防爆的基本原理

爆炸的概念：爆炸是物质从一种状态，经过物理或化学变化，突然变成另一种状态，并放出巨大的能量。急剧速度释放的能量，将使周围的物体遭受到猛烈的冲击和破坏。

爆炸必须具备的三个条件：

1 ）爆炸性物质：能与氧气（空气）反应的物质，包括气体、液体和固体。（气体：氢气，乙炔，甲烷等；液体：酒精，汽油；固体：粉尘，纤维粉尘等。）

2 ）氧气：空气。

3 ）点燃源：包括明火、电气火花、机械火花、静电火花、高温、化学反应、光能等。

为什么要防爆

易爆物质 : 很多生产场所都会产生某些可燃性物质。煤矿井下约有三分之二的场所有存在爆炸性物质；化学工业中，约有 80% 以上的生产车间区域存在爆炸性物质。氧气 : 空气中的氧气是无处不在的。点燃源 : 在生产过程中大量使用电气仪表，各种磨擦的电火花 , 机械磨损火花、静电火花、高温等不可避免，尤其当仪表、电气发生故障时。

客观上很多工业现场满足爆炸条件。当爆炸性物质与氧气的混合浓度处于爆炸极限范围内时，若存在爆炸源，将会发生爆炸。因此采取防爆就显得很必要了。

仪表防爆的原理

危险场所危险性划分：

爆炸性物质 区域定义 中国标准 北美标准

气体(CLASS Ⅰ) 在正常情况下 , 爆炸性气体混合物连续或长时间存在的场所 0 区 Div.1

在正常情况下爆炸性气体混合物有可能出现的场所 1 区

在正常情况下爆炸性气体混合物不可能出现 , 仅仅在不正常情况下 , 偶尔或短时间出现的场所 2 区 Div.2

粉尘或纤维(CLASS Ⅱ/Ⅲ） 在正常情况下 , 爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物可能连续 , 短时间频繁地出现或长时间存在的场所 10 区 Div.1

在正常情况下 , 爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物不能出现 , 仅仅在不正常情况下 , 偶尔或短时间出现的场所 11 区 Div.2

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
2 增安型 e GB3836.3 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2
3 本安型 ia GB3836.4 限制点火源的能量 Zone0-2
本安型 ib GB3836.4 限制点火源的能量 Zone1,Zone2
4 正压型 p GB3836.5 危险物质与点火源隔开 Zone1,Zone2
5 充油型 o GB3836.6 危险物质与点火源隔开 Zone1,Zone2
6 充砂型 q GB3836.7 危险物质与点火源隔开 Zone1,Zone2
7 无火花型 n GB3836.8 设法防止产生点火源 Zone2
8 浇封型 m GB3836.9 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2
9 气密型 h GB3836.10 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2

防爆对危险场所的适用性：

爆炸性危险气体分类

根据可能引爆的最小火花能量，我国和欧洲及世界上大部分国家和地区将爆炸性气体分为四个危险等级 , 如下表 :

工况类别 气体分类 代表性气体 最小引爆火花能量
矿井下 Ⅰ 甲烷 0.280mJ
矿井外的工厂 ⅡA 丙烷 0.180mJ
ⅡB 乙烯 0.060mJ
ⅡC 氢气 0.019mJ

美国和加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成三个 CLASS( 类别 ):CLASS Ⅰ气体和蒸气 ; CLASS Ⅱ 尘埃 ; CLASS Ⅲ纤维 . 然后再将气体和尘埃分成 Group( 组 ) ：

组名 代表性气体或尘埃
A 乙炔
B 氢气
C 乙烯
D 丙烷
E 金属尘埃
F 煤炭尘埃
G 谷物尘埃

气体温度组别划分：

温度组别 安全的物体表面温度 常见爆炸性气体
T1 ≤ 450℃ 氢气、丙烯腈等 46 种
T2 ≤ 300℃ 乙炔、乙烯等 47 种
T3 ≤ 200℃ 汽油、丁烯醛等 36 种
T4 ≤ 135℃ 乙醛、四氟乙烯等 6 种
T5 ≤ 100℃ 二硫化碳
T6 ≤ 85℃ 硝酸乙酯和亚硝酸乙酯

