范詠峰，李玲

(1. 中科合成油工程有限公司，北京100028；2. 中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京100101)

爆炸形成的三個(gè)必要條件是： 爆炸物質(zhì)、助燃劑和點(diǎn)燃源，且三個(gè)條件必須同時(shí)存在?？諝馀c爆炸物質(zhì)的混合濃度在爆炸極限范圍以內(nèi)，并且以上三個(gè)條件同時(shí)存在，才可能產(chǎn)生爆炸。

儀表防爆基本原理即設(shè)法移除三個(gè)條件中的一個(gè)或多個(gè)條件，使出現(xiàn)火災(zāi)和爆炸的可能性盡可能的降低。防爆技術(shù)包括： 隔爆型“d”為抑制型，將爆炸范圍控制在外殼內(nèi)部；增安型“e”為預(yù)防免除型，對(duì)設(shè)備進(jìn)行增加安全度的設(shè)計(jì)，避免采用通常情況下可能產(chǎn)生火花和熱表面的組件、接線和布線；本安型“i”為限能型，通過限制能量和溫度，從本質(zhì)上避免成為點(diǎn)燃源；正壓型“p”為分離型，排除爆炸物質(zhì)或混合物。

本文中的爆炸環(huán)境指的是爆炸性氣體環(huán)境，簡(jiǎn)稱爆炸環(huán)境。

1 爆炸物質(zhì)點(diǎn)燃特性

儀表設(shè)備的電火花和熱表面是產(chǎn)生爆炸的主要點(diǎn)燃源，不同爆炸物質(zhì)的點(diǎn)燃特性不盡相同。為了使防爆技術(shù)更有針對(duì)性，有必要對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域分區(qū)，對(duì)爆炸物質(zhì)進(jìn)行分級(jí)、分組。爆炸物質(zhì)的不同點(diǎn)燃特性舉例見表1所列。

表1 爆炸物質(zhì)點(diǎn)燃特性

2 區(qū)域劃分

爆炸環(huán)境的定義為空氣與可燃物形成混合物，在自然環(huán)境條件下，被點(diǎn)燃后能夠保持燃燒自行傳播的環(huán)境。危險(xiǎn)場(chǎng)所的定義是爆炸物質(zhì)出現(xiàn)或預(yù)期可能出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間和數(shù)量達(dá)到需要對(duì)儀表設(shè)備采取防爆措施的區(qū)域。

根據(jù)爆炸混合物出現(xiàn)的頻率把爆炸環(huán)境分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。區(qū)域劃分和爆炸混合物出現(xiàn)頻率的關(guān)系見表2所列。

表2 區(qū)域劃分和爆炸混合物出現(xiàn)頻率的關(guān)系 h/a

3 分級(jí)和分組

3.1 分類

爆炸環(huán)境分為三類，見表3所列。

表3 爆炸環(huán)境的分類

3.2 分級(jí)

爆炸環(huán)境Ⅱ類分為三個(gè)級(jí)別： ⅡA，ⅡB，ⅡC。爆炸混合物按最大的試驗(yàn)安全間隙(MESG)或/和最小的點(diǎn)燃電流比(MICR)分級(jí)見表4所列。

表4 爆炸混合物按MESG或/和MICR分級(jí)

表4中，MESG定義為在文獻(xiàn)[1]中規(guī)定的試驗(yàn)條件下，空氣和各種濃度的可燃物混合，當(dāng)內(nèi)部點(diǎn)燃時(shí)，能夠阻止內(nèi)部點(diǎn)燃產(chǎn)生的能量通過25 mm長(zhǎng)的接合面，即無(wú)法點(diǎn)燃?xì)んw外面的爆炸混合物，對(duì)應(yīng)的接合面最大的間隙；MIC定義為在符合IEC 60079-11規(guī)定的試驗(yàn)裝置中，電感電路或電阻電路中引起爆炸試驗(yàn)可燃混合物點(diǎn)燃對(duì)應(yīng)的最小電流；MICR定義為各種可燃物的最小的點(diǎn)燃電流與甲烷在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得最小的點(diǎn)燃電流值的比值。

根據(jù)ISO/IEC 80079-20-1： 2017，需要同時(shí)根據(jù)MESG和MICR進(jìn)行分類的情況有： 當(dāng)0.5

3.3 分組

爆炸混合物按照引燃溫度分組，見表5所列。

表5 引燃溫度的分組 ℃

4 保護(hù)級(jí)別

保護(hù)級(jí)別(EPL)定義為根據(jù)儀表成為引燃源的可能性和爆炸物質(zhì)所具有的不同特征而對(duì)儀表規(guī)定的保護(hù)級(jí)別。Ⅱ類儀表保護(hù)級(jí)別分為Ga，Gb和Gc三個(gè)級(jí)別。

