1、防爆基础知识 1.燃烧和爆炸燃烧和爆炸燃烧是一种氧化反应，如果燃烧速度急剧加快，温度剧烈上升，燃烧生成物和周围空气剧烈膨胀，形成巨大的爆炸力和冲击波、强光和声响，这就是爆炸。化学性爆炸有两类凝聚相爆炸（如炸药） 分散相爆炸即爆炸性物质均匀分散在空气中，且比例得当而形成的爆炸。（我们涉及的就是这类爆炸）。 具有潜在爆炸危险的环境产生爆炸必须具备的三具有潜在爆炸危险的环境产生爆炸必须具备的三个条件：个条件： 1.点燃源（点燃能量）电火花、热表面； 2.爆炸性物质可燃性气体或粉尘等； 3. 助燃剂空气（氧气）； 当这三个条件同时存在，且当爆炸性物质与空气的混合浓度处于爆炸极限范围内（即在爆炸上限与爆
2、炸下限之间）时，将不可避免地产生爆炸。 在实践中，防止爆炸事故的发生，总是设法避免上述三个条件同时存在，以达到防爆的目的。 （爆炸三角形）2. 火花点燃特性火花点燃特性每一种可燃物质均可作出相应的点燃特性，当与空气的体积浓度（）处于爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL）之间的可燃范围内时，则存在一个最小点燃能量点（MIE）。如果点燃能量大于MIE值时，则会引起火花点燃，反之，点燃能量小于MIE值时，则是安全的。（特性曲线）3.可燃物质的爆炸极限可燃物质的爆炸极限可燃性气体/空气混合物的整个可点燃的浓度范围称为“可燃范围”物质 爆炸下限 爆炸上限 最小点燃能量微焦 点燃特性丙烷 2 9.5 18
3、0 难乙烯 2.7 34 60氢气 4 76 20 易4. 爆炸物质的分类及分组体系爆炸物质的分类及分组体系中国：爆炸性物质分为三类： I类：矿井甲烷； II类：爆炸性气体混合物（含蒸气、薄雾）； III类：爆炸性粉尘和纤维。北美：爆炸性物质分为三类：（“class”） classI： 爆炸性气体 ； classII： 爆炸性粉尘； classIII：纤维5. 爆炸性物质的分级爆炸性物质的分级作为工厂设计只研究II、III类即气体、粉尘防爆问题。对于II类分为三级IIA、IIB、IIC 方法：a. 按最大试验安全间隙MESG（Maximum Experimentation Safety Gap
4、）. b. 按最小点燃电流比MICR（Minimum Ignition Current Ratio）. MESG 定义：在规定的条件下，壳内各种浓度的被试气体或蒸气与空气的混合物点燃后，通过L25mm的结合面，均不能点燃壳外爆炸性气体混合物的外壳空腔两部分之间的最大间隙?。 MICR 定义：气体或蒸气的最小点燃电流值与实验室的甲烷的最小点燃电流之比值。 MESG MICR IIA 0.91.14 大于0.8 IIB 0.50.9 0.450.8 IIC 小于0.5 小于0.45 5. 爆炸性物质分级表 代表性气体 物质分组体系 点燃特性 中国/IEC 北美 易 乙炔 IIC级 I级 A组 氢气
5、 IIC级 I级 B组 乙烯 IIB级 I级 C组 丙烷 IIA级 I级 D组 甲烷 I(煤矿) 无分组 金属粉尘 待定 II级 E组 煤尘 待定 I级 F组 农业粉尘 待定 I级 G组 纤维 待定 III级 难6.爆炸性气体的引燃温度与温度组别爆炸性气体的引燃温度与温度组别每一种爆炸性气体都有一个特定的温度，在该温度下，即使没有外部点燃源，它也将发生点燃。这一温度被称为引燃温度。它是反映爆炸性气体点燃特性的重要特征参数。按IEC标准把爆炸性气体按其引燃温度分为T1T6六个组别。 温度组别 最高表面温度 电气安全性能 T1 450 低 T2 300 T3 200 T4 135 T5 100 T
6、6 85 高7. 危险场所的区域划分危险场所的区域划分危险危险区域是根据潜在爆炸性环境可能出现的概率和持续时间来划分的可能存在的区域。连续地存在，危险性大于1000小时/年 0区（气体）20区（粉尘）断续地存在，危险性101000小时/年 1区（气体）21区（粉尘）事故状态下存在，危险性0.110小时/年 2区（气体）22区（粉尘）北美 1区（气体、粉尘） 2区（气体、粉尘） IEC: 0区：在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地或长期地存在的场所。 1区：在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。 2区：在正常情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，仅在不正常情况下，短时间存在的场所。 北美
7、：北美： 1区：在正常情况下，可能出现危险环境的场所。 2区：在正常情况下，不可能出现危险环境，仅在不正常时，才会出现危险环境的场所。8.电气设备的防爆形式电气设备的防爆形式A 隔爆型电气设备隔爆型电气设备“d“ 隔爆外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播。（它是依靠隔爆结合面长度和隔爆结合面的间隙）。B. 增安型电气设备增安型电气设备“e“增安型电气设备是一种在正常条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温的设备结构上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现这些现象的电气设备，也就是说，它是一种依靠高质量的材料、设计和
