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1、爆炸性环境 电气防爆技术,一.爆炸基本理论 爆炸定义：由于氧化反应或者其他放热反应而引起压力和温度的骤升现象物理性爆炸：由于物质的体积膨胀,引起压力和温度的骤升造成容器外壳 破损，产生爆炸 简单化学爆炸：因受外界振动引起某些物质自身分解产生 压力，温度骤升现象.复杂化学性爆炸：因受外界压力触发，炸药会自身分解氧气，引起氧化反应，造成压力、温度骤升现象 爆炸 化学性爆炸 化工生产的各类化学反应（如硝化、脂化、聚合、催化、 氧化等等）引起爆炸因工艺条件（温度、压力、速率等）失控，引起压力、温度骤升现象。（在反应釜、反应塔内）爆炸性混合物爆炸：因生产用的反应釜、泵、阀门管道等泄漏出的易燃物质，与环境
2、中空气混和成爆炸性混合物，一旦被电气火花点燃，引起环境的压力和温核爆炸 度骤升现象,爆炸三要素：,爆炸危险场所定义：,在大气条件下，气体、蒸汽或雾状、粉尘或纤维状的可燃物质与空气构成的混合物，在该混合物中点燃后，燃烧或爆炸将传遍整个未燃混合物的场所。 防爆电气设备定义：按规定条件设计制造而不会引起周围爆炸性混合物（爆炸危险场所）爆炸的电气设备。,二.与防爆电气有关的爆炸技术参数1.爆炸极限爆炸性混合物中的易燃物质与空气的比例，并不是什么比列都会点燃引起爆炸的，只有在某一个范围内，如氢气的爆炸极限是4%75%。其中4%是氢气的爆炸下限，75%是氢气的爆炸上限。2.自燃温度爆炸性混合物除用火花可以
3、点燃，也可以用加热温度来点燃，凡能引起爆炸性混合物爆炸的最低温度，称为自然温度。如氢气的自然温度为560 ,3.爆炸压力爆炸性混合物在爆炸极限内被点燃后引起爆炸，必然会产生冲击压力波，它的最大压力值称为爆炸压力：由于大气压力是一个大气压，所以无论易燃物质压力多高，要形成爆炸混合物，必须在一个大气压下。因此，爆炸压力是在一个大气压下（初始压力为0）爆炸性混合物产生的最大压力。不同的爆炸性混合物爆炸压力是不一样的，在0.8MPa左右。但是由于爆炸性环境空间很大，如果爆炸性混合物不能全部爆炸完，则还会连续传遍整个未燃的爆炸性混合物，会引起压力增加现象。也就是二次、三次甚至更多次爆炸，每次的爆炸压力，
4、是爆炸性混合物被前一次爆炸压力预压后压力（初始压力）的倍数。,4.最大试验安全间隙（MESG）在标准规定试验条件下，壳内所有浓度的被试验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外爆炸性气体混合物的外壳空腔两部分之间的最大间隙。 5.最小点燃电流比（MICR）各种气体或蒸汽与空气的混合物的最小点燃电流对甲烷与空气的混合物的最小点燃电流之比。,H2爆炸性混合物MESG举例,MESG试验示意图,6.最小点燃能量（MIE）在规定的试验条件下，能点燃最易点燃被试验气体或蒸气与空气的混合物的最小能量。,MIE试验示意图,爆炸性混合物的爆炸技术参数举例,三.中国爆炸危险场所电气安全
5、规程和标准,爆炸危险场所电气安全规程主要内容：1.爆炸危险场所区域等级判断原则、判断方法及绘制2.爆炸危险场所防爆电气设备防爆型式选用方法3.爆炸危险场所电气线路的设计,防爆电气设备制造标准特种的结构和电路主要型式1.设备通用要求 GB3836.120102.隔爆型电气设备GB3836.220103.增安型电气设备GB3836.32010,电 气 防 爆 技 术,4.爆炸危险场所电气线路和防爆电气设备的安装施工要求 5.爆炸危险场所电气接地保护要求6.爆炸危险场所电气安装置竣工验收要求 7.爆炸危险场所电气装置安全运行和维修 8.爆炸危险场所电气装置检修要求9.爆炸危险场所管理和技术人员安全培