Ga定義為儀表具有“很高”的保護(hù)級(jí)別，在正常以及出現(xiàn)預(yù)期范圍內(nèi)的故障或罕見的故障時(shí)不會(huì)成為點(diǎn)燃源；Gb定義為儀表具有“高”的保護(hù)級(jí)別，在正常以及預(yù)期范圍內(nèi)的故障條件下不能成為點(diǎn)燃源；Gc定義為儀表具有“一般”的保護(hù)級(jí)別，在正常狀態(tài)中不能成為點(diǎn)燃源。不同保護(hù)級(jí)別的相關(guān)描述見表6所列。

表6 不同保護(hù)級(jí)別的相關(guān)描述

5 儀表防爆設(shè)計(jì)

5.1 基本規(guī)定

儀表和相關(guān)的線路，特別是正常狀態(tài)下有可能能出現(xiàn)火花的儀表，優(yōu)先布置在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所以外。當(dāng)確實(shí)需要布置在危險(xiǎn)場(chǎng)所內(nèi)部時(shí)，應(yīng)布置在危險(xiǎn)性相對(duì)較小的位置。

5.2 防爆儀表的選擇

5.2.1選擇儀表應(yīng)考慮的因素

儀表應(yīng)根據(jù)以下因素進(jìn)行選擇： 危險(xiǎn)區(qū)域的分區(qū)，可燃物質(zhì)的分類和分級(jí)，可燃物質(zhì)的溫度分組。儀表保護(hù)級(jí)別、類別/級(jí)別和組別應(yīng)與環(huán)境的分區(qū)、分級(jí)和分組相對(duì)應(yīng)一致。防爆儀表選型流程如圖1所示。

圖1 防爆儀表選型流程示意

5.2.2 危險(xiǎn)區(qū)域劃分與儀表保護(hù)級(jí)別之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

危險(xiǎn)區(qū)域劃分與儀表保護(hù)級(jí)別之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

1)應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域的分區(qū)選擇儀表保護(hù)級(jí)別，危險(xiǎn)區(qū)域與適用的儀表保護(hù)級(jí)別見表7所列。

表7 危險(xiǎn)區(qū)域與適用的儀表保護(hù)級(jí)別

2)常用儀表保護(hù)級(jí)別與儀表防爆型式選擇的關(guān)系應(yīng)符合表8所列。

5.2.3儀表設(shè)備的類別/級(jí)別和溫度組別

儀表設(shè)備的類別/級(jí)別和溫度組別不應(yīng)低于環(huán)境的類別/級(jí)別和溫度組別。

1)環(huán)境分級(jí)與儀表類別選型的關(guān)系應(yīng)符合表9所列。

2)Ⅱ類儀表設(shè)備的溫度組別、最高允許表面溫度和引燃溫度之間對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合表10所列。

表10 Ⅱ類儀表設(shè)備的各溫度組別的關(guān)系

6 常用儀表防爆型式介紹

防爆型式定義為用于防止點(diǎn)燃周圍爆炸性氣體或蒸氣環(huán)境而對(duì)儀表設(shè)備采取預(yù)防措施的型式。

6.1 隔爆型“d”

隔爆型“d”是儀表的一種防爆型式，外殼能夠抵抗通過接合面或間隙進(jìn)入外殼內(nèi)部的爆炸物質(zhì)，在外殼內(nèi)部發(fā)生爆炸而不會(huì)損壞，并且不能點(diǎn)燃外殼外部的爆炸環(huán)境。

采用該防爆型式的儀表外殼必須具有可以抵抗內(nèi)部爆炸的強(qiáng)度，并且外殼接合面必須有足夠的嚙合長(zhǎng)度和足夠小的接合面間隙，保證內(nèi)部爆炸時(shí)，爆炸的能量不會(huì)穿透接合面而導(dǎo)致外部爆炸環(huán)境爆炸，屬于間隙防爆，通過間隙、嚙合長(zhǎng)度來達(dá)到熄火/降溫效果。外殼的各接合面，如儀表外殼螺紋的精度和圈數(shù)，用于零點(diǎn)/量程調(diào)整的螺釘和表殼之間，變送器檢測(cè)部件和轉(zhuǎn)換部件的接合間隙，包括電纜引入裝置接合間隙等，都必須滿足接合面的要求。外殼應(yīng)滿足GB 3836系列標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且應(yīng)該與實(shí)際使用的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相適應(yīng)。

該防爆型式廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化儀表，通常用于功耗相對(duì)較大的儀表或者采用外供電的儀表。外殼禁止帶電開蓋。

6.2 增安型“e”

增安型“e”是儀表設(shè)備的一種防爆型式，通過采取一些必要的措施，提高防護(hù)程度，避免或減少正常狀態(tài)或規(guī)定的狀態(tài)下產(chǎn)生危險(xiǎn)的電弧、火花和溫度的可能性。

