爆炸性环境电气设计

1、爆 炸 性 环 境 电 气 设 计五洲工程设计研究院 王 素 英1 概述爆炸性环境电气设计是业内人士十分关心的问题，因为它包含一般工业建筑及民用建筑、军事工程设计项目的电气设计内容的所有部分，上述各行业设计工作中涉及爆炸危险环境的内容都要根据行业特点及相关国家（行业）标准、规范来实施上述相关内容的设计，与之相关行业如：煤矿、化工、石油、航空运输、水上运输、航天工业、船舶行业、冶金工业、民爆行业、医药、纺织、粮食加工、城市燃气、轻工、军工等部门都在此问题上给以特别的关注。由于少数从业人员对相关标准、规范及产品理解不透或不严格执行规范而导致该设防的未按标准、规范设防，或不该设防的层层设防以致增加投

2、资，造成经济上的浪费，多数人员基于对爆炸环境的概念不清，导致虽然设防，但不能正确按危险环境特性、工艺生产情况、介质特征、通风情况等正确划分危险区域，选择相应防爆电气设备，而造成虽然设防但不能有效防爆，从而引发事故。因此深入研究和有效实施防爆是非常重要的。2 爆炸性环境综述爆炸性环境系可能发生爆炸的环境，爆炸性环境又分为爆炸性气体环境与可燃烧性粉尘环境，以及火炸药危险环境。2.1 爆炸性气体环境是指在大气条件下、气体、蒸气或雾化状的可燃物质与空气构成的混合物，在混合物中点燃后，燃烧将会遍整个未燃混合物的环境。2.2 可燃性粉尘环境是指在大气条件下，粉尘或纤维的可燃物质与空气的混合物点燃后，燃烧传

3、至全部未燃混合物的环境。而可燃性粉尘与空气混合后可能燃烧或闷燃，在常温常压下可与空气形成爆炸混合物。可燃性粉尘环境的概念（explosive dust atmosphere），是国标GB12476.1-2000的术语，而在GB12476.1-90版本中的提法是爆炸性粉尘环境。2.3 火炸药危险环境由于其为自供氧物质，其爆炸机理与上述环境不同，因此，爆炸性气体环境用电气设备及可燃性性粉尘环境用电气设备不适用于火炸药爆炸危险环境。火炸药危险场所选用电气设备问题部要十分慎重，认真研究。3 爆炸性环境设计的标准（以下称“标准”）、规范介绍3.1 爆炸性气体环境用电气设备标准及设计规范1) 标准GB38

4、36.1-2000 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第1部分：通用要求；GB3836.2-2000 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第2部分：隔爆型电气设备“d”；GB3836.3-2000 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第3部分：增安型电气设备“e”；GB3836.4-2000 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第4部分：本安型电气设备“i”；GB3836.5-87 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第5部分：正压型电气设备“p”；GB3836.6-87 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第6部分：充油型电气设备“o”；GB3836.7-87 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第7部分：充砂型电气设备“q”；G

5、B3836.8-87 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第8部分：无火花型电气设备“n”；GB3836.9-90 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第9部分：浇封型电气设备“m”；GB3836.10-91 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第10部分：气密型电气设备“h”；GB3836.11-1991 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第11部分：气或蒸气混合物按其最大试验安全间隙和最小点燃电流分级；GB3836.12-1991 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第12部分：气体或蒸气混合物按其最大试验安全间隙和最小点燃电流分级；GB3836.13-1997 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第13部分：爆炸性气体环

6、境用电气设备的检修；GB3836.14-2000 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第14部分：危险场所分类；GB3836.15-2000 爆炸性气体环境用防爆电气设备 第15部分：危险场所电气安装（煤矿除外）。2) 设计规范GB50058-92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50156-2002 汽车加油加气站设计与施工规范。及其它相关规范等。3.2 可燃性粉环境用电气标准及设计规范1) 标准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 第一节：电气设备的技术要求该套标准的其余部分有： 第2部分：试验方法； 第3部分：可燃性粉尘存在

