化工生产安全-紧急停车联锁-SIS系统
紧急停车系统ESD
第一讲ESD紧急停车系统1名称、作用、构成紧急停车系统（Emergency ShutDown system – ESD）亦称为安全仪表系统（Safety – Instrument System – SIS）、安全联锁系统（Safety Interlock System –SIS）、安全关联系统（Safety Related System – SRS）、仪表保护系统（Instrument Protective System – IPS）等。
以下统称ESD。
大多石油和化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险。
当某些工艺参数超出安全极限，未及时处理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、周边环境污染等恶性事故。
这就是说，从安全的角度出发，石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。
ESD是一种经专门机构认证、具有一定安全度等级，用于降低生产过程风险的安全保护系统。
它不仅能响应生产过程因超出安全极限而带来的危险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定的条件或程序使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。
ESD由检测单元（如各类开关、变送器等）、控制单元和执行单元（如电磁阀、电动门等）组成，其核心部分是控制单元。
从ESD 的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器（Electrical）、电子固态电路（Electronic）和可编程电子系统（Programmable Electronic System），即E/E/PES三个阶段。
图1为由PES构成的ESD。
图1 ESD的构成2ESD的相关标准及认证机构鉴于ESD涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均制定了相关的标准、规范，使得ESD的设计、制造、使用均有章可循。
并有权威的认证机构对产品能达到的安全等级进行确认。
这些标准、规范及认证机构主要有：①我国石化集团制定的行业标准SHB-Z06-1999《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》。
仪表安全等级的定义和区别SILSIL与SIL有什么区别
Esd（Emergency Shutdown Device）:紧急停车系统，多数应用于石油和化工系统，是一个独立于DCS系统的控制单元，在工艺发生危险状况时，对设备，环境等进行紧急的启挺，开关操作。
配置设备以高档的PLC居多，多数处理DI/DO点，现在多数与DCS进行通讯。
SIS（SIS, safety instrumented system）:安全仪表系统，主要用于汽轮机，压缩机等高速运转设备，对轴承的转速，震动，位移，温度等进行检测，对设备进行保护，原来设计多为模块组合，相当于与智能仪表的组合体。
SIS是安全仪表系统，ESD是紧急停车系统，ESD属于SIS的一部分。
SIS包括现场仪表、逻辑解决器、执行机构三部分，这三个部分都要是安全设计的，常规的ESD系统只是SIS的逻辑解决器这部分，当然也要是安全设计的。
随便举个例子，不一定合适，但是可以帮助理解这些概念。
西门子的PCS7 系统。
包含了S7-400H 硬件，WinCC 监控软件，Simaticnet 通讯软件。
Step7编程软件。
PDM等智能仪表工具。
PCS7 是一系列软件，硬件的组合体，是一个系统的概念。
SIS 基本上也是同样的道理。
?从本质上来讲，SIS 的硬件系统不光包括，SIS控制器及IO（例如Triconex，HIMA，西门子400FH）。
还应包括所有跟控制器接口的其他输入部件，例如获得TUV SIL认证的传感器，变送器，检测装置；还应该包括所有输出部件，如获得TUV SIL认证的执行器（液压安全执行器，气动安全执行器，电动型安全执行器），还应该有获得认证的现场设备。
