防爆防護技術,徐菲菲2011年8月,.,防爆防護技術,目錄：爆炸等一般概念爆炸性危險物質的分類爆炸性危險區域劃分標準及劃分種類防爆電氣設備概念及不同類型防爆型電氣設備的維護和檢查IP防護等級,.,一、爆炸及爆炸性物質,爆炸性物質是指可燃性物質（可燃性氣體、易燃液體蒸氣、易燃固體蒸氣、可燃性粉塵）和空氣的混合物。爆炸是燃燒的加速反應。它是可燃物質在點燃源能量的作用下，在空氣或氧氣中，進行化學反應，引起溫度的升高，釋放出熱輻射及光輻射的現象。如果燃燒速度急劇加快，溫度猛烈上升，導致燃燒生成物及周圍空氣激烈膨脹，形成巨大爆破力和沖擊波并發出強光和聲響，這就是爆炸。爆炸的三個基本條件（三要素）：可燃物質、助燃物質、點火源，三者缺一不可。,.,一、爆炸性危險環境/場所,爆炸性危險環境是指：在大氣條件下，可燃性物質與空氣的混合物被點燃爆炸后，燃燒將傳至全部未燃物的環境。爆炸危險場所是指：有人員作業的爆炸危險區域。在石油、化工、煤炭等生產領域將不可避免地形成爆炸性危險環境：在煤礦井下，三分之二的場所屬于爆炸性危險場所；在石油開采現場和精煉廠約有6080屬于爆炸性危險場所；在化學工業中，約有80以上的生產車間屬于爆炸性危險場所。,.,一、爆炸極限,爆炸極限：可燃物質與空氣必須在一定的濃度范圍內均勻混合，形成預混氣，遇著火源才會發生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限。爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL）：可燃性混合物能夠發生爆炸的最低濃度和最高濃度。這兩者有時亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限時不爆炸也不著火；在高于爆炸上限不會發生爆炸，但會著火。上限和下限間的可燃氣體濃度稱為爆炸范圍區，會發生爆炸。Note：甲烷的爆炸下限是5%(體積比)，爆炸上限是15%(體積比)。,.,防爆防護技術,目錄：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸極限）爆炸性危險物質的分類爆炸性危險區域劃分標準及劃分種類防爆電氣設備概念及不同類型防爆型電氣設備的維護和檢查IP防護等級,.,二、爆炸性危險物質分類,中國將爆炸性危險物質分為三類（Group）：I類：礦井甲烷；II類：爆炸性氣體混合物(含蒸汽、薄霧)；III類：爆炸性粉塵和纖維。北美將爆炸性危險物質分為三類(Class)：CLASSI：爆炸性氣體；CLASSII：爆炸性粉塵；CLASSIII：纖維。,.,二、爆炸性氣體組別,氣體組別就是對于II類爆炸性氣體環境來說，按照爆炸性氣體混合物的最大試驗安全間隙或最小點燃電流比，將爆炸性氣體分為IIA、IIB、IIC三個組別。氣體組別和點燃溫度在一定環境溫度和壓力下與可燃性氣體和空氣的混合濃度有關。,.,二、爆炸性氣體分組,中國將煤礦甲烷以外的全部爆炸性蒸氣、氣體分成A、B、C三級。分別代表丙烷、乙烯、氫氣。北美國家將爆炸性氣體表述為ClassI，并細分為A、B、C、D四級（Group）。分別代表乙炔、氫氣、乙烯、丙烷和甲烷。典型氣體中國、IEC標準北美標準難易程度甲烷ID難丙烷IIAD乙烯IIBC氫氣IICB乙炔IICA易Note：甲烷需要的點燃能量最大，C級氣體則最易被點燃。,.,二、溫度組別,溫度組別是在爆炸性環境中使用的電氣設備按其最高表面溫度來劃分的，溫度組別分為T1T6六組。北美對溫度組別的劃分與IEC基本一致，他們只是將部分溫度組別劃分得更細而已，共計分成14個溫度組別。Note：溫度組別T1的氣體引燃溫度最高，而T6的氣體則最易被點燃。因此，就電氣設備的最高表面溫度而言，凡滿足T6溫度組別氣體環境用的電氣設備，也必能滿足T1T5組別的氣體環境應用的要求。