儀表防爆原理與本質(zhì)安全技術(shù)綜述

1、儀 表 防 爆 原 理 與 本 質(zhì) 安 全 技 術(shù)爆炸 是 怎樣 發(fā)生 的？當(dāng)下 列 三個 條件 同時 滿足 時， 爆炸就 會發(fā)生 ：1. 現(xiàn) 場存 在易 爆物 質(zhì)， 如易 爆氣 體。2. 現(xiàn) 場存 在氧 氣。3. 現(xiàn) 場存 在引 爆源 ，如 足夠 能量 的火 花或 足 夠高 的物 體表 面溫 度。儀表 防 爆原 理顯然 ，消除上 述三 個條 件中 的任 何 一個 ，就能 防爆 。由 于氧 氣無 處不 在，難以 控制 。所以 ，控 制易 爆氣 體和 引爆 源 為兩 個最 常用 的防 爆原 理。而 在 儀表行業(yè) 還有第三 個原理 ， 即控 制爆 炸范 圍。原理 一控 制易 爆 氣體人為 地 在危

2、 險現(xiàn) 場營 造出 一個 沒有易 爆氣體 的空 間 ，將 儀表安 裝其 中。典 型代表 為正壓 型 防爆 方法Ex p。工 作 原理 是在 一個 密封 的箱 體內(nèi) ，充 滿不 含易 爆氣 體的 潔凈空 氣 或惰 性氣 體，并 保 持箱 內(nèi)氣 壓略 大于 箱外 氣壓 ，而 將儀 表安 裝在 箱內(nèi) 。常 用于在 線 分析 儀表 的防 爆和 將計 算機(jī)、 PLC 、操 作 站、打 印 機(jī)或 其他 儀表 置于 現(xiàn)場 的正壓 型 防爆 儀表 盤。原理 二控 制爆 炸 范圍人為 地 將爆 炸局 限在 一個 有限 的范圍 內(nèi) ，使該 范圍 內(nèi) 的爆 炸不 至于 引起 更大 范圍 的爆炸 。典 型代 表為 隔

3、爆 型防 爆 方法 Ex d 。工 作原 理 是為 儀表 設(shè)計 一個 足夠 堅固 的外殼 或 將儀 表及 電器 安置 在一 個足夠 堅固的 殼體 內(nèi) ，嚴(yán) 格地按 標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計 ，制 造和 安裝所 有 的界 面，使 在機(jī)殼內(nèi) 發(fā)生 的爆 炸不 至于 引 發(fā) 機(jī)殼 外 危險 性氣體 的 爆炸 。顯 然 ，這是 一 種苛 刻的 防爆 方法 。不 僅設(shè) 計和 制造 的規(guī) 范極 其嚴(yán) 格，而 且 安裝 ，接 線和 維修的 操 作規(guī) 程也 非常 嚴(yán)格 ，容 不得一 點差錯 。原理 三 控 制引 爆 源人為 地 消除 引爆 源，既 消 除足 以引 爆的 火花 ，又 消除 足以 引爆 的儀 表表 面溫 升 。

4、典型代 表 為本 質(zhì)安 全防 爆方 法 Ex i 。工 作原 理是 利用 安全 柵技 術(shù) ，將 提 供給 現(xiàn)場 儀表的 電 能量 限制 在既 不能 產(chǎn)生 足以引 爆的火 花 ，又 不 能產(chǎn) 生足 以引 爆的 儀表 表面 溫1升的 安 全范 圍內(nèi) 。依 照 中國 國 家標(biāo) 準(zhǔn)和 國際 標(biāo)準(zhǔn) ，當(dāng) 安全 柵安 全區(qū) 一側(cè) 所接設(shè)備 發(fā)生任 何 故障（ 不 超過 250V 電壓 ）時 ，本 質(zhì)安 全 防爆 方 法能 確保 現(xiàn) 場的防 爆安全 。 Ex ia 級本 質(zhì) 安全 設(shè)備 在正 常工 作、 發(fā)生 一個 故障 、 發(fā)生 兩個 故障 時均 不能 點燃 爆炸性 氣 體混 合物 。本 質(zhì) 安全 防 爆

5、方 法能 確保 對現(xiàn) 場儀 表進(jìn)行帶 電拆 裝、檢 查和維 修時的 防 爆安 全。顯 而 易見 ，本 質(zhì)安 全法是最 安全 可靠 的防 爆方 法。因 此 ，被 允許 用在最 危 險的 場合 。危險 場 合危 險性 的分 級那么 ，如 何評 價現(xiàn) 場的 危險 性 呢？ 國際 上有 兩種 常見 的危險場 所分 級方 法 。中 國 和世界 上 大部 分國 家一 樣，將 存在 有氣 態(tài)或 蒸汽 態(tài)或 霧 態(tài)爆 炸性 混合 物的 危險 場所 分成三 個 等級 區(qū)域 ：Zone 0 ：在 此 區(qū)域 內(nèi)上 述爆 炸性 混合物 在正常 工 作時 持續(xù) 或長 期 存 在 ?；?者 說每 年存在 1000 小時

6、以上 。Zone 1 ：在此區(qū) 域 內(nèi)上 述爆 炸性 混合 物在 正常 工作 時偶 爾 存在 ?；?者 說每 年存 在 10 小時 以 上， 但不 會超 過 1000 小 時 。Zone 2 ：在 此 區(qū)域 內(nèi)上 述爆 炸性 混合 物 極少 存在 ，且 即使 存在 也是 短時 間的 ?；?者說每 年 只存 在不 到 10 小時 。此外 ， 將存 在塵 埃狀 爆炸 性混 合物的 危險場 所分 成 兩個 等級 ：Zone 10 ： 在此 區(qū)域 內(nèi)塵 埃狀 爆炸 性混 合物 長 期存 在 。Zone 11 ： 在此 區(qū)域 內(nèi)塵 埃狀 爆炸 性混 合物 短期 存 在 。北美 的 美國 和加 拿大 與眾