－－要求严格的现场，阀门本体也必须是有TUV 证书的。
例如核电厂的安全阀不光是锅炉与压力容器质检合格，还应该有核检证书，还应该有TUV的安规证书，明确标明是SIL几等级。
那么，我们现在再来理解这些概念，，，安全型控制器（目前这个叫法最科学）??仅仅是SIS系统硬件中的一环。
仪表安全等级的定义和区别,SIL SIL 与SIL有什么区别？
Esd（Emergency Shutdown Device）:紧急停车系统，多数应用于石油和化工系统，是一个独立于DCS系统的控制单元，在工艺发生危险状况时，对设备，环境等进行紧急的启挺，开关操作。
配置设备以高档的PLC居多，多数处理DI/DO点，现在多数与DCS 进行通讯。
SIS（SIS, safety instrumented system）:安全仪表系统，主要用于汽轮机，压缩机等高速运转设备，对轴承的转速，震动，位移，温度等进行检测，对设备进行保护，原来设计多为模块组合，相当于与智能仪表的组合体。
SIS是安全仪表系统，ESD是紧急停车系统，ESD属于SIS的一部分。
SIS包括现场仪表、逻辑解决器、执行机构三部分，这三个部分都要是安全设计的，常规的ESD系统只是SIS的逻辑解决器这部分，当然也要是安全设计的。
随便举个例子，不一定合适，但是可以帮助理解这些概念。
西门子的PCS7 系统。
包含了S7-400H 硬件，WinCC 监控软件，Simaticnet 通讯软件。
Step7编程软件。
PDM等智能仪表工具。
PCS7 是一系列软件，硬件的组合体，是一个系统的概念。
SIS 基本上也是同样的道理。
?从本质上来讲，SIS 的硬件系统不光包括，SIS控制器及IO（例如Triconex，HIMA，西门子400FH）。
还应包括所有跟控制器接口的其他输入部件，例如获得TUV SIL认证的传感器，变送器，检测装置；还应该包括所有输出部件，如获得TUV SIL认证的执行器（液压安全执行器，气动安全执行器，电动型安全执行器），还应该有获得认证的现场设备。
－－要求严格的现场，阀门本体也必须是有TUV 证书的。
例如核电厂的安全阀不光是锅炉与压力容器质检合格，还应该有核检证书，还应该有TUV的安规证书，明确标明是SIL几等级。
那么，我们现在再来理解这些概念，，，安全型控制器（目前这个叫法最科学）??仅仅是SIS系统硬件中的一环。
安全仪表系统SIS
硬件组件
控制器模块
回路图
现场→端子板→继电器→ 通道→卡件→CPU→工程 师站
停机应急处理
1.如突然停机，请不要慌乱，主操与外操及维保人员相互配合应立即 启动备用压缩机. 1.1首先工艺人员按照正常的操作流程启动油泵，使油压达到起 机条件.。 1.2然后仔细查看压缩机的所有条件是否满足，再按复位按钮复 位。 1.3内操盯紧SIS与DCS画面，同时与外操人员保持沟通。
冗余设置原则：1级 SIS 可采用单一阀门； 2级宜采用冗余阀门；如采用单一阀门，电磁阀宜冗余配置； 3级宜采用冗余阀门；可采用一个控制阀和一个切断阀； 电磁阀设置原则：电磁阀应采用长期带电，低功耗，隔爆型；由SIS系统供电。 1.4 独立设置的目的 1.4.1 降低控制功能和安全功能同时失效概率，当维护DCS部分故障时也不会危及 安全保护系统； 1.4.2 对于大型装置或旋转机械设备，紧急停车系统响应速度越快越好，这有利于 保护设备，避免事故扩大和分析事故原因记录，DCS处理大量过程监测信息，因 此其响应速度难以作得很快； 1.4.3 DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起 人为误动作；而SIS是静态的，不需要人为干预，这样设置SIS可以避免人为误动 作。 2、冗余（用多个相同的模块或部件实现特定功能或数据处理） 2.1 元件冗余：具有指定的独立的N：1重元件，并且自动检测故障，切换到后备 设备上； 2.2 表决（用多数原则确定结论）结构：如三取二表决电路，排除由于元件故障而 出现的虚假动作，避免不应有的停车事故。
