楊水明 史益鋒

(嘉興和邦安全技術(shù)有限公司)

一、前 言

近年來,爆炸危險環(huán)境因使用非防爆電氣設(shè)備引發(fā)的重大事故時有發(fā)生,2011年6月17日,廣州市番禺區(qū)油船發(fā)生爆炸事故,造成8人死亡、1人受傷、3人失蹤,直接經(jīng)濟損失939.5萬元。事故原因：使用自制非防爆的插線板,產(chǎn)生電火花,引起南大油22號船油艙大量積聚的可燃?xì)怏w爆炸。2012年8月5日,溫州市甌海區(qū)郭溪街道郭南村郭溪街一幢民房在生產(chǎn)中發(fā)生鋁粉塵爆炸導(dǎo)致坍塌并燃燒,造成13人死亡、15人受傷,其中6人重傷。事故原因：加工場配置的電氣設(shè)備不防爆,常產(chǎn)生電火花,加工場拋光作業(yè)間內(nèi)懸浮在空氣中的鋁粉塵濃度達到爆炸極限,遇拋光機電機控制開關(guān)產(chǎn)生的電火花發(fā)生爆炸。2015年8月12日,天津港發(fā)生特別重大火災(zāi)爆炸事故?；ぐ踩鹿适切「怕适录?但是由于化學(xué)品的特殊性,此類事故一旦發(fā)生,后果不堪設(shè)想。因電氣設(shè)備選用不當(dāng)而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生,這是我們所不希望的。因此,針對企業(yè)防爆電氣設(shè)備選型的探討具有非常重要的意義。

二、爆炸的概念和形成條件

爆炸是指可燃物與空氣混合,在較小的空間內(nèi)著火迅速燃燒,在瞬間內(nèi)放出大量的熱量,造成溫度和壓力急劇增高,體積迅速膨脹的現(xiàn)象。

產(chǎn)生爆炸應(yīng)具備以下條件：(1)在有限空間內(nèi)空氣和可燃物的混合比例在爆炸極限內(nèi)；(2)爆炸性氣體遇火源或赤熱物體,溫度達到著火點。

燃燒和爆炸本質(zhì)都是可燃物質(zhì)在空氣中的氧化反應(yīng),區(qū)別在于氧化速度不同?？扇嘉?、助燃物(氧化劑)和點火源是燃燒三個基本條件,統(tǒng)稱燃燒三要素；爆炸在燃燒三要素基礎(chǔ)上還有有限空間和空間內(nèi)濃度。所以,爆炸有五個要素：爆炸介質(zhì)(即可燃物)、助燃物、引爆能源(即點火源)、空間和濃度,而爆炸兩個基本要素為爆炸介質(zhì)和引爆能源,兩者缺一不可。

從現(xiàn)場來看,爆炸介質(zhì)是客觀存在的,基本上無法進行清除,那么只能把重心放在引爆能源上。事實上,很多企業(yè)也都是在現(xiàn)場加強安全管理,不允許現(xiàn)場動火作業(yè)、嚴(yán)禁吸煙等杜絕明火措施,嚴(yán)防機械火源、熱火源、化學(xué)火源存在。然而從歷次的事故來看,引爆能源往往是那些看不見的被我們忽視掉的電火源。電火源正是其中關(guān)鍵的一種,因而為了有效控制事故的發(fā)生,防爆電氣設(shè)備便應(yīng)運而生。

三、防爆電氣的使用環(huán)境

防爆電氣設(shè)備自然是用于爆炸危險環(huán)境,《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 50058—2014)規(guī)定把爆炸環(huán)境分為爆炸性氣體環(huán)境和爆炸性粉塵環(huán)境。爆炸性氣體環(huán)境就是在生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運或貯存過程中出現(xiàn)或者可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物環(huán)境。比如在大氣條件下,可燃?xì)怏w與空氣混合形成爆炸性氣體混合物；閃點低于或等于環(huán)境溫度的可燃液體的蒸氣或薄霧與空氣混合形成爆炸性氣體混合物；在物料操作溫度高于可燃液體閃點的情況下,可燃液體有可能泄漏時,其蒸氣或薄霧與空氣混合形成爆炸性氣體混合物。同樣的爆炸性粉塵環(huán)境就是生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運或貯存過程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)可燃性粉塵與空氣形成的爆炸性粉塵混合物環(huán)境。