8、装配来消除电火花或局部过热的结构技术。典型应用：电动机、照明设备、接线盒和防冻加热器；产品检验要素：不允许产生火花、电弧、危险温度；电压低于11千伏；外壳防护等级IP54 C. 本质安全型电气设备本质安全型电气设备“i“ 本质安全设备是指其内部的所有电路都是本质安全电路的电气设备，即该电路在标准条件下，产生的任何火花或热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境。 本质安全是基于限制电气线路中储能原理为基础的防爆技术。 对氢气（IIC）环境，在故障状态下必须将电气设备的参数限制在30V/100mA以内，即功率限制在1.3W左右。D. 正压型电气设备正压型电气设备“P“具有正压外壳的电气设备称为正压型电
9、气设备，即该外壳能保持内部气体的压力高于周围爆炸性环境的压力，且能阻止外部混合物的进入。要素： 最小正压值 最小换气量 主电源与压力开关的连锁E. 充油型电气设备充油型电气设备“O“充油型电气设备是一种将全部或部分部件浸在油内，使设备不能点燃油面以上或外壳以外的爆炸性混合物的电气设备。通常用于开关装置和变压器等，其油是矿物绝缘油。 要素： 油的极限温升 最大安全通断能力F. 充砂型电气设备充砂型电气设备“q“充砂型电气设备是一种外壳内充填砂粒材料，使之在规定的条件下壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或砂粒材料表面的过热均不能点燃周围爆炸性混合物的电气设备。其填充物通常是碎玻璃或硅石碎粒（石英砂
10、），应用：防爆电话、照明器中的电子组件。g. 浇封型电气设备浇封型电气设备“m“浇封型电气设备是一种将整台设备或其中一部分浇封在浇封剂中，在正常运行和认可的过载或认可的故障下不能点燃周围的爆炸混合物的电气设备。要素：浇封剂的物理、化学、机械特性； 电气设备的输入/输出的电气数据；h. 无火花型电气设备无火花型电气设备“n“无火花型电气设备在正常条件下，不得产生火花或超过温度组别的最高表面温度。但在特定外壳（限制呼吸外壳）内允许火花、热表面等存在。特点：只适用2区危险场所 防爆标志：举例 EX dIIC T4 EX-防爆标志 d-隔爆型外壳 IIC设备类别（气体级别） T4-温度组别 EEX i
11、a IIC T6 EEX欧洲防爆标志 ia本质安全欧洲防爆新指令 94/9/EC equipment and protective systems in potentially explosive atmospheres c0102 II 1 G EEX ia IIC T6 PTB 97 ATEX 2115C标志 0102-第三方校验机构监督的鉴定号 II 1 G-II组、1类 、气体EEX欧洲防爆 ia本安 IIC -防爆级别 T6-温度组别PTB检验机构标记 97-通过鉴定的年份 ATEX以说明取得合格证 2115-合格证号EX 欧洲新指令 标志举例 1G II组 ，种类1，0区场所用电气
12、设备 （G为气体） 2G II组， 种类2，1区场所用电气设备 （G为气体） 3G II组 ，种类3，2区场所用电气设备 （G为气体） 1D II组 ，种类1，20区场所用电气设备 （D为粉尘） 2D II组 ，种类2，21区场所用电气设备 （D为粉尘） 3D II组 ，种类3，22区场所用电气设备 （D为防尘） 本安防爆技术本安防爆技术 特点： 不需要设计制造工艺复杂、体积庞大且笨重的隔爆外壳。因此，本安电气设备具有结构简单、体积小、重量轻和造价地的特点。 可在带电工况下进行维护、标定和更换电气设备的部分零件。 安全可靠性高，本安设备不会由于个别机械部件的人为损坏而降低安全可靠性。本安防爆技
13、术是一种“弱电”技术，因此可避免现场操作人员触电伤亡事故。 适用范围广，本安技术是唯一可用于0区危险场所的防爆技术，为此，本安防爆技术也将被广泛应用于现场总线智能化仪表系统。 本质安全的等级本质安全的等级 本质安全型电气设备及其关联设备，按本安电路使用场所和安全程度分为ia和ib两个等级。 “ia”等级 当施加Um或Ui之后，在下列每一种情况下，“ia”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃： a）正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障； b）正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障； c) 正常工作和施加二个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障； 安全系数“ia”等级安