安全仪表系统(Safety Instrumented System - SIS)包括传感器（Sensor）、逻辑 运算器（Logic solver) 和最终执行元件(Final element) 。 1.1 SIS传感器选用： 独立设置原则： 1级 SIS传感器可与DCS共用； 2级 SIS传感器宜与DCS分开； 3级 SIS传感器应与DCS分开； 冗余设置原则： 1级 SIS传感器可采用单一的传感器； 2级 SIS传感器宜采用冗余的传感器； 3级 SIS传感器应采用冗余的传感器； 冗余选择原则：保证系统的安全性时，采用“或”逻辑结构； 保证系统的可用性时，采用“与”逻辑结构；当系统的安全性和可用性均需保证 时，采用“三取二”逻辑结构； 传感器宜采用隔爆型的变送器（压力、差压、差压流量、差压液位、温度），不 宜采用开关型传感器；传感器由SIS系统供电。
SIS安全仪表控制系统设计原则
SIS安全仪表系统设计原则SIS 安全仪表系统(ESD紧急停车系统)的主要作用是在工艺生产过程发生危险故障时将其自动或手动带回到预先设计的安全状态，以确保工艺装置的生产的安全，避免重大人身伤害及重大设备损坏事故。
在安全仪表系统的设计过程中，IEC 61508，IEC 61511提供了极好的国际通用技术规范和参考资料，在安全仪表系统回路设计过程中，一般需要遵循下列几点原则。
1、SIS 安全仪表系统(ESD紧急停车系统)设计的可靠性原则（安全性原则）为了保证工艺装置的生产安全，安全仪表系统必须具备与工艺过程相适应的安全完整性等级SIL（Safety Integrity Level）的可靠度。
对此，IEC 61508进行了详细的技术规定。
对于安全仪表系统，可靠性有两个含义，一个是安全仪表系统本身的工作可靠性；另一个是安全仪表系统对工艺过程认知和联锁保护的可靠性，还应有对工艺过程测量，判断和联锁执行的高可靠性。
评估安全完整性等级SIL的主要参数就是PFDavg(probability of failure on demand 平均危险故障率)，按其从高到低依次分为1~4级。
在石化行业中一般涉及到的只有1，2，3级，因为SIL4级投资大，系统复杂，一般只用于核电行业。
2、SIS 安全仪表系统(ESD紧急停车系统)设计的可用性原则为了提高系统的可用性，SIS 安全仪表系统(ESD紧急停车系统)应具有硬件和软件自诊断和测试功能。
安全仪表系统应为每个输入工艺联锁信号设置维护旁路开关，方便进行在线测试和维护同时减少因安全仪表系统系统维护造成的停车。
需要注意的是用于三选二表决方案的冗余检测元件不需要旁路，手动停车输入也不需要旁路。
同时严禁对安全仪表系统输出信号设立旁路开关，以防止误操作而导致事故发生。
如果SIL计算表明测试周期小于工艺停车周期，而对执行机构进行在线测试时无法确保不影响工艺而导致误停车，则安全仪表系统的设计应当根据需要进行修改，通过提高冗余配置以延长测试周期或采用部分行程测试法，对事故状态关闭的阀门增加手动旁通阀，对事故状态开启的阀门增加手动截止阀等措施，以允许在线测试安全仪表系统阀门。
化工有限公司安全仪表系统SIS(PPT77页)
安全仪表系统(SIS )
中海石油建滔化工有限公司 电仪技术部
化工有限公司安全仪表系统SIS(PPT77 页)
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1 什么是安全仪表系统?
化工有限公司安全仪表系统SIS(PPT77 页)
化工有限公司安全仪表系统SIS(PPT77 页)
SIS可以包括或不包括软件 SIS的一部分也可能是人的动作
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SIS安全仪表系统
如图2所示，这是一个气液分离容器A液位控制的安 全仪表功能回路图。对这个安全仪表功能完整的描述 是：当容器液位开关达到安全联锁值时，逻辑运算器 （图3）使电磁阀2断电，则切断进调节阀膜头信号， 使调节阀切断容器A进料，这个动作要在3秒内完成， 安全等级必须达到SIL2。这是一个安全仪表功能的 完整描述，而所谓的安全仪表系统，则是类似一个或 多个这样的安全仪表功能的集合。
化工有限公司安全仪表系统SIS(PPT77 页)
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图1 SIS的构成
下图为由PES构成的SIS
检测单元
输入模块
PES 控制模块
输出模块
执行单元
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1 什么是安全仪表系统?