7、 不同 ，將存 在氣 態(tài)和 塵埃 狀 的爆 炸性 混合 物的 危險 場所 分成兩 個 等級 區(qū)域 ：Division1 ：在 此區(qū) 域 內(nèi) 氣 態(tài)或 塵埃 狀的 爆炸 性混 合物 連 續(xù)地 、 經(jīng) 常性 地、 較長 時間地 存 在 。 或者 說每 年存 在100 小時 以上 。Division2 ：在 此區(qū) 域 內(nèi) 氣 態(tài)或 塵埃 狀的 爆炸 性混 合物 偶 爾、 間 斷 性地 、短 暫地 存在 。 或 者說 每年 存在 不超 過 100 小 時 。防爆 方 法對 危險 場合 的適 用性依照 中 國和 歐洲 的標(biāo) 準(zhǔn)規(guī) 范， 各等級 危險場 合所 適 用的 防爆 方法 如下 ：2Zone 0E

8、x ia 本 質(zhì)安 全型 防爆 方法Ex s經(jīng)特別 認(rèn)證 批準(zhǔn) 的特 殊 防爆 方法Zone 1適用于 Zone 0 的防 爆 方法Ex i本質(zhì)安 全型 防爆 方法Ex p正壓型 防爆 方法Ex d隔爆型 防爆 方法Ex e增安型 防爆 方法Ex m澆封型 防爆 方法Ex q充砂型 防爆 方法Ex o充油型 防爆 方法Zone 2適 用于 Zone 0 和 Zone 1 的 防爆 方 法Ex n無火花 型防 爆方 法依照 美 、加 標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范，每 款 防爆 儀 表均 會標(biāo) 明適 用于 Division 1或 Division 2 。而本質(zhì) 安 全型 防爆 方法 適用 于所 有的危 險場合 。可

9、以 看 出， 允許 選用 何 種防 爆 方 法 完 全取 決 于儀 表被 安裝 在 哪 個等 級 的 危 險場 合下。 本 質(zhì)安 全型 防爆 方法 被允 許用 在任何危 險場 合 。還可 以 看出 ，允許 選用 何種 防爆 方法 并不 直接 取決 于 現(xiàn)場 存在 的爆 炸性 混合 物的 危險性 。 例如 ，如 果需 要將 儀表 安裝 在 Zone 0 ，則 即 便所 涉及 的爆 炸性 氣體 并不 是最危 險 的， 也必 須選 用本 質(zhì)安 全型防 爆方法 。爆炸 型 氣體 危險 性的 分類各種 防 爆方 法均 根據(jù) 爆炸 性混 合物的 危險性 規(guī)定 了 具體 的防 爆安 全參 數(shù)。下 面著 重介

10、紹 對 氣態(tài) 爆炸 性混 合物 危險 性的評 價和分 類。評價 爆 炸性 氣體 的危 險性 ，主 要考量 該氣體 與爆 炸 可能 性有 關(guān)的 三個 特性 ：1. 爆炸 性氣 體 與空 氣混 合的 可爆 濃度 范圍 。這 種可 爆范 圍越 寬，則 該 氣體 就越 危險 。 例 如， 氫氣 與空 氣的 混 合濃 度 從 大約 4% 至 75% 均 有 可 能爆 炸； 而丙 烷的 可爆濃 度 則為 大約 2% 至 9% 。 可見 ，從 這 一點 來評 價， 氫氣 的危 險性 遠(yuǎn)大 于丙 烷 。2. 爆炸 性氣 體 與空 氣的 混合 氣體 對引 爆火 花能 量的 敏 感性 ?？?能 引爆 的火 花能

11、量越 小 ， 則 該 氣 體 就 越 危 險 。 例 如 ， 氫 氣 與 空 氣 混 合 后 的 最 小 引 爆 火 花 能 量 為30.019mJ； 而乙 烯與 空氣 混合 后的 最 小 引 爆火 花能 量為0.060mJ。所 以， 從這 一點來 評 價， 氫氣 比乙 烯更 危險 。3. 爆炸 性氣 體 與空 氣的 混合 氣體 對物 體表 面溫 度的 敏 感性 ?？?能 引爆 的物 體表 面溫度 越 低， 則該 氣體 就越 危險 。 例 如， 硝酸 乙酯 與 空氣 混合 后， 遇到 100 物 體表面 就 可能 爆炸 ；而 氫氣 與空 氣混合 后，即 便遇 到 500 的 物體 表面 也不

12、可能 被引爆 。 顯然 ，如 果單 從這 一點 來評價 ，氫氣 又不 那 么危 險了 。實際 上 ，上述 三個 特性 中的 第 一個 與后 兩個 之間 存在 某種聯(lián)系 。只 要控 制了爆炸 性氣體 與 空氣 混合 后可 能引 爆的 最小火 花能量 和最 低 物體 表面 溫度 ，則整 個可 爆范 圍便都 可 得到 控制 。而 后兩 個特 性則是 相互獨 立，不 存 在聯(lián) 系的 。所 以，對 爆 炸性 氣體的 分 類就 分別 根據(jù) 后兩 個特 性而做 出。根據(jù) 可 能引 爆的 最小 火花 能量 ，中國 和歐 洲及 世界 上 大部 分國 家和 地區(qū) 將爆 炸性 氣體分 類 為四 個危 險性 等級 ：

13、工況 類 別氣體 分類代表 性 氣體最小 引爆 火花 能 量礦井 下I甲 烷0.280mJ礦井 外的 工廠IIA丙 烷0.180 mJIIB乙 烯0.060 mJIIC氫氣0.019 mJ美國 和 加拿 大首 先將 散布 在空 氣中的 爆炸性 物體 分 成三 個CLASS ：CLASS氣 體和 蒸汽CLASS塵 埃CLASS纖 維然后 再 將氣 體和 塵埃 分成Group :Group代表 性氣 體或 塵埃A 乙炔B 氫氣C 乙烯D 丙烷4E 金 屬 塵埃F 煤 碳塵 埃G 谷物 塵埃根 據(jù) 氣體 對物 體 表面 溫度 的敏 感性 ，國際上 將爆 炸性 氣體 分 成六 個溫 度組 別：溫度 組

