体模注器壳的表面绝对不会产生火花或过热温升而造成危险气体引火爆炸的一种防爆方式ZONE1 ZONE 2630A以下之一般开关控制零件经聚酯材质依耐压防爆规范要求予以模注处理，并经EEx-d认可。特殊防爆 ( s )特殊防爆结构系特殊电气组合或控制方式，依照上列各项结构处理，并须针对该规气设备个别设计适合于所需危险场所使用，且经防爆认可者。ZONE 0/1/2四、防爆标志说明防爆电气设备按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充砂型Eq增安型浇封型Em正压型型E本安型a ,特殊型E油浸型粉尘防爆型DIP A, DIP B2设备类型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。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最大试验安全间隙表示。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最大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最大试验安全间隙或最小点燃电流比之间的关系气体组别最大试验安全间隙MESG (mm)最小点燃电流比MICRIIAMESG0.9MICR0.8IIB0.9MESG0.50.8MICR0.45IIC0.5MESG0.45MICR4 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T1T6组，使得对应的T1T6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T1450T450T2300450T300T3200300T200T4135200T135T5100135T100T685100T85 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 。 (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：（）或(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。6 国际上常用的防爆电气设备标志举例国际电工委员会(IEC)ExdiaIICT5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)EExdiaIICT5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* NEC为美国电气规程。NEC 500表示为适合于北美危险场所划分体系 。五、防爆电气选用在选择使用于爆炸危险场所的电气设备前，应首先明确以下内容：1.燃炸危险场所环境的类别，是燃炸性气体环境还是燃炸性粉尘环境。不同的爆炸性介质其电气设备的防爆结构要求是不一样的。我们通常在说的防爆设备大多指的是爆炸性气体环境中使用的，如dBT4、dCT6等等，而用于爆炸性粉尘环境的电气设备应为防尘结构，标志为DP，主要用于可燃性非导电粉尘和可燃纤维的11区环境或尘密结构，标志为DT，主要用于爆炸性粉尘10区环境和其它爆炸性粉尘11区环境。2.环境中爆炸性气体混合物的爆炸级别，即A、B、C。这是相应于设备的最大试验安全间隙和最小点燃电流比的分极。其级别根据产生爆炸性气体的介质不同而不同，如丙烷属A、乙烯属B、乙炔和氢属C等。从A到C随着防爆电气设备的最大试验安全间隙和最小点燃电流比的逐级减小而其防爆要求逐级提高。3.环境中爆炸性气体混合物的组别或引燃温度。这是易燃性物质的气体或蒸汽与空气形成的