在IEC61508 中，SIS被称为安全相关系统（Safety Related System）,将被控对象称为被控设备（EUC）。
IEC61511将安全仪表系统SIS定义为用于执行一个或多个安全仪 表功能（Safety Instrumented Function,SIF）的仪表系统。SIS是由 传感器（如各类开关、变送器等）、逻辑控制器、以及最终元件 （如电磁阀、电动门等）的组合组成,如图1所示。
石油化工装置安全仪表系统的设计分析
石油化工装置安全仪表系统的设计分析随着石油化工装置经济规模的不断扩大，生产自动化水平得到了提升，对安全管理的要求也日益严格。
为保证化工设置生产安全，安全仪表系统受到了国家及相关生产企业的重视。
国家安全监管总局针对化工安全仪表系统管理提出了明確的指导意见，需注重化工安全仪表系统设计、安装调试及操作维护管理等。
若安全仪表系统功能不能正常发挥，系统设计存在多种缺陷，则易引发各类安全事故。
因此，安全仪表系统的合理设计至关重要。
1石油化工装置安全仪表系统概述安全仪表系统（SIS）又被称为安全联锁系统、紧急停车系统、安全关联系统、安全停车系统等。
该系统可对生产装置或设备可能存在的风险、控制风险范围进行分析和监测，并采取相应的措施，使其进入一个预定义的安全停车工况，可弱化故障的恶劣影响，有效控制影响范围，维护生产系统、设备以及环境、工作人员的生命安全。
SIS在过程变量越限、机械设备、系统自身故障或是能源中断时，可以自动完成预先设定的动作，使操作人员、工艺装置转入安全状态。
SIS自身是故障安全型系统，对硬件与软件的可靠性要求较高。
安全仪表系统主要由传感器、逻辑运算单元以及最终控制元件等共同组成，对工业安全进行层次化管理，如图2所示，其中最为关键的是工艺流程的确定以及选用的生产装置的运行性能。
建立基本过程控制系统需对过程对象及运行状态进行严格监督。
若运行状态超出了系统极限，系统则会自动将其设置为安全状态。
预定条件参数主要包括压力高限、温度高限等。
安全仪表可以对生产系统中的高风险工艺及危险状态进行检测，通过组态的连锁逻辑对现场的电磁阀进行控制, 进行切断或导通等处理，从而保证生产工作人员的安全。
2石油化工装置安全仪表系统设计分析2.1分类与选型设计在安全仪表系统中，可以综合应用多种技术，如电气技术、电子技术、可编程技术等,优化系统性能。
若安全仪表系统采用电子技术、电气技术方案，则可以通过继电器实现逻辑连锁过程，但是系统对于安全要求较高，则采用电子技术、电气技术会存在一定的局限性。
SIS 基本知识
1.SIS基本知识1.1.SIS定义SIS系统(Safety Instrumented System)，是对石油化工、电力等行业生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行及时响应和保护，使生产装置进入一个预定义的安全停车工况，从而使危险降低到可以接受的最低程度，以保证人员、设备、生产装置和环境的安全。
它是一种安全仪表联锁系统，根据不同标准和应用场合，有时也称为：紧急停车系统（Emergency Shutdown）1.2.SIS由来∙生产装置规模的日趋扩大∙高温、高压、易燃、易爆等连续性生产装置本身的危险∙大型机组、机械等重要设备的保护∙对安全和环境的要求越来越高若发生事故将会造成人员、财产、环境等方面的重大损失和影响！因此越来越多的场合需要采用SIS系统。
1.3.SIS应用领域SIS主要保护对象为人身、设备、财产和环境的安全，因此适用于能造成以上各项损害的场合，主要有：∙石油液化气开采（平台）、油气输送和储存∙石油化工装置∙化工装置∙电力、锅炉、核电∙交通、冶金、环保、汽车制造∙大型机械、旋转设备各行业使用SIS的常见装置有：油气及炼油装置：催化裂化、加氢精制、加氢裂化、催化重整、丙烷脱沥青、硫磺回收、罐区消防和火灾报警、变压吸附、制氢、火焰与气体检测、油气输送及存储、油气开采平台等等石化装置：乙烯裂解、聚丙烯、高压聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈、芳烃、环己酮、PTA、丁二烯等等石化深加工装置化工装置：造气、合成氨、农药、磷肥、涂料、乙炔、乙酰、醋酸等锅炉电力：锅炉燃烧、汽机停机系统、核电其它：冶金、交通、汽车制造、建材、环保、造纸、大型机械、旋转设备等领域1.4.SIS基本构成一般典型的SIS系统主要包括检测部分、逻辑控制单元和最终执行部分，再配合相应的软件组成。
