爆炸性危险环境用防爆设备的选型及安装

防爆基本概念

● 爆炸性危险场所

● 爆炸性危险场所：任何具有潜在爆炸危险的场所。

● 在石油、化工、煤炭等生产领域将不可避免地形成爆炸性危险环境：

◆ 在煤矿井下，三分之二的场所属于爆炸性危险场所；

◆ 在石油开采现场和精炼厂约有60～80％属于爆炸性危险场所；

◆ 在化学工业中，约有80％以上的生产车间属于爆炸性危险场所。

《国家石油储备中长期计划》：2020年底国家石油储备能力：8500万吨/1亿m³，折合10万m³原油储罐1000台。

商业储备用罐、社会储备用罐、石油石化生产用罐，在用大型储罐数量惊人。

爆炸：一种因氧化反应或其他放热反应而引起的压力和温度骤升的现象。

爆炸发生的充分必要条件

◆ 存在可燃性物质

◆ 存在空气

◆ 存在点燃源

◆ 以上三者同时同地存在爆炸发生还需要：

◆ 有限空间

◆ 充分混合或散布

点燃源 (EN 1127.1-2011中13类)

◆ 静电放电

◆ 碰撞和摩擦（机械火花）

◆ 光辐射

◆ 电磁波

◆ 固体热表面

◆ 电气放电（电气火花、电弧等）

防止爆炸的基本方法

◆ 消除潜在的爆炸性环境

◆ 或消除引爆源

◆ 如果完全消除潜在爆炸性环境和消除引爆源不可能实现，那么选择和准备合适的保护措施，过程设备，系统和作业流程可以使得上述潜在爆炸环境和引爆源同时发生的可能性降低到合理的可接受的水平。上述措施可以是单独使用，也可以是联合使用。

可燃性物质的相关性质

◆ 爆炸极限（LEL、UEL）

可燃性物质的相关性质

◆ 点燃能量

◆ 自动点燃温度（AIT）：某种材料在没有火花或火焰存在的情况下自己燃烧的温度。

比如：

乙炔Acetylene: 299°C

氢气Hydrogen: 550°C

乙醚Ethyl Ether: 160°C

丙烷Propane: 493°C

镁Magnesium: 490°C

小麦Wheat: 220°C 引爆源

可燃性物质 （空气中的）氧气

◆ 爆炸浓度上限和爆炸的浓度下限（UFL和 LEL）

◆ 最小点燃电流（MIC）

◆ 自动点燃温度（AIT）

◆ 最大实验间隙MESG（隔爆产品）

◆ 爆炸压力（EP）

◆ 爆炸峰值压力上升时间（TPP）

爆炸性气体分级

爆炸性粉尘分级

危险区域划分

危险区域划分—— 非矿用区域

危险区域划分的方法

● 区域分类

◆ 识别释放源

◆ 确定释放速率和释放源等级（连续释放源，一级释放源，二级是释放源）

◆ 评估通风或稀释条件和效率

◆ 确定区域类型

◆ 确定区域的范围

● 采用行业指引

采用指引或范例方法来进行区域划分（如GB 50058）

● 计算方法 （EN/IEC 60079-10-1）

环境温度

最高表面温度限定

II类：无T5气体, 仅二硫化碳和亚硝酸乙酯为T6气体。

III类：不超过指定的最大表面温度。

环境温度

◆ 通常情况下，本安设备使用的环境温度应该为-20℃ ≤Ta≤+40℃。

◆ 当设备预期使用在不同于以上环境温度范围，应让用户注意。

◆ 通常环境温度范围如下：-40℃ ≤Ta≤+60 ℃

防爆设备的分类

防爆设备的保护等级 EPL

◆ EPL：Equipment Protection Level

◆ 根据设备成为引爆源的可能性和在爆炸性环境中所具有的不同特征而对设备规定的保护等级

防爆产品的分类 —— 总结

常用保护方法

防爆产品的选型基础

• 用户应确定设备所在的区域类型

• 用户应确定设备所在区域爆炸性物质的特性（温度，气体或粉尘的分类组别）

防爆设备气体分类组别 —— Sub Group

特殊：IIB+H2

防爆设备的温度

◆ 最大表面温度 （Maximum Surface Temperature)