,.,二、氣體組別和溫度組別,舉例：浙江LNG項目氣體組別和溫度組別：,.,防爆防護技術,目錄：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸極限）爆炸性危險物質的分類（IIAT3）爆炸性危險區域劃分標準及劃分種類防爆電氣設備概念及不同類型防爆型電氣設備的維護和檢查IP防護等級,.,三、爆炸危險區域劃分標準,世界各國對危險場所區域劃分不同，但大致分為兩大派系：中國和大多數歐洲國家采用國際電工委員會(IEC)的劃分方法，而以美國和加拿大為主要代表的其他國家采用北美劃分方法（NEC）。我國對爆炸危險性場所劃分的依據是：GB3836.14-2000爆炸性氣體環境用電氣設備第14部分：危險場所分類GB50058-94爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范,.,三、釋放源,釋放源是指可能把可燃氣體、薄霧或者液體釋放到大氣中以致形成爆炸性混合物的某個部位或某個點。每一臺加工設備：如罐、泵、管道、容器等都應視為潛在的可燃性物質釋放源。如果這類設備不再盛裝可燃性物質，很明顯它的周圍就不會形成爆炸區域。如果這類設備盛裝可燃性物質，但不向大氣層釋放，同樣是潛在的釋放源。如果設備向大氣中釋放可燃性物質，首先要確定大概的釋放頻率和持續時間，來確定釋放源的級別。,.,三、釋放源的分類,連續級釋放源：連續釋放或預計長期釋放的釋放源。1.沒有用惰性氣體覆蓋的固定頂蓋貯罐中的易燃液體的表面；2.油、水分離器等直接與空間接觸的易燃液體的表面；3.經常或長期向空間釋放易燃氣體或易燃液體的蒸氣的自由排氣孔和其它孔口。第一級釋放源：正常運行時，預計可能周期性或偶爾釋放的釋放源。1.在正常運行時會釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門等的密封處；2.在正常運行時會向空間釋放易燃物質，安裝在貯有易燃液體的容器上的排水系統；3.正常運行時會向空間釋放易燃物質的取樣點。,.,三、釋放源的分類,第二級釋放源：在正常運行時，預計不可能釋放，如果釋放也僅可能是偶爾和短時釋放的釋放源。.正常運行時不能出現釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門的密封處；.正常運行時不能釋放易燃物質的法蘭、連接件和管道接頭；.正常運行時不能向空間釋放易燃物質的安全閥、排氣孔和其它孔口處；.正常運行時不能向空間釋放易燃物質的取樣點。多級釋放源：由上述兩種或多種級別組成的釋放源。按連續級或第一級釋放源來劃分。,.,三、爆炸氣體危險區域劃分,爆炸性危險區域主要以爆炸性危險物質出現的頻繁程度和持續時間為劃分依據：0區：爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的場所；危險環境存在的時間大于1000小時/年。1區：在正常運行時可能出現爆炸性氣體環境的場所；危險環境存在的時間在101000小時/年之間。2區：在正常運行時不可能出現爆炸性氣體環境，如果出現也是偶爾發生并且僅是短時間存在的場所。危險環境存在的時間少于10小時/年。,.,三、爆炸性危險區域劃分,爆炸危險區域的級別主要受釋放源特征和通風條件的影響。連續釋放比周期性釋放的級別高；周期性釋放比偶然短時間釋放的級別高。良好的通風(包括局部通風)可降低爆炸危險區域的范圍和等級。0區一般只存在于密閉的容器、缸罐等內部氣體空間，在實際設計過程中1區也很少涉及，大多數情況屬于2區。爆炸性危險區域劃分是設計院的工作。,.,三、其他國家爆炸性危險區域劃分,美國、加拿大等北美國家的劃分，以NEC（美國國家電氣規程）的定義為代表，對氣體劃分為1區、2區（沒有0區）。兩者之間的對應關系大致如下：氣體：IEC0區、1區NEC1區IEC2區NEC2區粉塵：IEC10區NEC1區IEC11區NEC2區IEC“區”的英文為Zone；NEC“區”的英文為Division。