14、別安 全 的物 體表 面溫 度155 種常 用爆 炸性氣體 的舉 例T1 450 C氫氣 、丙烯睛 等 46種T2 300 C乙炔 、乙烯等 47 種T3 200 C汽油 、丁烯醛 等 36種T4 135 C乙醛 、四氟乙 烯等 6 種T5 100 C二硫 化碳T6 85 C硝 酸乙酯 和亞 硝酸 乙酯在溫 度組 別的 劃分 上，世 界 各國 基本 一致 。美 國 和加 拿大 只是在 上 述六 個大 組基礎(chǔ) 上 ，對 幾個 組別 又進(jìn) 行了 細(xì)分而 已。上表 可見 ，常 用爆 炸性 氣 體中 的絕 大多 數(shù)屬 于4以上 溫度 組別 。 T5和T6總共只 有3例 。儀表 的 防爆 標(biāo)志根據(jù) 中

15、國國 家標(biāo) 準(zhǔn) GB3836.1-2000、 GB3836.4-2000對 本質(zhì) 安全 設(shè)備 的 定義 如下 ：本質(zhì) 安 全設(shè) 備 (intrinsicailly safe apparatus)：在其 內(nèi) 部的 所有 電路 部是 本質(zhì) 安全電 路的電 氣設(shè) 備 ；關(guān)聯(lián) 設(shè) 備 (associated apparatus) ：裝有 本 質(zhì)安 全電 路和 非本 質(zhì)安 全電路 ，且 結(jié)構(gòu) 使非 本 質(zhì)安 全電 路不 能對 本質(zhì) 安全 電路產(chǎn) 生 不利 影響 的電 氣設(shè) 備 。 ( 注 ： 關(guān)聯(lián) 設(shè) 備 可以 是 下列 兩 者 中的 任何 一 個 ： a) 使用在 相 適應(yīng) 的爆 炸性 氣體 環(huán)境 中

16、并且 有 GB3836.1 規(guī) 定的 另一 個防 爆型 式的 電氣 設(shè)備 。 b) 非 防爆 型式 ，不 能在 爆炸 性氣 體 環(huán)境 中使 用的 電氣 設(shè)備 ：例 如記 錄儀 ，它 本身不 再 爆炸 性氣 體環(huán) 境中 ，但 是，它 與 處在 爆炸 性氣 體環(huán) 境中 的熱 電偶 連接 ，這 時只有 記 錄儀 的輸 入電 路是 本質(zhì) 安全的 。 )本質(zhì) 安 全設(shè) 備和 關(guān)聯(lián) 設(shè) 備在 防 爆 型 儀 表的 銘 牌 和 樣 本 或產(chǎn) 品說 明 書中 必須 標(biāo)注 防爆標(biāo) 志 。而 了 解上 述防 爆基 本 知識 的實 用意 義正 在于 識別儀表 的防 爆標(biāo) 志 ，從而 對5儀表 的 可安 裝區(qū) 域和

17、可涉 及的 爆炸性 氣體一 目了 然 。例一 ： Ex ia llC T6這例 防 爆標(biāo) 志的 含義 為：標(biāo)志 內(nèi) 容符號含 義防爆 聲 明EX符合 某種 防爆 標(biāo)準(zhǔn) ， 如中 國國 家標(biāo) 準(zhǔn)防爆 方 法ia采用 ia 級本 質(zhì)安 全防 爆 方法 。 可 安裝 在 Zone 0區(qū)氣體 類 別IIC被 允許 涉及 IIC 類 爆炸性 氣體溫度 組 別T6儀 表 表面 溫度 不超 過 85C例二 ： Ex ia llC這例 防 爆標(biāo) 志為 本質(zhì) 安全 關(guān)聯(lián) 設(shè)備的 標(biāo)志， 其含 義 為：標(biāo)志 內(nèi) 容符號含 義防爆 聲 明EX符合 某種 防爆 標(biāo)準(zhǔn) ， 如中 國國 家標(biāo) 準(zhǔn)防爆 方 法ia采用 ia

18、 級本 質(zhì)安 全防 爆 方法 。 可 安裝 在 Zone 0區(qū) 的設(shè) 備氣體 類 別IIC可 連接 的設(shè) 備被 允許 涉及 IIC 類 爆炸性 氣體例三 ：EEx ia IIC這例 防 爆標(biāo) 志的 含義 為符 合歐 洲標(biāo)準(zhǔn) 、采 用 ia 級 本安 防爆 、可 涉及 llC 類 爆炸 性氣體 的 儀表 。沒 有 溫度 組別 說 明該 儀表 不與 爆炸 性氣 體直 接接 觸。如 安 全柵 多為 此防爆 標(biāo) 志。上述 兩 例的 現(xiàn)場 儀表 和安 全柵 相配，可安 裝在 最危 險的 場合 ，可涉 及最 危險 的 氣體 。例四 ：Ex de ( ib ) llC T46該儀 表 符合 某種 防爆 標(biāo)準(zhǔn)

19、 ，并 同時采 用了隔 爆、 增 安和 ib 級本 質(zhì)安 全防 爆方 法，可涉 及 IIC 類氣 體，且 儀 表表 面 溫度 不超 過 85 135 。如 某款 電磁 流量 變送 器采用 隔 爆 供 電、 增安 接 線 盒 ，而 信號 為 ib 級本 安 。 當(dāng)使 用 環(huán) 境 溫度 范圍 高 限 為 4080 時， 儀表 表面 溫度不 超 過 85135 。例五 ：Division 1 ; Class I Group A ; T66該儀 表 符合 美國 或加 拿大 防爆 標(biāo)準(zhǔn) ，可 安裝 在 Division 1 ，可涉 及 Group A 氣體 ，儀表 表 面溫 度不 超過 85 。 這是

