防爆电气技术讲义.docx
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防爆电气技术讲义
防爆基础知识讲义
集团有限公司技术部
说明：
此讲义为内部资料，其版权归**控股集团所有，不得翻印复制。
引言
随着我国经济建设的快速发展，党和国家政府对企业的安全生产高度重视，积极提高全民安全意识和素质，保护人民群众的健康和生命安全。
近几年，国家政府相继实施了《安全生产法》、《危险化学品安全管理条例》等一系列与安全生产相关的政策和法规。
“以人为本，安全第一”已经作为全国各行各业安全生产的方针。
如何保障作业人员的健康和生命安全，避免财产的损失体现在作业场所的各个环节。
防爆电气设备是一种安全电气设备，尤其在石油、海洋石油、石油化工、化学工业、制药和军工等行业的危险化学品作业场所的具有爆炸危险的环境中，如何正确选型、安装、使用和维护防爆电气设备/系统尤为重要，是避免爆炸事故发生的重要环节之一，它将直接影响到人身安全和财产的损失。
因此，爆炸危险场所的电气安全是上述行业安全生产的重要部分。
由于防爆电气设备的特殊性，其安全性能不仅取决于产品质量，而且取决于设备的正确选型、安装、使用、维护以及特殊环境（化学腐蚀、盐雾、高温高湿、粉尘雨水）的影响，否则，即使产品质量再好，选型、安装、使用和维护不当同样会失去其防爆性能。
基于这种观点，我们**控股集团技术中心编写了这个技术讲义。
本讲义依据国家GB3836、GB12476等相应标准、法规、国际标准的基础上，结合日常检验工作、国家监督抽查和技术服务、以及本集团公司服务大型工程项目的经验编写了这个讲义，由于时间的仓促，难免存在不足，敬请提出意见和建议。
目录
第一篇爆炸性气体/粉尘环境的基本知识……………………………3
一、爆炸性物质及环境的解释………………………………………3
二、爆炸的基本观点…………………………………………………3
三、爆炸性气体（蒸气）混合物的几个主要参数…………………3
四、可燃性粉尘的几个主要参数……………………………………6
五、爆炸性气体/蒸气危险区域的划分……………………………6
六、可燃性粉尘危险区域的划分……………………………………8
七、爆炸性物质的安全数据表………………………………………10
第二篇防爆电气设备的基本原理……………………………………19
一、防爆电气设备的通用技术要求…………………………………20
二、隔爆型电气设备…………………………………………………24
三、增安型电气设备…………………………………………………27
四、本质安全型电气设备……………………………………………32
五、正压外壳型电气设备…………………………………………44
六、浇封型电气设备………………………………………………48
七、“n”型电气设备………………………………………………49
八、防尘型电气设备………………………………………………55
第三篇爆炸性气体环境电气工程的安装和使用……………………57
第一章爆炸性气体/粉尘环境的基本知识
一、爆炸性物质及环境的解释
1.气体/蒸汽类
1.1可燃性物质
在防爆技术中，是指物质（这包括气体、液体和固体）本身是可燃性的，并能够产生可燃性气体、蒸气或薄雾。
可燃性液体又包括：
可燃性液体和易燃性液体。
爆炸性物质是指可燃性物质与空气的混合物。
1.2爆炸性环境
爆炸性环境是指：
可能发生爆炸的环境。
爆炸性气体环境是指：
在大气条件下，气体或蒸气可燃物质与空气的混合物被点燃后燃烧将传至全部未燃混合物的环境。
可燃性粉尘环境是指：
在大气环境条件下，粉尘或纤维状的可燃物质与空气的混合物点燃后，燃烧传至全部未燃混合物的环境。
1.3爆炸危险场所
爆炸性气体/粉尘环境出现或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采用专门措施的区域。
具有爆炸危险、有人员作业或设备运行的区域。
二爆炸的基本观点
要了解爆炸就要熟悉燃烧现象。
燃烧现象的出现同时具备以下三个条件：
即要有可燃物质、助燃物质和点燃源，三者缺一不可。
燃烧是一种化学反应。
它是可燃物质在点燃源能量的作用下，在空气或氧气中，进行化学反应，引起温度的升高，释放出热辐射及光辐射的现象。
如果燃烧速度急剧加快，温度猛烈上升，导致燃烧生成物和周围空气激烈膨胀，形成巨大的爆破力和冲击波并发出强光和声响，这就是爆炸。
