防爆基础知识介绍

防爆基础知识
Herbert Xu
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内容
防爆原理 危险区域的划分 爆炸性物质的分类、分级、分组 主要防爆技术以及发展趋势 NEC vs IEC
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防爆原理
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只是短时存在
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防爆设备安全应用的职责
区域划分： 一般为设计院 设备选型： 设计院、工程公司或最终用户 采购验收： 工程公司或其它采购单位 正确安装： 工程公司或其它安装单位 检查维护： 用户、业主 设备检修： 用户、业主、专业修理单位 人员培训： 用户、业主
最容易点燃 的浓度
可以被点燃的浓度
14% 6% 8%
34% 12%
9%
太浓
UEL
76% 80% 15%
100%
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气体名称 甲烷 丙烷 丁烷 异丁烷 乙醇 乙烯 乙醚 氢气 乙炔
爆炸界限
表 1 几种常见的可燃性气体或或蒸气的爆炸界限
爆炸上限 （vol%） 爆炸下限 （vol%）
20区 在这个区域中，易燃性粉尘在空气中形成云状物，并 且连续存在，或长时间或频繁存在。
21区 在这个区域中，一般条件下，易燃性粉尘偶尔会形成 云状物。
22区 在这个区域中，一般条件下，易燃性粉尘形成的云状 物一般不会发生，即使发生，也是短时行为。
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爆炸性物质的 分类、分级、分组
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NEC
T1
T2
T2A
T2B
温
T2C
T2D
度
T3
等
T3A
T3B
级
T3C
T4
T4A
T5
T6
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防爆电气温度等级
IEC
引燃温度(℃) 最大允许表面温度(℃)
T1
>450
450
T2
>300
300
280
260
230
T3
200<t<=215
T3A
180<t<=200
T3B
165<t<=180
T3C
160<t<=165
T4
135<t<=160
T4A
120<t<=135
T5
100<t<=120
T6
85<t<100
分组
点燃特性
难
易
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。
（下图是某种气体在一个5升球形容器中的实验 数据）
爆炸压力－时间图 （下图是爆炸压力随时间变化）
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火花
明火 电火花 机械火花
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点燃源
热源
马达 灯具 其它高温物体
引燃温度
气体名称 二硫化碳 乙醚 乙醛 辛烷 戊烷 异戊间二烯 丁烷 甲胺
15
5．0
9．5
2．1
8．5
1．5
8．5
1．8
19
3．5
34
2．7
48
1．7
75．6
4．0
82
1．5
爆炸还有一个条件：由易燃易爆气体，蒸汽，粉尘和空气组成的混 合物，且可燃气体浓度处于爆炸界限内（爆炸下限和爆炸上限）
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最大爆炸压力
在一个既定的容器内，最大爆炸压力跟气体种类 和气体浓度有关
IEC
70%
2% 28%
0区 1区 2区
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依据 IEC 79-10对危险性环境进行划分
2区
通风 口
0区
易燃易爆液 体 储油罐
1区
<
法兰 泵 管道
区域划分举例
爆炸性气体和空气的 混合物的存在
连续或长时间存
0区
在
在正常操作时有可
1区
能出现
不太会出现,
2区
甲烷 丙烷 乙烯 乙炔 氢气
NEC分级 标准
点燃特性
D
难
C
B
A
易
最大试验安全间隙（MESG）：在标准规定的试验 条件下，标准外壳内所有浓度的被试气体或蒸气与空 气的混合物点燃后，通过25mm长的接合面均不能点 燃壳体外部爆炸性混合物的外壳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）是相对于甲烷最小 点燃电流的比值。
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
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影响区域划分的因素
划分危险区域时应考虑以下因素： 存在危险物质的可能性 危险物质的释放量 危险物质的特性（比重、点燃特性等） 环境条件（如气压、温度、通风情况、风向等） 距离释放源的距离 危险物质泄露监控设施配置情况 爆炸后果的严重性
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分类
GB和IEC标准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（包括蒸气、薄雾） III类 － 爆炸性粉尘和纤维
NEC标准将爆炸性物质分为三类： Class I － 爆炸性气体 Class II － 爆炸性粉尘 Class III － 纤维
tD，DIP A/B
GB标准 GB3836.1 GB3836.2 GB3836.3 GB3836.4 GB3836.5 GB3836.6 GB3836.7 GB3836.8 GB3836.9 GB3836.14 GB12476.1
IEC标准 IEC60079-0 IEC60079-1 IEC60079-7 IEC60079-11 IEC60079-2 IEC60079-6 IEC60079-5 IEC60079-15 IEC60079-18 IEC60079-10 IEC61241-1-1
爆炸的基本条件
产生爆炸的基本条件：
1）爆炸性物质 2）空气/氧气 3）点燃源
爆炸性物质
氧气ຫໍສະໝຸດ Baidu
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点燃源
防止爆炸的方法： 1）避免形成爆炸性环境 2）消除可能的点燃源
可燃性气体和空气混合物的浓度在一定范围内
爆炸界限
太稀薄
0%
LEL
Hydrogen（氢） 4% Acetylene （乙炔）1,5% Methane （甲烷） 5%
标准
GB50058-1992
爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范
GB3836.14-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第14部分 危险场所分类
GB12476.3-2007 可燃性粉尘环境用电气设备 第3部分 存 在或可能存在可燃性粉尘的场所分类