20、美加 標(biāo)準(zhǔn) 認(rèn)證 的 最高 級的 防爆 儀表 。 通 常用 文字說 明 其具 體防 爆方 法。本質(zhì) 安 全防 爆方 法本質(zhì) 安 全防 爆方 法是 利 用安 全 柵 技 術(shù) 將提 供 給現(xiàn) 場儀 表的 電 能 量限 制 在 既 不能 產(chǎn)生足 以 引爆 的火 花，又 不能 產(chǎn) 生足 以引 爆的 儀表 表面 溫升的安 全范 圍內(nèi) ，從 而消 除引爆 源 的防 爆方 法。對于 儀 表檢 測和 控制 回路 而言 ，限 制能 量首 先意 味著 限制電壓 和電 流。又 由于電 容和電 感 能夠 儲存 和釋 放電 能量 ，因 此電 容和 電感 也 須限 制。實踐 中 ，人們 利用 火花 試驗 裝 置，通 過實

21、 驗確 定對 不 同危 險類 別氣 體的 電能量限 制參數(shù) 。 國際 標(biāo)準(zhǔn) 和中 國 國家 標(biāo) 準(zhǔn) 中 給 出的 常 用電 能量 引爆 曲 線 有電 壓 電 流 引爆 曲線、電 壓 電容 引 爆曲 線和 電流 電感引 爆曲線 等 。根 據(jù) 這些 曲線 ，再 考慮 1 . 5 倍 的保險 系 數(shù)， 人們 便可 以確 定在 涉及某 類氣體 時， 對 指定 回路 的電 能量 限制 參數(shù) 。例如 ，涉 及 IIC 類氣 體（ 如氫 氣）時 ，對 標(biāo) 稱 24VDC 供 電的 回路（ 如 變 送器，電氣轉(zhuǎn) 換 器，電磁閥 等）通常 設(shè)定 限壓 值為 28V 。依 此限壓 值 查電 壓 電流引 爆 曲線

22、，并考 慮 1.5 倍 的保 險系 數(shù)，可 確 定此 時的 限流值應(yīng) 為 119mA 。依 28V 限壓 值并 考慮 1.5 倍 的保 險系 數(shù)后 查電 壓電 容 引爆 曲線 ，可 確定 回路 電容 值應(yīng) 限制 在 0 .13 F。依 119mA 限 流值 并考 慮 1.5 倍 的 保險 系數(shù) 后查 電流 電感 引爆 曲線 ，可 確定 回路 電感值 應(yīng) 限制 在 2.55mH 。為限 制 儀表 的表 面溫 度，除 需 限制 回路 的開 路電 壓和 短路電流 外 ，還要 限制回路 的最大 功 率。本質(zhì) 安 全儀 表和 安全 柵的 防爆 參數(shù)認(rèn) 證本質(zhì) 安 全防 爆回 路，總 是由 一個 本安 現(xiàn)

23、場 儀表 和作 為 回路 限能 關(guān)聯(lián) 設(shè)備 的安 全柵 配合組 成 。當(dāng)現(xiàn) 場 儀表 所產(chǎn) 生或 儲存 的電 能量不 超 過 1.2V , 0 .1mA , 20 J 和 25mw 時 ，被 稱為簡 單 儀表 。簡 單 儀表 無須 本安 認(rèn)證 即可 與已 取得 本 安認(rèn) 證的 安全 柵配 合構(gòu) 成本 安防爆 回 路。7常見 的 簡單 儀表 有：溫度 信 號輸 入：熱電 偶和 熱電 阻開關(guān) 信 號輸 入：干接 點， 如壓 力開 關(guān)， 溫度 開關(guān) ，行程 開關(guān) ，按 鈕等開關(guān) 信 號輸 出：LED等若非 簡 單儀 表而 采用 本安 防爆 法，則 必 須取 得本 安防 爆認(rèn)證，并 與同樣 取得本安

24、防爆認(rèn) 證 的安 全柵 配合 構(gòu)成 本安 防爆回 路。本安 儀 表或 安全 柵在 認(rèn)證 時，除 確認(rèn) 其防 爆標(biāo) 志外 ，通常 還須 確認(rèn) 具體 的安 全 參數(shù) 。本安 儀表 的主 要 安全 參數(shù) 包括 ：Ui允 許輸 入的 最大 故障 電壓Ii允許 輸入 的最 大故 障電 流Pi允許 輸入 的 最大 功率Ci儀 表的 等效 電容Li儀表 的 等效 電感安全 柵 的主 要安 全參 數(shù)包 括：Um允 許 施 加在 安全 柵 非 本 質(zhì)安 全電 路上 而不 會 本 質(zhì) 安全 性能 失 效 的 最 高 電壓Uo可 能輸 出的 最大 電 壓， 即安 全限 壓值lo可能 輸出 的最 大電 流， 即 安全

25、 限流 值Po可 能輸 出的 最大 功率Co允 許的 最大 回路 電容Lo允 許的 最大 回路 電感工程 設(shè) 計人 員和 最終 用戶 可依 據(jù)下表 確認(rèn)本 安儀 表 和安 全柵 的安 全參 數(shù)是 否匹 配：表中 ： Cc 和 Lc 為 電纜 分布 電 容和 電感 。本安 儀 表參 數(shù) 電纜 參數(shù)安 全參 數(shù) 匹配 條件安 全柵 參數(shù)UmUoUlUoILIoPlPoCl+CcCoLl+LcLo8表中 ：Cc 和Lc為 電纜 分布 電 容和 電感 。在中 國 ，工 程 設(shè)計 人員 和最 終用 戶可 依據(jù) 國家 授權(quán) 認(rèn) 證機(jī) 構(gòu)簽 發(fā)的 本安 儀表 和安 全柵的 聯(lián) 合取 證確 認(rèn)該 本安 回路

26、的安全 性。安全 柵 的基 本限 能原 理和 基本 限能電 路安全 柵 限能 ，就 是限 制送 往危 險現(xiàn)場 的電壓 和電 流 。 安 全柵 的基 本限 能原 理如 圖，所示 。齊納 管 Z 用 于限 制電 壓 。當(dāng) 回 路電 壓接 近安 全 限壓 值時 ，齊 納管 導(dǎo)通 放電 ，使 齊納管 兩 端電 壓始 終保 持在 安全 限壓 值以 下。電阻 R 用于 限制 電流 。當(dāng) 電壓 被限 制 后，適 當(dāng) 選擇 電阻 值，即 可 將回 路電 流限 制在安 全 限流 值以 下。保 險絲 F 的 作用 是 防止 因齊 納管 被 長時 間流 過的 大 電 流 燒斷 而導(dǎo) 致 回 路 限 壓 失敗。當(dāng) 超

