防爆基礎知識

1、 防爆基礎知識防爆基礎知識 一、可燃性氣體和蒸氣的爆炸特性一、可燃性氣體和蒸氣的爆炸特性 1、 燃燒和爆炸產生的條件燃燒和爆炸產生的條件 形成燃燒和爆炸必須具備一定條件。 下述條件在時間和空間上相遇，才會產生燃燒或爆炸： 燃燒劑燃燒劑，例如氫氣，汽油等； 氧化劑氧化劑，例如氧氣，空氣等； 點燃源點燃源，例如明火，火花，電弧，高溫表面等。 上述條件被稱為形成燃燒和爆炸的三要素。上述條件被稱為形成燃燒和爆炸的三要素。 工程上采取措施，防止三要素同時存在，防止出現火 災和爆炸危險。 2、 可燃性氣體和蒸氣的安全參數可燃性氣體和蒸氣的安全參數 爆炸界限爆炸界限-可燃性氣體或蒸氣與空氣的混合物只 有在某

2、個濃度范圍內才能爆炸（燃燒），超出此范圍就 不會被點燃，這一范圍的最高點和最低點分別稱為爆炸爆炸 上限上限和爆炸下限爆炸下限。 爆炸界限常用可燃性物質在可燃性混合物中的體積百 分比（濃度）表示，例如，甲烷的爆炸下限是5。0%（體 積比），爆炸上限是15%（體積比）?？扇夹晕镔|的濃度 低于爆炸下限的混合物可以稱作“過稀”，濃度高于爆 炸上限可以稱作“過濃”，過濃或過稀的混合物不能形 成爆炸或燃燒。 表1 幾種常見的可燃性氣體或或蒸氣的爆炸界限 氣體名稱 爆炸上限 （vol%） 爆炸下限 （vol%） 甲烷 15 50 丙烷 95 21 丁烷 85 15 異丁烷 85 18 乙醇 19 35 乙烯

3、 34 27 乙醚 48 17 氫氣 756 40 乙炔 82 15 引燃溫度引燃溫度-按照標準方法實驗時，引燃爆炸性混 合物的最低溫度。 在沒有明火等點火源的情況下，可燃性混合物的溫度 達到某一溫度時，由于內部氧化放熱加劇而自動著火， 也稱作自燃，有時候也把引燃溫度稱作自燃溫度。 國際標準iec600794:1975 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設 備 第4部分：引燃溫度實驗方法規(guī)定了引燃溫度的實 驗設備和實驗方法，見圖1。 玻璃瓶 爆炸性氣體 加熱爐 加熱電阻絲 底部加熱電阻絲 測溫熱電偶 圖 1 引燃溫度試驗裝置示意圖 表2 幾種常見的可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度 氣體名稱 引燃溫度 （） 氣體名

4、稱 引燃溫度 （） 二硫化碳 102 乙烯 425 乙醚 170 環(huán)氧丙烷 430 乙醛 140 乙炔 305 辛烷 210 環(huán)丙烷 495 戊烷 285 甲烷 537 異戊間二烯 220 丙烷 466 丁烷 365 氨 630 甲胺 430 氫 560 表 3 溫度組別、設備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度之間的關系 溫度組別 電氣設備的最高表面溫度 氣體或蒸氣的引燃溫度 t1 450 450 t2 300 300 t3 200 200 t4 135 135 t5 100 100 t6 85 85 (3) 閃點閃點-在標準條件下，使可燃性液體變成蒸氣的數量能夠形 成可燃性氣體/空氣混合物

5、的最低液體溫度。 可燃性氣體與空氣的混合物遇到點火源能形成爆炸，但是可燃性 液體必須先形成蒸氣，蒸氣與空氣混合才能形成爆炸性混合物。 可燃性液體的汽化速率與液體的溫度有關，能使可燃性液體釋放 （汽化）出足夠的蒸氣而在液體表面上形成能發(fā)生閃燃的爆炸性 氣體混合物的需要一定的液體溫度，此最低溫度稱作閃點。由于 液體的汽化的速度不僅受液體溫度的影響,而且與液體本身的性質 有關系，因此不同的可燃性液體的閃點有很大差異。例如，汽油 的閃點約為零下43，柴油為零下20，乙醇的閃點為11，乙 酸的閃點為40，而潤滑油的閃點都高于100?？扇夹砸后w的閃 點低，表示可燃性液體在低溫下可以形成爆炸性混合物，其危險

