防爆知识解释 组合型 428.docx

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防爆知识解释组合型428

隔爆等级Exde中的“de”代表什么?

悬赏分：

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2009-8-416:

50

提问者：

huihailan-一级最佳答案隔爆型——“d”；增安型——“e”；

如一个产品被标识为Exde，则极可能为隔爆型而其中带有增安型部件。

另一个产品被标识为Exed，则极可能不是隔爆型外壳（例如不锈钢或强化聚脂玻璃），而带有隔爆开关或部件安装其中。

两种产品可能均适用于1区，但他们是使用不同的防爆保护措施达到同样的目的。

详解SIL认证与ATEX认证-对比区别

2009年03月12日星期四下午06:

02

摘要：

着重介绍了新的欧洲防爆标准ATEX和功能安全等级认证SIL，并就这两个标准在恩德斯豪斯公司的仪表产品中的应用作了说明。

关键词：

防爆标准ATEX功能安全等级认证应用0引言仪表认证在众多领域有着广泛的应用。

在爆炸性环境主要应用的认证包含FM，CSA，ATEX，TIIS等防爆认证；在电气方面的认证包含EMC，CE等；在食品制药行业主要应用的认证包含FDA，3A等卫生认证。

本文将着重介绍近几年流行的ATEX防爆认证和SIL安全认证，以及它们在恩德斯豪斯公司（Endress+Hauser）仪表中的应用。

1新的欧洲防爆标准ATEXATEX是以“ATmosphereEXplosible”（爆炸性环境）命名的标准，由两个欧盟指令组成：

欧洲94/9/EC标准和1999/92/EC标准。

1999/92/EC是针对具有潜在爆炸性气体环境的公司，而94/9/EC是针对前者的仪表供应商的。

ATEX认证是防爆电气产品在欧洲市场的强制认证，其严格规定了防爆产品的特性和使用操作规范，自2003年7月1日起，只有拥有ATEX认证的产品，才可以在欧盟国家内被生产、制造、销售、并应用于易燃易爆危险区域。

也就是说，任何在欧盟国家内销售同时在易燃易爆危险区域内应用的防爆产品必须通过ATEX的认证。

该认证取代了欧盟各国的地方认证。

1.1“ATEX137（ATEX1999/92/ECart.137）directive”标准“ATEX137（ATEX1999/92/ECart.137）directive”标准于2000年1月28日生效，2003年7月1日起强制执行。

该标准对气体和粉尘的爆炸性环境进行了风险评估，定义了“区”的概念。

1.1.1爆炸性混合物爆炸性混合物是指在大气条件下（-20°C<温度<+60°C，0.8bar<压力<1.1bar），气体、蒸汽、薄雾、粉尘或纤维状的易燃物质与空气混合，点燃后燃烧将在整个范围内传播的混合物。

1.1.2“区”（Zone）“区”是指爆炸危险场所的全部或部分。

“区”的分类是根据爆炸性混合物的发生概率来划分的，按照爆炸性混合物出现的频率和持续时间可分为不同危险程度的若干区，如表1所示。

2表1爆炸性混合物的发生概率气体混合物粉尘混合物不大可能发生，或只发生短暂的一段时间（t<10小时/年）2区（Zone2）22区（Zone22）很可能偶尔发生（101000小时/年）0区（Zone0）20区（Zone20）

1.2“ATEX95（ATEX94/9/EC）directive”标准“ATEX95（ATEX94/9/EC）directive”标准于1996年3月生效，2003年7月1日起强制执行。

该标准的推广使用提高了仪表的安全性能，保护了现场工人的安全与健康；使得各国的取证程序一致化；方便了各国仪表的自由贸易。

ATEX95标准与ATEX137标准相匹配，定义了与“区”相对应的防护方式。

列举一台符合ATEX95安全标准的，恩德斯豪斯公司的杆式雷达液位计铭牌上的安全标示如下：

ATEXII2

（1）GEExd[ia]IICT6

这表明该仪表遵循ATEX标准，可用于常规行业1区的气体防爆，防爆型式为EExd[ia]，易燃气体类别为IIC，温度组别为T6。

下面将分别介绍爆炸性环境类别/级别、易燃气体类别、温度组别、防爆型式等几个概念。

1.2.1爆炸性环境类别/级别ATEX95标准根据仪表使用的爆炸性环境划分类别，类别可再划分为级别，如表2所示。

表2类别Ⅰ（GroupⅠ）级别M1（CategoryM1）级别M2（CategoryM2）采矿行业在危险环境下运行（IM1）在危险环境下关闭（IM2）类别Ⅱ（GroupⅡ）常规行业级别1（Category1）级别2（Category2）级别3（Category3）气体（Gas-Ex）Zone0（Ⅱ1G）Zone1（Ⅱ2G）Zone2（Ⅱ3G）粉尘（Dust-Ex）Zone20（Ⅱ1D）Zone21（Ⅱ2D）Zone22（Ⅱ3D）资质第三方授予证书制造商授予证书

