防爆防护技术

防爆防护技术,徐菲菲2011年8月,.,防爆防护技术,目录：爆炸等一般概念爆炸性危险物质的分类爆炸性危险区域划分标准及划分种类防爆电气设备概念及不同类型防爆型电气设备的维护和检查IP防护等级,.,一、爆炸及爆炸性物质,爆炸性物质是指可燃性物质（可燃性气体、易燃液体蒸气、易燃固体蒸气、可燃性粉尘）和空气的混合物。爆炸是燃烧的加速反应。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，导致燃烧生成物及周围空气激烈膨胀，形成巨大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（三要素）：可燃物质、助燃物质、点火源，三者缺一不可。,.,一、爆炸性危险环境/场所,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物的环境。爆炸危险场所是指：有人员作业的爆炸危险区域。在石油、化工、煤炭等生产领域将不可避免地形成爆炸性危险环境：在煤矿井下，三分之二的场所属于爆炸性危险场所；在石油开采现场和精炼厂约有6080属于爆炸性危险场所；在化学工业中，约有80以上的生产车间属于爆炸性危险场所。,.,一、爆炸极限,爆炸极限：可燃物质与空气必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限。爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL）：可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度。这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限时不爆炸也不着火；在高于爆炸上限不会发生爆炸，但会着火。上限和下限间的可燃气体浓度称为爆炸范围区，会发生爆炸。Note：甲烷的爆炸下限是5%(体积比)，爆炸上限是15%(体积比)。,.,防爆防护技术,目录：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸极限）爆炸性危险物质的分类爆炸性危险区域划分标准及划分种类防爆电气设备概念及不同类型防爆型电气设备的维护和检查IP防护等级,.,二、爆炸性危险物质分类,中国将爆炸性危险物质分为三类（Group）：I类：矿井甲烷；II类：爆炸性气体混合物(含蒸汽、薄雾)；III类：爆炸性粉尘和纤维。北美将爆炸性危险物质分为三类(Class)：CLASSI：爆炸性气体；CLASSII：爆炸性粉尘；CLASSIII：纤维。,.,二、爆炸性气体组别,气体组别就是对于II类爆炸性气体环境来说，按照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，将爆炸性气体分为IIA、IIB、IIC三个组别。气体组别和点燃温度在一定环境温度和压力下与可燃性气体和空气的混合浓度有关。,.,二、爆炸性气体分组,中国将煤矿甲烷以外的全部爆炸性蒸气、气体分成A、B、C三级。分别代表丙烷、乙烯、氢气。北美国家将爆炸性气体表述为ClassI，并细分为A、B、C、D四级（Group）。分别代表乙炔、氢气、乙烯、丙烷和甲烷。典型气体中国、IEC标准北美标准难易程度甲烷ID难丙烷IIAD乙烯IIBC氢气IICB乙炔IICA易Note：甲烷需要的点燃能量最大，C级气体则最易被点燃。,.,二、温度组别,温度组别是在爆炸性环境中使用的电气设备按其最高表面温度来划分的，温度组别分为T1T6六组。北美对温度组别的划分与IEC基本一致，他们只是将部分温度组别划分得更细而已，共计分成14个温度组别。Note：温度组别T1的气体引燃温度最高，而T6的气体则最易被点燃。因此，就电气设备的最高表面温度而言，凡满足T6温度组别气体环境用的电气设备，也必能满足T1T5组别的气体环境应用的要求。,.,二、气体组别和温度组别,举例：浙江LNG项目气体组别和温度组别：,.,防爆防护技术,目录：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸极限）爆炸性危险物质的分类（IIAT3）爆炸性危险区域划分标准及划分种类防爆电气设备概念及不同类型防爆型电气设备的维护和检查IP防护等级,.,三、爆炸危险区域划分标准,世界各国对危险场所区域划分不同，但大致分为两大派系：中国和大多数欧洲国家采用国际电工委员会(IEC)的划分方法，而以美国和加拿大为主要代表的其他国家采用北美划分方法（NEC）。我国对爆炸危险性场所划分的依据是：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GB50058-94爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范,.,三、释放源,释放源是指可能把可燃气体、薄雾或者液体释放到大气中以致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、容器等都应视为潜在的可燃性物质释放源。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性物质，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。,.,三、释放源的分类,连续级释放源：连续释放或预计长期释放的释放源。1.没有用惰性气体覆盖的固定顶盖贮罐中的易燃液体的表面；2.油、水分离器等直接与空间接触的易燃液体的表面；3.