6、 程度高。反之，可燃性液體的閃點高，則在常溫下不能形成爆炸 性混合物，其危險程度也相對低一些。 點燃火焰 玻璃瓶 爆炸性蒸氣 加熱爐 加熱電阻絲 可燃性液體 底部加熱電阻絲 測溫熱電偶 圖 2 閃點試驗裝置示意圖 (4) 最小點燃能量最小點燃能量-在最易點燃濃度混合物中，一個 電路的一次放電正好足夠點燃混合物，這個電路總能量 的最小值，表示為相應的物質與空氣混合物的最小點燃 能量。 如果一次點燃是由于一個電容放電引起的，電容的電容 量為c，電容兩端的電壓為v，則相應的放電能量q為： q12cv2 由于可燃性氣體或蒸氣的物質性質差異，它們被點燃 時需要的活化能不同，當它們被電火花點燃時，需要的

7、電能量也不相同。例如，甲烷的最小點燃能量0.28mj， 正丁烷是0.25mj，異丁烷是 0.52mj，乙烯是0.096mj，氫 氣是0.019mj。在工程上可以采取限制電路中能量的方法 來避免電路斷開或閉合時產生的火花點燃周圍的爆炸性 混合物，根據這種原理可以設計成本質安全電路和n（無 火花）型設備中的限能電路。 在實際電路設計中，常常用電壓和電流來表征電路中的 能量，因此，在工程上常常利用最小點燃電壓和最小點 燃電流來判斷電路的安全性能。 (5) 最大實驗安全間隙（最大實驗安全間隙（mesg）-在標準規(guī)定的實 驗條件下，一個外殼內最易點燃濃度的爆炸性混合物被 點燃后產生的爆炸火焰穿越25mm

8、長的接合面，不能點燃 外殼外部環(huán)境的爆炸性混合物時，接合面兩部分之間最 大間隙。 國標gb3836.111991 爆炸性氣體環(huán)境用電氣 設備 第11部分：最大試驗安全間隙測定方法 和國際 標準iec600791a:1975規(guī)定了最大試驗安全間隙的試驗 設備和測量方法，見圖2。 上半球 傳爆間隙 下半球 外空腔 圖 2 最大試驗安全間隙試驗裝置示意圖 影響氣體爆炸火焰穿越狹縫引爆的因素很多，例如混合物的壓力、溫度、 濕度以及點火源的位置都對其有不同影響，但是，對其影響最大的是可燃性物質 的性質。乙炔、氫氣、二硫化碳等氣體的爆炸火焰穿越間隙時傳爆能力很強，即 其最大實驗安全間隙值較小，例如氫氣 m

9、esg 是 0。28mm,甲烷等烷類物質的傳 爆能力較弱，其相應 mesg 值較大，例如甲烷 mesg 是 1。14mm，丁烷是 0。 98mm，乙烯是 0。65mm。 mesg標準試驗裝置 表4 一些可燃性氣體或蒸氣的最大試驗安全間隙 氣體名稱 mesg (mm) 氣體名稱 mesg (mm) 氨 317 氰化氫 080 甲烷 114 丙烯腈 087 異丙醇 099 環(huán)氧丙烷 070 醋酸甲酯 099 二甲醚 086 醋酸戊酯 099 丙烯酸甲酯 085 丁醇 094 丁二烯 079 甲醇 092 乙烯 065 丙酮 102 二硫化碳 034 丁烷 098 乙炔 037 丙烷 092 氫 0

10、29 按照可燃性氣體的最大實驗安全間隙值的大小，可以將氣體按照傳爆能力 分級。 表5 可燃性氣體或蒸氣按傳爆能力分級 類、級別 mesg (mm) micr i 1.14 1 iia mesg 0.9 micr 0.8 iib 0.9 mesg 0.5 0.8 micr 0.45 iic 0.5 mesg 0.45 micr 根據上述分級參數，可以設計制造不同類別、 級別的防爆電氣產品，用戶也 根據上述參數將工作環(huán)境中的可燃性物質分類、 分級，以便選擇合適 的防爆電氣 產品。注: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。 隔爆間隙與隔爆結合面寬度的關系 (6) 最大爆炸壓