设备在0.9倍和1.1 倍额定下（额定电压，额定功率或额定电流）所能到 达的最高温度 （已经校准到设备定义的最大环境温度）

◆ 环境温度 (Ambient Temperature)

设备使用的环境介质的温度（如空气或其他介质温度）

◆ 服务温度 (Service Temperature)

设备中与防爆方式符合性有关的非金属材料的所能承受的工作温度

防爆设备的表面温度组别——气体环境下

代表性气体和粉尘的点燃温度

防爆设备的IP防护等级 GB 4208

从防爆标志评审防爆设备的选型 ——IECEx/GB标志 (气体)

从防爆标志评审防爆设备的选型 —— IECEx/GB 标志(粉尘)

防爆方式及其适用的区域 —— 气体环境

防爆方式及其适用的区域 —— 粉尘环境

防爆设备的选型评估要素

◆ 防爆设备的防爆方式应和防爆设备的预期使用区域相匹配 ；

◆ 防爆设备的保护级别（EPL）应和设备的预期使用区域相匹配；

◆ 防爆设备的气体分类组别（IIA，IIB，IIC ，IIIA，IIIB，IIIC）应和设备预期使用区域的可燃型物质相匹配；

◆ 防爆设备的证书中规定的环境温度和预期使用的区域相匹配；

◆ 防爆设备的最大表面温度应和设备预期使用区域的可燃性物质的点燃温度相匹配；如果是粉尘环境下的设备，测试时未覆盖粉尘，Tmax<=2/3 Tcl (Tcl：粉尘的最小点燃温度）

◆ 电缆引入装置等设备，其与防爆方式有关的非金属材料服务温度和设备证书相关限制相匹配（如电缆引入点和分支点温度）；

◆ 外部影响：防止外部因数对防爆设备性能的影响：如压力条件，化学作用，震动，外部热源，电气，潮湿，腐蚀等等，在设备选型时应考虑这些外部因素的影响，并采取相应的措施。

● 对于潮湿，应考虑冷凝液体的排出；

● 过程液体流入设备内部—单密封或双密封；

● 防爆设备的IP 和一般IP的区别；如果设备的IP高于防爆要求的IP，设备的IP 安装和使用过程中应保持。

防爆设备的选型评估要素

● 移动式或便携式设备

◆ EPL 应符合可能使用场所中最高EPL的要求

◆ 除非有合适的注意事项，否则移动设备的备用电池不应该带入危险区

◆ 移动设备或便携设备插座部分如在危险区 ，在插座应满足危险区 EPL的要求

防爆设备的安装

防爆设备的安装，检验和维护要求

◆ 防爆设备设计，选择和安装：IEC 60079-14 (GB 3836-15)

◆ 防爆设备的安装检验和维护：IEC 60079-17 (GB 3836-16)

防爆设备的安装——接地和等电位连接

等电位连接

● 危险场所的电气安装均要求等电位，裸露的外部导体均应与等电位连接系统 连接

◆ 等电位连接系统包含：

◆ 保护线

◆ 金属导管

◆ 金属电缆护套

◆ 钢丝铠装和结构的金属部件，但不包含中性导线

● 电缆的铠装层或屏蔽层仅在危险场所外接地（如控制室），则该接地点可以 作为危险区域的等电位连接点,但对于TN系统，铠装层或屏蔽层应在危险区域 内接地或进行绝缘隔离。