27、 過安 全 限壓 值的 電壓 加在回 路上時 ，齊 納管 導(dǎo)通 。如 果沒 有保 險絲 ，流 經(jīng)齊納 管 的電 流會 無限 上升 ，最 終燒 斷齊 納管 ，使 回路 失去 限壓 。為 確保 回路限壓 安全，保 險絲 必須 選 用高速熔 斷型 。其 熔 斷速 度應(yīng) 比齊 納管 可能 被燒 斷的 速度 快 十倍 。采用 圖 1 所 示三 冗余 齊納 管的 安全 柵基本 限 能電 路 結(jié)構(gòu) ，能夠 確保 安全 柵在 正常 工作、 一 個故 障和 二個 故障 時均 能將輸 出電能 量可 靠 限制 在安 全參 數(shù)規(guī) 定的 范圍 內(nèi) 。從而 滿 足 ia 級 本質(zhì) 安全 的要 求 。我國 對爆 炸性 危險

28、 場 所是 如何 劃分 的？答我 國 對 爆 炸 性 危 險 場 所 的 劃 分 采 用 與IEC等 效 的 方 法 。 國 家 標(biāo) 準(zhǔn)GB50058-92中規(guī) 定 ，爆炸 性氣體危 險場 所按 其危 險程 度大 小， 劃分 為 0 區(qū) 、 1 區(qū)、 2區(qū)三 個 級別 ，爆 炸性 粉塵 危險 場所劃 分 為 0 區(qū) 、 11 區(qū)兩 個級 別 ，詳 見表 4-1 。表 4-1 中國 對危險 場所劃分 表爆 炸性 物質(zhì)區(qū)域 劃分區(qū)域 定義氣體0 區(qū)連 續(xù)出 現(xiàn) 或長 期出 現(xiàn)爆炸性 氣體 混合 物的 環(huán)境1 區(qū) 在 正 常運(yùn) 行時 可能 出現(xiàn)爆炸 性氣 體混 合物 的環(huán) 境2 區(qū) 在 正 常運(yùn) 行

29、時 不可 能出現(xiàn)爆 炸性 氣體 混合 物的 環(huán)境 ，或 即使 出 現(xiàn) 也僅 是短 時 存 在的 爆炸 性氣 體混 合物 的環(huán)境粉 塵 10 區(qū) 連 續(xù)出 現(xiàn)或 長期 出現(xiàn) 爆 炸性 粉塵 的環(huán) 境911 區(qū) 有 時 會 將積 留 下的粉 塵揚(yáng) 起而 偶 然出 現(xiàn)爆 炸性 粉塵 混合 物的 環(huán)境國 際上 對爆 炸性 危險 場所 是如 何劃分的 ？答 國 際上 各 主要 工業(yè) 國家 對爆 炸性 危險 場所 的劃分， 基 本上 可分 兩種 意見 。一 種以 IEC （ 國際 電工 委 員會 ）為 代表 ，包括 德 國、英國 、意 大利 、日 本、 澳大 利 亞 等國 ，對 氣體 劃分 為 0 區(qū) 、

30、 1 區(qū) 、 2 區(qū)， 對粉 塵劃 分為 10 區(qū) 、 11 區(qū) 。 其 定義與 IEC 基 本相 同（ 可參 見我 國 對各 區(qū)域 的定義， 我國 等效 采用 IEC 標(biāo) 準(zhǔn)）。另 一種 為 美 國、 加拿 大等 北美 國 家的 劃分 ，以 NEC （美 國國 家電 氣規(guī) 程） 的定義 為 代表 ，對 氣體 劃分 為 1 區(qū)、 2 區(qū) （沒 有 0 區(qū)），對 粉 塵也 劃分 為 1 區(qū)、 2 區(qū) 。兩 者之 間的 對應(yīng) 關(guān)系 大致 如下 ：氣 體： IEC0 區(qū) 、 1 區(qū) NEC 1 區(qū)IEC 2 區(qū) NEC2 區(qū)粉 塵： IEC 10 區(qū) NEC 1 區(qū)IEC 11區(qū) NEC 2區(qū)IEC

31、“區(qū) ”的 英文 為 Zone ；NEC“ 區(qū) ”的 英 文 為 Division。我 國的 防爆 電氣 設(shè)備 ，其 防爆 結(jié)構(gòu) 形 式有 幾種 ？列 出其 名稱 和標(biāo) 志。答 根 據(jù)國 家 標(biāo)準(zhǔn) GB 3836 83 ，我 國的 防 爆電 氣 設(shè)備其 防爆 結(jié)構(gòu) 形式 有 8 種 ，列舉 如 下。結(jié) 構(gòu)形 式標(biāo) 志結(jié)構(gòu) 形 式標(biāo)志隔 爆型d充 油型o增 安型e 充 砂型q本 質(zhì)安 全型i無火 花型n正 壓型p特 殊型s什 么是 隔爆 型儀 表？ 它有 什么 特點？答 隔 爆又 稱 耐壓 防爆 ，它 把 能點 燃爆 炸混 合物 的儀 表部 件封 閉在 一個 外 殼內(nèi) ，該外 殼 特別 牢固 ，

32、能承 受內(nèi) 部 爆炸 性混 合物 的爆 炸壓 力，并 阻 止向殼外 的爆炸性 混合物 傳 爆。這 就是 說 ，隔 爆 型儀 表的 殼 體內(nèi) 部是 可能 發(fā) 生 爆炸 的，但 不 會傳 到殼 體外面 來 ，因此 這種 儀表 的各 部件 的 接合 面，如儀表 蓋的 螺紋 圈 數(shù)，螺 紋精 度，零點 ，10量程 調(diào) 整螺 釘和 表殼 之間 ，變 送器 的檢 測部 件和 轉(zhuǎn)換 部件之間 的間 隙，以 及導(dǎo)線 口等， 都 有嚴(yán) 格的 防爆 要求 。隔 爆型 儀表 除了 較笨 重外 ，其 他比較簡 單， 不 需要 如安 全柵 之類 的關(guān) 聯(lián)設(shè) 備。但是 在 打開 表蓋 前，必 須先 把電 源關(guān)掉，否則 萬

