防爆的基本原理

防爆的基本原理爆炸的概念爆炸是物质从一种状态，经过物理或化学变化，突然变成另一种状态，并放出巨大的能量。急剧速度释放的能量，将使周围的物体遭受到猛烈的冲击和破坏。爆炸必须具备的三个条件：1）爆炸性物质：能与氧气（空气）反应的物质，包括气体、液体和固体。（气体：氢气，乙炔，甲烷等；液体：酒精，汽油；固体：粉尘，纤维粉尘等。）2）氧气：空气。3）点燃源：包括明火、电气火花、机械火花、静电火花、高温、化学反应、光能等。为什么要防爆易爆物质:很多生产场所都会产生某些可燃性物质。煤矿井下约有三分之二的场所有存在爆炸性物质；化学工业中，约有80%以上的生产车间区域存在爆炸性物质。氧气:空气中的氧气是无处不在的。点燃源:在生产过程中大量使用电气仪表，各种磨擦的电火花,机械磨损火花、静电火花、高温等不可避免，尤其当仪表、电气发生故障时。客观上很多工业现场满足爆炸条件。当爆炸性物质与氧气的混合浓度处于爆炸极限范围内时，若存在爆炸源，将会发生爆炸。因此采取防爆就显得很必要了。仪表防爆的原理危险场所危险性划分：爆炸性物质区域定义中国标准北美标准气体(CLASSⅠ)在正常情况下,爆炸性气体混合物连续或长时间存在的场所0区Div.1在正常情况下爆炸性气体混合物有可能出现的场所1区在正常情况下爆炸性气体混合物不可能出现,仅仅在不正常情况下,偶尔或短时间出现的场所2区Div.2粉尘或纤维(CLASSⅡ/Ⅲ）在正常情况下,爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物可能连续,短时间频繁地出现或长时间存在的场所10区Div.1在正常情况下,爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物不能出现,仅仅在不正常情况下,偶尔或短时间出现的场所11区Div.2防爆方法对危险场所的适用性：序号防爆型式代号国家标准防爆措施适用区域1隔爆型dGB3836.2隔离存在的点火源Zone1,Zone22增安型eGB3836.3设法防止产生点火源Zone1,Zone23本安型iaGB3836.4限制点火源的能量Zone0-2本安型ibGB3836.4限制点火源的能量Zone1,Zone24正压型pGB3836.5危险物质与点火源隔开Zone1,Zone25充油型oGB3836.6危险物质与点火源隔开Zone1,Zone26充砂型qGB3836.7危险物质与点火源隔开Zone1,Zone27无火花型nGB3836.8设法防止产生点火源Zone28浇封型mGB3836.9设法防止产生点火源Zone1,Zone29气密型hGB3836.10设法防止产生点火源Zone1,Zone2防爆对危险场所的适用性：爆炸性危险气体分类根据可能引爆的最小火花能量，我国和欧洲及世界上大部分国家和地区将爆炸性气体分为四个危险等级,如下表:工况类别气体分类代表性气体最小引爆火花能量矿井下Ⅰ甲烷0.280mJ矿井外的工厂ⅡA丙烷0.180mJⅡB乙烯0.060mJⅡC氢气0.019mJ美国和加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成三个CLASS(类别):CLASSⅠ气体和蒸气;CLASSⅡ尘埃;CLASSⅢ纤维.然后再将气体和尘埃分成Group(组)：组名代表性气体或尘埃A乙炔B氢气C乙烯D丙烷E金属尘埃F煤炭尘埃G谷物尘埃气体温度组别划分：温度组别安全的物体表面温度常见爆炸性气体T1≤450℃氢气、丙烯腈等46种T2≤300℃乙炔、乙烯等47种T3≤200℃汽油、丁烯醛等36种T4≤135℃乙醛、四氟乙烯等6种T5≤100℃二硫化碳T6≤85℃硝酸乙酯和亚硝酸乙酯仪表的防爆标志Ex(ia)ⅡCT6的含义:标志内容符号含义防爆声明Ex符合某种防爆标准，如我国的国家标准防爆方式ia采用ia级本质安全防爆方法，可安装在0区气体类别ⅡC被允许涉及ⅡC类爆炸性气体温度组别T6仪表表面温度不超过85℃Ex(ia)ⅡC的含义标志内容符号含义防爆声明Ex符合欧洲防爆标准防爆方式ia采用ia级本质安全防爆方法，可安装在0区气体类别ⅡC被允许涉及ⅡC类爆炸性气体:注:该标志中无温度组别项,说明该仪表不与爆炸性气体直接接触.