防爆知識基礎(chǔ)學(xué)習(xí)篇帶你一次了解

時間：2020-08-06作者：南陽云防爆科技有限公司瀏覽：120

防爆知識基礎(chǔ)學(xué)習(xí)篇帶你一次了解
  


防爆技術(shù)基礎(chǔ)

石油、化工、煤炭和*等許多工業(yè)部門，在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和貯存的各個過程中，經(jīng)?？赡苄孤痘蛞缟⒊龈鞣N各樣的易燃易爆氣體、液體和各種粉塵及纖維。這類物質(zhì)與空氣混合后，可能成為具有爆炸危險的混合物，當(dāng)混合物的濃度達(dá)到爆炸濃度范圍時，一旦出現(xiàn)火源即會引起爆炸和發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重事故。因此在這類危險環(huán)境中使用的電氣設(shè)備都必須經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的具有防爆性能的產(chǎn)品。

1 危險場所的劃分

根據(jù)**電工**（IEC）制定的關(guān)于危險環(huán)境的劃分中明確規(guī)定，在大氣條件下，粉塵或纖維狀的可燃物質(zhì)與空氣形成混合物在點燃后燃燒傳至未全部未燃混合物的環(huán)境為爆炸性粉塵環(huán)境，稱為I類環(huán)境；在大氣條件下，氣體、蒸氣或薄霧狀的可燃物質(zhì)與空氣形成混合物在點燃后燃燒傳至全部未燃混合物的環(huán)境為爆炸性氣體環(huán)境，稱為II類環(huán)境。
危險場所是指危險環(huán)境出現(xiàn)或預(yù)期可能出現(xiàn)的數(shù)量達(dá)到足以要求對電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采用專門措施的區(qū)域，根據(jù)爆炸性環(huán)境出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間把危險場所劃分為不同的區(qū)域。

1.1 爆炸性粉塵環(huán)境危險區(qū)域的劃分

根據(jù)可燃性粉塵/空氣混合物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間及粉塵層的厚度進(jìn)行分類，可分為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。
20區(qū)：zone 20，在正常運(yùn)行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和較厚的粉塵層的場所及容器內(nèi)部。
21區(qū)：zone 21，在正常運(yùn)行過程中，可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場所。該區(qū)域包括與沖入排放粉塵點直接相鄰的場所、出現(xiàn)粉塵層和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所。
22區(qū)：zone 22，在異常條件下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)并且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應(yīng)劃分為21區(qū)。

1.2 爆炸性氣體環(huán)境的危險區(qū)域劃分

根據(jù)可燃性氣體出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間將危險場所劃分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。
0區(qū)：zone 0，爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時間存在的場所，危險環(huán)境存在的時間大于1000小時/年。
1區(qū)：zone 1，在正常運(yùn)行時，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的場所，危險環(huán)境存在的時間在10～1000小時/年之間。
2區(qū)：zone 2，在正常運(yùn)行時，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，如果出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生并且僅是短時間存在的場所，危險環(huán)境存在的時間少于10小時/年。
在此，“正常運(yùn)行”是指正常的開車、運(yùn)轉(zhuǎn)、停車，易燃物質(zhì)產(chǎn)品的裝卸、密閉容器蓋的開閉，安全閥、排放閥以及所有工廠設(shè)備都在其設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)工作的狀態(tài)。

2 氣體組別與溫度組別

對于II類爆炸性氣體環(huán)境來說，按照爆炸性氣體混合物較大試驗安全間隙或較小點燃電流比，將爆炸性氣體分為A、B、C三個組別。氣體分組和點燃溫度在一定環(huán)境溫度和壓力下與可燃性氣體和空氣的混合濃度有關(guān)。
溫度組別是在爆炸性環(huán)境中使用的電氣設(shè)備按其較高表面溫度來劃分的，較高表面溫度是電氣設(shè)備在規(guī)定范圍內(nèi)的較不利運(yùn)行條件下工作時，可能引起周圍爆炸性環(huán)境點燃的電氣設(shè)備任何不見或電氣設(shè)備的任何表面所達(dá)到的較高溫度。爆炸性氣體環(huán)境的溫度組別分為T至T 六組，在假定基礎(chǔ)環(huán)境溫度為40℃時，各組別的溫度為 T1—450℃、T2—300℃、T3—200℃、T4—135℃、T5—100℃、T6—85℃。下面就是  一些典型的爆炸性氣體對應(yīng)的氣體組別和溫度組別。
對于爆炸型粉塵環(huán)境，按照粉塵的點燃溫度劃分為T11、T12、T13三組，分別對應(yīng)點燃溫度為：T11——大于270℃；T12——200℃；T13——150℃。
對于電壓不**過1.2V、電流不**過0.1A，且能量不**過20微焦或功率不**過25mw的電氣設(shè)備，在經(jīng)過防爆檢驗部門認(rèn)可后，可直接使用于工廠爆炸性氣體環(huán)境中和煤礦井下。

