防爆安全技术讲座(普及)

徐刚教授级高级工程师2011年5月石油和化工行业防爆安全的保证自我介绍徐刚华荣集团总工程师，教授级高级工程师。现担任社会职务有：（1）全国防爆电气标准化技术委员会委员、副秘书长（2）国家安全生产检测检验评审组长曾担任职务：国际电工委员会防爆检测实验室、国家安全生产天津防爆电气检测检验中心、国家石油和化学工业电气产品防爆质量监督检验中心主任、技术负责人。全国石油和化学工业电气技术委员会副主任委员等。联系电话：[phone]E-mail:[e-mail]在石油、化工、煤炭、纺织和制药等行业生产、储存、运输等环节中存在有大量的易燃易爆物质，这些物质以液体、气体以及微小颗粒状的形式存在于生产设备、容器、管道以及可能扩散到大气环境中，并形成爆炸危险场所。这些易燃易爆物质一旦遇到点燃源，就有可能引起爆炸，造成人员伤亡和财产损失。如何来预防避免爆炸事故的发生，保证企业安全生产，是这次交流的重要目的。从近年来，石油和化工行业事故案例来看，每年化工设备和机电设备，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，引起爆炸事故的原因主要有：1、生产装置故障；2、人为操作失误；3、工艺流程中物料的相对流动引起的静电和设备表面相对摩擦引起的静电能量；4、机械设备正常或故障状态下，引起的摩擦高温或撞击火花；5、现场作业时，工具引起的机械火花或热效应；6、电气设备引起的电火花或高温等。例如：某石化企业在环氧树脂生产过程中，粉体的进料出料中由于粉体进料出料都与空气相接触，产生静电放电而发生爆事故。例如：某公用事业单位液化石油气灌装车间，由于液化气罐试压后未减压，造成灌装时液化气与罐内空气流相对运动产生静电后在关口引起爆炸。例如：某储油库在进行罐内清理作业时，工具与罐体撞击产生机械火花引起爆炸，造成作业人员伤亡。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：某化工原料储存仓库，安装的与全塑型防爆荧光灯配套的全塑防爆接线盒在夜间突然着火燃烧，幸亏物料没有泄漏，未引起爆炸事故发生。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：某石化企业现场安装的全塑电缆过渡箱，在生产现场清洁时，产生表面静电点燃局部爆炸，造成2人烧伤。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。上述案例中，由于电气设备引起的爆炸事故是较为典型的，也是容易忽视的。上述爆炸事故中，引起点燃的主要因素是电气引起的电火花和热效应。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。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区爆炸是如何产生的？爆炸是燃烧的加速度反应。如果燃烧速度急剧加快，温度猛烈上升，导致燃烧生成物和周围空气激烈膨胀，形成巨大的爆破力和冲击波并发出强光和声响，这就是爆炸。产生爆炸的三个基本条件：即要有可燃物质、空气和点燃源（可以是火花点燃，也可是高温点燃），三者缺一不可。可燃性物质与空气混合形成爆炸性混合物。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。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：温度组别点燃温度（℃）T1450T2300T3200T4135T5100T685防爆电气设备可能点燃的发热部件或设备表面温度应满足上述组别的要求。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。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”。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”。隔爆外壳是指能承受内部的爆炸压力，并能阻止壳体内部爆炸的火焰向壳体外周围环境传播的防爆外壳。因此隔爆外壳应有耐爆性及隔爆性两种特性。耐爆性——通过合理选用外壳及零部件材料、合理设计外壳结构来保证壳体强度，防止壳体变形或破裂。隔爆性——是要求壳体上所有通过装配的零部件与大气沟通的间隙都能够阻止火焰向外传播，这些特殊的间隙成为隔爆接合面。分类最大试验安全间隙MESG（mm）最小点燃电流比MICⅡAMESG＞0.90.8MIC＞1.0ⅡB0.5≤MESG≤0.90.45≤MIC≤0.8ⅡCMESG＜0.5MIC＜0.45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。分类最大试验安全间隙MESG（mm）最小点燃电流比MICⅡAMESG＞0.90.8MIC＞1.0ⅡB0.5≤MESG≤0.90.45≤MIC≤0.8ⅡCMESG＜0.5MIC＜0.45止口式螺纹式隔爆外壳上的几个主要零部件：★紧固件应有足够的机械强度，壳体内部爆炸时内部产生的压力，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。★警告牌内容：“严禁带电开盖！★衬垫：有两种形式，防爆用的衬垫，应采用金属或金属包覆的可压缩不燃材料；防护用的衬垫，应采用橡胶或塑料的可压缩不燃材料。★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。填充材料部位电缆引入部位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：1、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。2、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。3、增大电气间隙和爬电距离：4、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。5、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。正压外壳型电气设备是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）•正压设备具体工作原理：1、正压型电气设备在开启前，首先要进行换气。即至少通以5.0倍正压外壳及管道容积的气量值进行冲洗，使壳体内无爆炸性气体混合物后才能通电。2、对于在换气过程中实现控制目的的电气系统，应采用适合的防爆结构型式，保证正压型电气设备的整体安全。3、正压型电气设备在启动、运行时，应保证内部压差（最小值）不得小于50Pa（Pz不小于25Pa），当气压低于工作压力时，进行自动补气；压力再降低时，进行报警；压力降低至最小值时，应自动切断电源系统。整个控制过程要运行可靠。保护气体通常采用清洁空气或惰性气体。。本质安全型设备是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电气设备采用防尘或尘密