14、全系数 正常工作和施加产生最不利条件的那些非计数故障时，安全系数为1.5；施加一个计数故障，并考虑产生最不利条件的那些非计数故障时，安全系数为1.5；施加二个计数故障，并考虑产生最不利条件的那些非计数故障时，安全系数为1.0； 假如仅可能出现一个计数故障或不可能出现计数故障，并且它们能满足“ia”等级试验要求，那么都可认为符合“ia”等级。 Ib等级 当施加Um或Ui之后，在下列每一种情况下，“ib”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃： a）正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障； b）正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障； “ib”等级安全系数 正常工作和施加产生
15、最不利条件的那些非计数故障时，安全系数为1.5； 施加一个计数故障，并考虑产生最不利条件的那些非计数故障时，安全系数为1.0；简而言之： Ex ia Ex ib 二个故障保持本质安全 一个故障保持本质安全 “故障”是指本标准定义为可靠的，且影响本质安全性能的元件故障，元件之间的间距、绝缘、连接的故障。 “计数故障”-符合本标准结构要求的电气设备的另部件上发生的故障。 “非计数故障”-不符合本标准结构要求的电气设备的另部件上发生的故障。 本质安全系统本质安全系统 本质安全系统指本质安全系统指由现场本质安全设备、连接电缆和关联设备构成的系统，其中系统中任何一部分的电火花或热效应均不会导致危险场所的
16、爆炸。 构成本质安全防爆系统的条件为：构成本质安全防爆系统的条件为： 1. 现场本安设备 从现场设备储能元件角度考虑，按照本安防爆要求设计，对其中包含的电感、电容等储能元件回路采取相应措施且考虑回路元件的温升，以保证该设备不论是正常还是事故状态，均不会产生火花或热源引起点燃。2. 连接电缆从系统布线工程角度考虑，既要使连接电缆可能避免外界电磁场干扰影响及与其它回路混触，又要限制电缆分布参数所附加的储能影响。3. 关联设备安全栅从控制室设备配置角度考虑，该部分电气回路必须具备无论系统处于正常工况还是事故状态均能将从安全场所的非本安回路传到危险场所的本安设备的能量抑制在点火极限（最小点燃能量）范围
17、内的功能。 本安系统示意图 安全栅的基本形式安全栅的基本形式 安全栅是一种限制过大的能量从分本安回路流入本安回路的装置，九七安全栅本身的功能而言，目前大致可归纳为以下四种： 1. 模拟信号用安全栅 2. 开关/数字信号用安全栅 3. 带通讯功能的安全栅 4. 适合现场总线的安全栅 按结构形式可简单分为 1. 齐纳式安全栅 2. 隔离式安全栅 齐纳式安全栅齐纳式安全栅 这是一种简单的无源网络，其关键部件是快速熔丝、限压（齐纳）二极管和限流电阻。一旦在安全栅的输入端出现来自安全区的危险电压（如Um250V）时，限压二极管将分流其故障电流到接地点，同时使快速熔丝熔断，从而使安全栅的输出端维持一个开路
18、“安全）电压Voc，其最大现场短路电流IscVoc/Rlim。 隔离式安全栅隔离式安全栅 这是一种电流隔离式有源安全栅，它实质上是一个供电电源或信号调整器，以隔离的方式用来传送或接收来自危险场所的信号。 其优点：* 不需要高要求、完善的本安接地系统 * 可配接现场接地的传感器 * 由于电源隔离解决了返回电流问题，使之有高的共模抑制比 * 可获得较高的系统精度 * 输出信号可直接连接到过程控制回路 目前使用的规范： 1.国内设计规范 GB 50058-92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 制造规范 GB3830.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求 GB3830.1-2
19、000 爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：电气设备隔爆外壳的结构和试验（ GB3830.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第3部分：增安型”e GB3830.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第4部分:本质安全型“i” GB3830.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第14部分：危险场所分类（idtIEC6007610：1995） GB3830.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第15部分：危险场所电气安装（eqvIEC6007914：1996） GB12476.1-2000 可燃性粉尘环境电气设备 第1部分：用外壳和限制表面温度保护的电气设备 第1节电气设备的技术要求（idt61241 1.1：1999） 2.国外 IEC Electrical apparatus for explosive gas atmaspheres NEC ARTICLE 500- HAZARDOUS (CLASSIFIED) LOCATION API Recommended Practice Classification of Locations for Electrical Installations at Petrleum Facilities 500 EN欧洲标准 60079 61241