33、一 產(chǎn)生 火花 ，便會 暴露 在大 氣 之中 ，從而 出 現(xiàn)危 險。什 么是 本質(zhì) 安全 型（ intrinsic safety） 儀表 ？它 有什 么 特點 ？答 本 質(zhì)安 全 型儀 表又 叫安 全火 花型 儀表 。 它 的 特點 是儀 表在 正常 狀態(tài) 下和 故障狀 態(tài) 下，電 路、系 統(tǒng) 產(chǎn)生 的火 花 和達(dá) 到的 溫度 都不 會引 燃爆 炸性 混合 物。它 的 防爆主 要 由以 下措 施來 實現(xiàn) ： 采 用新 型 集成 電路 元件 等組 成儀 表電 路，在 較 低的 工作 電壓 和較 小的 工作 電流下 工 作； 用 安全 柵 把危 險場 所和 非危 險場 所的 電路 分隔 開 ，限制

34、 由非 危險 場所 傳遞 到危險 場 所去 的能 量； 儀表 的連 接 導(dǎo) 線 不 得 形成 過 大 的 分 布 電感 和 分 布 電 容 ， 以 減少 電 路 中 的 儲能。本 制安 全型 儀表 的防 爆性 能，不 是采 用 通風(fēng) 、充 氣、充 油 、隔 爆等 外部 措施 實現(xiàn)的 ，而 是由 電路 本 身實 現(xiàn)的 ，因 而 是 本質(zhì) 安全 的。它 能 適用 于一 切危 險場所和 一切爆 炸 性氣 體、蒸 氣 混合 物，并 可 以在 通電 的情 況下 進(jìn)行 維修 和調(diào) 整 。但 是 ，它 不能單 獨 使用 必須 和 本 安關(guān) 聯(lián)設(shè) 備（ 安全 柵 ）、 外部 配線 一 起組 成本 安電 路，

35、才能 發(fā)揮防 爆 功能 。本安 型儀 表有 ia 、 ib 兩種 ，請 說明 它們 之間 的區(qū) 別 。答 ia 等級 在正 常工 作狀 態(tài)下 ，以 及電 路中 存 在一 個故 障或兩個 故障 時， 均不 能 點 燃爆 炸性 氣體 混合 物 。 在 ia 型 電路 中， 工作 電流 被限 制在 100mA 以 下 。 ib 等級 在 正常 工作 狀態(tài) 下，以 及 電路 中存 在一個 故障時 ，不 能點烯 爆炸性 氣體混 合 物 。 在 ib 電 路中 ，工 作電 流被 限帛 在 150mA以下 。ia 型儀 表適 用于 0 區(qū) 和 1 區(qū)， ib 型 儀表 僅適 用 于 1 區(qū) 。 或者 說，

36、從本 質(zhì)安 全角度 講 ， ib 型儀 表適 用于 煤礦 井下 ， ia 型儀表 適用 于工 廠 。什么 是正 壓型 （ p 型） 儀表 ？11答 向 儀表 外 殼內(nèi) 充入 正壓 的潔 凈空 氣、 惰性 氣 體， 或連 續(xù)通 入潔 凈空 氣、 不燃性 氣 體，保 持外 殼內(nèi) 部保 護(hù) 氣體 的壓 力高 于周 圍危 險性環(huán)境 的壓 力，阻 止外部 爆炸性 氣 體混 合物 進(jìn)入 殼內(nèi) ，而 使電氣 部件的 危險 源 與之 隔離 的儀 表設(shè) 備。什么 是增 安型 （ e 型） 儀表 ？答 正 常運(yùn) 行 條件 下不 會產(chǎn) 生點 燃爆 炸性 混合 物 的火 花或 危險 溫度 ，并 在結(jié) 構(gòu)上采 取 措施

37、 （如 密 封 等）， 提高 其 安 全程 度， 以避 免在 正 常和 規(guī)定 的過 載條 件下 出現(xiàn)點 燃 現(xiàn)象 的儀 表設(shè) 備。什么 是特 殊型 （ s 型 ） 儀表 ？答 是 除 d 、 e、 i 、 p、 n 之 外的 特殊 形式 ，或 者 是上 述幾 種形 式的 組合 ，采 用這種 結(jié) 構(gòu)形 式的 防爆 儀表 稱為 特殊型 儀表。防爆 電氣 設(shè)備 分為 幾 大類 ？答分 為兩 大 類： I 類 ： 煤礦 井下 用電氣設(shè) 備； II 類 ：工 廠用 電 氣設(shè) 備。II 類 防爆 電 氣設(shè)備 劃分 為 幾級 ？標(biāo) 志是 什么 ？答 按 照國 家 標(biāo)準(zhǔn) GB 3836 83 ， II 類防

38、爆電 氣 設(shè)備 劃分 為三 級， 標(biāo)志 分別 為A 、 B 、 C。 分級 標(biāo)準(zhǔn) 見表 8-2 。表 8-2 II 類防 爆 電氣 設(shè)備 分類 標(biāo)準(zhǔn)級 別 MESG/mm MICRII A 1.14 MESG 0.9 1.0 MICR 0.8II B 0.9 MESG 0.5 0.8 MICR 0.45II C 0.5 MESG 0.45 MICR注 ： MESG 可燃 性氣 體混 合物 最大 試驗 安全 間隙 ， mm 。MICR 可 燃性 氣體 混合 物最 小點 燃 電流 與甲 烷最 小點 燃電 流的 比值 。II A 、 II B 、 II C 也 是可 燃性 氣體 混合 物的傳 爆 等