四、防爆電氣適用環(huán)境分區(qū),危險物料分級分組

為了能更有效地采取針對性的安全措施,從危險性的角度考慮,將爆炸環(huán)境進行區(qū)域劃分。

爆炸性氣體環(huán)境根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻率程度和持續(xù)時間按下列規(guī)定進行分區(qū)。

0區(qū)：連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

1區(qū)：在正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

2區(qū)：在正常運行時不太可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境,或即使出現(xiàn)也僅是短時存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

爆炸危險區(qū)域應(yīng)根據(jù)爆炸性粉塵環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間,按下列規(guī)定進行劃分。

20區(qū)：空氣中的可燃性粉塵云持續(xù)地或長期地或頻繁地出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域。

21區(qū)：在正常運行時,空氣中的可燃性粉塵云很可能偶爾出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域。

22區(qū)：在正常運行時,空氣中的可燃粉塵云一般不可能出現(xiàn)于爆炸性粉塵環(huán)境中的區(qū)域,即使出現(xiàn),持續(xù)時間也是短暫的。

由此可以看出,爆炸性氣體環(huán)境的危險性0區(qū)＞1區(qū)＞2區(qū),爆炸性粉塵環(huán)境的危險性20區(qū)＞21區(qū)＞22區(qū)。

實際生產(chǎn)過程中,用到的物料也是各種各樣,因此相關(guān)法規(guī)也做了相關(guān)規(guī)定。我國將爆炸性物質(zhì)分為三類：I類：礦井(專用設(shè)備本文不涉及)；Ⅱ類：爆炸性氣體混合物(含蒸氣、薄霧)；Ⅲ類：爆炸性粉塵和纖維。爆炸性氣體混合物按其最大試驗安全間隙或最小電流比進行分成三級,危險性ⅡA＜ⅡB＜ⅡC(如表1所示)。同時根據(jù)引燃爆炸性氣體混合物的最低溫度即引燃溫度進行分組,分為6個組別(如表2所示)。

表1 爆炸性氣體混合物分級

表2 引燃溫度分組

爆炸性粉塵環(huán)境中粉塵也根據(jù)物料的不同分為以下三級,ⅢA級：可燃性飛絮；ⅢB級：非導(dǎo)電性粉塵；ⅢC級：導(dǎo)電性粉塵。

五、常用的防爆電氣設(shè)備

目前,我國的防爆電氣設(shè)備根據(jù)防爆方法不同一般分為本質(zhì)安全型“ia”“ib”“ic”,隔爆型 “d”,增安型 “e”,油浸型 “o”,正壓型 “px”“py”,充砂型 “q”,無火花“n A”,火花保護 “nC”,澆封型 “ma”“mb”“mc”,限制呼吸 “nR”,限能 “n L”等。

(1)本質(zhì)安全型是指其內(nèi)部的所有電路都是本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備,即該電路在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件(包括正常工作和規(guī)定的故障條件)下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路,是一種以抑制點火源能量為防爆手段的“安全設(shè)計”技術(shù)。這個設(shè)計直接做到了本質(zhì)安全,但缺點不適用于大功率設(shè)備。

(2)隔爆型是具有隔爆外殼的電氣設(shè)備。隔爆外殼應(yīng)能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力,并阻止內(nèi)部的爆炸向外部周圍爆炸性混合物傳播。此類設(shè)備是目前我國工廠使用率最高的,經(jīng)多年使用證明的優(yōu)良方法。但是同樣也存在缺點,如封裝大而重,對電纜也有特殊要求(導(dǎo)管、襯墊、封裝等),不允許帶電開蓋操作,打開封裝需要特殊工具,安裝和維護的錯誤會導(dǎo)致危險的情況等。