11、力最大爆炸壓力 爆炸性混合物被點燃爆炸后，釋放的熱量使氣體劇烈 膨脹，因而產生很高的爆炸壓力。由于可燃性氣體的性 質差異，最大爆炸壓力也不相同。多數氣體的最大爆炸 壓力在0。6mpa-0.8mpa之間，但乙炔的最大爆炸壓力 可以達到1。0mpa。上述最大爆炸壓力值是以在容積為8 升的球形容器中測得的，如果容器的形狀復雜，容易產 生壓力重疊現象，則最大爆炸壓力可以達到23mpa。 爆炸壓力能對設備和建筑物造成破壞，人們在設計電氣 設備外殼和設計廠房時應考慮爆炸壓力的作用。 爆炸壓力曲線圖 一、一、 防止爆炸的措施防止爆炸的措施 在石油、化工、煤炭等一些工業(yè)部門，常常需要生產、 加工、儲存、運輸或

12、使用可燃性氣體或液體，這些可燃 性液體或氣體可以通過容器或管道裂縫，密封失效的接 縫，操作孔，閥門等泄漏到周圍環(huán)境中，它們與環(huán)境中 的空氣混合，形成爆炸性危險環(huán)境。如果在環(huán)境中也存 在點燃源，就會產生燃燒或爆炸。 為了防止產生爆炸和火災危險，應該在上述場所中采 取防爆措施。 防爆措施在工程上分為兩大類： 1、一次一次(primary)防爆措施防爆措施-避免場所環(huán)境中存在爆炸 性危險環(huán)境。 由前述的產生爆炸或燃燒條件三要素可以知道，如果 能夠在環(huán)境中避免可燃性物質，或者在環(huán)境中避免氧化 劑氧氣，就可以從根本上避免火災或爆炸危險。空氣 中的氧氣是難避免的，可行的辦法是避免可燃性物質。 如果不能完全

13、避免可燃性物質，可以將可燃性物質的濃 度限制在爆炸下限以下，也能避免產生爆炸危險。石油 化工企業(yè)選用密閉的容器、管道和密封質量好的閥門， 以避免工藝設備中的可燃性物質泄露到環(huán)境中?；S 常常采用有房頂無墻壁的廠房，改善自然通風效果，或 者采用強制通風（機械通風），使環(huán)境中的可燃性物質 的濃度低于爆炸下限，達到避免爆炸危險的目的。 2、二次二次(secondary)防爆措施防爆措施-在爆炸危險環(huán)境避免點燃 源。 如果爆炸性危險環(huán)境不可避免，則在環(huán)境中消除點燃 源。我們常常在油庫、加油站中看到“嚴禁煙火”的牌 子，就屬于二次防爆措施。 國家標準規(guī)定，在爆炸危險場所必須使用防爆電氣產 品，也屬于二

14、次防爆措施。 二、二、 常用防爆類型的防爆原理常用防爆類型的防爆原理 根據燃燒和爆炸條件三要素，可以采取不同的防爆措 施，避免電氣設備成為點燃源。 1、 隔爆外殼隔爆外殼 “d”-能承受內部爆炸性氣體混合物 的爆炸壓力，并阻止內部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合 物傳播的電氣設備外殼。 給電氣設備制造一個堅固的外殼，所有接縫的間隙小 于相應可燃性氣體的最大實驗安全間隙，如果可燃性氣 體進入外殼之內被電火花點燃產生爆炸，則爆炸火焰被 限制在外殼之內，不能點燃外殼外部環(huán)境中的爆炸性混 合物，從而保證了環(huán)境的安全。 隔爆外殼必須滿足兩個基本條件： 外殼具有足夠的機械強度，能夠承受內部的爆炸 壓力而不損壞，

15、也不產生影響防爆性能的永久性變形。 外殼壁上所有與外界相通的接縫和孔隙小于相應 的最大實驗安全間隙。 隔爆外殼 隔爆接合面 圖 3 隔爆外殼示意圖 主要防爆措施： 隔爆外殼材質要求； 隔爆接合面的間隙長度和寬度以及表面光潔度要 求； 緊固件和緊固螺紋孔的要求； 透明件的要求； 膠粘劑和膠封劑的要求； 接地； 電纜和導管引入裝置； 連鎖或警告標志等。 國家標準gb 3836.2-2000 對隔爆型電氣設 備的結構、實驗和標志作了明確規(guī)定。 隔爆外殼的標志是”d”,例如一臺隔爆型 電機的防爆標 志是 ex d iib t4. 其中，ex表示防爆，d代表隔爆型，iib 代表工廠用設備iib級，t4代