中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程（试行）1987年
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分级
基于MESG和MICR的气体分级
中国、IEC 分级标准
I IIA IIB
IIC
MESG (mm)
MICR
1.14 0.9<MESG<1.14
0.5~0.9
1.0 0.8<MICR<1.0
0.45~0.8
MESG<0.5
MICR<0.45
典型气体
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中国、IEC分组标准 T1 T2
T3
T4 T5 T6
基于AIT的气体分组
NEC分组标准
气体引燃温度 t(oC)
T1
>450
T2
300<t<=450
T2A
280<t<=300
T2B
260<t<=280
T2C
230<t<=260
T2D
215<t<=230
表2 几种常见的可燃性气体或蒸气的引燃温度
引燃温度 （℃） 102 170 140 210 285 220 365 430
气体名称 乙烯 环氧丙烷 乙炔 环丙烷 甲烷 丙烷 氨 氢
引燃温度 （℃） 425 430 305 495 537 466 630 560
不同气体的引燃温度是不一样的，因此不同气体对防爆电器的温度 要求也是不一样的。
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IEC和NEC的区别
IEC Zone 0 Zone 1 Zone 2
NEC
危险程度
高 Division 1
低 Division 2
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粉尘危险环境的区域划分
对于粉尘场所，同样划分为3个区域， 即Zone 20、Zone 21和 Zone 22区。
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9
危险区域的划分
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区域划分
中国防爆标准与IEC标准一样，把爆炸性气体危险场所划分为 3个区域，即0区 Zone 0、1区 Zone 1和2区 Zone 2。 0区 在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地或长时间存
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危险程度
爆炸危险环境的危险程度跟以下有关
安全和 技术限制
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区域
气体或 粉尘种类
主要防爆技术 （防爆型式）
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常用防爆型式
目前常用的电气防爆技术/型式： 1. 隔爆型 (Ex d) 2. 增安型 (Ex e) 3. 本安型 (Ex ia/ib) 4. 浇封型 (Ex ma/mb) 5. 充砂型 (Ex q) 6. 油浸型 (Ex o) 7. 正压型 (Ex px/py/pz) 8. n型 (Ex nA/nC/nL/nR/nZ) 9. 粉尘防爆 (tD, DIP A/B) 10. 其它特殊型
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GB及IEC相关标准
爆炸环境
气体 (I、II)
防爆型式 通用要求 隔爆型 增安型 本质安全型 正压型 油浸型 充砂型
n型 浇封型 气体区域场所分类 外壳保护型设备
符号
d e ia，ib，ic (nL) px，py，pz (nZ) o q nA, nR, nL, nC, nZ ma，mb
本质安全型
iaD，ibD
IEC61241-11
粉尘 (III)
浇封型
maD，mbD
IEC61241-18
正压型
pD
IEC61241-4
粉尘防爆场所分类
GB12476.3 IEC 61241-10
防爆国家标准不同于工业标准，对产品品质有更高的要求
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防爆电气设备的通用要求
运行温度：至少满足－20C ～ ＋40C，否则证书编号后加“X”。 最高表面温度：必须小于设备温度组别对应的温度（与防爆型式有关）。
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常用防爆型式简介
防爆型式
符号
IEC 标准 原理
隔爆
充砂
正压
油浸
浇封
增安
本安
d
q
p
o
ma, mb
e
ia, ib
IEC 60079-1 IEC 60079-5 IEC 60079-2 IEC 60079-6 IEC 60079-18 IEC 60079-7 IEC 60079-11 EN 60079-1 EN 60079-5 EN 60079-2 EN 60079-6 EN 60079-18 EN 60079-7 EN 60079-11
机械强度 - I类设备：20J （低冲击7J） - II类设备：7J （低冲击4J） - 携带式设备需进行1米高自由跌落（4次）
外壳防护等级 - Exe, n, DIP产品一般应满足IP54 - 并非所有防爆型式均要求高于IP54，但低于IP54就不能用于户外。
外壳材料 - 金属：II类含镁量不大于6％，I类不大于15％ - 非金属：表面电阻1GΩ，或限制表面积，或证明不会积聚静电，否则设置 警告牌；非金属材料的COT应高于最高工作温度10C，且满足耐热耐寒性、 耐光照试验（否则证书编号后加“X”）。
氯丁烷
乙醚，三 甲胺
酯
亚硝酸 乙脂
环氧乙烷，2-
II B
焦炉煤气，环丙烷，丙烯 环氧丙烷，乙 二甲醚，硫化氢， 四氟乙烯，
腈
烯，1,3-丁二 四氢呋喃，丙烯醛 二乙醚
烯
II C
水煤气，氢气
乙炔
二硫 化碳
硝酸乙 脂
I 类：煤矿用电气设备 II 类: 除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。按爆炸性气体的特性，隔爆型和 本质安全型电气设备又分为IIA， IIB和 IIC类。
在的场所。（1000h/y以上）
1区 在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所 。（10～1000h/y）
2区 在正常情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，或既 使出现也只是短时间存在的场所。（10h/y以下）
非危险区域（1h/y以下）
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爆炸危险区域划分的主要标准依据
215
T3
>200
200
180
165
160
T4
>135
135
120
T5
>100
100
T6
>85
85
常见气体分级、分组
组（温度等级）
类/级
T1
T2
T3
T4
T5 T6
I
甲烷
丁烷，甲醇，
II A
乙烷，丙烷，丙酮，苯乙 烯，氯苯，甲苯，苯，氨，
一氧化碳，甲醛，苯氨
乙醇，丙烯， 氯乙烯，醋酸 丁酯，乙酸戊
戊烷，巳烷，庚烷， 癸烷，辛烷，汽油，