【正文】 1 第一章 爆炸性氣體環(huán)境的基本知識 一 引言 隨著石油、化工、煤礦等工業(yè)的發(fā)展，防止爆炸性事故的發(fā)生，越來越引起人們的重視，但是在生產過程中又難免會產生爆炸性物質的泄漏，形成爆炸性氣體危險場所。 據資料介紹，煤礦井下約有 2/3 場所，石油開采和精煉廠約有 60%80%場所為爆炸性危險場所，所以使用在這些場所的電氣設備都必須采取防爆措施，才能避免成為危險點燃源。 二 爆炸的基本觀念 要了解爆炸就要熟悉燃燒現象。燃燒現象的出現同時具備以下三個條件：即要有可燃物質、助燃物質和點燃源 ，三者缺一不可。 燃燒是一種化學反應。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，導致燃燒生成物和周圍空氣激烈膨脹，形成巨大的爆破力和沖擊波并發(fā)出強光和聲響，這就是爆炸。 爆炸分凝聚相爆炸和分散相爆炸兩類。凝聚相爆炸指炸藥類的爆炸，分散相爆炸指爆炸性氣體環(huán)境中形成的爆炸。 三 爆炸性氣體（蒸氣）混合物的幾個主要參數 1. 閃點 閃點是指在標準條件下，使液體變成蒸氣的數量能夠形成可燃性氣體 /空氣混合物的最低液體溫度。 液體的閃點越低，引燃的危險程度越大。如環(huán)氧丙烷的閃點為 ℃，不僅在冬天戶外場所蒸發(fā)蒸氣，而且在常溫時會快速蒸發(fā)蒸氣。 液體周圍環(huán)境溫度是影響液體蒸發(fā)的主要依據。我國規(guī)定了最高環(huán)境溫度為 45℃作為分界線，閃點高于 45℃的稱可燃性液體；閃點低于 45℃的稱易燃性液體。 可燃性液體在常溫儲存沒有爆炸危險性。但當可燃性液體呈霧狀顆粒狀態(tài)及操作溫度高于液體閃點時同樣有爆炸危險性。 爆炸極限是指可燃性氣體（蒸氣）與空氣形成的混合物，能引起爆炸的最低 濃度（爆炸下限）或最 高濃度（爆炸上限），介與爆炸下限和上限中間的濃度范圍稱爆炸范圍。 爆炸范圍越大，則形成爆炸性混合物的機會越多；爆炸下限越低，則形成爆炸的條件越易。 密度是指單位體積的物質質量。相對密度是指可燃性氣體（蒸氣）與空氣密度的比值（空氣為 1）。 相對密度是研究爆炸性混合物擴散范圍的重要依據。比空氣輕的可燃性氣體（蒸氣）會擴散至周圍空間的上部區(qū)域，比空氣重的可燃性氣體（蒸氣）停留在周圍的空間下部區(qū)域。 四 爆炸性氣體（蒸氣）混合物的分類、分組 2 1. 爆炸性氣體（蒸氣 ）混合物 分類 : 中國 : Ⅰ類（煤礦井下甲烷氣）、Ⅱ類（工廠內的爆炸性氣體混合物）、Ⅲ類 (爆炸性粉塵和纖維 ) 北美 : ClassⅠ (爆炸性氣體 )； ClassⅡ (爆炸性粉塵 )； ClassⅢ (纖維 ) 為適合隔爆型及本質安全型電氣設備設計選型要求又將氣體分成Ⅱ A、Ⅱ B、Ⅱ C類三種。 分 類 Ⅱ A Ⅱ B Ⅱ C 最大試驗安全間隙 MESG（ mm） MESG≥ ＞ MESG＞ ≥ MESG 最小點燃電流比 MICR MICR＞ ≥ MICR≥ ＞ MICR 2. 爆炸性氣 體（蒸氣）混合物 分級的比較 爆炸性氣體（蒸氣）混合物 分級我國和 IEC一樣，與北美不同，見下表： 典型 典型氣體 中國、 IEC、歐洲標準 北美標準 (NEC) 點燃特性 甲烷 Ⅰ Group D 難 易 丙烷 Ⅱ A 乙烯 Ⅱ B Group C 氫氣 Ⅱ C Group B 乙炔 Group A 3. 爆炸性氣體（蒸氣）分組我國和 IEC一樣，北美與 IEC基本相同，只是更細而已，對應關系見下表： 中國、 IEC 歐洲標準 北美標準(NEC) 最高表面溫度（ ℃） 點燃特性 T1 T1 450 難 易 T2 T2 300 T2A 280 T2B 260 T2C 230 T2D 215 T3 T3 200 T3A 180 T3B 165 T3C 160 T4 T4 135 T4A 120 T5 T5 100 T6 T6 85 3 Ex d Ⅱ B T4 溫度組別 類別 防爆型式（隔爆型） 防爆總標志 Ex e Ⅱ T3 溫度組別 類別 防爆型式（增安型） 防爆總標志 Ex ia Ⅱ A T6 溫度組別 類別 防爆型式（本安型） 防爆總標志 五 爆炸性氣體（蒸氣）環(huán)境的劃分 1. 