39、級 。解 釋 下列 名詞 ：最 大試 驗安 全間 隙MESG ；最 小點 燃電 流 MIC ；最 小點 燃電 流比 MICR 。答最 大試 驗 安全 間隙（ MESG ） 指 在規(guī) 定的 試驗 條件 下，一 個 殼體 充有 一12定濃 度 的被 試驗 氣體 與空 氣的 混合物 ，點 燃 后，通 過 25mm 長 的接 合面 均不 能引 燃?xì)んw 爆 炸性 氣體 混合 物的 外殼 接合面 之間的 最大 間 隙。最 小點 燃電 流（ MIC ） 在規(guī) 定的 試驗 裝 置上 ，用 直流 24V 、 95mH 電感 的火花 進(jìn) 行 3000 次 點燃 試驗 時， 能夠 點燃 可燃 性氣 體 混合 物的

40、最 小電流 。 此 電流 降低 5% 即不 能點 燃 。最 小 點 燃電 流比 （ MICR ） 各種 可燃 性氣 體（ 或蒸 氣 ） 與 空氣 的混 合物 的最小 點 燃電 流對 甲烷 與空 氣混 合物的 最小點 燃電 流 的比 值。II 類 防爆 電 氣設(shè)備 劃分 為 幾個 溫度 組別 ？標(biāo) 志是 什么 ？答按 國家 標(biāo) 準(zhǔn) GB3836 83 ，II 類 防爆 電氣 設(shè)備 根據(jù) 其最 高 表面 溫度 劃分 為 6組， 標(biāo) 志為 T1T6 。 分組 標(biāo)準(zhǔn) 如下 ：溫 度組 別允 許最 高表 面溫 度 / 溫 度組 別允 許最 高表 面溫 度 / T1T2T3 450200200 T4T5T

41、6 13510085T1-T6對 應(yīng)于 爆炸 氣體 混 合物的引 燃溫 度分 組。如何 選用 防爆 型儀 表？答一 般說 來 ，可 根據(jù) 以下 兩點 來選 用。 根 據(jù)儀 表 安裝 、使 用場 所的 危險 區(qū)域 來選 擇儀 表 的防 爆型 式：0 區(qū) 只能 選 ia 型 、 S 型 （指 專為 0 區(qū) 設(shè) 計的 S 型 ）；I 區(qū) 可 能除 n 型 以 外的 其他 型式 ；2 區(qū) 所有 防爆型 式 均可 選 ； 根 據(jù)可 能 出現(xiàn) 的可 燃性 氣體 、蒸 氣的 傳爆 級別 和引 燃溫 度組 別，選 擇 儀表 的防爆 等 級和 最高 允許 表面 溫度 組別 。可 參見 表 8-3 ，該 表是 根

42、據(jù) GB3836-1983 歸 納整理 的 。表 8-3可燃 性氣體 、蒸氣傳 爆級 別、 引燃 溫度 組別 舉例組 別 級 別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 、 一氣 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 、環(huán)戊 烷 ，丙 烯， 乙苯 ，異 丙苯 ，甲醇 ，乙醇 ，丙 醇 ，丁 醇， 甲酸

43、甲酯 ，甲 酸乙 酯，13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，環(huán) 已 烷，松節(jié) 油，石 腦 油， 石油 ，汽 油，燃料油 ， 煤油 ，柴 油， 戊醇 ，已 醇，環(huán) 已醇 乙 醛， 三甲 胺 亞 硝酸 乙 酯II B 丙 炔， 環(huán)丙 烷 ，丙 烯臘 ，氰 化氫 ，民 用煤 氣 乙 烯， 丁二 烯， 環(huán) 氧乙 烷，環(huán)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 氫 呋喃，硫化 氫 乙 基甲 基 醚， 二乙 醚， 二柄 醚， 四氟 乙烯

44、II C氯 ，水 煤氣乙炔二硫 化碳硝酸 乙酯說 明： a、 可燃 性氣 體 ，蒸 氣的 傳爆 級別 也是 電氣 設(shè) 備的 防爆 級別 ，兩 者是 一致的 ， 均分 為 IIA 、 IIB 、 IIC 三 級 。b、可 燃 性氣體 、蒸氣 的 引燃 溫度 組別 與電 氣設(shè) 備最 高表 面溫 度組 別一 一 對應(yīng) ，如 T4 組氣 體， 引 燃溫 度為 200 T 135 。我 國 的防 爆標(biāo) 志由 哪 幾部 分構(gòu) 成？ 分別 說明 其含 義？答防 爆標(biāo) 志 一般 由以 下 5 個部 分構(gòu) 成： 防 爆標(biāo) 志 EX 表 示該 設(shè)備 為防 爆 電氣 設(shè)備 ； 防 爆結(jié) 構(gòu) 形式 表 明該 設(shè)備 采

45、用 何種 措施 進(jìn)行 防爆 ，如 d 為隔 爆型 ， p 為 正壓型 ； i 為 本安 型 等； 防 爆設(shè) 備 類別 分 為兩 大類 ，I 為煤 礦井 下 用電 設(shè)備 ，II 為 工廠 用 電氣設(shè)備 ； 防 爆級 別 分 為 A 、 B 、 C 三級 ，說 明 其防 爆能 力的 強(qiáng)弱 ； 溫 度組 別 分 為 T1T6六 組， 說明 該設(shè) 備的 最高 表面 溫度允許 值。一臺 儀表 的防 爆標(biāo) 志 為 EXdIIBT4，請 說明 其 含義 。答EX 防 爆總 標(biāo)志 ；d 結(jié)構(gòu) 形式 ，隔 爆型 ；II 類別 ， 工廠 用；B 防爆 級別 ， B 級T4 溫度 組別 ， T4 組 ，最 高表 面

46、溫 度 135 。一聚 酯電 源接 線箱 的 防爆 標(biāo)志 為 EXedIICT4，請 說明 其含 義。答EX 防 爆總 標(biāo)志 ；ed 結(jié) 構(gòu)形 式， e：增 安型 ， d ： 隔爆 型；14II 類別 ， 工廠 用；C 防爆 級別 ， C 級T4 溫度 組別 ， T4 組 ，最 高表 面溫 度 135 。一臺 進(jìn)口 氣相 色譜 儀 的防 爆標(biāo) 志為 EEXdps IIB+H2T4， 請說 明其 含義 。答EEX 歐 洲共 同體 防爆 總標(biāo) 志；dps 該儀 表 采用 隔爆 、正 壓、 特殊 三種 防爆 措施 ；II 工廠 用 電氣 設(shè)備 ；B 防爆 級別 ， B 級+ H2 也適 用 于 H2