7、或可能存在的危险场所分类； 第4部分：正压型电气设备“p”; 第5部分：本质安全型电气设备。除第1部分的第1节以外其余标准均未正式出版。2) 设计规范GB50058-92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范等。3.3 火炸药粉尘环境用电气设备标准及设计规范1) 标准目前尚无此方面电气产品标准。2) 设计规范“火药、炸药、弹药、引信及火工品工厂设计安全规范”（兵总，一九九O年五月）（新标准已完成征求意见稿）；WJ2470-97 小量火药、炸药及其制品危险性建筑物设计安全规范；GB50089-98 民用爆破器材工厂设计安全规范等。3.4 GB3836系列标准2000版及GB12476系列标准200

8、0版的内容介绍新版标准与旧版本标准有许多改进，具体内容详见2001.12第1期电气设计与设备“爆炸环境标准、规范的正确应用”一文，本文不再赘述。下面对标准中爆炸性气体环境危险场所分类做一介绍。1) 基本术语爆炸性气体环境；危险场所、非危险场所；区域：分为0区、1区、2区；释放源：可燃性气体、蒸气或液体可能释放出能形成爆炸性气体环境的部位和地点；释放等级：连续级、1级2级释放源；释放速率；正常运行：系指设备在其设计参数范围内的运行情况，其中有二点应注意： 可燃性物质少量释放可看作是正常运行。如靠泵输送液体时从密封口释放可看作是少量释放。 故障（如泵密封件、法兰密封垫的损坏或偶然产生的漏泄等）包括

9、紧急维修或停机都不能看作是正常运行。通风；爆炸极限：爆炸上限、爆炸下限；可燃性薄雾；闪点；沸点；蒸气压力等。以上基本概念对正确划分危险场所有十分重要的意义。2) 爆炸危险场所分类 分类的目的场所分类是对可能出现爆炸气体环境的场所进行分析和分类的一种方法，以便正确选择和安装危险场所中的电气设备，达到安全使用的目的，并把气体的级别和温度组别考虑进去。在使用或生产可燃性物质的许多实际场所，要保证爆炸性气体环境永不出现是困难的，确保设备永不成为点燃源也是困难的。因此，在出现爆炸性气体环境的可能性很高的场所，应采用安全性能高的电气设备。相反，如果降低爆炸性气体环境出现的可能性，则可以使用安全性能较低的设

10、备。 分类的程序a 鉴别释放源和确定释放源的等级；b 了解气体或蒸气的释放速率，如释放源的几何形状、释放速度、浓度、可燃气体的挥发性、液体的温度等。c 爆炸下限。d 释放气体或蒸气的相对密度。e 其它需考虑的因素。 通风释放到大气中的可燃性气体或蒸气可以通过逸散或扩散的方法在空气中稀释，直到其浓度低于爆炸下限为止。通风，即空气流动，使新鲜空气置换释放源周围的大气足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。a 通风的主要型式由于风和/或温度梯度或人工通风的方式如风扇作用造成空气流动达到通风。因此，考虑到下面两种主要通风类型；a) 自然通风； b) 人工通风

11、、整体或局部通风。b 通风等级最重要的因素是通风等级或通风量直接与释放源类型和其对应的释放速率相联系。它与通风的类型无关，即不管是以风速计算还是以单位时间内换气次数计算。因此，在危险场所中，能达到最佳通风条件，并且对一定的释放速率，通风量越大，危险场所的范围就越小（此理论仅适用于气体场所），在某种情况下，可使其减小到忽略不计，变成非危险场所。通风等级分为高级（VH）、中级（VM）、低级（VL）三种。通风等级的计算见标准附录内容。c 通风的有效性通风的有效性将影响爆炸性环境的生存或形成，因此它的影响区域类型。d 通风对各类区域的影响见下表通风对区域类型的影响通 风释放源等 级等 级高中低有 效

12、性连续级良好一般差良好一般差良好、一般或差连续级（0区NE）非危险1）（0区NE）2区1）（0区NE）1区1）0区0区+2区0区+1区0区1 级（0区NE）非危险1）（1区NE）2区1）（1区NE）2区1）1区1区+2区1区+2区1区或0区3）2级2）（2区NE）非危险1）（2区NE）非危险1）2区2区2区2区1区至0区3）1） 1区NE、1区NE或2区NE表示在正常条件下，其范围可忽略不计的理论上的区域。2） 由2级释放源产生的2区也会超过由1级或连续级释放源引起的区域，在这种情况下，应取较远距离。3） 若通风很弱，并且释放形成的爆炸性环境事实上还连续存在（亦即接近“无通风”条件），则为0区