三爆炸性气体（蒸气）混合物的几个主要参数
1.闪点
闪点是指在标准条件下，使液体变成蒸气的数量能够形成可燃性气体/空气混合物的最低液体温度。
液体的闪点越低，引燃的危险程度越大。
如环氧丙烷的闪点为-37.2℃，不仅在冬天户外场所蒸发蒸气，而且在常温时会快速蒸发蒸气。
液体周围环境温度是影响液体蒸发的主要依据。
我国规定了最高环境温度为45℃作为分界线，闪点高于45℃的称可燃性液体；闪点低于45℃的称易燃性液体。
可燃性液体在常温储存没有爆炸危险性。
但当可燃性液体呈雾状颗粒状态及操作温度高于液体闪点时同样有爆炸危险性。
2.爆炸极限与范围
爆炸极限是指可燃性气体（蒸气）与空气形成的混合物，能引起爆炸的最低浓度（爆炸下限）或最高浓度（爆炸上限），介与爆炸下限和上限中间的浓度范围称爆炸范围。
爆炸范围越大，则形成爆炸性混合物的机会越多；爆炸下限越低，则形成爆炸的条件越易。
3.相对密度
密度是指单位体积的物质质量。
相对密度是指可燃性气体（蒸气）与空气密度的比值（空气为1）。
相对密度是研究爆炸性混合物扩散范围的重要依据。
比空气轻的可燃性气体（蒸气）会扩散至周围空间的上部区域，比空气重的可燃性气体（蒸气）停留在周围的空间下部区域。
4.爆炸性混合物的点燃温度
点燃爆炸性混合物所需的热表面最低温度。
5.爆炸性气体的级别
爆炸性气体的级别是便于Ⅱ类隔爆型电气设备和本质安全型电气设备的制造，根据其特性而划分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三个等级。
它们是根据气体/蒸气的最大试验安全间隙MESG和最小点燃电流比MIC来划分的。
所谓最大试验安全间隙是在长度为25mm，符合IEC79-1A的8升球形容积内测试的间隙MESG。
而最小点燃电流比是各种气体/蒸气的最小点燃电流（MIC）与甲烷的最小点燃电流之比，测定的装置应符合IEC79-3的规定。
见表1。
表1
分级
最大试验安全间隙MESG（mm）
最小点燃电流比MIC
ⅡA
MESG＞0.9
MIC＞0.8
ⅡB
0.5≤MESG≤0.9
0.45≤MIC≤0.8
ⅡC
MESG＜0.5
MIC＜0.45
由于MESC和MIC之间在点燃能量上存在着对数关系，所以，大多数气体/蒸气在判定级别的时候，只需上述一种方法即可。
我国国家标准GB3836.1、国际电工委员会IEC标准和欧洲EN标准等均采用上述的分级方法。
美国NEC500标准却不相同，见表2。
6.爆炸性气体（蒸气）的分组
爆炸性气体/蒸气由于各自的点燃温度不同，所以点燃物体的表面温度控制，是防止爆炸的重要因素。
各种气体/蒸气点燃温度的测定是在标准的试验环境、设备和方法下进行的，根据测试结果，可以将各种气体/蒸气的点燃温度确定，从而为分组提供依据。
表2
典型气体代表
GB、IEC、EN、NEC505
美国（NEC500）
点燃能力
丙烷
ⅡA
GroupD
GroupC
GroupB
难
易
乙烯
ⅡB
氢气
ⅡC
乙炔
GroupA
所谓爆炸性气体/蒸气的分组，是便于防爆电气设备的设计和制造。
根据各种气体/蒸气的点燃温度不同，而划分为6个组别：
T1、T2、T3、T4、T5、T6，当然，防爆电气设备在设计制造中，其可能点燃的发热部件或设备表面温度应满足各个组别的要求。
我国国家标准GB3836.1、国际电工委员会IEC标准和欧洲EN标准等均采用上述的分组方法。
美国NEC500标准却划分的更加详细，见表3。
表3
GB、IEC、EN、NEC505
NEC500
温度组别
最高表面温度（℃）
温度组别
最高表面温度（℃）
T1
450
T1
450
T2
300
T2
300
T2A
280
T2B
260
T2C
230
T2D
215
T3
200
T3
200
T3A
180
T3B
165
T3C
135
T4
135
T4
120
T5
100
T5
100
T6
85
T6
85
注意：
该温度组别的划分适用于非煤矿电气设备（Ⅱ类）。
四、可燃性粉尘的几个主要参数
1.粉尘：
在大气中依靠自身重量可沉淀下来，但也可持续悬浮在空气中一段时间的固体微小颗粒。
2.可燃性粉尘：
与空气混合后可能燃烧或闷燃、在常温压力下与空气形成爆炸性混合物的粉尘。
3.导电性粉尘：
电阻系数等于或小于1×103Ω·m的粉尘、纤维或飞扬物。
