电器防爆安全基础

主要内容一、概述二、防爆电气基本知识三、防爆电器产品选型四、防爆电器产品质量鉴别与资质证书的核查五、防爆电器安装与维护一、概述防爆电器产品是一种安全性电气产品，主要用于石油、石油化工、化工、煤化工、纺织和制药等行业具有爆炸性气体、粉尘混合物的危险场所，它不仅要保证电气控制、照明等性能可靠，满足生产的需求，更重要的是它们在正常运行或事故状态下，防止爆炸事故的发生，避免人身伤亡和财产损失。防爆电器产品与一般电气产品质量保证有很大的不同。防爆电气设备不仅要保证在制造过程中防爆安全质量，而且还要保证选型、安装、使用和维护得当，才能真正达到防爆的目的。但产品的质量是其流通和应用全生命过程中防爆安全性能的重要保证。从近年来，石油和化工行业事故案例来看，每年由于选购、安装、使用、维护设备、生产操作不当以及人为造成的大小爆炸事故就有百余起，其中电气引起的爆炸事故占有相当大的比例。尤其是选用低价劣质、安全裕度低的防爆电器引起的爆炸事故举不胜举。例如：某化工厂物料储存罐在大检修时，工人下到罐底清理罐底残留的可燃性物料时，由于手提检修隔爆灯不合格，造成点燃传爆，造成3人当场死亡。例如：某化工厂高压反应装置由于事故，造成大量可燃性物料泄漏，现场工人为了保证安全，拉闸迅速断电，由于选用了劣质隔爆型配电设备，造成爆炸，3死6伤。例如：某炼油厂废油池照明灯具不合格，当油气蒸发时点燃爆炸。例如：某油田油水分离装置中的制冷压缩机组隔爆型电气控制柜，由于隔爆铸铝壳体耐压强度不够和结构不合理，在操作时引起内部的爆炸，壳体破碎，操作人员当场死亡。例如：某炼油厂新建炼油装置施工完毕后，在试运行时，工艺装置发生故障，大量泄漏，停车拉闸时，发生电器设备点燃爆炸。这一案例说明，尽管电气设备引起爆炸的概率较低，但也有可能发生在初始阶段。所以，正确认识、合理选用和维修防爆电气设备是安全生产的重要保证。二.防爆电气基本知识什么是防爆电气设备？在可能产生爆炸的危险场所能够安全运行的所有带电设备，气体类用“Ex”表示，粉尘类用“DIP”表示。例如：开关、灯具、电气设备的连接设备、管件等等。什么叫潜在的爆炸危险场所？在大气环境下，可燃性物质与空气混合，被点燃爆炸后，燃烧将传至全部未燃混合物的场所。可燃性物质是指：物质（包括气体、液体和固体）本身是可燃的，并能够产生可燃性气体、蒸气或可以在空气中悬浮一段时间的固体微小颗粒。例如：气体——氢气、乙炔气等；液体——汽油、酒精等；固体——面粉、纤维织物、煤粉等。爆炸性危险场所是如何形成的？释放源：是指可能把可燃气体、薄雾或液体释放到大气中以至形成爆炸性混合物的某个部位或某个点。每一台石化设备：如罐、泵、管道、容器等都应视作潜在的可燃性物质的释放源。释放源附近区域形成爆炸危险场所。爆炸危险场所区域是如何划分？根据爆炸性气体（蒸气）环境出现的频率和持续时间把危险场所分为以下区域:0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。1区：在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。2区：在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。根据可燃性粉尘环境出现的频率和持续时间，把危险场所分为三个区域。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积厚的场所及容器内部。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划入20区。22区：在异常条件下,可燃性粉尘云偶而出现并且只是短时存在、或可燃性粉尘偶而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。危险场所图例罐内液面上方为0区物料出入口附近1区管道及阀门连接处附近为2区•可燃性气体和蒸气的爆炸特性•燃烧和爆炸产生的条件形成燃烧和爆炸必须具备一定条件。下述条件在时间和空间上相遇，才会产生燃烧或爆炸：燃烧剂，例如氢气，汽油等；氧化剂，例如氧气，空气等；点燃源，例如明火，火花，电弧，高温表面等。