防爆电气设计
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发布时间：2022-05-23 21:58
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时间：2024-03-09 11:02
一、防爆电气产品的总体设计思路
1、简述
Ⅱ类非矿用防爆电气设备90%是用于石油、海洋石油、石油化工、化学工业和制药等行业（简称石化行业）,这些行业中的危险化学品作业场所存在的易燃易爆气体/蒸气种类繁多，生产、储存、运输等环节工艺装备复杂多变，释放源种类繁多，爆炸危险因素难以分析判定。所以，对防爆电气设备的选型、安装和使用维护比矿用防爆电气设备要复杂的多。
选用防爆电气设备：一要满足危险场所划分的危险区域来选用相应的电气防爆类型；二要根据危险环境可能存在的易燃易爆气体/粉尘的种类来选择防爆电气设备的级别和温度组别；三是考虑其他环境条件对防爆性能的影响（例如：化学腐蚀、盐雾、高温高湿、沙尘雨水，或振动的影响）；四是保证安装使用维护的特殊性；五是选用具有防爆合格证以及国家相应认证的产品。
2、防爆电气设备应用的环境要求
A、具有易燃易爆气体/蒸气的爆炸危险性环境/作业场所。
B、具有可燃性粉尘的爆炸危险性环境/作业场所。
C、易燃易爆气体/蒸气和可燃性粉尘同时存在的环境/作业场所，在固态化工成品车间和其运输、包装、称重以及涂覆工艺装置中，这类场所较为常见。随着现代化工的发展，这种情况将更为普及，所以，此类场所防爆电气设备的选用已经越来越引起设计部门和石化企业的重视。
D、上述三种情况下又同时存在腐蚀性介质以及其他特殊条件（高温高湿、低温、砂尘雨水、振动）影响的环境/作业场所。
3、防爆电气设备的选型
根据爆炸危险程度的高低，气体/蒸气危险场所划分为：0区、1区和2区，它们的划分主要取决于释放源（爆炸危险源）的释放程度，当然，场所中的建筑物结构、通风设施的能力以及场所所处的自然因素等都会对其划分有影响，甚至影响很大。
在现代石油化工项目中2区场所约占60%以上，1区场所约占20～30%左右，；老化工企业一般1区和2区场所各约占50%。0区场所一般局限于石油和化工装置内或排放口较小区域。对于1区、2区场所而言，企业一般为了提高安全程度，均愿意选择1区使用的防爆类型的电气设备。如果应用环境/场所是户外或有轻微腐蚀、沙尘雨水的2区时，往往愿意选用防护能力较强的防爆类型电气设备，例如：增安隔爆复合型“de”、增安型“e”、“n”型等。此外，在温度组别上，愿意选择高于应用环境气体点燃温度的组别。
对于0区场所，防爆电气设备只能选用“ia”等级的本质安全型。但国际电工委员会IEC60079-26《爆炸性气体环境用电气设备第26部分：Ⅱ类0区电气设备的结构，试验和标志》专门对O区使用的电气设备做了详细规定,规定中的结构类型已经不仅仅是ia防爆类型。
目前，PCEC对于0区环境使用的特殊电气设备，已经开始采用IEC60079-26进行检验发证。填补我国标准方面的空白，满足石化行业的需要。
在爆炸危险场所，往往同时存在化学腐蚀、盐雾以及其他特殊因素的影响，这些因素的影响不仅会破坏设备的电气性能和机械性能，更严重的是破坏设备的防爆安全性能，缩短设备的防爆安全寿命，使得设备的防爆安全性不确定。所以，在这类场所中选用防爆电气设备时，一定要确认其同时具有抗这些因素的能力。
●可燃性粉尘是指可燃性粉尘和导电性粉尘两种。
●可燃性粉尘是指与空气混合后可能燃烧或闷燃、在常温压力下与空气形成爆炸性混合物的粉尘。
●导电性粉尘是指电阻系数等于或小于1×103Ω·m的粉尘、纤维或飞扬物。