通常与基本过程控制系统（比如DCS系统）有通讯要求，共同组成生产装置的过程仪表控制系统。
2.SIS产品的标准和认证2.1.主要标准SIS产品所遵从的国际标准主要有：国际电工委员会IEC61508标准电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全1997，其中规定将过程安全所需要的安全等级划分为4级（SIL1~SIL4）；∙美国仪表学会ISA-S84.01标准流程工业安全仪表系统的应用1998称安全系统为安全仪表系统(Safety Instrument System,SIS)， ISA－S84.01与IEC61508类似，根据系统不响应安全联锁要求的概率（即失效率PFD）将安全等级划分为3级（SIL1-SIL3），认为IEC61508定义的SIL4不存在于过程工业中；∙德国标准化委员会DIN(Deutsches Institut fǖr Normung) V19250及DIN V VDE0804根据估计危险的损害程度、危险区域内人员存在的可能性、短时间内防止危险发生的可能性及出现危险事故的可能性等四个风险参数将过程风险定义为8级（AK1～AK8）；∙欧洲机器安全标准EN954-1危险等级分为B，1，2，3，4五个等级，针对安全控制系统，按照对故障的承受能力和出现故障后安全功能的作用，对应于危险等级的五个等级，机器设备的控制系统中安全控制部分也可分为以上五个等级危险等级依次增高，等级4为最高的危险等级。
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SIS系统规范
HGT 20511-2014 信号报警及联锁系统设计规范 工业和信息化部和中国石油和化学工业联合会发起，由中国石油和化工勘探设计协会
防爆证书
防爆证书
新的欧洲防爆标准ATEX ATEX认证是防爆电气产品在欧洲市场的强制认证，其严格规定了防爆产品的特性和使
用操作规范，自2003年7月1日起，只有拥有ATEX认证的产品，才可以在欧盟国家内被生产 、制造、销售、并应用于易燃易爆危险区域。也就是说，任何在欧盟国家内销售同时在易 燃易爆危险区域内应用的防爆产品必须通过ATEX的认证。
粉尘 20区
21区 22区
（Zone 20） 连续出现或长期出现爆炸性粉尘的环境 （Zone 21） 有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境；
（Zone 22）
防爆等级 防爆方法对危险场所的适用性
序号
防爆型式
代号
国家标准
防爆措施
适用区域
1
隔爆型
d
GB3836.2 隔离存在的点火源 Zone1,Zone2
雷达物位计的插拔式操作模块具有EEx ia安 全防护，电子插件部分具有EEx d安全防护， 接线腔室具有EEx e安全防护。整台物位计可 选EEx ia或EEx e防爆证书
质量流量计的变送器外壳具有2G EEx d IIC或 EEx de IIC 安 全 防 护 ， 变 送 器 电 子 模 块 具 有 [EEx ib] IIC/IIB 安 全 防 护 ， 传 感 器 具 有 EEx ib IIC T2-T6 安全防护。整台流量计可选 SYST EEx ib/ia IIB/IIC，EEx de ib IIC T2-T6或 EEx d ib IIC T2-T6防爆证书（美式标准亦可选） 。
化工生产安全
SIS系统&紧急停车联锁 电仪部内部培训资料
电仪部：李恒超
国家安全生产监督管理总局
第40号令
第三章安全管理
危险化学品重大危险源监督管理暂行规定
第十三条： 危险化学品单位应当根据构成重大危险源的危险化学品种类、数量、生产、使用工艺（方式）或者相关设 备、设施等实际情况，按照下列要求建立健全安全监测监控体系，完善控制措施：
7
充砂型
q
GB3836.7
Zone1,Zone2
8
无火花型 na,nl,nc,nr,nz GB3836.8
Zone2