防爆术语：有关防爆术语及标准安全栅安全参数定义：安全栅最高允许电压：Um保证安全栅本安端的本安性能，允许非本安端可能输入的最高电压安全栅最高开路电压：Uoc在最高允许电压范围内本安端开路时电压最大值安全栅最大短路电流：Isc在最高允许电压范围内本安端短路时的电流最大值安全栅允许分布电容：Ca保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电容安全栅允许分布电感：La保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电感防爆标志格式说明：将工厂或矿区的爆炸危险介质，按其引燃能量，最小点燃温度以及现场爆炸性危险气体存在的时间周期进行科学分类分级，以确定现场防爆设备的防爆标志和防爆形式。防爆标志格式：Ex(ia)ⅡCT4防爆标记防爆等级气体组别温度组别防爆等级说明：ia等级：在正常工作、一个故障和二个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。正常工作时，安全系数为2.0；一个故障时，安全系数为1.5；二个故障时，安全系数为1.0。注：有火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或加倍提高安全系数。ib等级:在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。正常工作时，安全系数为2.0；一个故障时，安全系数为1.5。正常工作时，有火花的触点须加隔爆外壳或气密外壳保护，并且有故障自显示的措施，一个故障时安全系数为1.0。GB50085-92谈化工设计中爆炸危险区域的划分及防爆电气设备的选型引言在化工企业中，许多生产装置的物料介质是具有爆炸、火灾性危险的。爆炸及它引起的火灾事故是威胁化工企业安全生产的一个重要问题。我院是以设计化肥、化工项目为主的化工设计院。根据多年的设计经验得知，化肥厂主要生产装置大都处于爆炸危险环境。如:以煤焦为原料的合成氨生产系统，由原料至净化的爆炸危险气体属轻于空气的爆炸危险环境;以油为原料的合成氨生产系统，由油气化至净化的爆炸危险气体属重于空气的爆炸危险环境;合成、压缩、尿素主厂房的部分楼层，属于爆炸危险气体轻于空气的爆炸危险环境。在这种环境中，电气设备的火花常常是引起爆炸事故的主要原因之一。因此，严格、细致地划分爆炸危险场所的等级和危险介质的级别，经济合理的选用防爆电气设备，并辅以建筑物的防爆设计、加强通风等措施，以防止爆炸条件的形成和减轻爆炸危险的严重程度，是工程设计人员的职责，事关企业安全生产和工程建设的重要问题。1爆炸危险的产生物系自一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间以机械功的形式放出大量能量的现象称为爆炸，它也是爆炸性混合物在燃烧基础上进行的高速化学反应，亦可视为气体或蒸气在瞬间剧烈膨胀的现象。爆炸危险必须同时存在三个条件:a)存在易燃气体、易燃液体的蒸气或薄雾;b)上述物质与空气混合其浓度在爆炸极限以内;c)存在足以点燃爆炸性混合物的火花，电弧或高温。对于设计而言，应使产生爆炸危险的三个条件同时出现的可能性减到最小程度。我国从70年代中期已经开始对爆炸危险环境出现的或然率进行分级，如:GB58-83,GB50058-92,《工程建设标准强制性》。这些规程、规范、规定了爆炸性气体环境，爆炸性粉尘环境等危险区域的划分及危险区域的范围。2爆炸危险区域的划分爆炸危险性场所的分类，应由懂得易燃性材料性能、设备工艺性能的技术人员提出易燃性介质及其释放源和懂得安全、电气的工程技术人员根据有关规范，来划分爆炸危险区域。为尽量准确地划分区域，在根据有关标准和规范划分的同时，还应参考以往的经济和行业特点。既要保证生产装置的安全可靠，又要避免人为提高爆炸危险区域等级，而造成工程投资浪费。爆炸危险场所的划分首先要查找和确定释放源，根据释放源的等级，划分爆炸危险区域，然后还应结合释放源所处的通风条件调整区域的划分。2.1查找和确定释放源在每个工程项目中，每一台加工设备(如罐、泵、管道、容器等)，其内部含有易燃性物料，就应视为潜在释放源。在场所分类中，首先应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短确定释放源的等级。根据规范规定共分为三级:a)连续级释放源:预计长期释放或短时频繁释放的释放源，可划为连续级释放源。