● 等电位连接导体的最小直径为6mm2 (主）或 4mm2(补充连接）

● 本安设备的金属外壳不需要等电位连接（除非证书或说明书有要求）

● 阴极保护装置不应和等电位连接连在一起 ；

● 运输工具和固定设备之间连接管道如有绝缘法兰，等电位连接可能需要。

布线和电缆

● 护套抗拉强度低的电缆“易剥离电缆”除非装导管中，否则不允许使用；最低抗拉强度 2.5 N/mm2 (PVC, 15.0 N/mm2 Polyethylene）等电缆 为容易剥离电缆；

● 电缆应为热塑护套，热固护套或合成橡胶护套，电缆圆形致密，如有挤压层或填料层应防潮；或矿物绝缘金属护套；

● 无护套的单芯电线除非装在配电盘，外壳或导管内部；

● 电缆表面的温度不应超过设备的温度等级，确认设备是否需要用高温电缆（如超过105）；

● 防止电缆的火焰传播：如符合IEC60332-1-2的电缆 ，放置在沙槽中，或电缆从非危险区进入安全区时进行隔离。

与防爆方式有关的安装 —— 隔爆

● U证隔爆产品不可以单独使用；

● 隔爆箱体开孔或孔的修改必须符合证书的要求；

● 防爆箱体内部元件的变更需要再评估；

● 安装过程应保护好防爆结合面，防爆结合面不可以喷漆；

● 防爆结合面的油脂应为非可燃性物质，不应硬化，不应腐蚀防爆结合 面；

● 防爆间隙要保证。

与防爆方式有关的安装 —— 增安

● 功耗和温升评估；

● 火花元件不可以安装，除非已经采用其他防爆方式保护；

● 接线端子的固定；

● 壳体的紧固，确保IP防护。

与防爆方式有关的安装 —— 本安

● 外接安全栅，安全栅本安参数应和本安设备的参数相匹配；Uo ≤ Ui ; Io ≤ Ii ; Po ≤ Pi ; Co ≥ Ci + Cc ; Lo ≥ Li + Lc Cc = capacitance of cable (typ. 0.1 pF/cm) ; Lc = inductance of cable (typ. 5 nH/cm)

● 安全栅参数匹配应考虑电缆的电气参数；

● 如果有屏蔽要求，屏蔽应在非危险区一点接地，防止电位差；

● 本安电路和非本安电路的隔离；

● 本安线缆用蓝色。

防爆设备的检查和维护——检查的主要项目

● 防爆选型和参数的匹配（初始检查）

● 安装的正确性

● 铭牌和警告性标志的正确性和完好性

● 未经批准的修改

● 与防爆有关的非金属件（如老化，脱落等）

● 安装符合性和紧固件完整性

● 防爆结合面的完好性

● 电缆选型正确性和完好性

● 接地的正确性和完好性

● 电路的隔离

● 电路的干燥和清洁

● 接线的紧固性

● 与过程介质之间的密封性 ，泄露痕迹

检验案例

防爆设备的检查和维护

▲防爆面锈蚀

▲紧固件松动

▲铭牌不完整或丢失

▲密封丢失或老化

设备选型和安装的基本原则–总结

◆ 设备场所有文件化的分区文件 ，包含危险场所的分类和区域范围，危险场 所的可燃性物质种类和必要特性（如点燃温度，气体分类组别， 粉尘分类 组别）；

◆ 选型和安装人员应确保危险场所的设备所需产品型式证书（3C和/或 ATEX/IECEx）以及产品的使用安装说明书是可获得的；

◆ 选型人员在采购防爆设备采购前，应由专业人员对防爆设备的证书防爆参 数，安全使用条件等进行评审，确保防爆参数符合防爆区域的要求；

◆ 选型人员必须确保以防爆元件（U证），有和其预期使用的防爆设备一起 经过评估；

◆ 防爆专业人员应评估确保和防爆设备一起安装的电缆引入装置的防爆方式， 防爆参数和该防爆设备一致;

◆ 安装人员安装设备前，应核对防爆铭牌和防爆证书一致；

◆ 安装人员安装设备前，应仔细阅读防爆设备的安装使用说明书，特别注意 证书和安装使用说明中的安全使用条件的要求。

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