电气产品防爆设计概要幻灯片

电气产品防爆设计概要石油、化工、军工、医药等企业的爆炸危险环境中使用的电动机、电器、仪表产品，由于在正常工作时，会产生电弧、火花和危险高温，一旦环境中的可燃性混合物的浓度达到爆炸极限范围，就会引起周围的环境产生爆炸。因此，这些电气产品均设计成防爆型电气设备。一.防爆电气产品设计方案总体考虑二.防爆产品设计的通用要求三.隔爆型电气设备技术要求四.增安型电气设备技术要求五.浇封型电气设备技术要求六.爆炸性粉尘环境用电气设备1、确定产品的防爆类型在防爆电气工程设计项目中均标出电气设备所处爆炸危险的区域等级、爆炸混合物的级别和温度组别，按GB3836.15-2000标准规定，电气设备的防爆类型要适应爆炸危险区域。适用于0区危险环境的电气设备防爆类型有：ia、S。其中：ia—本质安全型ia等级；S—防爆特殊型。适用于1区危险环境的电气设备防爆类型有：ia、ib、d、e（部分）、m、p、o、q。其中：ib—本质安全型ib等级；d—隔爆型；e—增安型；m—浇封型；p—正压型；O—充油型；q—充砂型。防爆电气产品设计方案总体考虑1区环境中使用的增安型电气设备限于防爆接线箱（盒）、三相鼠笼式异步电动机、单插脚荧光灯产品。适用于2区危险环境的电气设备防爆类型有：0区、1区环境所有防爆类型、n型电气设备。其中；n—包括无火花型、对火花触点采取防爆措施的有火花型、限能设备、非点燃元件、限制呼吸型、简易正压型等防爆结构措施。有些防爆仪表同时在两个危险环境内使用，则仪表的防爆设计应分别符合各自安装的危险区域。如：安装在石油液罐中的液位传感器，其探头体位于0区，接线盒或现场测量仪表位于1区，探头体应设计成本质安全型（ia等级），或探头体为本质安全型（ia等级），接线盒或现场测量仪表为隔爆型。2、确定产品的类别、防爆等级和温度组别防爆电气设备分两大类：Ⅰ类、Ⅱ类。Ⅰ类—煤矿用电气设备；Ⅱ类—工厂用电气设备Ⅱ类本质安全型及隔爆型电气设备又为ⅡA、ⅡB、ⅡC三个等级，它门分别按最大不传爆间隙和最小点燃电流比来分级的，具体分级参数见GB3836.1-2000标准附B。其它防爆类型无级别之分。ⅡC级别的防爆电气产品，可适用于ⅡC、ⅡB、ⅡA级可燃性气体；ⅡB级别的防爆电气产品，可适用于ⅡB、ⅡA级可燃性气体；ⅡA级别的防爆电气产品，可适用于ⅡA级可燃性气体；防爆电气设备分T1-T6六个温度组别，它们分别按表1的设备最高表面温度来确定。温度组别最高表面温度℃T1450T2300T3200T4135T5100T685T6温度组别的电气设备可适用于T1、T2、T3、T4、T5、T6温度组别的可燃性气体；T5温度组别的电气设备可适用于T1、T2、T3、T4、T5、温度组别的可燃性气体；依此类推。3、考虑防爆产品的使用环境防爆电气设备的结构和材料应能承受环境中的化学腐蚀、日晒、雨淋、湿热、震动等的影响，可分别设计成户外型、防腐型、耐震型、耐湿热型防爆电气产品。如在加油站安装的加油机设备，其电气设备的密封材料和配线电缆的护套应选用耐油橡胶制品或聚氯乙烯护套电缆可延长产品的使用寿命。户外型防爆电气设备应提高设备外壳的防护等级或增设防晒挡板。浅色涂层能降低设备的表面温度。返回防爆产品设计的通用要求1.防爆外壳材料1.1金属材料常用的有铸钢、铸铁、焊接钢板、铸铝合金、不锈钢等材料。如采用铸铝合金时，对Ⅰ类电气设备外壳，铝、钛和镁的总含量不允许大于15%（质量比），且钛和镁的总含量不允许超过6%；对Ⅱ类电气设备外壳，含镁量不允许超过6%（质量比）。金属外壳的厚度：对隔爆型外壳，应能承受内部爆压和外部冲击能量的考核；对其它防爆类型外壳，应能承受外部冲击能量的考核。1.2塑料材料塑料外壳在增安型电气设备和本质安全型电气设备用的较多。主要考虑结构轻便，抗环境化学腐蚀能力优的特点。但材料的老化和变形是塑料制品的关键缺陷。某些塑料能克服以上的缺点，如DMC、SMC塑料制品已大量在防爆电气产品的外壳中使用。