如:固定顶贮罐的上部空间和排气口;油、水分离器等，直接与空气接触的易燃液体的表面;经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸气的自由排气孔或其它孔口等。b)第一级释放源:预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源，可划为第一级释放源。如:正常运行时，会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门等的密封处、取样口等。c)第二级释放源:预计在正常时不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源，可划为第二级释放源。如:正常运行时不会出现释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封处;正常运行时不会释放易燃物质的法兰、连接件、管道接头、安全阀、排气孔和取样口。由上述两种或三种级别释放源组成的释放源，称为多级释放源。2.2爆炸危险区域的划分爆炸危险区域的划分是根据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间确定的，分为。区、1区、2区。首先根据有关专业提供的爆炸危险区域划分条件和释放源的等级划分爆炸危险区域:a)存在连续释放源的区域可划分为。区;b)存在第一级释放源的区域可划分为1区;c)存在第二级释放源的区域可划分为2区。然后应根据通风条件调整区域划分。当通风良好时，应降低爆炸危险区域等级;当通风不良时应提高爆炸危险区域等级。在生产装置中0区是极个别的，大多数属于2区，在设计中划分爆炸危险区域时，应采取合理措施尽量减少1区。2.3爆炸危险区域的范围爆炸危险区域的范围划分，除了按照规范条文规定以外，还与以下几个因素有关:a)易燃物质的泄出量;b)释放速度;c)释放的爆炸气体混合物的浓度;d)易燃液体的沸点(液体混合物初沸点);e)爆炸下限;f)闪点;9)通风量等。这些量的增加与减少都与爆炸危险区域范围的大小有直接的关系。因这些量界定的因素较复杂。所以上述所列影响范围大小的参数，只是采用了IEC规定，而该规定迄今为止只是一个原则性规定，无具体尺寸可遵循。由于实际生产装置的工艺、设备、仪表、通风布置等条件各不相同，在具体设计中均需结合实际情况妥善选择，才能确保安全。具体划分尺寸见有关规范(BG50058—92)。在区域划分中有两个场所要特别引起注意，一是装置区内的变配电所，应尽量布置在爆炸危险区域范围以外，位于爆炸危险区域场所附加2区内的变配电所，设计中其室内外地坪高差应大于0.6m.二是加热炉区的爆炸危险区域，离炉子外壁1.5m内应视为非防爆区。在爆炸危险区域划分后，应对其结果画出“爆炸危险区域划分图”，作为在该区域范围内的电气设备的选型依据。3爆炸危险场所防爆电气设备选型在选择使用于爆炸危险场所的电气设备前，应首先明确以下内容:3.1爆炸危险场所环境的类别是爆炸性气体环境还是爆炸性粉尘环境。不同的爆炸性介质其电气设备的防爆结构要求是不一样的。我们通常所说的防爆设备大多数指的是爆炸性气体环境中使用的，如dⅡBT4,dⅡCT6等，而用于爆炸性粉尘环境的电气设备应为防尘结构(标志为DP，主要用于可燃性非导电粉尘和可燃纤维的11区环境)或尘密结构(标志为DP，主要用于爆炸性粉尘10区环境和其它爆炸性粉尘11区环境。)3.2环境中爆炸性气体混合物的爆炸级别即ⅡA,ⅡB,ⅡC。其级别根据产生爆炸性气体的介质不同而不同，如丙烷属ⅡA、乙烯属ⅡB、乙炔和氢属ⅡC等。3.3环境中爆炸性气体混合物的组别或引燃温度这是易燃性物质的气体或蒸汽与空气形成的混合物的规定条件下被热表面引燃的最低温度。从组别T1到T6随着引燃温度的降低，其电气设备的防爆要求逐级提高。3.4周围环境对防爆电气设备的选型要求如周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌等不同环境条件，在防爆电气设备选型时应同时考虑。在考虑以上几条基本要求后，可选择能满足要求的防爆电气产品。对有些必须布置在爆炸危险区域内的电气设备，而其防爆要求又不能满足场所要求的时候，可采用正压通风，具体要求详见国标GB50058—92。按国家标准《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》规定，各种防爆类型标志如下:隔爆型d充油型o增安型e充沙型q本质安全