(3)正壓型指具有正壓外殼的電氣設(shè)備,即該外殼能保持內(nèi)部氣體的壓力高于外部環(huán)境大氣壓力,且能阻止外部爆炸性混合物的進入。主要是用空氣或惰性氣體換氣,在規(guī)定時間內(nèi)進行換氣后,當(dāng)外殼內(nèi)部壓力高于設(shè)計規(guī)定值時,外殼內(nèi)部電氣設(shè)備自動得電；當(dāng)內(nèi)部壓力低于規(guī)定值時就切斷主電源。缺點是安裝和維護工作復(fù)雜而昂貴,不許帶電開蓋操作。

(4)增安型是一種對在正常運行條件下不會產(chǎn)生電弧、火花的電氣設(shè)備采取一些附加措施以提高其安全程度,防止其內(nèi)部和外部部件可能出現(xiàn)危險溫度、電弧和火花可能性的防爆形式。目前在工廠用防爆電氣設(shè)備中,應(yīng)用最多的是隔爆型和增安型兩種形式,本質(zhì)安全型和正壓型也有一定用量,其他形式的防爆電氣設(shè)備因成本太高應(yīng)用的較少。

《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 50058—2014)引入了一個新的概念——電氣設(shè)備保護等級(EPL)：依據(jù)設(shè)備成為點燃源的可能性和爆炸性氣體環(huán)境及爆炸性粉塵環(huán)境所具有的不同特征而對設(shè)備規(guī)定的保護級別,更加細(xì)化了設(shè)備的分類。從表3可以看到設(shè)備保護級別的適用范圍：Ga＞Gb＞Gc適用氣體,Da＞Db＞Dc適用粉塵。

電氣設(shè)備還有一個IP等級,是針對電氣設(shè)備外殼對異物侵入的防護等級(如表4所示),防護等級多以IP后跟隨兩個數(shù)字來表述,數(shù)字用來明確防護的等級。第一位數(shù)字表明設(shè)備抗微塵的范圍,代表防止固體異物進入的等級,最高級別是6。第二位數(shù)字表明設(shè)備防水的程度,代表防止進水的等級,最高級別是8。

表3 爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備保護級別的選擇

表4 IP防護等級

六、防爆電氣設(shè)備的標(biāo)志

ExdeⅡBT4Gb這是一個常見氣體型防爆設(shè)備標(biāo)志,從左往右分別是Ex(防爆總標(biāo)志)、de(防爆型式)、ⅡB(設(shè)備防爆級別)、T4(溫度組別)、Gb(設(shè)備保護級別),同時對應(yīng)上面的介紹我們可以直接得出這個是隔爆增安型防爆設(shè)備適用氣體環(huán)境,防爆等級ⅡB,最高表面溫度200℃,本身防護等級Gb為高,可適用1區(qū)和2區(qū)。

七、防爆電氣選型原則

首先,要根據(jù)危險場所劃分的危險區(qū)域選用相應(yīng)的防爆類型。經(jīng)常會遇到粉塵環(huán)境在使用氣體型防爆設(shè)備的電氣設(shè)備,這是錯誤的。如果現(xiàn)場同時存在氣體和粉塵,應(yīng)同時滿足氣體和粉塵的防爆要求。不同的防爆型號由于采用的防爆措施不同,其安全程度也是不同的。

爆炸危險場所0區(qū),應(yīng)選用本質(zhì)安全型、澆封型及其他0區(qū)特殊的防爆型式；爆炸危險場所1區(qū),應(yīng)選用隔爆型、正壓型、本質(zhì)安全型、澆封型、充砂型、增安型(僅限接線盒、單插頭熒光燈、復(fù)合型等)；爆炸危險場所2區(qū)應(yīng)選用增安型和隔爆型等上述其他防爆形式。

其次,要根據(jù)爆炸危險場所可能存在的易燃易爆氣體、粉塵的不同來選擇防爆電氣設(shè)備的級別和溫度組別。比如,常見的氫氣爆炸極限很寬,需要用到防爆級別ⅡC,而它的引燃溫度需要500℃,所以溫度組別T1就可以了。

再次,應(yīng)考慮爆炸危險場所的環(huán)境對防爆設(shè)備性能的影響?，F(xiàn)場作業(yè)普遍存在有腐蝕性或有毒環(huán)境、高溫、高壓或低溫環(huán)境中使用,而在選用防爆設(shè)備時,應(yīng)考慮適應(yīng)這些特殊環(huán)境的特殊要求。