仪表的防爆标志

Ex(ia)ⅡC T6 的含义 :

标志内容 符号 含义

防爆声明 Ex 符合某种防爆标准，如我国的国家标准
防爆方式 ia 采用 ia 级本质安全防爆方法，可安装在 0 区
气体类别 ⅡC 被允许涉及ⅡC 类爆炸性气体
温度组别 T6 仪表表面温度不超过 85℃

Ex(ia)ⅡC 的含义

标志内容 符号 含义

防爆声明 Ex 符合欧洲防爆标准
防爆方式 ia 采用 ia 级本质安全防爆方法，可安装在 0 区
气体类别 ⅡC 被允许涉及ⅡC 类爆炸性气体

注 : 该标志中无温度组别项 , 说明该仪表不与爆炸性气体直接接触。

防爆术语：

有关防爆术语及标准

安全栅安全参数定义：

• 安全栅最高允许电压： Um
保证安全栅本安端的本安性能，允许非本安端可能输入的最高电压

• 安全栅最高开路电压： Uoc
在最高允许电压范围内本安端开路时电压最大值

• 安全栅最大短路电流： Isc
在最高允许电压范围内本安端短路时的电流最大值

• 安全栅允许分布电容： Ca
保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电容

• 安全栅允许分布电感： La
保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电感

安全标志格式说明：

将工厂或矿区的爆炸危险介质，按其引燃能量，最小点燃温度以及现场爆炸性危险气体存在的时间周期进行科学分类分级，以确定现场防爆设备的防爆标志和防爆形式。

防爆标志格式：

Ex (ia) ⅡC T4
防爆标记 防爆等级 气体组别 温度组别

防爆等级说明：

ia 等级：

在正常工作、一个故障和二个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。
正常工作时，安全系数为 2.0 ；
一个故障时，安全系数为 1.5 ；
二个故障时，安全系数为 1.0 。
注：有火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或加倍提高安全系数。