3 爆炸防護(hù)的基本原理

現(xiàn)代用于工業(yè)生產(chǎn)的可燃物種類繁多，數(shù)量龐大，而且生產(chǎn)過程情況復(fù)雜，因此需要根據(jù)不同的條件采取各種相應(yīng)的防護(hù)措施。從爆炸破壞力的形成來看，爆炸一般需要具備5個條件：
⑴提供能量的可燃性物質(zhì)（釋放源）；
⑵輔助燃燒的助燃劑（氧化劑）；
⑶可燃物質(zhì)與助燃劑的均勻混合；
⑷混合物放在相對封閉的空間（包圍體）；
⑸有足夠能量的點火源。
上述條件中的點火源、可燃物質(zhì)和助燃劑是燃燒爆炸的三要素，防爆技術(shù)就是根據(jù)這些爆炸條件，采取相應(yīng)的技術(shù)措施和管理措施，達(dá)到預(yù)防事故的目的。

3.1 可燃物濃度的抑制

爆炸強(qiáng)度與爆炸性混合物的濃度有密切關(guān)系，爆炸強(qiáng)度隨濃度變化的關(guān)系近似于正弦曲線，濃度或低或過高都不能發(fā)生爆炸，這兩個點稱為爆炸下限濃度和爆炸上限濃度。在爆炸下限濃度以下，由于可燃性物質(zhì)的發(fā)熱量已經(jīng)低到不能維持火焰在混合物中傳播所需要的較低溫度，因而該混合物不能被點燃；若濃度逐漸增加而**過爆炸上限濃度時，雖然可燃物質(zhì)增加，但助燃的氧氣濃度**化學(xué)當(dāng)量值，不能滿足混合物完全燃燒的需要，也不會發(fā)生爆炸。
因此可以通過可燃物濃度的控制來預(yù)防爆炸事故的發(fā)生，或者把爆炸事故可能造成的破壞力降到較小限度。

3.2 氧濃度的控制

 在爆炸氣氛中加入惰化介質(zhì)時，一方面可以使爆炸氣氛中氧組分被稀釋，減少了可燃物質(zhì)分子和氧分子作用的機(jī)會，也使可燃物組分同氧分子隔離，在它們之間形成一層不燃燒的屏障；當(dāng)活化分子碰撞惰化介質(zhì)粒子時會使活化分子失去活化能而不能反應(yīng)。另一方面，若燃燒反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生，產(chǎn)生的游離基將與惰化介質(zhì)粒子發(fā)生作用，使其失去活性，導(dǎo)致燃燒連鎖反應(yīng)中斷；同時，惰化介質(zhì)還將大量吸收燃燒反應(yīng)放出的熱量，使熱量不能聚積，燃燒反應(yīng)不蔓延到其它可燃組分分子上去，對燃燒反應(yīng)起到抑制作用。
因此，在可燃物/空氣爆炸氣氛中加入惰化介質(zhì)，可燃物組分爆炸范圍縮小，當(dāng)惰化介質(zhì)增加到足夠濃度時，可以使其爆炸上限和下限重合，再增加惰化介質(zhì)濃度，此時可燃空氣混合物將不再發(fā)生燃燒。

3.3 點火源的控制

溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響特別顯著，對一般反應(yīng)來說，若初始濃度相等，溫度每升高10℃反應(yīng)速度大約加快2至4倍。因此，溫度（也就是通常所指的點火源）是加快反應(yīng)速度，引起爆炸事故的較初因素，控制點火源是防止爆炸事故的重要措施之一。

3.4 減弱爆炸壓力和沖擊波

爆炸現(xiàn)象的重要特征之一就是爆炸物質(zhì)爆炸時，產(chǎn)生的高溫高壓氣體產(chǎn)物以較高的速度膨脹，使包圍體內(nèi)壓力驟增，進(jìn)而使包圍體炸裂，形成沖擊波，造成破壞力。為了防止或減弱爆炸而使包圍體內(nèi)壓力的驟增，應(yīng)盡可能地不使包圍體相對封閉。

4 防爆電氣設(shè)備的類型

4.1 隔爆型結(jié)構(gòu)