●导电性粉尘是比较危险的粉尘，如果进入电气设备外壳内将吸附在导电部件的绝缘构件上，造成电路的短路及故障的发生，所以，导电性粉尘容易造成电气设备内部产生点火源。
●可燃性粉尘危险场所的划分与气体危险场所相似，分为：20、21和22区。
●纯粹的粉尘危险场所在石化工企业中比例不是很大，主要存在于煤化工和造粒工艺中。较为常见的是气体和粉尘同时存在的场所。
●可燃性粉尘危险环境用电气设备防爆型式目前主要是用外壳保护和*表面温度保护的结构（GB12476.1-2000）,其他的防爆型式，例如*点燃能量的型式，我国还没有标准规定，但国际电工委员会对这种型式有专门的标准（IEC61241-11:2005）规定。
●对于上述的气体和粉尘同时存在的危险场所设备选型时，一定要选用气体与粉尘双重防爆的防爆电气设备，其防爆等级即要满足爆炸气体的特性，还要满足可燃性粉尘特性。这种双重防爆特性的电气产品是在2005年才开始由国内一些制造商批量生产，今年将在电气设备种类上大量增加，预计在未来的三年内，会基本满足这类场所应用的电气设备种类需求。
4、防爆电气设备的质量意识
●石油和化工行业生产中发生的爆炸事故主要有：高压、高温造成反应装置的泄露或爆炸；机械撞击、摩擦或静电点燃爆炸；电气火花或高温点燃爆炸。其中电气设备的火花或高温点燃事故占有相当大比例，也是全世界各国首先控制、管理的设备，因为电气设备的点燃爆炸不仅仅是由于其事故状态或误操作。
●由于石油和化工生产工艺和设施、环境的决定，防爆电气设备（除发电、拖动和分析、物质参数仪表外）基本是辅助生产的设备，所以，一些企业对其缺乏重视，盲目地追求利润指标，降低辅助设备购置的费用，而忽视了对人的生命和财产的安全，购置的设备质量差，防爆性能不稳定，甚至是劣质产品。
高质量防爆电气产品，是安全的重要保证
●高质量防爆电气产品，体现在它的电气性能和防爆结构设计合理，防爆参数和环境指标要满足应用场所的要求，能够在安装、长期使用、维护和检修后仍然具备防爆性能。
●制造防爆电气产品一定要严格执行国家标准的相关规定和应用环境的特殊要求。
●目前我国工厂用防爆电器和灯具产品由于市场竞争和安全意识差等诸多因素，普遍存在安全裕度较低的问题。
●所谓安全裕度是：产品不仅要满足相应标准规定，而且还要保证在安装、使用和维护检修后防爆性能不能失效。
●相当部分的产品仅仅为了节省原材料，降低成本，达到测试样品满足标准的基本要求，取得防爆合格证即可，而忽视了用户在使用过程中防爆性能失效。
正确安装和使用维修，保证防爆安全性能
●由于防爆电气的结构、工艺的特点,造成其防爆质量的保证与其他工业设备有极大的区别。
一般工业设备只要保证产品制造的质量满足要求，用户安装使用后就基本能够保证质量。
防爆电气设备不仅要保证在制造过程中防爆安全质量，而且，还要保证安装、使用和维护得当，才能真正达到防爆的目的。如此说来，防爆电气设备制造的质量和选型、安装、维护的正确在其实际应用中防爆性能的保证各占有50%的重要性。如果防爆电气设备选型、安装、维护不当，其掩盖的不安全因素比非防爆电气设备更危险，容易造成用户的麻痹意识。
所以，制造企业在设计制造时，要考虑到用户可能在使用过程中造成的失效问题。
树立正确的产品设计理念
●国家标准是开发设计的最基本准则。
一个产品的开发设计不仅仅是满足国家标准和相关标准的规定，而且要从用户的安全利益出发，尽可能地考虑到用户可能在安装、使用、维护、维修过程中造成的失效问题。提高产品的安全裕度。
●一个产品的生命力和先进性，主要体现在它的性能优越、工作可靠，其次才是它的实用性和外观。防爆安全性能的保证是企业设计制造最基本的道德理念，防爆安全的设计一定要围绕前者来实现。
但是，防爆性能的保证不可能完全满足前者的需要，有的时候是无法实现的，有可能放弃开发设计。