导电性粉尘是比较危险的粉尘，如果进入电气设备外壳内将吸附在导电端子的绝缘构件上，造成电路的短路及故障的发生。
4.粉尘层的最低点燃温度：
规定厚度的粉尘层在热表面上发生点燃的热表面的最低温度。
粉尘层的最低点燃温度（MITL）是指按IEC的测试方法和装置测定的。
它是在标准大气压、室温条件下，将粉尘层先后放在不同温度的热板上，测定粉尘温度上升情况，粉尘温度超过热板温度20K的最低热板温度。
此温度值是选用及设计粉尘防爆电气设备的一个依据。
5.粉尘云的最低点燃温度：
炉内空气中所含粉尘云出现点燃时，炉子内壁的最低点燃温度。
粉尘云的最低点燃温度（MITC）是指按IEC的测试方法测定，并在G-G炉中进行的。
此温度值同样是选用及设计粉尘防爆电气设备的一个依据。
可燃性粉尘的温度组别同样采用爆炸性气体（蒸气）的分组：
T1-T6组别，也可直接标出最高表面温度值。
五．爆炸性气体/蒸气危险区域的划分
1.爆炸性气体/蒸气危险场所的分区：
根据爆炸性气体环境出现的频率和持续时间，把危险场所分为三个区域，它们是：
0区、1区和2区。
上述分区方法为GB3836.14/GB50058、IEC、EN和NEC505标准规定，而NEC500划分和表示的方法不同，具体见表4。
我国对爆炸性危险场所划分的依据：
GB3836.14-2000《爆炸性气体环境用电气设备第14部分危险场所分类》
GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》
根据爆炸性气体（蒸气）环境出现的频率和持续时间把危险场所分为以下区域。
0区：
爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。
1区：
在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。
2区：
在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。
表4
NEC500
GB3836.14/GB50058
IEC79-10、NEC505
类
区
分区定义
ClassⅠ
气体类
Division1
（1）在正常条件下，易燃性气体或蒸气的危险浓度呈持续性、间隙性或周期性存在的场所。
（2）由于修理或维护，或由于泄露的原因引起易燃性气体或蒸气的危险浓度经常存在的场所。
（3）由于损坏或流程的误操作，而可能：
（a）排出有危险浓度的易燃性气体。
（b）导致其它电气设备同时发生故障。
0区
爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。
1区
在正常情况下,可能出现爆炸性气体环境的场所。
Division2
（1）处理、加工或使用易燃性、挥发性的液体或气体的场所。
（2）通常采用可靠的机械通风装置，预防可燃性气体或蒸气形成危险浓度的地方。
（3）与1类1区地区邻近的场所，危险浓的度的易燃性气体或蒸气可能偶尔流通的场所。
2区
在正常情况下,不可能出现爆炸性气体环境,如果出现也是偶然发生并且仅是短时间存在的场所。
关于爆炸性气体（蒸气）环境出现的持续时间按英国专家R.H卡恩迪的概念论述：
0区：
每年至少出现1000h；1区：
每年在10—1000h；2区：
每年在10h以下。
从定义可以看出两个区域（Zone和Division）划分的方法存在很大的差异，它们之间的近似对应关系见表5。
表5
GB、IEC、EN、NEC505
NEC500
危险程度
0区（Zone0）
Division1
高
低
1区（Zone1）
2区（Zone2）
Division2
2.释放源
爆炸性气体/蒸气危险环境区域的划分是依据释放源的性质来确定的。
释放源是指可能把可燃气体、薄雾或液体释放到大气中以至形成爆炸性混合物的某个部位或某个点。
每一台加工设备：
如罐、泵、管道、容器等都应视作潜在的可燃性物质的释放源。
如果这类设备不再盛装可燃性物质，很明显它的周围就不会形成爆炸区域。
如果这类设备盛装可燃性物质，但不向大气层释放，同样是潜在的释放源，如果设备向大气中释放可燃物质，首先要确定大概的释放频率和持续时间，来确定释放源的级别。
2.1连续级释放源
连续释放或预计长期释放的释放源。
如：
处理容器的内部，与大气相通的储罐，在储油（液）槽中油（液）上方的蒸气空间和低于水平面的空间等。
2.2第一级释放源
正常运行时，预计可能周期性或偶尔释放的释放源。
