电气防爆知识简介

电气防爆知识简介电气防爆知识简介左海强化学工程学院化工装备与控制工程系第2页爆炸三要素爆炸三要素点火源（如电火花、炽热表面）点火源（如电火花、炽热表面）空气（氧气）空气（氧气）爆炸性物质爆炸性物质第3页在石油、化工、煤炭等生产领域将不可避免地产生爆炸性物质的泄漏，并与空气形成爆炸性危险场所。在煤矿井下，2/3的场所属于爆炸性危险场所；在石油开采现场和石油化工厂约有60-80%属爆炸性危险场所；在化学工业中，约有80%以上的生产车间属爆炸性危险场所。第4页防止爆炸发生的基本方法①避免形成爆炸性环境–理想的方法②排除可能的点火源–实际的方法。第5页气体的点火特性气体的点火特性点火能量点火能量(J)(J)体积比体积比(%)(%)L.E.L.L.E.L.爆炸下限爆炸下限U.E.L.U.E.L.爆炸上限爆炸上限M.I.EM.I.E最低点火能量最低点火能量气体类别分级气体类别分级代表性气体代表性气体甲烷甲烷丙烷丙烷乙烯乙烯氢气氢气55222.72.744L.E.L.L.E.L.(%)(%)15159.59.534347575U.E.L.U.E.L.(%)(%)32032018018060602020M.I.E.M.I.E.((µµJ)J)II类类((矿井气矿井气))IIAIIAIIBIIBIICIIC气体类别气体类别第6页中国将爆炸性物质分为三类：I类：矿井甲烷；II类：爆炸性气体混合物(含蒸气、薄雾)；III类：爆炸性粉尘和纤维。北美将爆炸性物质分为三类/级：ClassI–爆炸性气体；ClassII–爆炸性粉尘；ClassIII-纤维。爆炸性危险物质分类第7页MESG≤0.50.5MESG≤0.90.9MESG1.14MESG=1.14最大试验安全间隙(MESG),mmMICR≤0.450.45MICR≤0.80.8MICR1.0MICR=1.0最小点燃电流比(MICR)IIC乙炔氢气乙烯丙烷甲烷典型气体IIBIIAI分级难易点燃特性爆炸性气体分级☞最大试验安全间隙(MESG)：在标准规定试验条件下，空腔内所有浓度的被试气体或蒸气与空气混合物点燃后，通过25mm长的火焰通路均不能点燃外部爆炸性气体混合物的内空腔两部分之间的最大间隙。☞最小点燃电流(MIC)：采用火花试验装置，由电阻电路或电感电路引起爆炸性试验混合物点燃的最小电流。☞最小点燃电流比（MICR）:各种可燃性气体（或蒸气）与空气的混合物的最小点燃电流对甲烷与空气混合物的最小点燃电流的比值。第8页最大试验安全间隙试验装置第9页爆炸性气体分组☞引燃温度(AIT)：依据标准规定的方法进行试验时，能够引燃爆炸性气体与空气混合物的热表面最低温度。100≥t＞85135≥t＞100200≥t＞135300≥t＞200450≥t＞300t＞450引燃温度t/℃T6T5T4T3T2难易T1点燃特性组别第10页水煤气、氢气焦炉煤气、环丙烷、丙烯腈乙烷、丙烷、丙酮、苯乙烯、氯苯、甲苯、苯、氨、一氧化碳、甲醛、苯氨甲烷T1爆炸性气体温度组别乙炔环氧乙烷、2-环氧丙烷、乙烯、1,3-丁二烯丁烷、甲醇、乙醇、丙烯、氯乙烯、醋酸丁酯、乙酸戊酯T2二甲醚、硫化氢、四氢肤喃、丙烯醛戊烷、巳烷、庚烷、癸烷、辛烷、汽油、氯丁烷T3四氟乙烯、二乙醚乙醚、三甲胺T4亚硝酸乙酯IIAIIBI硝酸乙酯二硫化碳IIC类别级别T5T6爆炸性气体分级、分组举例第11页世界各国对危险场所区域划分不同，但大致分为两大派系：中国和大多数欧洲国家采用国际电工委员会（IEC）的划分方法，而以美国和加拿大为主要代表的其他国家采用北美划分方法。中国标准GB3836.14对于爆炸性气体危险场所划分为3个区域：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。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的。对于粉尘场所，同样划分为3个区域，即20、21和22区。