防爆电气

工业危险点燃源及其防爆技术概论(上)hc360慧聪网消防行业频道2004-04-2311:46:58摘要：概要介绍了工业应用中可能出现的危险点燃源以及欧洲在爆炸性环境用非电气设备和保护系统的标准化进程，进而重点就危险点燃源的评定原则以及机械火花、热表面、辐射源和静电等常见点燃的主要防爆技术措施进行了探讨。关键词：爆炸性环境；非电气设备；点燃源；点燃危险评定；防爆随着石油、化工、煤炭等产业的飞速发展，防止事故性爆炸的发生已成为十分重要的课题。长期以来，由于电气设备在工作时将不可避免地产生电火花或形成炽热表面，它们一旦与生产现场可能出现的爆炸性混合物相遇，就会导致灾难性爆炸事故发生，直接危及国家财产和人民生命安全。因此，电气设备的防爆技术问题早已引起了人们的普遍关注和高度重视。半个多世纪来，电气设备防爆技术有了突飞猛进的发展，广泛的实践和总结逐步形成了适用于电气设备的各种防爆技术系列标准(如，IEC60079，GB3836，EN50014等)。其中，隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、充油型、浇封型和无火花型等已为人们所熟知、且为世界各国所普遍接受的工业电气设备防爆技术。这些技术的有效应用为爆炸性气体、蒸气、粉尘和纤维危险场所用电气设备的电气防爆安全问题的解决奠定了基础。然而值得引起注意的是，由电气原因引起的电火花和炽热表面并非是产生爆炸的仅有的危险点燃源。随着机电一体化技术的不断发展，工业生产和过程控制用电气设备的功能正发生着质的变化，它们除了具有生产过程电参数的测量与控制、实现各种各样的电气安全监测和联锁保护的特性外，还往往同时伴有机械运动、光和电磁能量的转换与传递等功能。对于这些电气设备，除了必须考虑设备由电气因素引起的点燃源外，还必须同时考虑由非电气因素产生的机械火花、光辐射和电磁辐射能量等危险点燃源。实验表明，即使是诸如液压式叉车、内燃机车等非电气设备，同样存在有机械火花、热表面、静电等危险点燃源。据资料，在爆炸性危险气体和粉尘物质的储存、运输以及物料的加工和处理过程中，欧洲每年约有2000多起爆炸性事故发生。调查发现，其中相当一部分爆炸事故的起因都是由非电气因素引起的。因此，广大工程技术人员、相关的安全管理人员和设备制造厂商对于非电气因素可能引起的爆炸问题应予以充分的重视。在对设备点燃源危险性分析时，既要考虑设备的电气防爆技术要求，也不能忽视其他各种可能的危险点燃源的防爆技术问题。1主要工业危险点燃源在各种各样的生产过程中，相关的设施、设备往往隐含着许多潜在的危险点燃源。有的点燃源是显而易见的，但也有不少点燃源是难以辨识的，或者是人们尚不认识和重视的。因此，在具体的工作实践中，必须善于观察和分析，认真识别使用在具有潜在爆炸危险的设施和设备中可能存在的危险点燃源。在欧洲，有一个函盖了所有防爆概念的总的基础系列标准。目前已经颁布的一个标准是EN1127-1：1997“爆炸性环境、爆炸的预防与防护第1部分：基本概念与方法”，它主要涉及Ⅱ类爆炸性危险场所。起草该标准的依据规范之一是著名的德国化工健康与安全协会标准Ex-RL。有关甲烷和煤矿粉尘爆炸危险的另一标准(ENll27-2)正在考虑之中。依据ENll27-1标准以及有关标准的规定，除了电气设备涉及的电火花和热表面等主要危险点燃源外，尚需引起广泛关注的危险点燃源大致有以下几类：1)机械火花；2)热表面；3)火焰和热气体；4)静电；5)无线电电磁波辐射(104～3×1012Hz)；6)光辐射；7)超声波；8)离子辐射；9)雷电；10)绝热压缩和冲击波；11)放热反应和粉尘自燃。2欧洲防爆技术标准化进程众所周知，欧洲在电气设备防爆技术标准化工作方面一直是国际标准化的先行者，国际标准直接等同采用欧洲标准的例子不在少数。那么，欧洲在包括非电气设备在内的其他设备的防爆标准化的工作又做得怎样呢?回答是肯定的。为了有效地控制各种可能的点燃源引起的爆炸事故的发生，欧洲在防爆技术标准化方面已经作了大量工作。