電火花及電弧可以引燃爆炸性混合物。由德國建立起來的間隙隔爆結(jié)構(gòu)，是防止電弧等引燃周圍爆炸性混合物較可靠的方法。隔爆型結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備在爆炸危險區(qū)域應(yīng)用較為廣泛，它不僅能防止爆炸火燃的傳出，而且殼體又可承受一定的過壓。它具有一個足夠牢固的外殼，能經(jīng)受內(nèi)部爆炸氣體混合物產(chǎn)生較大爆炸壓力的1.5倍并不得小于3.5×105 Pa的沖擊，確保不變形或損壞，不產(chǎn)生*變形，并具有一定結(jié)構(gòu)間隙以使噴射出來的燃燒生成物通過一定的法蘭長度冷卻到**外部爆炸性混合物的自燃溫度。結(jié)構(gòu)間隙可以是平面結(jié)合面或圓筒結(jié)合面組成，還可以是曲路、螺紋或屏障式等結(jié)構(gòu)組成。除此之外。如微孔、網(wǎng)罩、疊片、充砂等結(jié)構(gòu)也屬于這種原理的防爆形式。用于煤礦井下的隔爆型電氣設(shè)備較要堅固。
用于I類采掘工作面的設(shè)備，外殼須采用鋼板或鑄鋼制成；I類非采掘工作面的設(shè)備，其外殼可用牌號不**HT25-47灰鑄鐵制成；I類攜帶式設(shè)備和II類設(shè)備，外殼可用抗拉強(qiáng)度不**117.6N/mm2（12kg /mm2）、含鎂量不大于0.5%（重量比）的輕合金制成。

4.2 增安型結(jié)構(gòu)

增安型機(jī)構(gòu)在防爆電氣設(shè)備上使用得也很廣泛，如電動機(jī)、變壓器、燈具和帶有電感線圈的電氣設(shè)備等。它是在設(shè)備上采用一系列的安全措施，如使用高質(zhì)量的絕緣材料、降低溫升、增大電氣間隙、提高導(dǎo)線連接質(zhì)量等，使其在較大限度內(nèi)不致產(chǎn)生電火花、電弧或危險溫度，或者采用有效的保護(hù)元件使其產(chǎn)生的火花、電弧或溫度不能引燃爆炸性混合物，以達(dá)到防爆的目的。
還有一種與增安型防爆措施類似稱為無火花型，它是一種再正常運(yùn)行時不產(chǎn)生火花和危險高溫，也不能產(chǎn)生引爆故障的電氣設(shè)備。與增安型相比，只是沒有規(guī)定再增加一些附加措施來提高設(shè)備的安全可靠性。因此，無火花型的安全性比增安型要低，只能用于2區(qū)危險環(huán)境。

4.3 正壓型結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備的防爆原理是：保證內(nèi)部保護(hù)氣體的壓力**周圍以免爆炸性混合物進(jìn)入外殼，或足量的保護(hù)氣體通過外殼使內(nèi)部爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下。
在一般情況下，電氣設(shè)備內(nèi)部不得有影響安全的通風(fēng)死角。在正常運(yùn)行時，出風(fēng)口的風(fēng)壓或充氣氣壓不得**一定的數(shù)值，否則將立刻發(fā)出報警或切斷電源。設(shè)備內(nèi)部的火花、電弧不允許從任何間隙或出風(fēng)口吹出來。
正壓型結(jié)構(gòu)在使用上與爆炸物質(zhì)的級別無關(guān)，多用于內(nèi)部元件易損壞的設(shè)備或大型電氣設(shè)備上，或以自燃點為T4、T5為對象的很難制成其它防爆結(jié)構(gòu)形式的電氣設(shè)備上。

4.4 充砂型結(jié)構(gòu)

充砂型結(jié)構(gòu)是在外殼內(nèi)充填砂粒或其它規(guī)定特性的粉末材料，使之在規(guī)定的使用條件下，殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧或高溫均不能點燃周圍爆炸性氣體環(huán)境的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)采用的介質(zhì)是顆粒狀的固體（一般是石英砂）作為隔離介質(zhì)時，稱為充砂型電氣設(shè)備；而采用的介質(zhì)是固化物填料（一般為環(huán)氧樹脂），把引燃源澆封在填料里面，而與外面爆炸性混合物隔離時，也稱為澆封型電氣設(shè)備。

4.5 本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)