爆炸性危险区域的划分第12页I-IR2一油罐半径（m）r一呼吸阀阀口半径（m）第13页防爆电气设备分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类：I类电气设备用于煤矿瓦斯气体环境。Ⅱ类：Ⅱ类电气设备用于除煤矿瓦斯气体之外的其他爆炸性气体环境。Ⅲ类：Ⅲ类电气设备用于除煤矿以外的爆炸性粉尘环境。防爆电气设备的分类\分级\分组Ⅱ类电气设备分级：按其适用于爆炸性气体环境混合物的最大试验安全间隙（MESG）和最小点燃电流比（MICR）分为A、B、C三级：MICR0.45MESG≤0.5IIC0.45≤MICR≤0.80.5MESG0.9IIBMICR0.8MESG≥0.9IIAMICRMESG(mm)类、级别第14页Ⅱ类电气设备的最高表面温度分组:爆炸性环境用电气设备按其最高表面温度划分为T1-T6组别。最高表面温度温度组别T1T2T3T4T5T6450℃300℃200℃135℃100℃85℃第15页爆炸性气体环境防爆标志:ExdⅡBT4Gb防爆符号防爆型式防爆类别温度组别设备保护级别（EPL）爆炸性气体环境用IIB等级隔爆型电气设备，最高表面温度低于135℃，具有“高”的保护级别，在正常运行或预期故障条件下不是点燃源。第16页设备保护级别（EPL,EquipmentProtectionLevel）根据设备成为点燃源的可能性和不同爆炸性环境所具有的不同特征而对设备规定的保护级别，包括：“Ma”、“Mb”;“Ga”、“Gb”、“Gc”;“Da”、“Db”、“Dc”。安装在煤矿甲烷爆炸性环境中的设备MaMb爆炸性气体环境用设备，具有“一般”的保护级别，在正常运行中不是点燃源，也可采取一些附加保护措施，保证在点燃源预期经常出现的情况下（例如灯具的故障）不会形成有效点燃。Exn型是该保护级别的典型设备。Gc爆炸性粉尘环境用设备DaDbDc爆炸性气体环境用设备，具有“高”的保护级别，在正常运行或预期故障条件下不是点燃源，大多数标准的保护概念提出设备在这一保护级别。Gb爆炸性气体环境用设备，具有“很高”的保护级别，在正常运行中出现预期故障或罕见故障时不是点燃源。Ga描述保护级别第17页混（复）合型防爆型式当一台电气设备的不同部分或Ex元件使用不同的防爆型式时，防爆标志应包括所有使用的防爆型式符号，防爆型式的符号应按字母顺序排列，彼此之间应有小的间隔。当使用关联设备时，其防爆型式的标志，包括适用时的方括号，应标在电气设备防爆形式符号之后。第18页“d”:隔爆型“e”:增安型“i”:本质安全型（ia，ib，ic）“p”:正压外壳型（px，py，pz）“o”:油浸型“q”:充砂型“n”:n型电气设备（nA,nR,nC,nZ）“m”:浇封型（ma，mb）防爆型式解决的主要点燃源：由电气因素引起的电火花和热效应。第19页隔爆型隔爆型ExdExd基本原则：基本原则：““包容型包容型封装封装••必须能承受爆炸的压力必须能承受爆炸的压力••塑料材料只允许小容积塑料材料只允许小容积(3(3dmdm33))••连接和开口要做得很精密并且连接和开口要做得很精密并且根据气体组分而定根据气体组分而定缺点缺点••并非所有人都了解其工作原理并非所有人都了解其工作原理••封装大而重，对电缆也有特殊要求封装大而重，对电缆也有特殊要求((导管导管,,衬垫衬垫,,封装等封装等))••不允许带电开盖操作不允许带电开盖操作打开封装需要特殊工具打开封装需要特殊工具••安装和维护的错误会导致危险的情况安装和维护的错误会导致危险的情况不允许在不允许在00区使用区使用连接宽度连接宽度开口开口优点：优点：••多年使用证明的优良方法多年使用证明的优良方法第20页本安型本安型ExiExiVVRRLLCCUoUoIoIo基本原则基本原则““限制型限制型特性特性••低功率技术限制了电压、电流，把功率低功率技术限制了电压、电流，把功率限制在点燃危险气体的最低要求之下限制在点燃危险气体的最低要求之下••元件可靠性、距离和隔离元件可靠性、距离和隔离••分类分类::““iaia””允许两个故障允许两个故障““ibib””允许一个故障允许一个故障““icic””原原nLnL应用应用••现场和控制室电子仪表现场和控制室电子仪表优点优点••对操作工安全对操作工安全••允许带电开盖操作允许带电开盖操作缺点缺点••不适用于大功率设备不适用于大功率设备允许工作条件允许工作条件::““iaia””型工作于型工作于00区区..