经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸气的自由排气孔和其它孔口。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。1.在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；2.在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；3.正常运行时会向空间释放易燃物质的取样点。,.,三、释放源的分类,第二级释放源：在正常运行时，预计不可能释放，如果释放也仅可能是偶尔和短时释放的释放源。.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点。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。,.,三、爆炸气体危险区域划分,爆炸性危险区域主要以爆炸性危险物质出现的频繁程度和持续时间为划分依据：0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所；危险环境存在的时间大于1000小时/年。1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体环境的场所；危险环境存在的时间在101000小时/年之间。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。危险环境存在的时间少于10小时/年。,.,三、爆炸性危险区域划分,爆炸危险区域的级别主要受释放源特征和通风条件的影响。连续释放比周期性释放的级别高；周期性释放比偶然短时间释放的级别高。良好的通风(包括局部通风)可降低爆炸危险区域的范围和等级。0区一般只存在于密闭的容器、缸罐等内部气体空间，在实际设计过程中1区也很少涉及，大多数情况属于2区。爆炸性危险区域划分是设计院的工作。,.,三、其他国家爆炸性危险区域划分,美国、加拿大等北美国家的划分，以NEC（美国国家电气规程）的定义为代表，对气体划分为1区、2区（没有0区）。两者之间的对应关系大致如下：气体：IEC0区、1区NEC1区IEC2区NEC2区粉尘：IEC10区NEC1区IEC11区NEC2区IEC“区”的英文为Zone；NEC“区”的英文为Division。,.,三、爆炸危险区域划分,举例：浙江LNG储罐危险区域划分图：05059_TC33_LOD_3000_0004_REV1_HAZARDOUSAREACLASSIFICATIONLAYOUT.pdf浙江LNG接收站危险区域划分图：00-90-0400-28-103危险区域图.pdfFEED文件：DWG-TS-SA-002-R2_HazardousAreaClassificationDrawings(Update).doc,.,防爆防护技术,目录：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸极限）爆炸性危险物质的分类（IIAT3）爆炸性危险区域划分标准及划分种类（0、1、2区）防爆电气设备概念及不同类型防爆型电气设备的维护和检查IP防护等级,.,四、防爆电气设备概念,防爆电气设备分为两类：类：煤矿用电设备类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备类，适用于工厂爆炸性粉尘和纤维混合物场所的防爆电气设备类电气设备根据使用场所的可燃性气体不同，按最大试验安全间隙和最小点燃电流比分成A、B、C三级。而电气设备的最高表面温度分组相同于可燃性气体的自然温度分成T1一T6共6组。,.,四、防爆的原理,间隙防爆利用金属间隙能阻止爆炸火焰的传播和冷却爆炸产物的温度，达到熄灭火焰和隔离爆炸产物穿出的效果。减小点燃能量防爆降低电路的电压和电流或者采取某些可靠保护电路，阻止强电流和高电压窜入爆炸危险场所，保证爆炸危险场所中电路产生的开断路电火花或热效应能量小于爆炸性混合物的最小点燃能量。阻止点火源与爆炸性混合物相接触的防爆（隔离）特定条件下提高电气安全措施防爆,.,四、防爆电气设备的类型,根据国家标准GB-3836爆炸性环境用防爆电气设备防爆电气设备其防爆结构形式有8种：（1）隔爆型（Exd）（2）增安型（Exe）（3）本安型（Exia/Exib）（4）正压型（Exp）（5）充油型（Exo）（6）充砂型（Exq）（7）浇封型（Exm）（8）无火花型（Exn）Ex的标志表示：防爆公用标志国际电工委员会（IEC）,.,四、防爆危险区适用防爆类型,以上的防爆型式，在石油化工企业经常用到的有隔爆型、本安性、增安型、正压型。根据仪表安装、使用场所的危险区域来选择仪表的防爆型式：0区只能选ia型、s型（指专为0区设计的s型）；I区可能除n型以外的其他型式；2区所有防爆型式均可选。,.,四、我国的防爆标志,防爆标志一般由以下5个部分构成：防爆标志EX表示该设备为防爆电气设备（EEX欧洲共同体防爆总标志）；防爆结构形式表明该设备采用何种措施进行防爆，如d为隔爆型，p为正压型；i为本安型等；防爆设备类别分为两大类，I为煤矿井下用电设备，II为工厂用电气设备；防爆级别分为A、B、C三级，说明其防爆能力的强弱；温度组别分为T1T6六组，说明该设备的最高表面温度允许值。举例：ExdIIBT4,.,四、防爆电气设备类型Exd,隔爆型“d”适用于1区一种具有隔爆外壳的电气设备。