本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)僅適用于弱電流回路，如測試儀表、控制裝置等小型電氣設(shè)備上。無論是正常情況下，還是非正常情況下產(chǎn)生的電火花或危險溫度，都不會使爆炸物質(zhì)引爆，因此使安全性較高的防爆結(jié)構(gòu)，其中電路或設(shè)備上的所有元件表面溫度必須小于規(guī)定，以防止熱效應(yīng)引起的點燃。
本質(zhì)安全型防爆結(jié)構(gòu)的電氣回路必須與其它電路相隔離，以防混線電磁或靜電感應(yīng)，特別是結(jié)構(gòu)外部的配線，要采取周密的措施，才能確保電氣設(shè)備和配線的防爆性能。

4.6 防爆充油型結(jié)構(gòu)

防爆充油型結(jié)構(gòu)在使用上與防爆等級無關(guān)，適合于小型操作開關(guān)上。充入的油液應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，為了觀察油位的高度，設(shè)備應(yīng)裝有油位指示器或油位信號裝置。
油浸型防爆結(jié)構(gòu)的開關(guān)、控制器等設(shè)備，由于油的劣化或泄漏等原因，設(shè)備損壞很難維修，需要特別注意。另外，由于傾斜或油面搖動而使防爆性能受到損害時，設(shè)備不能再繼續(xù)使用。

4.7 爆炸性粉塵環(huán)境的防爆結(jié)構(gòu)

粉塵防爆電氣設(shè)備是采用限制外殼較高表面溫度和采用“塵密”或“防塵”外殼來限制粉塵進(jìn)入，以防止可燃性粉塵點燃。該類設(shè)備將帶電部件安裝在有一定防護(hù)能力的外殼中，從而限制了粉塵進(jìn)入，使引燃源與粉塵隔離來防止爆炸的產(chǎn)生。按設(shè)備采用外殼防塵結(jié)構(gòu)的差別將設(shè)備分為A型設(shè)備或B型設(shè)備。 按設(shè)備外殼的防塵等級的高低將設(shè)備分為20、21和22級，分別適用于20、21或22區(qū)粉塵危險場所。

5 爆炸性氣體環(huán)境中電氣設(shè)備的防爆類型的選擇

對于不同區(qū)域的爆炸型氣體環(huán)境（II類環(huán)境），需要根據(jù)實際需要選擇不同結(jié)構(gòu)的防爆類型。
 
爆炸危險區(qū)域
適用的防爆類型
符號
0區(qū)

本質(zhì)安全型（ia級）

ia


其它特別為0區(qū)設(shè)計的電氣設(shè)備

s

1區(qū)

適用于0區(qū)的防爆類型



隔爆型

d


增安型

e


本質(zhì)安全型

ib


充油型

o


正壓型

p


充砂型

q

2區(qū)

適用于0區(qū)或1區(qū)的防爆類型


2區(qū)

無火花型

n




在平常實際使用中可能很容易的看到，許多防爆電氣產(chǎn)品在一個產(chǎn)品中就采用了多種防爆保護(hù)方法。例如，照明裝置可能采用了增安型保護(hù)（外殼和接線端盒）、隔爆型保護(hù)（開關(guān)）和澆封型保護(hù)（鎮(zhèn)流器）。這樣能夠使制造商采用較適用的復(fù)合防爆保護(hù)方法。有一點要注意的是，產(chǎn)品銘牌上列出采取的防爆方法的順序?qū)⑼嬖V用戶產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，如一個產(chǎn)品被標(biāo)識為 Ex de，則較可能為隔爆型而其中帶有增安型部件。另一個產(chǎn)品被標(biāo)識為Ex ed，則較可能不是隔爆型外殼（例如不銹鋼或強(qiáng)化聚脂玻璃），而帶有隔爆開關(guān)或部件安裝其中。兩種產(chǎn)品可能均適用于1區(qū)，但他們是使用不同的防爆保護(hù)措施達(dá)到同樣的目的?？筛鶕?jù)自己的實際需要和所了解信息，來選擇可提供在費(fèi)用、性能和安全方面達(dá)到較佳平衡的防爆型式的產(chǎn)品

6 防爆設(shè)備的標(biāo)志
 爆炸性氣體環(huán)境防爆設(shè)備標(biāo)志
II類防爆設(shè)備的標(biāo)志按照防爆公用標(biāo)志、設(shè)備防爆型式、設(shè)備環(huán)境組別、氣體組別和溫度組別的順序依次標(biāo)記。
防爆公用標(biāo)志——**電工**（IEC）標(biāo)志“Ex”；
歐洲電工**（CENELEC）標(biāo)志“EEx”
防爆型式標(biāo)志：隔爆型——“d”；
增安型——“e”；


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