化工裝置防爆電氣設(shè)備的防爆型式與選型原則

化工裝置防爆電氣設(shè)備的防爆型式與選型原則在常見的化工裝置中，根據(jù)介質(zhì)的情況，大多數(shù)化工裝置都是位于爆炸危險性區(qū)域內(nèi)，因此儀表及電氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)氣體環(huán)境等級，采用本安或隔爆等不同的防爆措施。但有時由于概念混淆不清，易引起一些設(shè)備類型的高選，如通常會將本安信號接入增安型接線箱，隔爆信號接入隔爆型接線箱，而這種做法是否正確且為最優(yōu)設(shè)計選擇還需要深入探討。本文將從GB3836-2010《爆炸性環(huán)境》入手，結(jié)合GB50058-2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》對增安型及隔爆型接線箱的選擇加以介紹和推薦。一、爆炸危險環(huán)境和爆炸物性質(zhì)的分類首先，爆炸危險區(qū)域的定義是爆炸性混合物出現(xiàn)的或預(yù)期出現(xiàn)的數(shù)量達到足以要求對電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采取預(yù)防措施的區(qū)域。所謂爆炸性環(huán)境即在大氣條件下，氣體、蒸汽、粉塵、薄霧、纖維或飛絮的形式與空氣形成的混合物引燃后，能夠保持燃后自行傳播的環(huán)境。因此，爆炸性環(huán)境主要分為氣體環(huán)境和粉塵環(huán)境，本文將以爆炸性氣體環(huán)境為主要介紹對象。

01氣體環(huán)境分區(qū)爆炸性氣體環(huán)境即在大氣條件下，氣體或蒸汽可燃物質(zhì)的混合物被點燃后燃燒將傳至整個未燃燒混合物的環(huán)境，根據(jù)氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間，按下列規(guī)定可分為三個氣體環(huán)境分區(qū)：1）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。2）1區(qū)。在正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。3）2區(qū)。在正常運行時不可能出現(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。

02爆炸性物質(zhì)的分類、分級和分組按照爆炸性物質(zhì)分為三類：I類為煤礦瓦斯氣體；II類為工廠中的爆炸性氣體、蒸汽；III類為爆炸性粉塵及可燃纖維。

II類爆炸性氣體混合物，按其最大試驗安全間隙（MESG）或最小點燃電流比（MCIR），分為A，B，C3個級別；根據(jù)氣體對物體表面溫度的敏感性，將爆炸性氣體引燃溫度分為6個組別，分為T1~T6。點燃特性按爆炸性物質(zhì)I類~III類考慮，由難到易。03爆炸產(chǎn)生的基本原理爆炸的產(chǎn)生必須存在三個條件，即爆炸三角形原理:可燃性氣體或粉塵+點燃源+氧氣（空氣）。首先，現(xiàn)場應(yīng)存在可燃性物質(zhì)，它是指物質(zhì)本身是可燃的，并且能夠產(chǎn)生可燃性的氣體、蒸汽或者在空中可懸浮的固體微小顆粒；其次是現(xiàn)場存在助燃物質(zhì)即氧氣或空氣；最后是現(xiàn)場存在引爆源，也就是存在足夠能量的火花或足夠高的物體表面溫度，一般點燃源的基本類型有熱源即明火、陽光等，還有短路、靜電放電產(chǎn)生的電火花，以及摩擦錘擊產(chǎn)生的機械火花，都可成為點燃源。因此若想防止爆炸產(chǎn)生，即使消除上述條件中任意一個，就可達到防爆目的。一般情況下氧氣無處不在且難以控制，故控制可燃性氣體及點燃源便成為最常用的防爆原理，下文中將詳細闡述各種防爆型式。二、防爆電氣設(shè)備的防爆型式防爆電氣設(shè)備按其防爆原理不同，可分為不同的防爆型式，依照規(guī)范標準，各個危險場合適用的防爆方法如下文所述。

01隔爆型“d”具有隔爆外殼的電氣設(shè)備稱為隔爆型電氣設(shè)備，其隔爆外殼能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物的傳播，即會引起外部由一種、多種氣體或蒸汽形成的爆炸性環(huán)境的點燃。

02增安型“e”增安型電氣設(shè)備是一種在正常條件下不會產(chǎn)生電弧、火花或可能點燃爆炸性混合物的高溫的設(shè)備結(jié)構(gòu)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出現(xiàn)這些現(xiàn)象的電氣設(shè)備，它是一種依靠高質(zhì)量的材料、設(shè)計和裝配來消除電火花或局部過熱的結(jié)構(gòu)技術(shù)。