爆炸性氣體（蒸氣）環(huán)境的分區(qū) 世界各國對危險場所區(qū)域劃分不同，但大致分為兩大派系：我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則采用北美劃分方法。 1）我國對爆炸性危 險場所劃分的依據： 《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第 14部分 危險場所分類》 GB500581992 《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》 根據爆炸性氣體（蒸氣）環(huán)境出現的頻率和持續(xù)時間把危險場所分為以下區(qū)域。 0區(qū)：爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現或長時間存在的場所。 1區(qū)：在正常運行時，可能出現爆炸性氣體環(huán)境的場所。 2區(qū)：在正常運行時，不可能出現爆炸性氣體環(huán)境，如果出現也是偶爾發(fā)生并且僅是短時間存在的場所。 另外，按英國專 家 ： 4 0區(qū)：每年至少出現 1000h； 1區(qū)：每年在 10— 1000h； 2區(qū)：每年在 10h以下。 2）北美國家將爆炸性危險場所劃分兩個區(qū)域： (1) Division 1(1 區(qū) )：在正常工作條件下，可能存在爆炸性或可燃性混合物的場所（包括氣體、粉塵和纖維場所）。 (2) Division 2(2 區(qū) )：僅僅在故障條件下或其他異常情況下，偶爾地或短時間地存在爆炸性或可燃性混合物的場所（包括氣體、粉塵和纖維場所）。 從定義可以看出兩個區(qū)域（ Zone和 Division）劃分的方法存在很大的差異，它們之間的近似對應關系見下表： 中國、 IEC、歐洲標準 北美標準 危險程度 0區(qū) (Zone0) Division 1 (1 區(qū) ) 高 低 1區(qū) (Zone1) 2區(qū) (Zone2) Division 2 (2 區(qū) ) 2. 釋放源 釋放源是指可能把可燃氣體、薄霧或液體釋放到大氣中以至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、容器等都應視作潛在的可燃性物質的釋放源。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(qū)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物質，首先要確定大概的釋放頻率和持續(xù)時間，來確定釋放源的級別。 1）連續(xù)級釋放源 連續(xù)釋放或預計長期釋放的釋放源。如：處理容器的內部，與大氣相通的儲罐，在儲油（液）槽中油 (液 )上方的蒸氣空間和低于水平面的空間等。 2）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。如：設備正常運行時，會釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門的密封件處；正常操作時會向大氣釋放物質的取樣點 3）第二級釋 放源 在正常運行時，預計不可能釋放，如果釋放也僅是偶爾和短時釋放的釋放源。如：法蘭、管接頭、連接件；在正常運行時不可能出現釋放的泵、壓縮機和閥門的密封件處、安全閥、排氣孔。 4）多級釋放源 由上述兩種或多種級別組成的釋放源。按連續(xù)級或第一級釋放源來劃分。 5 由于風力、溫度梯度或人工通風（如風扇或排氣扇）作用可造成的空氣流通和新鮮空氣與原來空氣置換。通風可以促進消散，加強通風效果，可以降低危險區(qū)域的等級和縮小危險區(qū)域的范圍。 