ib 等级：

在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。
正常工作时，安全系数为 2.0 ； 一个故障时，安全系数为 1.5 。
正常工作时，有火花的触点须加隔爆外壳或气密外壳保护，并且有故障自显示的措施，一个故障 时安全系数为 1.0 。
爆炸性危险场所的划分表
4.1 我国对爆炸性危险场所是如何划分的？
　　答 我国对爆炸性危险场所的划分采用与IEC等效的方法。国家标准GB 50058-92中规定，爆炸性气体危险场所按其危险程度大小，划分为0区、1区、2区三个级别，爆炸性粉尘危险场所划分为0区、11区两个级别，详见表4-1。
　　表4-1 中国对危险场所划分表
　　爆炸性物质 区域划分 区域定义
　　气 体 0区 连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境
　　 1区 在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境
　　 2区 在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境
　　粉尘 10区 连续出现或长期出现爆炸性粉尘的环境
　　 11区 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
　　4.2 国际上对爆炸性危险场所是如何划分的？
　　答 国际上各主要工业国家对爆炸性危险场所的划分，基本上可分两种意见。
　　一种以IEC（国际电工委员会）为代表，包括德国、英国、意大利、日本、澳大利亚等国，对气体划分为0区、1区、2区，对粉尘划分为10区、11区。其定义与IEC基本相同（可参见我国对各区域的定义，我国等效采用IEC标准）。
　　另一种为美国、加拿大等北美国家的划分，以NEC（美国国家电气规程）的定义为代表，对气体划分为1区、2区（没有0区），对粉尘也划分为1区、2区。
　　两者之间的对应关系大致如下：
　　气体：IEC0区、1区——NEC 1区
　　 IEC 2 区 ——NEC2区
　　粉尘：IEC 10区——NEC 1区
　　 IEC 11区——NEC 2区
　　IEC“区”的英文为Zone；
　　NEC“区”的英文为Division。
　　4.3 我国的防爆电气设备，其防爆结构形式有几种？列出其名称和标志。
　　答 根据国家标准GB 3836—83，我国的防爆电气设备其防爆结构形式有8种，列举如下。
　　结构形式 标志 结构形式 标志
　　隔爆型 d 充油型 o
　　增安型 e 充砂型 q
　　本质安全型 i 无火花型 n
　　正压型 p 特殊型 s
　　4.4 什么是隔爆型仪表？它有什么特点？
　　答 隔爆又称耐压防爆，它把能点燃爆炸混合物的仪表部件封闭在一个外壳内，该外壳特别牢固，能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力，并阻止向壳外的爆炸性混合物传爆。这就是说，隔爆型仪表的壳体内部是可能发生爆炸的，但不会传到壳体外面来，因此这种仪表的各部件的接合面，如仪表盖的螺纹圈数，螺纹精度，零点，量程调整螺钉和表壳之间，变送器的检测部件和转换部件之间的间隙，以及导线口等，都有严格的防爆要求。
　　隔爆型仪表除了较笨重外，其他比较简单，不需要如安全栅之类的关联设备。但是在打开表盖前，必须先把电源关掉，否则万一产生火花，便会暴露在大气之中，从而出现危险。
　　4.5 什么是本质安全型（intrinsic safety）仪表？它有什么特点？
　　答 本质安全型仪表又叫安全火花型仪表。它的特点是仪表在正常状态下和故障状态下，电路、系统产生的火花和达到的温度都不会引燃爆炸性混合物。它的防爆主要由以下措施来实现：
　　①采用新型集成电路元件等组成仪表电路，在较低的工作电压和较小的工作电流下工作；
　　②用安全栅把危险场所和非危险场所的电路分隔开，限制由非危险场所传递到危险场所去的能量；
　　③仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和分布电容，以减少电路中的储能。