13、。注：“十”表示被包围。3.5 危险场所划分示例及附录示例1：一般工业用泵，安装在户外地平面上，抽吸可燃性液体。（未按比例） 1区 2区释放液（泵密封）影响区域类型和范围的主要因素设备和加工过程通风类型自然 人工等级中级 高级*有效性差 一般释放源 释放等级泵密封1级和2级闪点低于加工温度和环境温度蒸气比重大于空气* 气流来自泵用电机。 考虑到相关参数，对泵工作容量为50m3/h，在低压下工作时，可得出下面典型的数值：a=3m，水平到释放源的距离；b=1m，从地面到释放源上方1m。注：由于空气流速很高，1区场所范围可忽略不计。3.6 有关粉尘防爆问题综述 粉尘防爆标准中危险区域划分该标准对粉尘

14、环境根据可燃性粉尘/空气混合物出现的频率和持续时间及粉尘层厚度划分为三个区。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粉尘层的场所及容器内部。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列入20区的场所。22区在异常条件下，可燃性粉尘偶尔出现并且只是短时间存在，或可燃性粉尘偶尔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。以上危险场所的划分与现行GB50058-92完全不同。 粉尘防爆电气设备外壳型式外壳型式有A、B两种，每种型式均有防尘和尘密类型。 粉尘防爆电气设备外壳表面

15、的温度表面温度与气体介质一致分为T1-T6。 防爆产品标志例：DIPA21TAT6，IP65或DIPB20TBT6，IP654 GB3836-2000、GB12476-2000标准与GB50058-92差异4.1 爆炸气体环境危险场所的划分考虑通风的有效性和等级，场所危险区域范围较小。4.2 可燃性粉尘环境危险场所分区为20、21、22与GB50058-92分区10、11、12不同。4.3 可燃性粉尘环境设备外壳分为A、B型式，且各有尘密和防尘型，外壳温度组别及引燃温度分组均与爆炸性气体分组一致分为T1T6，而现行GB50058-92为DT、DP，温度组别为T11T13。4.4 粉尘防爆设备的

16、标志为DIPA20TAT5、IP6X、DIP21TBT6DP5X等。DIP表示“防粉尘点燃”；A表示“A”型；21表示设备可使用的区域。最高表面温度可标TA或按GB3836.1中标温度组别或两者均标，则该类防粉尘点燃产品的完整标识（标志）示例应为DIPA21TAT6。即防粉尘点燃设备，A型，在21区使用，设备外壳最高表面温度为T6（85）。以上标识与GB12476.1-90版本有如下区别：1、产品标志前“EX”取消；2、原产品标志中DT（尘密）DP（防尘）。5 防爆电气产品的现状5.1 目前防爆电气产品分为两大类，一为气体蒸气类，另一类为粉尘类。气体蒸气类又分类：矿井甲烷类：一般工业用爆炸危险

17、气体蒸汽类 可燃性粉尘一般工业可燃粉尘 粉尘类 导电性粉尘 火炸药粉尘类防爆电气产品的级别与温度组别及防爆措施原理见表1。表1 类防爆电气产品的级别与温度组别及防爆措施原理名称型式类别级别温度组别防 爆 措 施 原 则隔爆型dA、B、CT1T6当外壳内部爆炸时外壳不破坏，火焰在穿过规定缝隙的过程中，受间隙壁的吸热阻滞作用而显著降低其外传的能量和温度，从而不能引起外部爆炸性气体混合爆炸。增安型e-T1T6在正常运行时，不产生火花、电弧危险温度的产品部件上采取适当措施以提高安全度。本安型Ia、ibA、B、CT1T6在低压小电流的电路系统和产品中，合理选择电路参数，一般还须采取有效的限能措施，以使其