03本質(zhì)安全型“i”本質(zhì)安全型設(shè)備是指其內(nèi)部的所有電路都是本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備，在正常工作和規(guī)定的故障條件下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路，稱為本質(zhì)安全電路。本質(zhì)安全是基于限制電氣線路中儲能原理為基礎(chǔ)的防爆技術(shù)，按本質(zhì)安全電路使用場所和安全程度分為iA，iB和iC三個等級。

04正壓型“p”具有正壓外殼的電氣設(shè)備稱為正壓型電氣設(shè)備，即該外殼能保持內(nèi)部氣體的壓力高于周圍爆炸性環(huán)境的壓力，且能阻止外部混合物的進入。除以上介紹的防爆型式外，還有充砂型、油浸型、澆封型、無火花型等不同防爆原理下的防爆類型，由于在儀表選型中涉及不多，此處不再逐一介紹。三、電氣設(shè)備的選型原則通常，爆炸危險區(qū)域的劃分范圍及等級的確定應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范，并應(yīng)根據(jù)爆炸性物質(zhì)的釋放量、釋放氣體的相對密度、爆炸下限等一系列影響因素，以確定爆炸危險區(qū)域。在危險區(qū)域劃分后，其爆炸危險區(qū)域劃分圖便可作為在該裝置或范圍內(nèi)的電氣設(shè)備選型依據(jù)。在爆炸危險范圍內(nèi)的，應(yīng)遵循規(guī)范安裝相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備；爆炸危險區(qū)域以外的地方，可以安裝非防爆的電氣設(shè)備。因此選擇的電氣設(shè)備必須與爆炸性混合物的組別、點燃溫度以及危險區(qū)域級別相適應(yīng)，否則將不能保證其安全性。因此，可從以下幾個方面考慮防爆電氣的選型。