选用塑料牌号时要考虑材料的热稳定性至少比设备产生表面温度高20K；低温特性至少比设备使用环境温度下限低5-10K的条件下能耐规定的冲击或跌落试验不损坏。对移动电气设备及可能被摩擦或擦拭的塑料表面要考虑静电荷的影响，这可按表2的要求来进行设计。下一页2、紧固件2.1设计原则2.1.1紧固件的尺寸和材料要满足防爆类型的结构要求，如隔爆型设备紧固件的抗拉强度要承受爆炸压力；增安型和其它设备的紧固件应保证外壳充分压紧，达到规定的防护等级。2.1.2铝合金和塑料外壳的紧固件如采用轻金属或塑料制的螺栓，则螺栓的材料和螺纹形状要满足紧固要求就可使用。2.1.3紧固件的紧固应保证只能用专用工具才能开启的结构。2.2特殊紧固件按GB3836.1-2000第9.1条规定。下一页3、粘接材料防爆电气部件之间需用树脂复合物进行粘接来达到规定的接合强度时，应考虑复合物的配方和工艺，并应考虑粘接材料的极限温度至少应比设备最高表面温度高20K。4、电气连接件和接线空腔防爆电气设备外部电缆或导管的引入，除用永久电缆方法引入外，绝大部分在接线腔内进行的。设计接线空腔时，应保证有足够的尺寸，便于导线可靠连接。外壳的防爆型式要符合使用的爆炸性危险环境。接线腔内设置的接线端子，其导电螺栓的规格应有余量。5、连接件防爆电气设备金属外壳上应设置内、外接地连接件。外接地连接件应尽量靠近电缆引入装置处，内接地连接件应在接线腔内。连接件的尺寸应能至少和4mm2以上的保护线可靠连接，并应有防松措施保证可靠压紧，在接地连接件处应设置接地符号，以示正确连接。有双重绝缘和加强绝缘的电气设备；有金属导管连接的电气设备，可不必设置接地连接件。6、电缆和导管引入装置电缆和导管引入装置可以和防爆外壳制成一体，也可制成防爆部件（Ex元件）固定在防爆外壳上。关于电缆和导管引入装置的技术要求见GB3836.1-2000附录D。电气设备上不装电缆和导管的通孔须用封堵件封堵。7.Ex元件防爆外壳、接线端子、电流表、小型开关、小型按钮、指示灯、仪表显示器引入装置、等部件，如制成Ex元件，就可方便的安装在增安型外壳内，达到结构轻巧，安装维护方便的目的。8.联锁装置和警告牌为防止防爆外壳带电开盖，应设置联锁装置，其装置应保证非专用工具不能打开的机构。如无联锁装置，应设置“严禁带电开盖”的警告牌。9、标志防爆电气设备外壳明显处上应有“Ex”或“Ex+防爆级别+温度组别”标志的总标志。防爆电气设备应有铭牌，铭牌材料最好用黄铜或不锈钢材料制造，厚度无具体要求，国外仪表用塑料表牌已广泛使用，其粘胶材料质量相当好。铭牌至少应包括以下内容：9.1制造厂名称或注册商标；9.2产品名称和型号规格；9.3防爆标志；9.4防爆合格证编号；9.5制造日期或出厂编号9.6环境温度：-20℃Ta60℃*当环境温度为-20℃～40℃时，该项无要求。返回隔爆型电气设备技术要求隔爆型电气设备是指具有隔爆外壳的电气设备。防爆标志为“d”。隔爆外壳是指设备外壳能承受内部可燃性混合物点燃爆炸而不损坏，外壳的任何接合面的间隙不会引起周围爆炸性气体环境的点燃。隔爆型电气设备的设计应符合GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求；GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”。1.隔爆外壳的耐爆性隔爆型电气设备爆炸时其内部会产生0.5MPa-2.0MPa的爆压，将对壳壁产生冲击力。当外壳材质的强度不能满足要求时，造成破损，所以外壳的抗拉强度及壁厚应达到要求。隔爆型电气设备的外壳材料均用金属材质制成。常用的有钢板、铸钢、铸铝合金、铸铁等材料。当采用铸铁时，其牌号应不低于HT250；当采用铸铝时，应用抗拉强度不低于120Mpa，含镁量不低于6%的铜铝合金。当外壳容积不大于0.01升时，可采用陶瓷材料制造；当外壳容积不大于2.0升时，可采用塑料材料制造，但塑料外壳的结构强度受成型工艺及易自然老化的影响，一般用于外壳容积小于0.1升的隔爆部件隔爆外壳由于要承受爆压的冲击力，因此其壁厚值相对其它防爆型式的外壳要大。