18、在正常状态下和故障状态下产生的火花达不到周围爆炸性气体混合物爆炸的最小引燃能量。正压型p-T1T6向外壳内通入正压新鲜空气或充以惰性气体，以防止爆炸性气体混合物进入外壳内部，使其内部压力表压。充油型o-T1T6将可能产生火花、电弧或危险温度的带电部件浸入油中，使其不能引起油面以上爆炸性气体混合物爆炸。充砂型q-T1T6将可能产生火花、电弧或危险温度的带电部件置于砂中，使其不能引起砂层以外爆炸性气体混合物爆炸。无火花型n-T1T6在产品部件上采取适当措施，以使其在正常运行条件下，不会点燃周围爆炸性气体混合物，因此一般不会发生点燃故障。浇封型m-T1T6在结构上采取灌封措施的防爆电气设备。气密型h

19、-T1T6具有气密外壳的防爆电气设备。注：ia指在正常工作，一个故障和二个故障时，均不能点燃周围爆炸气体混合物的等级；ib指在正常工作，一个故障时，不能点燃周围爆炸性气体混合物的等级。5.2 正确选择防爆电气设备 气体蒸气类1) 根据工艺生产、加工、处理、转运、贮存判断是否出现或可能出现爆炸性混合物。2) 按释放源性质正确划分危险区域。3) 按爆炸危险区域类别选择防爆电气设备的类型。4) 根据爆炸性气体分类、分级、分组表，选择防爆电气设备的类别、级别、温度组别。可燃气体蒸气引燃温度及类电气设备最高表面允许温度见下表。可燃气体蒸气引燃温度及类电气设备最高表面允许温度可燃气体蒸气引燃温度（）类电气

20、设备最高表面温度允许值（）T1 450tT1 450T2 300t450T2 300T3 200t300T3 200T4 135t200T4 135T5 100t135T5 100T6 85450450T300300T200200T135135T100100T85MESG=1.14MICR=1.0甲烷A1.14MESG0.91.0MICR0.8乙烷、丙烷、丙酮、苯乙烯、甲苯、苯、氨、一氧化碳、乙酸等丁烷、乙醇、乙苯、丁醇、甲酸、甲醇、甲酸乙酯、醋酸甲酯、丙醇、丁醇等戊烷、已烷、庚烷、癸烷、辛烷、硫化氢、环已烷、洗涤汽油、煤油、柴油、石油乙醛、三甲胺亚硝酸乙酯B0.5MESG0.80.45MIC

21、R0.8焦炉煤烷、环丙烷、丙炔、丙烯腈等环、氧乙烷、环氧丙烷、丁二燃乙燃等二甲醚、硫化氢二乙醚CMICR0.45MICR0.45水煤气、氢乙炔二硫化炭硝酸乙酯注：凡表3中未列入的爆炸性气体见GB50058-92中的附录。 粉尘类系指一般工业用可燃粉尘。选用原则类似方法。 火炸药粉尘类本环境选用设备均为代用品，目前尚无专用防爆设备。6 电气防爆设计应注意的问题6.1 正确划分危险场所等级6.2 划分原则1) 应由工艺、电气、暖通人员共同商讨划分；2) 应填写危险等级场所分类数据表；3) 应计算通风等级及通风效果；4) 应画出防爆区域图。6.3 对本质安全防爆设计对于“本安”设备的含义是指电路系统

22、及设备在正常状态下和故障状态下产生的电火花和温度均不能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备。值得指出的是本质安全防爆是一个系统的概念，单个设备无所谓本安防爆。因为任何置于危险环境的本安设备，总是不可避免地要与置于非危险环境（如控制室）的高能系统（如220V）相关联，因此，本安防爆必须保证在正常及事故情况下整个系统的安全性。对本安防爆过程要限制高能系统的能量以任何途径进入危险环境。同时对传输线路的参数（分布电感、电容）给以限制。并且对本安电路的导线布置还应尽量减小分布电容的影响。当外部连接导线或电缆的长度对本安性能有影响时，应规定其分布电容、电感，或电感与电压阻的比值L/R。因参量过大，储能过大，会带来附加的危险性，其参数储能不应大于相应类别最小点火能量。本安电路与非本安电路的绝缘导线应分开布置。本安