其重要的标志是：欧洲已经将非电气设备的防爆认证要求纳入了欧洲最新防爆指令94／9／EC，即在2003年6月30日欧洲最新指令94／9／EC实施之日起，一些非电气设备也必须履行防爆检验程序，并取得防爆认证后才能投放市场。欧洲就非电气设备和保护系统设立了专门的技术委员会(CEN／TC305)，下设5个工作组，分别负责“确定可燃性物质燃烧特性的试验方法”、“爆炸性环境用非电气设备”、“爆炸防护与保护装置和系统”、“术语和方法”以及“煤矿用设备”的标准化工作。目前为止，已经形成的标准或标准草案有：1)EN13463—1：2002爆炸性环境用非电气设备第1部分：其本方法与要求；2)prEN13463—2爆炸性环境用非电气设备第2部分：用限制流速外壳的保护方法“fr”；3)prEN13463—3爆炸性环境用非电气设备第3部分：用隔爆外壳的保护方法“d”；4)prEN13463—4爆炸性环境用非电气设备第4部分：用固有安全的保护方法“g”；5)prEN13463—5爆炸性环境用非电气设备第5部分：用构造安全的保护方法“c”；6)prEN13463—6爆炸性环境用非电气设备第6部分：用控制点燃源的保护方法“b”；7)prEN13463—7爆炸性环境用非电气设备第7部分：用正压的保护方法“p”；8)prEN13463—8爆炸性环境用非电气设备第8部分：用液体沉浸的保护方法“k”；9)EN1755：2000爆炸性气体环境用工业车辆的安全；10)EN1834—1：2000爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第1部分：爆炸性气体和蒸气环境用Ⅱ类内燃机；11)EN1834—2；2000爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第2部分：存在有甲烷和(或)可燃性粉尘的地下矿区巷道用Ⅰ类内燃12)EN1834—3：2000爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第3部分：可燃性粉尘环境用Ⅱ类内燃机；13)EN12874：2001火焰阻火器技术要求、操作要求和试验程序；14)EN13012：2002加油站：汽车加油机技术要求；15)prEN13237—1爆炸性环境爆炸的预防与保护第1部分：爆炸性环境用设备和保护系统的术语和定义；16)prEN13673—1气体和蒸气最大爆炸压力和压力上升速率的确定第1部分：最大爆炸压力的确定；17)prEN13673—2气体和蒸气最大爆炸压力和压力上升速度的确定第2部分：最大爆炸压力上升速率的确定；18)prEN13821：2000粉尘与空气混合物的最小点燃能量的确定；19)prEN14034—1粉尘云爆炸特性确定第1部分：最大爆炸压力的确定；20)prEN14373爆炸抑制系统；21)prEN14460阻止爆炸设备；22)prEN14491粉尘爆炸通风保护系统。从上述列出的标准清单可以看出，欧洲正在逐步形成一个全新的非电气设备及保护系统的防爆标准系列。特别是对于非电气设备防爆技术的标准化构架已经形成，它近似于爆炸性气体环境用防爆电气设备系列标准，形成了多种旨在解决非电气设备防爆问题的系列标准。可以相信，这些防爆技术标准的出现必将成为全世界防爆技术发展的新的里程碑；这些标准的应用也必将全面推进工业防爆安全技术水平，有效减少工业爆炸事故的发生。3点燃源危险性评定基本原则点燃源危险性评定是一项综合性技术工作，它不仅与爆炸性危险物质的点燃特性有关，同时也与点燃源性质、点燃源所处的爆炸性危险区域和设备产生点燃源的工况等因素密切有关。3．1爆炸性危险区域的划分爆炸性危险区域主要以爆炸性危险物质出现的频繁程度和持续时间为划分依据。根据IEC标准的规定，爆炸性气体危险场所可划分为3个区域，即0区、1区和2区。