通風有自然通風、一般機械通風、局部機械通風、無通風區(qū) 分。 自然通風和一般機械通風：連續(xù)級釋放源可導致 0區(qū)，第一級釋放源可導致 1區(qū)，第二級釋放源可導致 2區(qū)。設備工藝裝置應盡量在露天、敞開式布局達到良好的通風效果；局部機械通風比上述通風更有效。 無通風：連續(xù)級釋放源、第一級釋放源可導致 0區(qū)，第二級釋放源可導致 1區(qū)。 （蒸氣）環(huán)境的范圍 影響區(qū)域范圍的因素有：可燃性氣體釋放量、釋放速度、釋放濃度、通風、障礙物、易燃液體的沸點、爆炸下限、閃點、相對密度、液體濃度等。一般應通過計算來確定。 安裝單位在工程施工中首先要研究防爆電氣工程的危險環(huán)境區(qū)域 劃分圖，以利防爆電氣設備的正確安裝。 第二章 防爆電氣設備的基本原理 爆炸性氣體環(huán)境中安裝的電氣設備主要有隔爆型電氣設備、增安型電氣設備、本質安全型電氣設備、正壓型電氣設備、澆封型電氣設備、充油型電氣設備、充沙型電氣設備、“ n”型電氣設備等。現對幾種主要的防爆電氣設備進行介紹。 一 隔爆型電氣設備 隔爆型電氣設備是指具有隔爆外殼的電氣設備 ， 防爆標志為“ d” 。其制造檢驗標準應符合 。 隔爆外殼是指能承受內部的爆炸壓力，并能阻止爆炸火焰向周圍環(huán)境傳播的 防爆外殼 。 電氣設備外殼的內部由于呼吸作用會進入周圍的爆炸性氣體混合物，當設備產生電火花及危險高溫時，將引燃殼內的爆炸性氣體混合物，形成巨大的爆破力及沖擊波。一方面隔爆外殼應能承受內部的爆炸壓力而不破損；另一方面隔爆外殼的接合面應能阻止爆炸火焰向殼外傳播點燃周圍的爆炸性氣體混合物。因此隔爆外殼應有耐爆性及隔爆性兩種性能。 1. 隔爆外殼的耐爆性 隔爆外殼中產生的爆炸壓力受爆炸性氣體混合物的濃度、外殼的容積及形狀、點火源的位置、接合面間隙、爆炸性氣體混合物的初始壓力及溫度等的影響。在低于最大爆壓濃度 時，爆炸壓力與混合物的濃度成正比；當外殼的容積增大時，其熱損失相對減小，爆炸壓力相對增高；就外殼的形狀而言，非球型容器比球型容器的爆炸壓力要低；點火位置偏離中心，其爆炸壓力會下降；接合面間隙增大，爆炸壓力將下降；爆炸性氣體混合物的初始壓力及溫度提高，爆炸壓力將增大。 隔爆型電氣設備爆炸時其內部會產生 ，將對殼壁產生沖擊力。當外殼材質的強度不能滿足要求時，造成破損，所以外殼的抗拉強度及壁厚應達到要求。 6 隔爆型電氣設備的外殼材料均用金屬材質制成。常用的有鋼板、鑄鋼、 鑄鋁合金、鑄鐵等材料。當采用鑄鐵時，其牌號應不低于 HT250；當采用鑄鋁時，應用抗拉強度不低于 120Mpa，含鎂量不低于 6%的銅鋁合金。當外殼容積不大于 升時，可采用陶瓷材料制造；當外殼容積不大于 升時，可采用塑料材料制造，但塑料外殼的結構強度受成型工藝及易自然老化的影響，一般用于外殼容積小于 升的隔爆部件。 隔爆外殼由于要承受爆壓的沖擊力，因此其壁厚值相對其它防爆型式的外殼要大。以鑄鋁殼體為例，容積不大于 ，殼壁厚度應在 之間，法蘭厚度應在 之間；壓鑄鋁外殼的壁厚由于致密度相對較高，其壁厚可設計得小一點。當容積大于 ，須采用鑄鋼等黑色金屬材料。 隔爆型電氣設備在結構設計時，要盡量避免壓力重疊現象。壓力重疊現象一般產生在包含兩個或多個空腔以小孔形式連通的外殼內，當一個空腔引爆后，其火焰將向另一空腔傳播，由于火焰的前沿面比氣體傳播速度要慢，另一空腔首先進行氣體預壓，再進行點燃爆炸，這樣產生的爆壓比前一個空腔高數倍，將造成殼體的嚴重損壞。事實上，在同一空腔中，當電氣部件安裝不合理時也會產生壓力重疊現象。 綜上所述，外殼不宜 制成以小孔連通的多空腔形式，殼內電器元件的安裝也應避免將整腔分割成幾個小空腔。另外，外殼三維尺寸之比不宜過大。否則殼內會產生壓力重疊現象。 2. 隔爆外殼的隔爆性 由于制造、安裝、維護等原因，隔爆外殼不可能是天衣無縫的整體，而是由許多個零部件組成。零件間的連接縫隙會成為殼內的爆炸產物所通過的路徑，引燃