然后,選擇的設(shè)備要便于維修。防爆電氣設(shè)備使用期間的維護和保養(yǎng)極為重要。選擇防爆電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)越簡單越好,且管理方便,維修時間短,費用少,還要做好備品和備件的良好儲存。

最后,要注意經(jīng)濟效益。選用防爆電氣設(shè)備,選型不必高選,適用即可,同時應(yīng)對電氣設(shè)備的可靠性、壽命、運轉(zhuǎn)費用、耗能及維修等作全面的分析平衡,以選擇最合適符合防爆要求的電氣設(shè)備。

八、防爆電氣選型舉例

之前筆者在一家使用電石生產(chǎn)乙炔的企業(yè),通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)多項電氣設(shè)備等級不達標(biāo)。乙炔環(huán)境根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要防爆等級ⅡC級,溫度級別T2,而其現(xiàn)場存在大量照明燈和部分電機是ⅡB、T4的,溫度級別達到了,但達不到防爆等級要求。同時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有防爆設(shè)備主體都是符合要求的,唯獨開關(guān)不能到達防爆等級要求。這個就要求我們工作人員在日常工作中要認(rèn)真、仔細(xì)、負(fù)責(zé)。

在工作中經(jīng)常會碰到在同一個生產(chǎn)區(qū)域出現(xiàn)多種危險物料共存的情況。某化工廠有制氫車間和加氫車間,現(xiàn)場存在甲醇和氫氣環(huán)境,甲醇要求的防爆等級只要ⅡA級,溫度組別T2,而氫氣的防爆要求是ⅡC級,溫度組別T1,那么為了同時滿足兩者的要求,我們就必須要使用ⅡC、T2或更高要求的防爆設(shè)備。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)兩種以上危險物料時,我們應(yīng)該根據(jù)防爆區(qū)域的劃定來進行選型。如果這塊區(qū)域內(nèi)是甲醇的,另一塊區(qū)域是氫氣,那么根據(jù)各自的防爆要求選型。但如果兩種危險物料同時在一個區(qū)域里出現(xiàn),那就要兩者相比取其高的要求。

我們知道一個防爆電氣設(shè)備型號主要是由防爆形式、設(shè)備防爆級別、溫度組別和設(shè)備保護級別組成。在實際選型時主要由現(xiàn)場危險物料決定使用設(shè)備的防爆級別和溫度組別,可根據(jù)《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 50058—2014)中可燃物附表進行判定,這里簡單列舉了幾種常見的可燃性氣體和粉塵(如表5、表6所示)。

防爆電氣設(shè)備的防爆形式和設(shè)備保護級別則由劃分的爆炸危險區(qū)域所決定(如表3所示)。

表5 可燃性氣體或蒸氣爆炸性混合物分級、分組舉例

表6 可燃性粉塵特性舉例

九、結(jié)束語

在實際檢查中經(jīng)常會出現(xiàn)防爆等級或溫度組別不能滿足現(xiàn)場物料要求的情況,特別是在設(shè)備更換備件之后,往往因為備品備件不足而降低了防爆要求。更有甚者,我們在檢查中發(fā)現(xiàn)在同一防爆區(qū)內(nèi),輸送危險化學(xué)品(液體)的泵是防爆電機,而輸送水的泵是普通電機。這是防爆知識的缺失,安全培訓(xùn)得不到位,更是安全生產(chǎn)中的重大隱患。種種違規(guī)違章的行為,正在不斷降低現(xiàn)場的安全系數(shù)。隨著隱患排查治理的逐漸深化,化工生產(chǎn)安全事故逐漸減小,但是由于化學(xué)品的特殊性,此類事故一旦發(fā)生,后果不堪設(shè)想。

本文通過對國家標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和探討,總結(jié)出防爆電氣設(shè)備選型流程,見圖1。安全工作無小事,設(shè)備選型需謹(jǐn)慎。

圖1 防爆電氣設(shè)備選型流程圖