　　本制安全型仪表的防爆性能，不是采用通风、充气、充油、隔爆等外部措施实现的，而是由电路本身实现的，因而是本质安全的。它能适用于一切危险场所和一切爆炸性气体、蒸气混合物，并可以在通电的情况下进行维修和调整。但是，它不能单独使用必须和本安关联设备（安全栅）、外部配线一起组成本安电路，才能发挥防爆功能。
　　4.6 本安型仪表有ia、ib两种，请说明它们之间的区别。
　　答 ia等级—在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障或两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物。在ia型电路中， 工作电流被限制在100mA以下。
　　ib等级—在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障时，不能点烯爆炸性气体混合物。在ib电路中，工作电流被限帛在150mA以下。
　　ia型仪表适用于0区和1区， ib型仪表仅适用于1区。或者说，从本质安全角度讲，ib型仪表适用于煤矿井下，ia型仪表适用于工厂。
　　4.7 什么是正压型（p型）仪表？
　　答 向仪表外壳内充入正压的洁净空气、惰性气体，或连续通入洁净空气、不燃性气体，保持外壳内部保护气体的压力高于周围危险性环境的压力，阻止外部爆炸性气体混合物进入壳内，而使电气部件的危险源与之隔离的仪表设备。
　　4.8 什么是增安型（e型）仪表？
　　答 正常运行条件下不会产生点燃爆炸性混合物的火花或危险温度，并在结构上采取措施（如密封等），提高其安全程度，以避免在正常和规定的过载条件下出现点燃现象的仪表设备。
　　4.9 什么是特殊型（s型）仪表？
　　答 是除d、e、i、p、n之外的特殊形式，或者是上述几种形式的组合，采用这种结构形式的防爆仪表称为特殊型仪表。
　　4.10 防爆电气设备分为几大类？
　　答 分为两大类：I类：煤矿井下用电气设备；II类：工厂用电气设备。
　　4.11 II类防爆电气设备划分为几级？标志是什么？
　　答 按照国家标准GB 3836—83，II类防爆电气设备划分为三级，标志分别为A、B、C。分级标准见表8-2。
　　表8-2 II类防爆电气设备分类标准
　　级别 MESG/mm MICR
　　II A 1.14＞MESG≥0.9 1.0＞MICR＞0.8
　　II B 0.9＞MESG＞0.5 0.8≥MICR≥0.45
　　II C 0.5≥MESG 0.45＞MICR
　　注：MESG—可燃性气体混合物最大试验安全间隙，mm。
　　MICR—可燃性气体混合物最小点燃电流与甲烷最小点燃电流的比值。
　　II A、II B、II C也是可燃性气体混合物的传爆等级。
　　 4.12 解释下列名词：
　　最大试验安全间隙 MESG；
　　最小点燃电流MIC；
　　最小点燃电流比MICR。
　　答 最大试验安全间隙（MESG）——指在规定的试验条件下，一个壳体充有一定浓度的被试验气体与空气的混合物，点燃后，通过25mm长的接合面均不能引燃壳体爆炸性气体混合物的外壳接合面之间的最大间隙。
　　最小点燃电流（MIC）——在规定的试验装置上，用直流24V、95mH电感的火花进行3000次点燃试验时，能够点燃可燃性气体混合物的最小电流。此电流降低5%即不能点燃。
　　最小点燃电流比（MICR）——各种可燃性气体（或蒸气）与空气的混合物的最小点燃电流对甲烷与空气混合物的最小点燃电流的比值。
　　4.13 II类防爆电气设备划分为几个温度组别？标志是什么？
　　答 按国家标准GB3836—83，II类防爆电气设备根据其最高表面温度划分为6组，标志为T1~T6。分组标准如下：
　　温度组别 允许最高表面温度/℃ 温度组别 允许最高表面温度/℃
　　T1T2T3 450200200 T4T5T6 13510085
　　T1-T6对应于爆炸气体混合物的引燃温度分组。
　　4.14 如何选 用防爆型仪表？
　　答 一般说来，可根据以下两点来选用。
　　①根据仪表安装、使用场所的危险区域来选择仪表的防爆型式：
　　0区——只能选ia型、S型（指专为0区设计的S型）；
　　I区——可能除n型以外的其他型式；
　　2区——所有防爆型式均可选；
　　②根据可能出现的可燃性气体、蒸气的传爆级别和引燃温度组别，选择仪表的防爆等级和最高允许表面温度组别。可参见表8-3，该表是根据GB3836-1983归纳整理的。