如：
设备正常运行时，会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封件处；正常操作时会向大气释放物质的取样点
2.3第二级释放源
在正常运行时，预计不可能释放，如果释放也仅是偶尔和短时释放的释放源。
如：
法兰、管接头、连接件；在正常运行时不可能出现释放的泵、压缩机和阀门的密封件处、安全阀、排气孔。
2.4多级释放源
由上述两种或多种级别组成的释放源。
按连续级或第一级释放源来划分。
3.通风
通风，即空气流动，使新鲜的空气置换释放源周围的大气以促进可燃性气体逸散。
通风速率适当，也能避免爆炸性气体环境的持久性，影响区域类型。
通风主要形式：
A）自然通风；B）人工通风，整体或局部通风
A.自然通风
这是一种由于风和/或温度梯度作用造成的空气流动的通风类型。
在露天场所，自然通风通常足以确保消散场所中出现任何爆炸性环境。
自然通风在某些户内场所也可能有效，例如：
在墙壁上和/或房顶有开口建筑物。
B.人工通风
通过人工的方法，使空气流动。
例如：
采用通风机或排气装置。
人工通风主要用于户内或封闭的空间场所。
场所中的人工通风可以是整体通风，也可以是局部通风。
采用人工通风可达到：
缩小区域范围；缩短爆炸性环境持续时间；防止爆炸性环境的产生。
对危险场所的通风，一般情况下，通风用空气应从非危险场所抽取。
根据GB3836.14-2000附录B，B3条的规定，分为以下三个通风等级：
1.高级通风（VH）：
能够在释放源处瞬间降低其浓度，使其低于爆炸下限的浓度，区域范围很小，甚至可以忽略不计。
2.中级通风（VM）：
能够控制浓度，虽然释放源正在释放中，使得区域界限外部的浓度稳定地低于爆炸下限，并且在释放源停止释放后，爆炸性环境持续存在时间不会过长。
3.低级通风（VL）：
在释放源释放过程中，不能控制其浓度，并且/或在释放源停止释放后，也不能阻止爆炸性环境持续存在。
通风等级的确认主要与以下参数有关：
1）可燃性物质的爆炸下限（LEL）；
2）释放源的释放级别；
3）释放速率（dG/dt）max;
4）换气次数；
5）环境温度等。
通风的有效性：
通风的有效性影响着爆炸性环境的存在和形成，因此，当确定区域类型时，需要考虑通风的有效性。
1）良好：
通风连续地存在；
2）一般：
在正常运行时，预计通风存在。
允许发生短时、不经常的不连续通风；
3）差：
不能满足“良好”或“一般”标准的通风，但预计不会出现长时间的不连续通风。
注：
对于差的通风都不能满足的通风条件，不得考虑成有通风条件的场所。
4.爆炸性气体/蒸气危险场所的划分
影响区域范围的因素有：
可燃性气体释放量、释放速度、释放浓度、通风、障碍物、易燃液体的沸点、爆炸下限、闪点、相对密度、液体浓度等。
一般应通过计算来确定。
六．可燃性粉尘危险区域的划分
根据可燃性粉尘环境出现的频率和持续时间，把危险场所分为三个区域，它们是：
20区、21区和22区。
上述分区方法为GB12476、IEC标准规定，而NEC500划分和表示的方法不同，具体见表6。
表6
NEC500
GB12476
IEC79-61241、
类
区
分区定义
ClassⅡ
粉尘类
Division1
（1）在正常运行条件下，可燃性粉尘存在的场所或可燃性粉尘呈持续性、间隙性或周期性存在的场所，其数量足以产生爆炸性或可燃性化合物的场所
（2）由于机械故障或机械设备的非正常操作而产生可燃性混合物的场所场所。
（3）导电性粉尘可能存在的场所。
20区
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场所及容器内部。
。
21区
在正常运行过程中，可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区。
Division2
可燃性粉尘通常在空气中不呈悬浮状或由于设备背后仪器的正常操作，不太可能使可燃性粉尘成悬浮状，其数量足以产生爆炸性或可燃性化合物的场所
22区
在异常条件下,可燃性粉尘云偶而出现并且只是短时存在、或可燃性粉尘偶而出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。
美国NEC500标准对气体、液体、粉尘进行了分级（Groups）。
与GB、IEC标准的差异见表7。
表7
美国标准NEC500
GB3836。