隔爆外壳能承受已进入外壳内部的可燃性混合物内部爆炸而不损坏，并且通过外壳上的任何接合面或结构孔不会引燃一种或多种气体或蒸气所形成的外部爆炸性环境的电气设备外壳。隔爆型结构的电气设备在爆炸危险区域应用极为广泛，它不仅能防止爆炸火燃的传出，而且壳体又可承受一定的过压。,.,四、防爆电气设备类型Exd,隔爆外壳必须满足两个基本条件：外壳具有足够的机械强度，能够承受内部的爆炸压力而不损坏，也不产生影响防爆性能的永久性变形。外壳壁上所有与外界相通的接缝和孔隙小于相应的最大实验安全间隙。,.,.,四、防爆电气设备类型Exe,增安型“e”一种对在正常运行条件下不会产生电弧、火花的电气设备采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其内部和外部部件可能出现危险温度、电弧或火花的电气设备。设计措施包括：限制设备的种类；加大电气间隙、爬电距离；采用优良的绝缘材料；规定导体连接方法；降低温升；提高外壳的防护等级(至少IP54)；配合合适的保护装置。按照国际标准规定，增安型技术适合于l区爆炸性气体环境使用。,.,四、防爆电气设备类型Exi,本质安全（intrinsicsafety）型“i”本质安全通常指某个系统，而不是指某一个设备。它不能单独使用，必须和本安关联设备（安全栅）、外部配线一起组成本安电路，才能发挥防爆功能。它的防爆主要由以下措施来实现：采用新型集成电路元件等组成仪表电路，在较低的工作电压和较小的工作电流下工作；用安全栅把危险场所和非危险场所的电路分隔开，限制由非危险场所传递到危险场所去的能量；仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和分布电容，以减少电路中的储能。,.,四、防爆电气设备类型Exia/Exib,ia型仪表适用于0区，ib型仪表仅适用于1区。本质安全型电气设备结构简单、体积小、重量轻、制造和维护方便，具有可靠的安全性，能直接应用在最危险的0区场所。因此，此类电气设备被广泛地应用在石油、化工等大型工程上，并逐渐地替代笨重的隔爆型结构。,.,四、防爆电气设备类型Exp,正压型“p”一种通过保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境压力的措施来达到安全的电气设备。正压型结构这种结构的电气设备的防爆原理是：保证内部保护气体的压力高于周围以免爆炸性混合物进入外壳，或足量的保护气体通过外壳使内部爆炸性混合物的浓度降至爆炸下限以下。,.,四、防爆电气设备类型Exo、Exq、EXm,充油型“o”：原理：通过充油的方法，防止设备可能产生的电火花与可燃性气体环境的接触。充砂型“q”原理：危险气体可能与电火花接触并产生爆炸，但足够的石英砂厚度能阻止爆炸传播到周围环境。浇封型“m”将电火花用环氧树脂封装起来。,.,四、仪表防爆型式,仪表产品类别常见的防爆型式压力变送器本安型、隔爆型、限制能量型、粉尘防爆型温度变送器本安型、隔爆型、限制能量型、粉尘防爆型物位(液位)仪表本安型、隔爆型、限制能量型流量传感器本安型、隔爆型电磁流量汁隔爆浇封本安复合型电动执行机构隔爆型、增安型电气阀门定位器、转换器本安型、隔爆型、限制能量型电磁阀浇封型、隔爆型、本安型、限制能量型安全栅本安型(关联设备)隔爆本安复合型显示仪表本安型、隔爆型、隔爆本安复合型可燃气体探测器本安型、隔爆型仪表控制盘正压型,.,四、复合型防爆电气设备,在平常实际使用中可能很容易的看到，许多防爆电气产品在一个产品中就采用了多种防爆保护方法。例如，照明装置可能采用了增安型保护（外壳和接线端盒）、隔爆型保护（开关）和浇封型保护（镇流器）。产品铭牌上列出采取的防爆方法的顺序将往往告诉用户产品的结构，如一个产品被标识为Exde，则极可能为隔爆型而其中带有增安型部件（罐顶的灯具）。另一个产品被标识为Exed，则极可能不是隔爆型外壳（例如不锈钢或强化聚脂玻璃），而带有增安开关或部件安装其中。两种产品可能均适用于1区，但他们是使用不同的防爆保护措施达到同样的目的。,.,防爆防护技术,目录：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸极限）爆炸性危险物质的分类（IIAT3）爆炸性危险区域划分标准及划分种类（0、1、2区）防爆电气设备概念及不同类型（隔爆型、本安型）防爆型电气设备的维护和检查IP防护等级,.,五、防爆电气设备的维护和检查,防爆电气设备的运行维护和检查分：1.日常运行维护检查2.专业维护检查3.安全技术检查企业应根据生产环境的特点、设备状态、介质泄露和腐蚀、机械磨损等情况规定检查周期、检查项目和要求。,.,五、日常运行维护检查,日常运行维护检查主要由设备的操作人员进行，应按照各类防爆电气设备的技术要求做好日常检查工作主要的设备应填写岗位运行记录或检查记录。日常运行维护检查包括下列主要项目：a)保持设备外壳及其环境的清洁；b)如果必要，检测环境中可燃性介质的浓度；c)检查设备外壳温升是否异常；d)观察和记录设备上的检测装置显示数值（例如：温度温度显示表、保护气体压力显示表等）；e)设备运行状况等。设备运行操作人员对发现的异常现象可以处理的应及时处理，不能处理的应通知电气维修人员处理。发现的异常现象以及处理均应在运行记录上登记。,.,五、专业检查维护,专业检查维护应由专职电气维护人员进行，专业检查维护应定期进行，如果发生运行异常情况，应该及时进行。检查维护项目除了日常运行维护检查项目之外，还应包括下列主要项目；a)更换灯泡、熔断器等易损零件；b)清理设备内、外灰尘，进行防腐防锈处理；c)检查设备电气线路的完好状况；d)检查设备中的接线（包括接地线）是否完好；e)检查电气设备内部运动机