　　表8-3 可燃性气体、蒸气传爆级别、引燃温度组别举例
　　组别级别 T1（T＞450℃） T2（450℃≥T＞300℃ T3（300℃≥T＞200℃ T4（200℃≥T＜135℃ T5（135℃≥T＜100℃ T6（100℃≥T＜85℃）
　　II A 甲烷、乙烷、丙烷、苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、萘、一气化碳、苯酚、甲酚、丙酮、醋酸甲酯，醋酸，氯乙烷，氯苯，氨，乙腈，苯胺 丁烷、环戊烷，丙烯，乙苯，异丙苯，甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，甲酸甲酯，甲酸乙酯，醋酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯，醋酸乙烯酯，二氯乙烷，氯乙烯，甲胺，二甲胺 戊烷，乙烷，庚烷，辛烷，壬烷，癸烷，环已烷，松节油，石脑油，石油，汽油，燃料油，煤油，柴油，戊醇，已醇，环已醇 乙醛，三甲胺 亚硝酸乙酯
　　II B 丙炔，环丙烷，丙烯腊，氰化氢，民用煤气 乙烯，丁二烯，环氧乙烷，环氧丙烷，丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，呋喃 二甲醚，丁烯醛，丙烯醛，四氢呋喃，硫化氢 乙基甲基醚，二乙醚，二柄醚，四氟乙烯
　　II C 氯，水煤气 乙炔 二硫化碳 硝酸乙酯
　　说明：a、可燃性气体，蒸气的传爆级别也是电气设备的防爆级别，两者是一致的，均分为IIA、IIB、IIC三级。
　　b、可燃性气体、蒸气的引燃温度组别与电气设备最高表面温度组别一一对应，如T4组气体，引燃温度为200℃≥T＞135℃。
　　4.15 我国的防爆标志由哪几部分构成？分别说明其含义？
　　答 防爆标志一般由以下5个部分构成：
　　①防爆标志EX—表示该设备为防爆电气设备；
　　②防爆结构形式—表明该设备采用何种措施进行防爆，如d为隔爆型，p为正压型；i为本安型等；
　　③防爆设备类别—分为两大类，I为煤矿井下用电设备，II为工厂用电气设备；
　　④防爆级别—分为A、B、C三级，说明其防爆能力的强弱；
　　⑤温度组别—分为T1~T6六组，说明该设备的最高表面温度允许值。
　　4.16 一台仪表的防爆标志为EXdIIBT4，请说明其含义。
　　答 EX——防爆总标志；
　　d——结构形式，隔爆型；
　　II——类别，工厂用；
　　B——防爆级别，B级
　　T4——温度组别，T4组，最高表面温度≤135℃。
　　4.17 一聚酯电源接线箱的防爆标志为EXedIICT4，请说明其含义。
　　答 EX——防爆总标志；
　　ed——结构形式，e：增安型，d：隔爆型；
　　II——类别，工厂用；
　　C——防爆级别，C级
　　T4——温度组别，T4组，最高表面温度≤135℃。
　　4.18 一台进口气相色谱仪的防爆标志为EEXdps IIB+H2T4，请说明其含义。
　　答 EEX——欧洲共同体防爆总标志；
　　dps——该仪表采用隔爆、正压、特殊三种防爆措施；
　　II——工厂用电气设备；
　　B——防爆级别，B级
　　+ H2——也适用于H2场所（B级防爆不适用于H2，该仪表由于采取多种防爆措施，也可用于H2场所）；
　　T4——表面最高温升≤135℃。
　　4.19 一台日本产仪表的防爆标志为JISia3Ng4，请说明其含义。
　　答 JIS——日本工业标准代号；
　　 ia——本质安全防爆，ia级；
　　 3n——防爆等级为3n，防所有3级爆炸性气体，相当于我国的IIC；
　　 G4——温度组别，相当于我国的T4。
　　说明 JISia3nG4为日本原采用的防爆标志，现在日本已采用IEC标准，上述防爆标志现已标示为JISEXiaIICT4。
　　 4.20 一台进口仪表的防爆标志为Class1，Division1，GroupB、C、D，T4A，请说明其含义。
　　答 Class1—1级，可燃性气体或蒸气场所；
　　Division1—1区，存在或可能形成爆炸或燃烧的场所；
　　GroupB、C、D—适用于B、C、D组危险气体存在的场所；
　　T4A—最高表面温度≤120℃。