01電氣設(shè)備保護級別爆炸危險環(huán)境可分為爆炸性氣體環(huán)境或爆炸性粉塵環(huán)境，不同的爆炸性物質(zhì)對電氣設(shè)備的防爆結(jié)構(gòu)要求不同。通常所涉及的防爆設(shè)備大多在爆炸性氣體環(huán)境中使用，因此在選型時應(yīng)先明確其使用環(huán)境。本文以下內(nèi)容僅討論爆炸性氣體環(huán)境中相關(guān)選型要求。在第2章中詳細介紹了各種防爆型式，但并不是每種型式都能提供相同的防爆等級，因此引入設(shè)備保護級別（EPL）的概念，從而為防爆電氣設(shè)備的選型提供又一標準。依據(jù)統(tǒng)計學原理，即爆炸性環(huán)境出現(xiàn)的可能性和頻次的多少，考慮設(shè)備要求的安全程度高低，從而避免點燃源可能形成的點燃危險。爆炸性氣體環(huán)境下，設(shè)備保護級別分為Ga，Gb和Gc，其保護級別依次減弱。Ga級設(shè)備在正常運行或罕見故障發(fā)生的時候，其不會成為點燃源；Gb級設(shè)備在正常運行或預(yù)期故障發(fā)生的時候，不是點燃源；Gc級設(shè)備在正常運行中不是點燃源，同時也可采取一些附加保護措施，使其在點燃源預(yù)期經(jīng)常出現(xiàn)的情況下不會形成有效點燃。因此在確認爆炸危險區(qū)域后，可根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的規(guī)定，選擇適用于該區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)設(shè)備保護級別的電氣設(shè)備，爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備保護級別與危險區(qū)域的對應(yīng)關(guān)系見表1所列。表1爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備保護級別的選擇危險區(qū)域設(shè)備保護級別0區(qū)Ga1區(qū)Ga或Gb2區(qū)Ga、Gb或Gc電氣設(shè)備保護級別與電氣設(shè)備防爆型式的關(guān)系見表2所列。表2電氣設(shè)備保護級別與電氣設(shè)備防爆型式的關(guān)系設(shè)備保護級別電氣設(shè)備防爆結(jié)構(gòu)防爆型式Ga本質(zhì)安全型，澆封型等Ia，ma等Gb隔爆型，增安型等e，d等Gc無火花型等n等根據(jù)表1和表2綜合考慮可知，針對不同的爆炸危險區(qū)域可選用相對應(yīng)的防爆型式的電氣設(shè)備，即0區(qū)可選用本安型；1區(qū)可選擇隔爆型、增安型等及適用于0區(qū)防爆形式的電氣設(shè)備；2區(qū)可用無火花型及適用于0區(qū)和1區(qū)防爆形式的電氣設(shè)備。0202根據(jù)氣體或蒸汽的引燃溫度選擇由于多種爆炸性氣體（蒸汽）的點燃溫度各自不同，控制點燃源的最高表面溫度也是重要的一種防爆手段。由前文可知，引燃溫度是易燃性物質(zhì)的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規(guī)定條件下被熱表面點燃的最低溫度，所以防爆電氣設(shè)備的表面溫度最高不應(yīng)超過當前環(huán)境下爆炸性氣體的引燃溫度，從組別T1到T6防爆等級要求依次提高，遵從以上要求并結(jié)合表1選型。氣體或蒸汽的引燃溫度與設(shè)備溫度組別之間關(guān)系見表3所列。表3氣體或蒸汽的引燃溫度與設(shè)備溫度組別之間的關(guān)系場所分類要求的溫度組別氣體或蒸汽的引燃溫度允許設(shè)備的溫度組別T1>450℃T1~T6T2300℃T2~T6T3200℃T3~T6T4>135℃T4~T6T5>100℃T5~T6T6>85℃T603根據(jù)氣體或蒸汽的分級選擇防爆設(shè)備選型的級別及組別不應(yīng)低于該爆炸危險環(huán)境內(nèi)爆炸性物質(zhì)的級別及組別，并且當該環(huán)境下存在兩種或以上可燃性物質(zhì)形成的爆炸性氣體混合物時，應(yīng)按照混合后的爆炸性氣體混合物的級別和組別，選擇相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備，若混合爆炸性氣體級別等無據(jù)可查時，可按照較高級別和組別的氣體性質(zhì)，選擇相應(yīng)類別的防爆電氣。氣體和蒸汽與電氣設(shè)備類別的關(guān)系應(yīng)符合規(guī)范中的要求，詳見表4所列。表4氣體、蒸汽或粉塵分級與電氣設(shè)備類別的關(guān)系氣體、蒸汽或粉塵分級設(shè)備類別ⅡAⅡIA、ⅡB或ICⅡBB或ⅡCⅡCⅡC除以上提及的幾點重要選型原則外，還應(yīng)考慮周圍環(huán)境如防塵、防腐、溫度、濕度及大氣壓；設(shè)備選型是否符合經(jīng)濟性原則，即在同等級別及防護要求下，綜合考慮各個產(chǎn)品的價格、使用壽命、運行維護費用等因素；設(shè)備選型是否便于維護，即在同等條件下，應(yīng)選結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小的產(chǎn)品，選擇適用于當下環(huán)境的設(shè)備且避免不必要的高選。四、接線箱的選擇01接線箱介紹接線箱主要作用是用于線路過渡連接的箱體，其內(nèi)部安裝有端子排、接地螺栓，箱體上配有進線密封格蘭。除普通的接線箱外，還有帶軌道可安裝軌道式溫度變送器的接線箱。所有接線箱進出線口的方向、數(shù)量、進線口大小及內(nèi)部端子數(shù)量可根據(jù)需求進行調(diào)整變化。接線箱外殼材質(zhì)也有多種選擇，可根據(jù)實際的要求選擇不同材質(zhì)的接線箱。通常在化工裝置內(nèi)現(xiàn)場儀表種類較多造成電纜過多，設(shè)置接線箱使其達到整齊統(tǒng)一，降低電纜費用，且預(yù)留接線為后期增加儀表提供便利。一般工程設(shè)計中，對接線箱做出統(tǒng)一性的要求，如接線箱尺寸、本體材質(zhì)、進出線口的數(shù)量及規(guī)格，以及要求每個接線箱配儀表位號的銘牌接地端子等。