它们对应的定义——0区：在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地或长时期地存在的场所；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，或即使出现也只是短时间存在的场所。3．2设备分类目前为止，国际上对爆炸性环境用设备的分类大致可归纳为两种。为人们所普遍熟悉的是基于设备适用的爆炸性环境进行设备分类的方法。称之为传统的IEC分类(Group)方法，即通常将设备分为：Ⅰ类矿用设备、Ⅱ类(工厂)爆炸性气体环境用设备和Ⅲ类爆炸性粉尘和纤维场所用设备。需要引出的第二种分类方法是指由欧洲最新指令94／9／EC所定义的分类(Category)方法。这种分类方法在继承IEC分类方法的基础上，更强调了与设备适用区域的联系。根据欧洲最新指令94／9／EC的规定，包括非电气设备在内的所有爆炸性环境用设备分为1类、2类和3类，分别表示设备可适用于0区、1区和2区。与此同时，为了区分设备适用的爆炸性环境，设备的分类符号还须冠以前缀“M”或后缀“G”，“D”，分别表示“矿用”、“气体环境(工厂)用”和“粉尘环境用”。这种分类方法正逐渐被IEC成员国所接受，并且已被一些IECTC31标准文件所采用。表1给出了两种设备分类方法的对应关系，以及不同类别的设备所适用的爆炸性危险区域。表1设备分类及其与区域的关系设备分类适用区域IEC（Group）(Category)(IECZone)I类（煤矿）M10M21Ⅱ类（工厂）1G0Ⅲ类（粉尘或纤维）1D02D13D23．3设备工况危险点燃源的危险性与出现这种危险点燃源的可能性(概率)有着必然联系，而设备出现危险点燃源的可能性又与设备的工况息息相关。因此，为了评判危险点燃源的危险程度，必须首先分析和研究爆炸性环境用设备可能出现的工况状态。根据欧洲的实践，在进行点燃源危险性评定时，通常需要区分正常运行、可预见故障和严重故障3种工况状态，然后基于设备危险点燃源评定原则分别评定相关工况下可能出现的危险点燃源的危险性。这里为了便于直观地理解和辨识设备工况的概念，表2以典型的非电气设备——内燃机为例，依据欧洲标准EN1834—3：2000“爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第3部分：可燃性粉尘环境用Ⅱ类内燃机”，分别列出了内燃机的3种工况状态及其从防爆安全角度出发需要考虑的内容。3．4危险点燃源的评定原则危险场所用设备应采取有效措施，确保设备在正常运行和规定的故障状态下可能产生的危险点燃源不足以点燃爆炸性环境。具体地说，对于3类设备，应采取有效措施，避免在正常运行工况下产生的点燃源点燃爆炸性环境；对于2类设备，应采取有效措施，避免在正常运行和可预见故障工况下产生的点燃源点燃爆炸性环境；对于1类设备，应采取有效措施，避免在正常运行、可预见故障工况下产生的点燃源点燃爆炸性环境。表3给出了各类爆炸性环境用设备的评定原则。表2内设备工况需要考虑的内容正常运行内燃机运行的最大持续负载和速度工况；环境温度为-20～+40ºC；从排出的气体中喷出火花(例如，由于负载变化引起的)；当吸人可燃性气体时，进气管中产生回火(如果冷态启动系统要求阻火器的话)；静电位的产生；由于各种原因形成的电火花和电弧可预见故障可导致排气支管中火焰增长的内部故障；由外物碰撞或运动部件和静止部件之间的磨擦而产生的机械火花；冷却系统故障；进气管中产生回火；增压器的故障；润滑失效导致内燃机卡住；连杆大头和连杆小头轴承的故障；凸轮轴传动机构的故障；活塞环的故障，造成燃烧气体大量泄漏到曲轴箱内；由于调速器出现故障引起超速严重故障曲轴断裂；曲轴箱破裂。表3设备平定原则设备类别需要考虑的设备工况适用的危险区域1正常运行；可预见故障；严重故障0区、1区、2区2正常运行；可预见故障1区、2区3正常运行；2区在具体的评定实践中，通常可以针对特定的评定对象(设备)，设计一个评定表格，分别列出设备在正常运行、可预见故障或严重故障工况下的潜在点燃源名称、拟采取的防爆技术措施，及其相应的技术标准或文件。