　　上述防爆标志对应于我国的EXIIA、IIB、IICT4，可用于0区、1区危险场所。但应注意，该表不能用于乙炔场所。
　　4.21 一台进口仪表的防爆标志如下，请说明其含义。
　　UL/FM/CSA Class1，GroupB、C、D，T5
　　Class3，GroupE、F，T5
　　CENELEC EEXedIICT5
　　答 UL——美国保险高试验室；
　　 FM——美国工厂联合研究会；
　　 CSA——加拿大标准协会；
　　CENELEC——欧洲电工技术委员会。
　　说明该仪表的防爆性能已经UL、FM、CSA、CENELEC测试认可。
　　Class1，GroupB、C、D，T5 —适用于NEC规定的B、C、D组可燃气体，表面温度≤100℃。
　　Class2，GroupE、F，T5适用于NEC规定的E、F组粉尘，表面温度≤100℃。
　　EEXedIICT5—符合EN标准（EN为欧共体标准代号，其防爆标准与IEC等效）、工厂用防爆仪表，增安、隔爆型，防爆等级C级，最高表面温度≤100℃。
　　4.22 变送器输出信号的传输距离有无限定？
　　答 现在生产的电容式变送器，供电都是24VDC，按仪表最大输出22.5mA，最小工作电压10.5VDV算，其负载电阻为600Ω。对于隔爆变送器来说，只要导线电组和变送器带的设备电阻之和不超过600Ω，导线的传输距离没有限定。但是对本安型变送器来说，导线的长度是有规定的。因为本安是一个系统，不单是一台本安仪表，还包括关联设备和外部配线在内。关联设备一般都是安全栅，它对导线的长度是有要求的，每种安全栅上都注有最大允许电感和最大允许电容。如果导线的分布电容和电感加上变送器未经保护的电容和电感超过了规定范围，仪表系统便是不本安的了。
　　4.23 在爆炸危险场所安装仪表时有哪些要求？
　　答 ①爆炸危险场所使用的仪表、电气设备和安装材料如接线盒、分线盒、端子箱等，必须具有经本国授权机构签发的防爆合格证，安装前应检查其规格、型号是否符合设计要求，其外部应无损伤、裂纹。
　　②在爆炸危险场所也可设置正压防爆的仪表箱，内装非防爆型仪表及其他电气设备，仪表箱的通风管必须保持畅通，在送电以前，应通入箱体积5倍以上的气体进行置换。
　　③爆炸危险场所1区内的仪表配线，必须保证在万一发生接地、短路、断线等事故时，也不致形成点火源。因而电缆、电线必须穿管敷设，采用耐压防爆的金属管，穿线保护管之间以及保护管与接线盒、分线箱、拉线盒之间，均应采用圆柱管螺纹连接，螺纹有效啮合部分应在5~6扣以上。需挠性连接时应采用防爆挠性连接管。
　　在2区内的仪表配线，一般也应穿管，但只是为了保护电缆、电线的绝缘层不受外伤。
　　④汇线槽、电缆沟、保护管穿过不同等级的爆炸危险场所分界线时，应采取密封措施，以防止爆炸性气体从一个危险场所串入另一个危险场所。
　　⑤保护管与现场仪表、检测元件、电气设备、仪表箱、分线箱、接线盒、拉线盒等连接时，应在连接处0.45m以内安装隔爆密封管件，对2in以上的保护管每隔15m应设置一个密封管件。
　　4.24 安装本质安全型仪表时，有哪些要求？
　　答 ①不同系列的本质安全型仪表及安全栅等关联设备不应随便混用，必须经有关部门鉴定，确认其技术性能具有兼容性后方可互相替换。
　　②本安关联设备如安全栅、电流隔离器、缓冲放大器等，应安装在安全场所一侧，并可靠接地。
　　③为防止本安系统的配线与本安关联回路、一般回路的配线间发生混触、静电感应和电磁感应而引起危险，应采用穿管敷设。本安线路和非本安线路不应共同一根电缆或保护管。两个以上不同系统 的本安回路，也不应共同一根电缆（芯线分别屏蔽者除外）或共用同一根保护管（用屏蔽导线者除外）。
　　④本安线路与非本安线路在同一汇线槽、电缆沟内敷设时，应用接地的金属板或绝缘隔离，否则应分开排列，间距大于50mm，并分别固定。
　　⑤仪表盘内本安和非本安线路的端子板应互相分开，间距大于50mm，否则应用绝缘板隔离，两类线路应分开敷设，绑扎牢固。
　　⑥本安线路的长度应使其分布电容和分布电感不超过仪表制造厂规定的最大允许值。
　　⑦本安系统的配线一般应设置蓝色标志。
　　⑧本安线路一般不应接地，但当需要设置信号接地基准点时则接地，此接地点应是所有本安仪表系统接地导体的单一接地点，并与电源接地系统分开。