●在开发设计中，不能以降低成本作为依据，应考虑产品质量和安全裕度。
提高防爆电气技术水平，正确理解标准
●开发设计产品，应首先对标准全面理解，不仅仅是标准的主要条款，还要考虑标准中的细节和注解。检验机构在审查检验时，是严格执行标准的规定，不能随意放弃标准中的某些条款和试验项目。
原材料和电气部件、配件的合理利用
●要保证产品能够在不同环境和运行条件下的防爆性能,原材料的合理选择是非常重要的因素。尤其是非金属材料和胶粘、浇封材料。例如：非金属d型元件的可燃性能和耐火焰烧蚀性能；e型外壳的耐光照（在这里需强调灯具（指示灯）的灯罩耐自身光源的光照），耐热、耐寒性能。
●合理的选择电气元件和材料同样是保证防爆性能的重要条件。例如：e型电流表的短路电流引起的发热和强度对防爆性能的影响；e型光源的合理应用；e型管型荧光灯的镇流器发热、不对称功率影响和灯座的特殊要求；d型灯具灯罩的耐冲击强度；引入装置的抗拔脱等。
合理的结构和科学的工艺保证产品的可靠性和稳定性
●合理的结构设计，能够减少工艺环节、实现标准的各项规定。
例如：
1）d型荧光灯多腔电器连通部位和内部电气元件布置时要考虑可能的压力重叠。
2）d型电器和灯具透明部件与金属部件配合时，ⅡA、ⅡB应采用金属包覆的耐燃弹性衬垫或金属衬垫，或直接配合；ⅡC须采用胶粘。荧光灯玻璃管与壳体配合一定要采取胶粘。
3）大直径电缆引入装置，防拔脱装置的合理利用。
4）d型外壳的壁厚和拉筋的合理利用，但是，采用拉筋并不完全等于减少壁厚。此外，需注意避免壳体内部设计结构曲线的突变。
5）d型一体化灯具应合理考虑启动元件的合理布局，减少光源腔内温度的影响。
6）对于d型自带电源（电池或其他储能元件）的电器或灯具应考虑电池短路，造成温度上升和自爆。
7）注意d型外壳内储能元件的放电、发热部件降温的延迟开盖。
8）e型外壳内部带电部件要进行防护处理。
9）用于防护的密封圈应采取措施，防止脱落。
10）e型全塑双脚荧光灯应注意灯脚与灯座的连接要求。
11）e型灯具要考虑灯管老化造成的镇流器发热和管型荧光灯极限寿命时的不均匀脉冲过热，造成灯座烧毁。
12）e型接线箱内部接线端子的合理选用和端子数量的合理确定。
13）注意e型产品内部电池的特殊要求。
14）非金属外壳表面避免点燃的静电电荷产生，可采用下列方法之一：
A*表面电阻值；
B*表面积；
C设置静电警告标志牌。
15）压紧接触式灯具（接线腔螺纹结构）用于ⅡC
级时应再次增加接线腔或采用隔离密封装置；ⅡB级要考虑腔净容积是否小于2升，否则同前。
制造加工中，工艺是保证产品质量的依据。
对于防爆电气产品生产来讲，在设计结构合理后，产品的生产取决于工艺、设备、人员和质量保证体系。
而工艺又是生产环节中的基础。
例如：
（1）d型ⅡC电器或灯具螺纹隔爆和灯具压盘螺纹结构应注意配合的精度和螺纹加工的质量。
（2）特别要考虑钢板焊接产品的焊接方式、工艺以及钢板的强度和厚度。这类产品在强度试验时极少炸坏，但过压试验后很难通过内部点燃不传爆试验。
（3）注意非金属材料样片的制备工艺和精度要求，防止样片性能的分散性和变形。
（4）d型外壳内部电气元件或接线端子等在装配时要尽量避免造*为多腔，产生压力叠加。
（5）d型外壳无论是砂模铸造的外壳，还是压力铸造外壳，均要进行时效处理，以消除铸造的应力，充分保证外壳的强度和参数指标。
（6）在制定胶粘或浇封工艺时，要考虑它们的粘着力和强度，防止浇封或胶粘的部件、电缆受力脱落或受到爆炸强度拔出。
（7）隔爆型产品装配时应考虑隔爆面紧固螺栓力矩均匀的要求。同时要明示用户安装、维修时，紧固螺栓的力矩要求。
参考资料：www.tormin.com