6、训要求 10.爆炸危险场所的电气安全监督和检查要求,4.本质安全型电气设备GB3836.42010 5.正压型电气设备GB3836.52004 6.充油型电气设备GB3836.62004 7.充砂型电气设备GB3836.72004 8.无火花型电气设备GB3836.82003 9.浇封型电气设备GB3836.92006 10.粉尘型电气设备GB12746.12000,规范和标准有 1.AQ3009-2007 危险场所电气防爆安全规范 2.爆炸性气体环境用电气设备的检修 GB3836.131997 3.爆炸性气体环境用电气设备危险场所分类GB3836.142000 4.爆炸性气体环境用电气设备危
7、险场所电气安装 GB3836.152000,四.爆炸性环境用电气设备的分类及分组,1.爆炸性环境用电气设备的分类分三大类类：煤矿瓦斯气体环境类：除煤矿瓦斯气体之外的其他爆 炸性气体环境类：除煤矿以外的爆炸性粉尘环境,2.爆炸性环境用电气设备的分级1.爆炸性气体环境电气设备的分级（1）按最大试验安全间隙分级（MESG）MESG=1.14 (mm) 煤矿井下甲烷，为类不分级，标志0.9MESG1.14 (mm) 为类A级，标志为A 代表气体丙烷0.5 MESG 0.9 (mm) 为类B级，标志为B 代表气体乙烯MESG0.5 (mm) 为类C级，标志为C 代表气体氢气（2）按最小点燃电流比分级（M
8、ICR）最小点燃电流：在规定的试验条件下，对电阻电路或电*电路用火花试验装置进行3000次火花试验。能够发生点燃的最小电流。最小点燃电流比（MICR）：各种气体或蒸汽与空气的混合物的最小点燃电流对甲烷与空气的混合物的最小点燃电流之比。,MICR=1 煤矿井下甲烷，为类不分级，标志0.8MICR1 为类A级，标志为A0.45MICR0.8 为类B级，标志为BMICR 0.45 为类C级，标志为C2.爆炸性粉尘环境电气设备的分级类A级 可燃性飞絮 如棉纤维、亚麻纤维类B级 非导电性粉尘 如玉米粉、糖粉类C级 导电性粉尘 如镁粉、铝粉、火药、炸药性粉尘,3. 类电气设备最高表面温度的分组 按易燃物质
9、的引燃温度（自燃温度），分为六组，具体范围为：,表2-3 爆炸性气体分类、分级、分组举例表,五.爆炸危险场所的分类、分级1.分类按爆炸危险场所存在易燃物质与空气混合的状态，分为爆炸 性气体危险场所和爆炸性粉尘危险场所两大类。2.分级（1）爆炸性气体危险场所按爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间分三个区域1）0级区域：在正常情况下，爆炸性气体混合物，连续地、一段时间频繁出现或长时间存在的场所。,2）1级区域：在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。3）2级区域：在正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，仅在不正常情况下偶尔短时间出现。（3）爆炸性粉尘危险场所按可燃性粉尘和空气混合物出现
10、的频率和持续时间及粉尘层厚度分为三个区域。1）20级区域：在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和/或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。2）21级区域：在正常运行过程中可能产生可燃浓度的可燃粉尘与空气混合物的场所3）22级区域：在正常运行下，可燃性粉尘与空气混合物不能出现，仅在异常条件下，可燃粉尘偶尔出现并且只是短时间存在的场所。,六.防爆电气设备的保护等级（EPL)设备的保护等级（EPL）：依据设备成为点燃源的可能性及区别爆炸性气体环境、爆炸性粉尘环境和有甲烷的煤矿爆炸性环境的差别而规定的保护等级。Ga：气体环境，具有“很高”的保护等
11、级，在正常运行过程中、在预期的故障条件下或者在罕见的故障条件下不会成为点燃源。 Gb：气体环境，具有“高”的保护等级，在正常运行过程中、在预期的故障条件下不会成为点燃源。 Gc：气体环境，具有“加强”的保护等级，在正常运行过程中不会成为点燃源，也可采取附加保护，保证在点燃源有规律预期出现的情况下（例如灯具的故障），不会点燃。,Da：粉尘环境，具有“很高”的保护等级，在正常运行过程中、在预期的故障条件下或者在罕见的故障条件下不会成为点燃源。 Db：粉尘环境，具有“高”的保护等级，在正常运行过程中、在预期的故障条件下不会成为点燃源。 Dc：粉尘环境，具有“加强”的保护等级，在正常运行过程中不会成为