,.,三、爆炸危險區域劃分,舉例：浙江LNG儲罐危險區域劃分圖：05059_TC33_LOD_3000_0004_REV1_HAZARDOUSAREACLASSIFICATIONLAYOUT.pdf浙江LNG接收站危險區域劃分圖：00-90-0400-28-103危險區域圖.pdfFEED文件：DWG-TS-SA-002-R2_HazardousAreaClassificationDrawings(Update).doc,.,防爆防護技術,目錄：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸極限）爆炸性危險物質的分類（IIAT3）爆炸性危險區域劃分標準及劃分種類（0、1、2區）防爆電氣設備概念及不同類型防爆型電氣設備的維護和檢查IP防護等級,.,四、防爆電氣設備概念,防爆電氣設備分為兩類：類：煤礦用電設備類：除煤礦外的其他爆炸性氣體環境用電氣設備類，適用于工廠爆炸性粉塵和纖維混合物場所的防爆電氣設備類電氣設備根據使用場所的可燃性氣體不同，按最大試驗安全間隙和最小點燃電流比分成A、B、C三級。而電氣設備的最高表面溫度分組相同于可燃性氣體的自然溫度分成T1一T6共6組。,.,四、防爆的原理,間隙防爆利用金屬間隙能阻止爆炸火焰的傳播和冷卻爆炸產物的溫度，達到熄滅火焰和隔離爆炸產物穿出的效果。減小點燃能量防爆降低電路的電壓和電流或者采取某些可靠保護電路，阻止強電流和高電壓竄入爆炸危險場所，保證爆炸危險場所中電路產生的開斷路電火花或熱效應能量小于爆炸性混合物的最小點燃能量。阻止點火源與爆炸性混合物相接觸的防爆（隔離）特定條件下提高電氣安全措施防爆,.,四、防爆電氣設備的類型,根據國家標準GB-3836爆炸性環境用防爆電氣設備防爆電氣設備其防爆結構形式有8種：（1）隔爆型（Exd）（2）增安型（Exe）（3）本安型（Exia/Exib）（4）正壓型（Exp）（5）充油型（Exo）（6）充砂型（Exq）（7）澆封型（Exm）（8）無火花型（Exn）Ex的標志表示：防爆公用標志國際電工委員會（IEC）,.,四、防爆危險區適用防爆類型,以上的防爆型式，在石油化工企業經常用到的有隔爆型、本安性、增安型、正壓型。根據儀表安裝、使用場所的危險區域來選擇儀表的防爆型式：0區只能選ia型、s型（指專為0區設計的s型）；I區可能除n型以外的其他型式；2區所有防爆型式均可選。,.,四、我國的防爆標志,防爆標志一般由以下5個部分構成：防爆標志EX表示該設備為防爆電氣設備（EEX歐洲共同體防爆總標志）；防爆結構形式表明該設備采用何種措施進行防爆，如d為隔爆型，p為正壓型；i為本安型等；防爆設備類別分為兩大類，I為煤礦井下用電設備，II為工廠用電氣設備；防爆級別分為A、B、C三級，說明其防爆能力的強弱；溫度組別分為T1T6六組，說明該設備的最高表面溫度允許值。舉例：ExdIIBT4,.,四、防爆電氣設備類型Exd,隔爆型“d”適用于1區一種具有隔爆外殼的電氣設備。隔爆外殼能承受已進入外殼內部的可燃性混合物內部爆炸而不損壞，并且通過外殼上的任何接合面或結構孔不會引燃一種或多種氣體或蒸氣所形成的外部爆炸性環境的電氣設備外殼。隔爆型結構的電氣設備在爆炸危險區域應用極為廣泛，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。,.,四、防爆電氣設備類型Exd,隔爆外殼必須滿足兩個基本條件：外殼具有足夠的機械強度，能夠承受內部的爆炸壓力而不損壞，也不產生影響防爆性能的永久性變形。外殼壁上所有與外界相通的接縫和孔隙小于相應的最大實驗安全間隙。,.,.,四、防爆電氣設備類型Exe,增安型“e”一種對在正常運行條件下不會產生電弧、火花的電氣設備采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其內部和外部部件可能出現危險溫度、電弧或火花的電氣設備。設計措施包括：限制設備的種類；加大電氣間隙、爬電距離；采用優良的絕緣材料；規定導體連接方法；降低溫升；提高外殼的防護等級(至少IP54)；配合合適的保護裝置。按照國際標準規定，增安型技術適合于l區爆炸性氣體環境使用。,.,四、防爆電氣設備類型Exi,本質安全（intrinsicsafety）型“i”本質安全通常指某個系統，而不是指某一個設備。它不能單獨使用，必須和本安關聯設備（安全柵）、外部配線一起組成本安電路，才能發揮防爆功能。