9
浇封型
ma,mb
GB3836.9 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2
10
气密型
h
GB3836.10
Zone1,Zone2
防爆等级
IEC 防爆等级标准格式:Ex(ia)ⅡC T4 E：按CENELEC标志认可 ia：防爆型式（本质安全） C：气体组别
委托全国化工自动化控制设计技术中心站组织东华工程科技股份有限公司等单位修订。
主编单位：东华工程科技股份有限公司
参编单位：北京康吉森自动化设备技术有限责任公司
惠生工程（中国）有限公司
规范的目的：为了统一信号报警及联锁系统工程设计在化工行业的技术要求，推进信 号报警及联锁系统工程设计的规范化，达到安全使用、技术先进、经济合理的目的， 制定本规范。
T5
T5
二硫化碳
T6
T6
硝酸乙酯和亚硝 酸乙酯
典型的危险பைடு நூலகம்气体 国标GB-3836-1
最小点燃能量 （微 焦）
乙炔
ⅡC
20
氢气
ⅡC
20
乙烯
ⅡB
60
丙烷
ⅡA
180
防爆等级
防爆等级
本安仪表
EEx ia电路具有两个故障的安全裕度，而EEx ib电路只有1个故障的安全裕度。EEx ia仪表可以用于0区，而EEx ib仪表只能用于1区 。
（三）对重大危险源中的毒性气体、剧毒液体和易燃气体等重点设施，设置紧急切断装置；毒性气体的设 施，设置泄漏物紧急处置装置。涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源，配备独 立的安全仪表系统（SIS）；
（四）重大危险源中储存剧毒物质的场所或者设施，设置视频监控系统；
防爆等级
表4-1 中国对危险场所划分表
气 体 0区
1区 2区
（Zone 0） （Zone 1） （Zone 2）
易爆气体始终或长时间存在；连续地存在危险性大于1000小时/每年的区 域；
易燃气体在仪表的正当工作过程中有可能发生或存在；断续地存在危险性 10~1000小时/每年的区域；
一般情形事故状态下存在的危险性0.1~10小时/每年的区域；不存在易燃气体 且即使偶尔发生，其存在时间亦很短；
（一）重大危险源配备温度、压力、液位、流量、组份等信息的不间断采集和监测系统以及可燃气体和有 毒有害气体泄漏检测报警装置，并具备信息远传、连续记录、事故预警、信息存储等功能；一级或者二级 重大危险源，具备紧急停车功能。记录的电子数据的保存时间不少于30天；
（二）重大危险源的化工生产装置装备满足安全生产要求的自动化控制系统；一级或者二级重大危险源， 装备紧急停车系统；
按照国际标准的规定，将安全等级分为4级即SIL1～4。其中SIL4等级为最高。所谓SIL 其全名为安全完整性等级（Safety Integrity Level），英文缩写为SIL，由每小时发生的 危险失效概率来区分（SIL2为≥10－7至<10－6；SIL3为≥10－8至<10－7）。
本规范适用于化工装置新建、扩建及改建项目信号报警及联锁系统的工程设计。
SIS系统-SIL标准
目前一些大的DCS制造商都已通过了TUV认证，达到了SIL3。按照目前的社会的生产 水平，只要符合SIL3的标准就可以满足化工及重石化行业的安全要求了。因此越来越 多的仪表制造厂商使其产品具有SIS的功能，这是当前的一个热点。
Ex：防爆公用标志 Ⅱ：设备组别 T4：温度组别
最高表面温度 （℃）
温度组别
常见爆炸 性气体
450℃ 300℃ 200℃ 135℃ 100℃ 85℃
IEC79-8 GB3836-1
T1
T1
T2
T2
T3
T3
T4
T4
氢气、丙烯腈等 46 种
乙炔、乙烯等47 种
汽油、丁烯醛等 36 种
乙醛、四氟乙烯 等6 种
2
增安型
e
GB3836.3 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2
3
本安型
ia
4
本安型
ib
GB3836.4 GB3836.4
限制点火源的能量
Zone0-2 Zone1,Zone2
5
正压型
px,py,pz
GB3836.5
Zone1,Zone2
6
充油型
o
GB3836.6 危险物质与点火源隔开 Zone1,Zone2