上述条件被称为形成燃烧和爆炸的三要素。工程上采取措施，防止三要素同时存在，防止出现火灾和爆炸危险。引起爆炸危险场所爆炸性混合物点燃的点燃源有：明火点燃静电点燃机械撞击火花和机械摩擦高温点燃电磁波或超声波点燃电气设备电火花和高温点燃电气设备产生的电火花或高温并不能点燃所有的爆炸性混合物，这是因为不同的可燃性物质（气体、蒸汽或粉尘）由于其各自的化学特性，所需点燃的能量和温度各不相同。表2几种常见的可燃性气体或蒸气的引燃温度气体名称引燃温度（℃）气体名称引燃温度（℃）二硫化碳102乙烯425乙醚170环氧丙烷430乙醛140乙炔305辛烷210环丙烷495戊烷285甲烷537异戊间二烯220丙烷466丁烷365氨630甲胺430氢560表3温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温度之间的关系温度组别电气设备的最高表面温度气体或蒸气的引燃温度T1450℃＞450℃T2300℃＞300℃T3200℃＞200℃T4135℃＞135℃T5100℃＞100℃T685℃＞85℃根据不同的可燃性气体、蒸汽所需点燃的温度不同，将其划分为6个不同温度组别：防爆电气设备的分类：Ⅰ类：用于煤矿井下的电气设备；Ⅱ类：除煤矿用以外的电气设备（石油和化工用电气设备）；粉尘类：用“DIP”表示。新标准划分为Ⅲ类。常用防爆类型的防爆原理气体防爆电气设备有多种防爆的结构。主要是通过以下措施来达到防爆的目的：一种是采取有效的措施将电气产品可能产生的电火花、电弧和危险高温与爆炸性混合物隔离或相对隔离，避免应用环境的点燃爆炸；例如：隔爆型“d”、正压型“p”和浇封型“m”等。一种是通过限制电路中的点燃能量来达到防止点燃的目的；例如：本质安全型“i”。另一种是采取一系列措施避免电气设备或电路产生电火花、电弧和危险高温；例如：增安型“e”、无火花型“nA”。1）、隔爆外壳“d”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的电气设备外壳。给电气设备制造一个坚固的外壳，所有接缝的间隙小于相应可燃性气体的最大实验安全间隙，如果可燃性气体进入外壳之内被电火花点燃产生爆炸，则爆炸火焰被限制在外壳之内，不能点燃外壳外部环境中的爆炸性混合物，从而保证了环境的安全。隔爆外壳必须满足两个基本条件：①耐爆性：外壳具有足够的机械强度，能够承受内部的爆炸压力而不损坏，也不产生影响防爆性能的永久性变形。②隔爆性：外壳壁上所有与外界相通的接缝和孔隙小于相应的最大实验安全间隙。隔爆外壳隔爆接合面图3隔爆外壳示意图隔爆接合面的结构形式有平面式、圆筒式、止口式、螺纹式、曲路式以及胶粘密封等。隔爆级别分为：ⅡA、ⅡB、ⅡC（见标准）胶粘式平面式圆筒式注意：平面式一般用于ⅡA、ⅡB级结构。★透明件主要用于灯具的透明罩、电器观察窗口等部位。透明件一般采用钢化玻璃制成，应能承受规定的物体冲击、耐爆炸压力和环境的冷热剧变。隔爆外壳上固定透明件的方法有胶粘式、衬垫式两种。其中ⅡC级灯具只能采用胶粘式结构。★引入装置是电缆或导线进出电气设备的隔爆部件。按按其结构分有橡胶密封圈式、填料密封式、带螺纹的电缆引入方式之分。2）增安型增安型电气设备是指对正常条件下不会产生电弧或电火花的电气设备，进一步采取措施，提高其安全程度，防止电气设备产生电弧、电火花及危险高温的电气设备。其防爆标志为“e”。例如：只有接线端子的接线箱、电流/电压表、电动机、电气连接管件和密封件、特定光源的灯具等；增安型电气设备是采取了以下结构措施来提高电气设备安全性的：A、有效的外壳防护：承受外物冲击不破裂；防护等级一般不低于IP54。B、电路的可靠连接：按照规定的连接方式连接可靠，并有防松措施。C、增大电气间隙和爬电距离：D、限制设备的温升：电气设备正常工作发热不会达到规定的温度组别，但在设备故障情况下会发生温度无限升高，超过设备规定的温度组别。故要进行温度保护。例如：增安型电动机等。E、提高绝缘性能：在普通电气设备绝缘材料的基础上，选用高绝缘性能的材料和绝缘工艺。增安型电气设备的绝缘材料目前有三聚氰胺、玻璃纤维增强树脂、尼龙66和聚碳酸酯等。