采用該防爆型式的儀表外殼不必具有可以承受內(nèi)部爆炸的強(qiáng)度，但需要能耐受規(guī)定的機(jī)械沖擊力。外殼防護(hù)等級(jí)需要滿足文獻(xiàn)[3]中4.9節(jié)的相關(guān)要求，通常要求至少達(dá)到IP54防護(hù)等級(jí)。

主要措施包括： 可靠的連接、接線的防松、爬電距離和電氣間隙的控制、絕緣、溫度保護(hù)、外殼的防護(hù)等。

儀表通常配置有調(diào)整零點(diǎn)/滿刻度的選擇開關(guān)或者電位器，通常被認(rèn)為在正常情況下可能產(chǎn)生電火花，因此儀表設(shè)計(jì)中不應(yīng)選用增安型。該防爆型式典型應(yīng)用有接線盒等。

6.3 本安型“i”

本安型“i”是儀表設(shè)備的一種防爆型式，它是利用限能關(guān)聯(lián)設(shè)備或本身具有的特性，將儀表設(shè)備和連接導(dǎo)線可能產(chǎn)生電火花或熱表面的能量限制在不足以點(diǎn)燃爆炸環(huán)境的水平。

該防爆型式是一種以抑制儀表能量為防爆手段的“本安”技術(shù)，通過合理的選擇本安參數(shù)，限制電火花的能量，保證在正常和規(guī)定的故障狀態(tài)下不能產(chǎn)生能夠點(diǎn)燃爆炸環(huán)境的熱表面和電火花。

采用該防爆型式的儀表設(shè)備的外殼是必需的，外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件確定，詳見文獻(xiàn)[4]中6.1節(jié)的要求。

該防爆型式是一種低功率的設(shè)計(jì)技術(shù)，允許帶電開蓋維護(hù)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化儀表中，典型應(yīng)用有本安變送器等。

6.4 正壓型“p”

正壓型“p”是維持外殼內(nèi)的氣體壓力高于外部環(huán)境的大氣壓力，阻止外部可燃物進(jìn)入外殼內(nèi)的一種防爆型式。該防爆型式分為三種型式，分別是： px，py和pz。

1)px型。將外殼內(nèi)儀表的保護(hù)級(jí)別由Gb級(jí)別降低到非危險(xiǎn)的保護(hù)型式。

2)py型。將外殼內(nèi)儀表的保護(hù)級(jí)別由Gb級(jí)別降低到Gc級(jí)別的保護(hù)型式。

3)pz型。將外殼內(nèi)儀表的保護(hù)級(jí)別由Gc級(jí)別降到非危險(xiǎn)的保護(hù)型式。

該防爆型式通過置換外殼內(nèi)的可燃物，達(dá)到規(guī)定的區(qū)域要求，通過保持規(guī)定的正壓，使周圍可燃物不能進(jìn)入外殼內(nèi)。外殼應(yīng)符合文獻(xiàn)[5]中表2規(guī)定的防護(hù)等級(jí)要求。典型應(yīng)用如正壓小屋等。

7 補(bǔ)充說明

防爆儀表除了需要滿足本文提及的要求外，還應(yīng)滿足相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)定的要求，比如外殼防護(hù)等級(jí)還應(yīng)滿足項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，如果執(zhí)行文獻(xiàn)[6]，則應(yīng)滿足其中的4.10節(jié)的要求： 安裝于現(xiàn)場(chǎng)的電子式儀表的防護(hù)等級(jí)不低于文獻(xiàn)[7]中規(guī)定的IP65。

8 結(jié)束語(yǔ)

爆炸環(huán)境具有危險(xiǎn)性和復(fù)雜性的特性，為了保障人身和財(cái)產(chǎn)的安全以及正常的生產(chǎn)運(yùn)行，應(yīng)將爆炸環(huán)境進(jìn)行分區(qū)、分級(jí)、分組，并據(jù)此選擇合適的防爆儀表。爆炸環(huán)境的分區(qū)表征了出現(xiàn)爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境的頻率，儀表保護(hù)級(jí)別的選擇應(yīng)符合爆炸環(huán)境的分區(qū)。

爆炸環(huán)境根據(jù)爆炸物質(zhì)進(jìn)行分類，石油化工行業(yè)爆炸環(huán)境通常是Ⅱ類。不同類別的防爆儀表設(shè)備具有不同的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和檢驗(yàn)等方面有不同的特點(diǎn)和要求，爆炸環(huán)境的分類使儀表防爆設(shè)計(jì)和選型更有針對(duì)性。儀表防爆設(shè)計(jì)和選型應(yīng)符合爆炸環(huán)境的分級(jí)和分組，滿足防爆參數(shù)要求，確保防爆型式的可靠性和有效性。