16、表設備的溫度組別t4組，即 設備的表面溫度不超過135 2、 正壓外殼（通風正壓外殼（通風、充氣型）充氣型）“p”-在設備的外 殼內通入一定壓力的新鮮空氣或惰性氣體，使周圍的可 燃性氣體不能進入外殼內部，從而阻止點燃源與爆炸性 氣體接觸，達到防止爆炸的目的。 正壓型電氣設備的的關鍵防爆措施: -設備外殼內部保護性氣體（新鮮空氣或惰性氣體）的 壓力高于環(huán)境的壓力至少50pa。 -電氣設備通電之前應該對設備外殼用保護氣體進行沖 洗（一般用5倍于外殼靜容積的保護氣體進行沖洗）。 因此，設備需要配置鼓風機、管道和風壓繼電器等，它 一般用于大型電動機和控制開關設備 壓力測量 電氣部件 保護氣體出口 保護

17、氣體入口 圖 4 正壓外殼示意圖 國家標準 gb3836.51983 ,國際標準 iec600792:2001 對正壓型防爆電氣設備的結構、實驗和標志 作了規(guī)定。 3、 充油外殼充油外殼 “o”-將設備全部或部分浸在外殼中的油內，使設備不能 點燃油面以上或外殼以外的爆炸性氣體。 主要安全措施： 將帶電部件浸入油面之下至少25mm; 油符合標準gb2536 的變壓器油； 油溫不允許高于100； 設置油位指示； 絕緣材料和密封材料應耐油； 設備最大通斷能力為點燃實驗安全值的75%。 這種防爆類型主要用于變壓器和高壓開關。 國家標準gb3836.6-1987 和相應的國際標準iec600796 :1

18、995 爆炸性氣體環(huán)境用 電氣設備 第6部分：油浸型電氣設備“o”都對該型電氣設備的結構、實驗 和表示作了規(guī)定。 充油外殼的標志是”o”。 油面 油位指示 電氣部件 外殼 圖 5 充油外殼示意圖 4、 充砂外殼充砂外殼”q”-外殼內填充砂粒材料，使其在規(guī)定 的使用條件下，殼內產生的電弧、火焰以及外殼壁和砂 粒表面均不能點燃周圍的爆炸性混合物。 主要安全措施： 外殼中填充砂粒材料,且具有一定的安全高度; 石英砂的粒度為0.251.6mm,含水量不超過0.1%; 電氣間隙; 外殼防護等級。 該防爆類型主要適用于熔斷器，電容器等產品。 5、 澆封型澆封型 “m”-將設備可能產生火花或高溫的部分澆 封

19、在澆封劑（樹脂）中，使它們不能點燃周圍的爆炸性 混合物。 主要安全措施： 將電氣元件用樹脂澆封起來，澆封劑的自由表面 與被澆封元件或導體件的澆封厚度不小于3mm; 對澆封劑的介電強度、吸水性、耐光照、耐熱和 耐寒以及表面電阻有 規(guī)定； 表面溫度限制。 樹脂 引線 電氣元件 圖 7 澆封型示意圖 適用產品：電子器件或小電氣元件等。 標準：gb3836.91990 iec6007918 :1992.爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第18部分：澆封 型電氣設備 “m”。 6 本質安全型本質安全型“i”-在規(guī)定的實驗條件下，（設備的電路）正常工作或 規(guī)定的故障狀態(tài)下產生的電火花或熱效應均不能點燃規(guī)定的爆炸性

20、混合物。 本質安全的主要防爆措施是限制電路中的能量，使產生的火花的能量小于相 應的最小點燃能量。 主要保護措施： 電路的電壓和電流限制； 電路中的電容和電感限制； 本安電路與非本安電路的隔離； 可靠元件和組件的要求； 安全柵的規(guī)定； 故障分析和試驗規(guī)定等。 適用產品：測量、控制、通訊等弱電設備。 標準：gb3836.42000 iec6007911:1999 r l e c 圖 8 本質安全電路示意圖 本質安全組件-齊納安全柵 由熔斷器、電阻或其組合保護的，由并聯二極管或 二極管電路（包括齊納二極管）組成的組件。 7、 增安型增安型 “e”-在正常運行條件下不會產生火花、電弧或可能點燃 爆炸性混合物的設備結構上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和認可 的過載條件下（包括電動機堵轉條件）出現這些現象的電氣設備。 增安型電氣設備沒有防爆的外殼和保護介質，它采取的是綜合性的安全措 施： 限制設備的種類； 電氣間隙和爬電距離比較大； 好的絕緣材料； 規(guī)定導體連接方式； 降低溫升； 提高外殼防護等級； 配用合適的保護裝置等。 適用產品：異步電動機，變壓器，接線盒等。