什么样的光源能够制成增安型灯具？按照新的GB3836.3-2010国家标准规定:1.单插脚无启动器荧光灯（Fa6）；2.G5或G13的管式双插脚荧光灯,同时，光源电路应接成启动和运行无阴极预热的电路；3.通用照明钨丝白炽灯。3）正压外壳型电气设备指具有正压外壳的电气设备。防爆标志为“p”。所谓正压外壳是指保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性气体环境的压力，阻止外部混合物进入的外壳。正压型电气设备有连续气流正压、泄漏补偿正压、静态正压三种结构型式。正压型电气设备的防爆型式是以外部的爆炸性环境（1区、2区）、是否有内释放、正压外壳内是否有点燃能力为依据来划分的。pX型-将正压外壳内的危险从1区降至非危险。(1区设备）py型-将正压外壳内的危险从1区降至2区的正压保护。pz型-将正压外壳内的危险从2区降至非危险的正压保护。（2区）4）本质安全型设备内部所有的电路都是本安电路的电气设备。本质安全电路是指在正常工作和规定的故障条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。关联设备：装有本质安全电路和非本质安全电路，而且结构使非本质安全电路不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备。一般为安全栅，主要用于电网供电的仪器设备。本质安全电路分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三个级别。本安电路的安全等级：ia等级:正常工作和一个故障，安全系数K＝1.5；二个故障，安全系数K＝1.0；ib等级:正常工作和一个故障，安全系数K＝1.0。ic等级：正常工作和一个故障，安全系数K＝1.0，但可靠性元件不做要求。安全栅本安电路非本安电路5）粉尘防爆型电气设备采用防尘或尘密外壳的结构及限制表面温度的方法对可燃性粉尘环境进行保护的电气设备。此防护型式是粉尘防爆电气设备的一种结构型式。防粉尘点燃的标志“DIP”。国际上分A、B型两大类，两者都具有相同的防点燃水平。A型：欧洲供应商一般采用的防尘型电气设备；B型：北美国家供应商一般采用的防尘型电气设备。6）无火花型”n”电气设备的一种防爆形式，这种型式的电气设备，在正常运行时和本标准规定的一些条件下（仅指灯具的光源故障条件），不能点燃周围的爆炸性环境。无火花型原来仅指正常工作中不产生火花或电弧的电气设备，例如交流异步电动机，在其基础上采取一些安全措施，例如风扇叶片采用无火花材料，外壳防护等级IP44或IP54，电气间隙和爬电距离适当加大等。后来，这种防爆概念扩大到对正常工作中产生火花的电气产品，根据其情况采取例如气密封、简单通风或限制能量等措施，达到一定的安全程度。由于这种防爆类型的扩展，术语“无火花”已经不很确切，现在常常被称为“n”型。n型设备可以分为两类：①设备正常运行时不产生火花或电弧，例如异步电动机、变压器、灯具、接线盒、插接装置等。②设备正常运行时产生火花或电弧，例如开关、继电器等。无火花型设备与前述的防爆类型相比，其安全程度稍低一些，它只能用于2区危险场所。防爆电气设备的防爆标志爆炸性气体环境电气设备的防爆标志：Ex＋防爆结构＋类别(Ⅱ)＋级别(A/B/C)＋温度组别(T1～T6)+保护形式Ga(Gb\Gc)例如：隔爆型设备ExdⅡBT4Gb增安型设备ExeⅡT3Gb如果设备整体是由多种防爆结构组成，则：在防爆结构栏中按照字母的顺次标注：……例如：主操作腔为d，接线腔为e的防爆操作柱：ExdeⅡBT4Gb爆炸性粉尘环境电气设备的防爆标志：DIP＋A/B(型式）＋危险区域（20、21、22)＋TA/TB（测量温度类型），＋组别(T1～T6)或直接标注温度值例如：DIPA20TA，T4（160℃)爆炸性气体和粉尘混合的危险环境：防爆电气设备应同时满足两种环境。例如：ExdⅡBT4Gb/DIPA20TA，T4三、防爆电气产品的选型对于气体/蒸气类危险场所：0区：ia等级的本质安全型；ma等级的浇封型；0区特殊型。1区：ia/ib型；d型；p型；q型;o型；ma