““ibib””型工作于型工作于11区区第21页正压型正压型ExpExpQQPP基本原则基本原则““分离型分离型封装封装••内部充有比外部气压略高的内部充有比外部气压略高的洁净空气或惰性气体洁净空气或惰性气体••充电之前要清洁内部气体充电之前要清洁内部气体••连锁系统预防仪表在达到设连锁系统预防仪表在达到设计压力之前上电，或者在正计压力之前上电，或者在正压充气失败时断电压充气失败时断电应用应用••操作台、仪表盘或控制室操作台、仪表盘或控制室优点优点••其它方法都不适用时的解决其它方法都不适用时的解决方案方案缺点缺点••安装和维护工作复杂而昂贵安装和维护工作复杂而昂贵••仪表如果将接触可燃混合物，必须采取其它防护措施仪表如果将接触可燃混合物，必须采取其它防护措施••不许带电开盖操作不许带电开盖操作允许使用区域允许使用区域::带自动上电功能的仪表可在带自动上电功能的仪表可在11区工作区工作带声光报警的仪表可在带声光报警的仪表可在22区工作区工作第22页浇封型浇封型ExmExm合成合成树脂树脂基本原则基本原则““分离型分离型应用应用••小电路和无可移动元件的情况小电路和无可移动元件的情况允许在允许在11区工作区工作第23页充油型充油型ExoExo油油允许在允许在11区工作区工作基本原则基本原则““分离型分离型第24页充砂型充砂型ExqExq粉末粉末允许在允许在11区工作区工作基本原则基本原则““分离型分离型应用应用••无可移动部件无可移动部件第25页无火花型无火花型ExnExn基本原则:“正常运行情况下的安全应用•目前成为一种降低成本的2区防爆方式。性能•通过对其他防护方式(“d”,“p”,“e”和“i”)的简化设计实现正常操作状态下的安全EXnA无火花型设备（真正意义上的无火花）II类设备不分级EXnR限制呼吸外壳（防止呼吸效应引起可燃气体被吸进仪表中）EXnL限制能量设备（基于本质安全防爆原理，但仅对正常运行情况进行评价或分析）EXnZ具有简单正压（偶然失压的情况下，只报警，不像EXP那样还要切断电源）EXnC有火花型设备，电火花触头采用除nR、nL和nZ之外的保护技术（封闭、密封外壳）（后4项为广义的无火花，产生电弧、火花或过热表面的设备，它通过采取标准规定的措施，使其不会产生点燃的条件）缺点•安全程度不如本安型•不可带电开盖操作第26页安全区安全区控制室控制室设备设备本安接口危险区危险区PPII˜本安设备简单设备本安系统本安系统连接电缆第27页齐纳安全栅齐纳安全栅危险区危险区安全区安全区UmUm250V250Vmax.max.RLim.RLim.齐纳二极管齐纳二极管保险丝保险丝UoUoIoIo••无源电路简单可靠。无源电路简单可靠。••所有元件按标准应为浇封型。所有元件按标准应为浇封型。••要求有完整的接地系统。要求有完整的接地系统。故障故障电流电流第28页危险区危险区安全区安全区==限能电路放大器保护电路信号变送主变送器保险丝输出电源230Vac隔离安全栅隔离安全栅电路隔离UmUm250V250Vmax.max.IoIoUoUo••有源电路通过隔离元件（变送器、继电器、光电偶）进行危险区间的信号传送。有源电路通过隔离元件（变送器、继电器、光电偶）进行危险区间的信号传送。••能量限制电路的工作原理与齐纳安全栅相同，但由于电路隔离它不必处理能量限制电路的工作原理与齐纳安全栅相同，但由于电路隔离它不必处理VmVm。。••由于由于Vm