它的防爆主要由以下措施來實現：采用新型集成電路元件等組成儀表電路，在較低的工作電壓和較小的工作電流下工作；用安全柵把危險場所和非危險場所的電路分隔開，限制由非危險場所傳遞到危險場所去的能量；儀表的連接導線不得形成過大的分布電感和分布電容，以減少電路中的儲能。,.,四、防爆電氣設備類型Exia/Exib,ia型儀表適用于0區，ib型儀表僅適用于1區。本質安全型電氣設備結構簡單、體積小、重量輕、制造和維護方便，具有可靠的安全性，能直接應用在最危險的0區場所。因此，此類電氣設備被廣泛地應用在石油、化工等大型工程上，并逐漸地替代笨重的隔爆型結構。,.,四、防爆電氣設備類型Exp,正壓型“p”一種通過保持內部保護氣體的壓力高于周圍爆炸性環境壓力的措施來達到安全的電氣設備。正壓型結構這種結構的電氣設備的防爆原理是：保證內部保護氣體的壓力高于周圍以免爆炸性混合物進入外殼，或足量的保護氣體通過外殼使內部爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下。,.,四、防爆電氣設備類型Exo、Exq、EXm,充油型“o”：原理：通過充油的方法，防止設備可能產生的電火花與可燃性氣體環境的接觸。充砂型“q”原理：危險氣體可能與電火花接觸并產生爆炸，但足夠的石英砂厚度能阻止爆炸傳播到周圍環境。澆封型“m”將電火花用環氧樹脂封裝起來。,.,四、儀表防爆型式,儀表產品類別常見的防爆型式壓力變送器本安型、隔爆型、限制能量型、粉塵防爆型溫度變送器本安型、隔爆型、限制能量型、粉塵防爆型物位(液位)儀表本安型、隔爆型、限制能量型流量傳感器本安型、隔爆型電磁流量汁隔爆澆封本安復合型電動執行機構隔爆型、增安型電氣閥門定位器、轉換器本安型、隔爆型、限制能量型電磁閥澆封型、隔爆型、本安型、限制能量型安全柵本安型(關聯設備)隔爆本安復合型顯示儀表本安型、隔爆型、隔爆本安復合型可燃氣體探測器本安型、隔爆型儀表控制盤正壓型,.,四、復合型防爆電氣設備,在平常實際使用中可能很容易的看到，許多防爆電氣產品在一個產品中就采用了多種防爆保護方法。例如，照明裝置可能采用了增安型保護（外殼和接線端盒）、隔爆型保護（開關）和澆封型保護（鎮流器）。產品銘牌上列出采取的防爆方法的順序將往往告訴用戶產品的結構，如一個產品被標識為Exde，則極可能為隔爆型而其中帶有增安型部件（罐頂的燈具）。另一個產品被標識為Exed，則極可能不是隔爆型外殼（例如不銹鋼或強化聚脂玻璃），而帶有增安開關或部件安裝其中。兩種產品可能均適用于1區，但他們是使用不同的防爆保護措施達到同樣的目的。,.,防爆防護技術,目錄：爆炸等一般概念（爆炸的三要素、爆炸極限）爆炸性危險物質的分類（IIAT3）爆炸性危險區域劃分標準及劃分種類（0、1、2區）防爆電氣設備概念及不同類型（隔爆型、本安型）防爆型電氣設備的維護和檢查IP防護等級,.,五、防爆電氣設備的維護和檢查,防爆電氣設備的運行維護和檢查分：1.日常運行維護檢查2.專業維護檢查3.安全技術檢查企業應根據生產環境的特點、設備狀態、介質泄露和腐蝕、機械磨損等情況規定檢查周期、檢查項目和要求。,.,五、日常運行維護檢查,日常運行維護檢查主要由設備的操作人員進行，應按照各類防爆電氣設備的技術要求做好日常檢查工作主要的設備應填寫崗位運行記錄或檢查記錄。日常運行維護檢查包括下列主要項目：a)保持設備外殼及其環境的清潔；b)如果必要，檢測環境中可燃性介質的濃度；c)檢查設備外殼溫升是否異常；d)觀察和記錄設備上的檢測裝置顯示數值（例如：溫度溫度顯示表、保護氣體壓力顯示表等）；e)設備運行狀況等。設備運行操作人員對發現的異常現象可以處理的應及時處理，不能處理的應通知電氣維修人員處理。發現的異常現象以及處理均應在運行記錄上登記。,.,五、專業檢查維護,專業檢查維護應由專職電氣維護人員進行，專業檢查維護應定期進行，如果發生運行異常情況，應該及時進行。檢查維護項目除了日常運行維護檢查項目之外，還應包括下列主要項目；a)更換燈泡、熔斷器等易損零件；b)清理設備內、外灰塵，進行防腐防銹處理；c)檢查設備電氣線路的完好狀況；d)檢查設備中的接線（包括接地線）是否完好；e)檢查電氣設備內部運動機