02不同類型接線箱的使用及選擇接線箱的選擇也要根據(jù)其具體的環(huán)境要求，選擇相應(yīng)類型的接線箱。常用接線箱按其使用范圍不同常分為防水、防塵、防腐接線箱，即普通接線箱和防爆接線箱。防爆接線箱又根據(jù)其不同防爆型式分為很多種，但無論是防爆接線箱還是防水、防塵、防腐接線箱，它們的基本功能都是一樣的。防爆接線箱是各種危險區(qū)域所使用的特殊設(shè)備，通常采用鋁合金壓鑄或者是采用不銹鋼焊接而成，從而能夠起到防爆的接線箱。防爆接線箱的分類有隔爆型與增安型，無論哪一種防爆形式，所允許使用的最高防護級別，即能夠適應(yīng)的爆炸性氣體環(huán)境，都必須經(jīng)過嚴格的評定、認證。根據(jù)環(huán)境的要求不同，可以選擇不同類型的接線箱。防爆型接線箱主要使用在爆炸性氣體環(huán)境區(qū)域，它能夠起到將防爆接線箱內(nèi)與外環(huán)境完全隔開，而且箱體具備非常強的抗壓能力。防水、防塵、防腐接線箱一般采用的是防腐蝕性超強的材質(zhì)，如玻璃纖維不飽和聚酯樹脂，設(shè)計上采用的是密封防水、防塵技術(shù)。綜上所述可以得出：防爆接線箱與防水、防塵、防腐接線箱的不同點主要在于使用的環(huán)境不一樣，其他功能大多是相同的。在爆炸危險環(huán)境中，接線箱的防爆類型的選擇結(jié)合前文表2，表3可知，在1區(qū)環(huán)境下，隔爆型和增安型接線箱都可選用，下面將詳細講述兩種接線箱的差別及選用。①隔爆型接線箱隔爆型接線箱是通過ATEX或IECEX防爆認證的防爆接線箱，防爆原理是通過箱體隔爆面阻止和隔斷內(nèi)部的爆炸向外部爆炸危險環(huán)境傳播，即通過箱體有效地隔離和熄滅爆炸火花，并且將溫度降低至當前環(huán)境下安全的溫度組別，因此該接線箱的隔爆接合面寬度、接合面間隙及表面的粗糙度均為隔爆的重要參數(shù)，外殼材質(zhì)多為鑄鋁合金。內(nèi)部接線端子采用標準中規(guī)定的I、II級絕緣材料，且接線端子間及端子與金屬箱體間的電氣間隙滿足規(guī)范要求，以確保該接線箱可用于1區(qū)及2區(qū)環(huán)境，電纜通過導線管或防爆格蘭接頭接到接線箱的內(nèi)部，對于不安裝電纜的接線口，可通過安裝有防爆認證的堵頭來滿足安全等級需要。②增安型接線箱增安型接線箱也是防爆接線箱的一種形式，由上文所述可知，防爆原理是在正常運行條件下不產(chǎn)生電弧、火花或者能點燃爆炸性混合物的設(shè)備結(jié)構(gòu)上，采取相應(yīng)措施提高其安全程度，防止以上情況產(chǎn)生的防爆接線箱。按照規(guī)范說明其可用于1，2區(qū)，它的結(jié)構(gòu)不同于隔爆接線箱，其接線箱外殼不要求具有承受內(nèi)部爆炸的強度，但應(yīng)該滿足規(guī)定中要求的能承受一定程度的機械性沖擊破壞，外殼材質(zhì)通常為不銹鋼。接線箱內(nèi)接線端子為經(jīng)認證的增安型端子排，以及電纜接口應(yīng)為增安型電纜格蘭。對比兩種防爆類型的接線箱，其差異基本在于由防爆原理不同產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)差異，隔爆型接線箱對箱內(nèi)的端子排無認證要求，只需滿足材料及間隙位置要求即可，但接線箱的進線格蘭應(yīng)保證為隔爆型；增安型接線箱的端子排應(yīng)為認證的增安型。③接線箱選用在化工裝置中，爆炸危險區(qū)域劃分多為1區(qū)、2區(qū)，根據(jù)前文介紹的兩種隔爆類型的接線箱均可運用于實際項目中，在非爆炸危險區(qū)域選擇防水、防塵、防腐的普通接線箱即可，那么隔爆類型的接線箱由于價格及體積結(jié)構(gòu)上的差異，如何在實際項目中合理選擇就成了一個問題。并且對于剛接觸儀表行業(yè)的工程師來說，若對此不深究的話，可能會單純的從名稱上認為隔爆信號的電纜應(yīng)該接入隔爆型接線箱，而其余的本安信號及非隔爆信號電纜就應(yīng)接入增安型接線箱，這是正確但并不是絕對合理的選擇。從爆炸危險區(qū)域電氣設(shè)備選型原則來看，接線箱類型的選擇只與其所在位置環(huán)境的危險區(qū)域等級有關(guān)而與其究竟連接何種信號無關(guān)，因此在可用的危險區(qū)域內(nèi)隔爆信號電纜接入增安型接線箱。另外，從前文提到的可維護性來看，隔爆型接線箱對