GB12476，IEC79-10/61241
类
级
气体、液体、粉尘
分级
Ⅰ
A
乙炔
ⅡC
B
氢
丁二烯、氧化乙稀
ⅡB
C
环丙烷、乙醚、乙稀
乙醛
ⅡA
D
丙酮、乙醇、氨、苯、丁烷、汽油、丙烷
Ⅱ
E
金属粉尘（例如：
铝、镁等）
爆炸性粉尘
F
碳黑、煤或焦碳粉尘
可燃性粉尘
G
面粉、淀粉或谷物粉尘
七、爆炸性物质的安全数据表：
物质名称
分子式
温度组别
闪点
爆炸极限
相对密度（空气=1）
下限（体积比）
上限（体积比）
ⅡA
甲烷
CH4
T1
气体
5.0
15.0
0.55
乙烷
C2H6
T1
气体
3.0
15.5
1.04
丙烷
C3H8
T1
气体
2.1
9.5
1.56
丁烷
C4H10
T2
气体
1.5
8.5
2.05
戊烷
C5H12
T3
-40.0
1.4
7.8
2.49
己烷
C6H14
T3
-21.7
1.2
7.5
2.79
庚烷
C7H16
T3
-4.0
1.1
6.7
3.46
辛烷
C8H18
T3
12.0
0.8
6.5
3.94
壬烷
C9H20
T3
31
0.7
5.6
4.43
癸烷
C10H22
T3
46.0
0.7
5.4
4.90
环丁烷
CH2（CH2）2CH2
-
环戊烷
CH2（CH2）3CH2
T2
-20
2.42
环己烷
CH2（CH2）4CH2
T3
-20.0
1.2
8.3
2.90
环庚烷
CH2（CH2）5CH2
-
甲基环丁烷
CH3CH（CH2）2CH2
-
甲基环戊烷
CH3CH（CH2）3CH2
T2
甲基环己烷
CH3CH（CH2）4CH2
T3
乙基环丁烷
C2H5CH（CH2）2CH2
T3
-20
1.2
7.7
2.90
乙基环戊烷
C2H5CH（CH2）3CH2
T3
＜21
1.1
6.7
3.39
乙基环己烷
C2H5CH（CH2）4CH2
T3
十氢化萘（萘烷）
CH2（CH2）3CHCH（CH2）3CH2
T3
物质名称
分子式
温度组别
闪点
爆炸极限
相对密度（空气=1）
下限（体积比）
上限（体积比）
ⅡA
丙烯
CH3CH=CH2
T2
气体
2.0
11.7
1.49
苯乙烯
C6C5CH=CH2
T1
32.0
1.1
8.0
3.59
甲基苯乙烯
C6H5C（CH3）=CH2
T1
苯
C6H6
T1
11.1
1.2
8.0
2.70
甲苯
C6H5CH3
T1
4.4
1.2
7.0
3.18
二甲苯
C6H4（CH3）2
T1
30
1.0
7.6
3.66
乙苯
C6H5C2H5
T2
15
1.0
7.8
3.66
三甲苯
C6H3（CH3）3
T1
50
1.1
6.4
4.15
萘
C10H8
T1
80
0.9
5.9
4.42
异丙基苯
C6H5CH（CH3）2
T2
31
0.8
6.0
4.15
甲基异丙基苯
（CH3）2CHC6H4CH3
T2
甲烷（工业用）
T1
松节油
T3
石脑油
T3
煤焦油石脑油
T3
石油（包括汽油）
T3
溶剂石油或洗净石油
T3
燃料油
T3
煤油
T3
柴油
T3
动力苯
T1
一氧化碳
CO
T1
气体
12.5
74.0
0.97
二丙醚
（C3H7）2O
-
物质名称
分子式
温度组别
闪点
爆炸极限
相对密度（空气=1）
下限（体积比）
上限（体积比）
ⅡA
甲醇
CH3OH
T2
11.0
5.5
36.0
1.10
乙醇
C2H5OH
T2
11.1
3.5
49.0
1.59
丙醇
C3H7OH
T2
15
2.1
13.5
2.07
丁醇
C4H9OH
T2
29
1.4
10.0
2.55
戊醇
C5H11OH
T3
32.7
1.2
10.5
3.04
己醇
C6H13OH
T3
庚醇
C7H15OH
-
辛醇
C8H17OH
-
壬醇
C9H19OH
-
环己醇
CH2（CH2）4CHOH
T3
甲基环己醇
CH3CH（CH2）4CHOH
T3
68
3.93
酚
C6H5OH
T1
甲酚
CH3C6H4OH
T1
4-羟基-4-甲基戊酮（双丙酮醇）
（CH3）2C（OH）CH2COCH3
T1
乙醛
CH3CHO
T4
-37.8
4.0
57.0
1.52
聚乙醛
（CH3CHO）n
-
丙酮
（CH3）2CO
T1
-19.0
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