以铸铝壳体为例，容积不大于2.0升的外壳，壳壁厚度应在4.0-8.0mm之间，法兰厚度应在8.0-12.0mm之间；压铸铝外壳的壁厚由于致密度相对较高，其壁厚可设计得小一点。当容积大于4.0升时，须采用铸钢等黑色金属材料。隔爆型电气设备在结构设计时，要尽量避免压力重叠现象。压力重叠现象一般产生在包含两个或多个空腔以小孔形式连通的外壳内，当一个空腔引爆后，其火焰将向另一空腔传播，由于火焰的前沿面比气体传播速度要慢，另一空腔首先进行气体预压，再进行点燃爆炸，这样产生的爆压比前一个空腔高数倍，将造成壳体的严重损坏。事实上，在同一空腔中，当电气部件安装不合理时也会产生压力重叠现象。综上所述，外壳不宜制成以小孔连通的多空腔形式，壳内电器元件的安装也应避免将整腔分割成几个小空腔。另外，外壳三维尺寸之比不宜过大。否则壳内会产生压力重叠现象。2.隔爆外壳的隔爆性隔爆外壳的隔爆性是建立在隔爆接合面对内部的爆炸火焰有冷却作用为理论基础的。隔爆接合面的结构应能保证熄灭间隙中的火焰，损失至少20%的热量。为此隔爆接合面的宽度L、间隙（或直径差）i、法兰至壳体内缘的距离l应符合GB3836.2表1-表4的规定，对于ⅡC外壳的螺纹隔爆接合面应符合表5的规定。隔爆面的表面粗糙度Ra应不低于6.3微米，隔爆螺纹的精度应不低于6H/6g。为了防锈防腐，隔爆面的表面应涂204-1油脂。隔爆接合面的结构形式有平面式、止口式、螺纹式。操纵杆和轴的配合属于圆筒式结构，它们分别应用于壳体与壳盖的接合处；壳体与操纵杆的接合处；电机轴伸与端盖的接合处；电缆或导线的引入装置与壳体的接合处；仪表及显示器窗与壳体的接合处等。对维修中不经常打开的透明件衬垫应采用金属或金属包覆的可压缩不燃材料制成，其厚度不小于2.0mm。接合面的宽度：外壳容积小于100cm2时，不小于6.0mm；外壳容积大于100cm2时，不小于9.5mm。还有一种胶粘接合面结构。其胶粘材料应采用热稳定性能好的不燃材料。胶粘接合面的宽度：当外壳容积小于10cm2时，不小于3.0mm；当外壳容积小于100cm2时，不小于6.0mm；当外壳容积大于100cm2时，不小于10.0mm。3.隔爆外壳上的几个主要零部件1）紧固件紧固件应有足够的机械强度，当壳体爆炸时，不会引起螺栓断裂。紧固件应有防锈、防松措施，以保证平面式隔爆接合面的间隙。为了避免外力对紧固螺栓的剪切，盖和壳体接合处的外型尺寸必须一致。为了紧固牢靠，不允许用塑料或轻合金制造螺栓和螺母，也不允许在塑料外壳上直接攻螺孔。不透螺孔的深度应保证螺栓和螺孔紧固后，须留有大于2倍防松垫圈厚度的螺纹余量。不透螺孔的周围及底部厚度须不小于螺栓直径的三分之一，但至少有3.0mm的裕度。工艺用透孔或结构上必须穿透外壳的螺孔，应采用圆筒式或螺纹式隔爆型结构将其堵住，外露的端头须永久性固定。2）锁装置及警告牌正常运行时会产生火花和电弧的电气设备，须设置联锁装置。联锁装置的机构应保证电源接通时壳盖不能打开；壳盖打开后，电源不能接通。用螺栓紧固的外壳允许用警告牌代替联锁装置。警告牌内容：严禁带电开盖！3）透明件透明件主要用于照明灯具的透明罩、仪表窗口、指示灯罩等部位。照明灯具的透明罩用钢化玻璃、高硼玻璃制成；仪表窗口用的透明件采用光学玻璃、钢化玻璃制成，前者透明性好，但应增加厚度；指示灯罩用的透明件采用钢化玻璃、聚碳酸酯塑料制成。以上均应能承受规定的冲击试验及耐压试验。隔爆外壳上固定透明件的方法有胶粘式、衬垫式两种。胶粘或衬垫的宽度应符合2条有关规定的要求。4）引入装置引入装置是电缆或导线进出电气设备的防爆部件。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。橡胶密封圈式引入装置是用压紧螺母将橡胶密封圈抱紧电缆或导线，同时挤实引入装置的内孔，达到致密效果。为了达到防爆要求，规定了密封圈的非压缩轴向长度：对同一外径，多层内孔的密封圈，当圆形电缆直径不大于20mm，非圆形电缆截面周长不大于6