12、点燃源，也可采取附加保护，保证在点燃源有规律预期出现的情况下（例如灯具的故障），不会点燃。,七.防爆电气设备的防爆原理及防爆型式,1.间隙防爆原理（d）一个外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并有一个或几个金属面缝隙可以阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性气体混合物传播，达到防爆要求。 2.小于点燃能量防爆原理（ia/ib）有效降低电气电路的电压、电流、储能元件的数值，保证电路正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应能量，都低于规定的爆炸性气体混合物最小点燃能量，达到防爆要求。,3.阻止点火源与爆炸性混合物相接触防爆原理（p、o、q、m、h）采取有效可靠措施（如通风、充油、充砂、浇封、气
13、密），使点火源与周围爆炸性气体混合物隔离，达到防爆要求。 4.在特定的条件下提高电气设备的电气安全措施 防爆原理（e、n）在正常工作时不会产生电火花和热效应的电气设备，进一步提高电气安全措施，达到防爆要求。,隔爆型电气设备(d),隔爆型电气设备是指具有隔爆外壳的电气设备，防爆标志为“d”。隔爆外壳是指能承受内部的爆炸压力，并能阻止爆炸火焰向周围环境传播的防爆外壳。电气设备外壳的内部由于呼吸作用会进入周围的爆炸性气体混合物，当设备产生电火花及危险高温时，将引燃壳内的爆炸性气体混合物，形成巨大的爆破力及冲击波。一方面隔爆外壳应能承受内部的爆炸压力而不破损；另一方面隔爆外壳的接合面应能阻止爆炸火焰向
14、壳外传播点燃周围的爆炸性气体混合物。因此隔爆外壳应有耐爆性及隔爆性两种特性。,隔爆型电气设备的外壳材料一般采用金属材质制成。常用的有钢板、铸钢、铸铝合金、铸铁等材料。当采用铸铝时，应用抗拉强度不低于12Mpa，含镁量不低于7.5%的铝合金。当外壳容积不大于0.01升时，可采用陶瓷材料制造；当外壳容积不大于0.5升时，可采用塑料材料制造，但塑料外壳的结构强度受成型工艺及易自然老化的影响，一般用于外壳容积小于0.1升的隔爆部件。,由于制造、安装、维护等原因，隔爆外壳不可能是天衣无缝的整体，而是由许多个零部件组成。零件间的连接缝隙会成为壳内的爆炸产物所通过的路径，引燃周围的爆炸性气体混合物。这些零部
15、件的配合部分称隔爆接合面，其接合缝隙称隔爆接合面间隙。,隔爆接合面的结构形式有平面式、圆筒式、止口式、螺纹式、曲路式以及胶粘密封等 。隔爆级别分为： A、B、C,平面隔爆接合面,外壳内部,外壳内部,i,i0.2 (A) i0.15 (B) i0.1 (C),止口隔爆接合面,外壳内部,外壳内部,外壳内部,L = c + d ( IIA, IIB, IIC) c 6.0 mm (IIC) 3.0 mm (I, IIA, IIB) d 0.50 L (IIC) f 1.0 mm (I, IIA, IIB, IIC),外壳内部,圆筒部分和平面部分 仅仅圆筒部分,i0.2 (A) i0.15 (B) i
16、0.1 (C),k 无摩擦允许的最小径向间隙 m 计入k值时的最大径向间隙 D-d 直径差,旋转电机的轴封接合面,螺纹隔爆接合面,i0.2 (A) i0.15 (B) i0.1 (C),粘接接合面,隔爆外壳的部件可以直接粘合在外壳壁上，与后者构成不可分的组件，或者粘合到金属框架内，使组件能作为一个整体更换，不损坏粘合。,粘接接合面仅仅允许用于保证由它们组成的隔爆外壳的密封。其结构应使组件的机械强度不仅仅依赖粘接材料的粘接强度。,从容积V的隔爆外壳内侧到外侧穿越粘接接合面的最短路径应该是：如果V10cm3 时，不小于3 mm;如果10cm3V100cm3 时，不小于6 mm;如果V100cm3 时，不小于10 mm。,