47、 場所（ B 級 防爆 不適 用 于 H2 ，該 儀 表由 于采 取多 種防 爆措 施 ， 也可 用于 H2 場 所）；T4 表面 最高 溫升 135 。一臺 日本 產(chǎn)儀 表的 防 爆標(biāo) 志為 JISia3Ng4 ，請 說明 其含 義 。答JIS 日 本 工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)代 號；ia 本質(zhì) 安全 防 爆， ia 級 ；3n 防 爆等 級為 3n ，防 所有 3 級 爆炸 性 氣體 ，相 當(dāng)于 我國 的 IIC ；G4 溫度 組別 ，相 當(dāng)于 我國 的 T4 。說 明JISia3nG4為 日本 原采 用的 防爆 標(biāo)志 ，現(xiàn) 在日 本已 采 用IEC標(biāo)準(zhǔn) ，上 述防爆 標(biāo) 志現(xiàn) 已標(biāo) 示為 JISEXi

48、aIICT4。一臺 進(jìn)口 儀表 的防 爆 標(biāo)志 為Class1 ， Division1， GroupB 、 C、 D ， T4A ， 請說 明其 含義 。答Class1 1 級 ，可 燃性 氣體 或蒸 氣場 所；Division1 1 區(qū)，存 在 或可 能 形成爆 炸或 燃 燒的 場所 ；GroupB 、 C、 D 適 用 于 B 、 C 、 D 組危 險氣體 存在的場 所；T4A 最 高表 面溫 度 120 。上 述防 爆標(biāo) 志對 應(yīng)于 我國 的 EXIIA、 IIB 、 IICT4 ，可 用 于 0 區(qū)、 1 區(qū)危 險 場所 。但應(yīng) 注 意， 該表 不能 用于 乙炔 場所。一臺 進(jìn)口 儀表

49、 的防 爆 標(biāo)志 如下 ，請 說明 其含 義。UL/FM/CSA Class1， GroupB 、 C 、 D ， T515Class3 ， GroupE 、 F ， T5CENELEC EEXedIICT5答UL 美 國保 險高 試驗 室；FM 美國 工廠 聯(lián)合 研 究會 ；CSA 加拿 大標(biāo) 準(zhǔn)協(xié) 會；CENELEC 歐 洲 電工 技術(shù) 委員 會 。說 明該 儀表 的防 爆性 能已 經(jīng) UL 、 FM 、 CSA 、 CENELEC測 試 認(rèn)可。Class1 ， GroupB 、 C、 D ， T5 適 用于 NEC 規(guī) 定的 B 、 C、 D 組可 燃?xì)?體， 表面溫 度 100 。Cl

50、ass2 ， GroupE 、 F ， T5 適 用 于 NEC 規(guī)定 的 E、 F 組 粉塵 ，表 面 溫度 100 。 EEXedIICT5 符 合 EN 標(biāo) 準(zhǔn)（ EN 為歐共 體標(biāo)準(zhǔn) 代號 ，其 防 爆標(biāo) 準(zhǔn)與 IEC 等效 ）、工廠 用 防爆 儀表 ，增 安、 隔爆 型，防 爆等級 C 級， 最高 表面 溫度 100 。變送 器輸 出信 號的 傳 輸距 離有 無限 定？答 現(xiàn) 在生 產(chǎn) 的電 容式 變送 器， 供電 都是 24VDC ， 按儀 表最 大輸 出 22.5mA ，最小 工 作電 壓 10.5VDV 算，其 負(fù) 載電 阻為 600 。對 于隔 爆變 送器 來說 ，只 要導(dǎo)

51、線電組 和 變送 器帶 的設(shè) 備電 阻之 和不超 過 600， 導(dǎo) 線 的傳 輸距 離沒 有限 定 。 但是 對本安 型 變送 器來 說，導(dǎo) 線 的長 度是 有規(guī) 定的 。因 為本 安是 一個 系統(tǒng) ，不 單是 一臺 本安儀 表 ，還 包 括關(guān) 聯(lián) 設(shè)備 和外 部配 線在 內(nèi)。關(guān) 聯(lián) 設(shè)備 一般 都是 安全 柵，它 對導(dǎo)線 的長度 是 有要 求的 ，每種 安全 柵 上都 注有 最大 允許 電感 和最大允 許電 容。如 果導(dǎo)線 的分布 電 容和 電感 加上 變送 器未 經(jīng)保護(hù) 的電容 和電 感 超過 了規(guī) 定范 圍，儀 表系 統(tǒng)便 是不本 安 的了 。在爆 炸危 險場 所安 裝 儀表 時有 哪些

52、 要求 ？答 爆炸 危險 場 所使 用的 儀表 、 電 氣設(shè) 備和 安裝 材 料如 接 線 盒、 分線 盒、 端子箱 等 ，必 須 具有 經(jīng) 本國 授權(quán) 機(jī)構(gòu) 簽發(fā) 的防 爆合 格證 ，安 裝前 應(yīng)檢 查其 規(guī)格 、型 號是否 符 合設(shè) 計要 求， 其外 部應(yīng) 無損傷 、裂紋 。 在 爆炸 危 險場 所也 可設(shè) 置正 壓防 爆的 儀表 箱，內(nèi)裝 非防 爆型 儀表 及其 他電 氣設(shè)備 ，儀 表箱 的通 風(fēng) 管必 須保 持暢 通，在 送 電以 前，應(yīng) 通 入箱 體積 5 倍 以上 的氣 體進(jìn)行 置 換。16 爆 炸危 險 場所 1 區(qū) 內(nèi)的 儀表 配線 ，必 須保 證在 萬一 發(fā)生 接地 、短 路、斷 線 等事故 時 ，