1.2.2易燃气体类别在爆炸性环境里，可以引起爆炸的引燃源包括热表面、火焰、机械摩擦火花、静电火花、闪电、电磁辐射、超声波辐射等。

ATEX95标准按照热表面的引燃温度和电火花的引燃能量，对易燃气体或蒸汽进行了分类，如表3所示。

表3类别（Group）最小引燃能量（本安）最大试验安全间隙（隔爆）Ⅰ采矿行业甲烷A>160μJ（如丙烷等）0.4mmB>60μJ（如乙烯等）0.2mmⅡ常规行业C>20μJ（如氢气/乙炔等）0.15mm3

1.2.3温度组别温度组别是按仪表最高表面温度划分的组别。

温度组别划分方法如表4所示。

表4温度组别最高表面温度注释T1450℃T2300℃T3200℃T4135℃T5100℃T685℃环境温度：

40℃在表4中，最高表面温度指仪表在允许范围内的最不利条件下运行时，暴露于爆炸性混合物的任何表面的任何部分，不可能引起仪表周围爆炸性混合物爆炸的最高温度。

为了防止非导电（RS>1G?

）塑料表面所积聚的静电可能使爆炸性混合物引燃，ATEX95标准还对非导电表面需满足的条件做出了规定，如表5所示。

表5暴露的塑料外壳面积杆、缆的最大直径金属表面上塑料衬里的最大厚度类别（Group）0区1区0区1区0+1区ⅡA50cm2100cm23mm30mm2mmⅡB25cm2100cm23mm30mm2mmⅡC4cm220cm21mm20mm0.2mm

1.2.4防爆型式为防止点燃周围爆炸性混合物需对仪表采取各种特定措施的防爆型式。

“ATEX95（ATEX94/9/EC）directive”标准所划分防爆型式包括：

本安EExia/ib，隔爆Exd，增安Exe，填充Exq（电子部分浸没于石英粉中），正压Exp（空气或惰性气体加压于电子部分），浸油Exo（电子部分浸没于油中），封装Exm（电子部分封装在环氧树脂中），粉尘隔爆ExtD，粉尘本安ExiD，粉尘封装ExmD等。

归纳起来，这些防爆型式主要从以下3个方面采取安全防护措施：

①避免爆炸性环境的产生和扩散；②避免在爆炸危险场所出现潜在引燃源；③减少爆炸所带来的危害。

下面将主要介绍本安EExia/ib、隔爆Exd、增安Exe和隔爆增安Exde这4种防爆型式。

1.2.4.1本安EExia/ib（intrinsicalsafetyEExia/ib）在有关标准规定的试验条件下，正常工作或规定故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定爆炸性气体的电路称为本质安全电路；全部电路为本质安全电路的仪表称为本安型仪表。

本安仪表必须连接在本安电路中。

整个电路的本安是通过如下3个方面实现的：

①本安型仪表；②电源的能量限制，如安全栅（使电源的电流、电压指标低于本安仪表的指标）；③整个电路的低电容、电感以防止能量的储存。

本安型仪表主要用于1区和0区。

通过使用本安电路整个电路得到了保护，不再需要额外的机械保护。

另外本安型仪表可以在现场带电打开。

依据EN50020标准，EExia和EExib的完整解决方案如图1所示（注：

图中CerabarS4为本安型压力变送器）。

由图2可知EExia电路具有两个故障的安全裕度，而EExib电路只有1个故障的安全裕度。

EExia仪表可以用于0区，而EExib仪表只能用于1区。

两个故障的安全裕度CerabarS变送器EExiaCerabarS变送器两个故障的安全裕度EExib图1

1.2.4.2隔爆Exd（flameproofExd）内置能点燃爆炸性气体的部件的一种防护外壳称为隔爆外壳。

隔爆外壳能承受内部爆炸性混合物所产生的压力，防止内部爆炸向外壳周围的爆炸性气体传播。

具有隔爆外壳的仪表称为隔爆型仪表。

隔爆型仪表通过隔爆穿线接头、导线管系统（Conduitsystem）或增安接线端子来实现隔爆。

1.2.4.3增安Exe（increasedsafetyExe）增安专门为用于爆炸性气体而设计，在正常工作条件下不会产生可能导致点燃爆炸性气体的电弧、火花或高温，且在仪表的结构上采取措施提高了安全程度，以避免在正常工作状态或认可的过载状态下出现这些现象。

增安型仪表通过增安缆塞和自动防故障装置实现防爆。

1.2.4.4隔爆增安Exde如果在隔爆型仪表的电子腔室与接线腔室之间额外增加安全措施（例如隔爆穿线接头），则这样的仪表就称为隔爆增安型仪表（Exde）。

1.3ATEX防爆标准在恩德斯豪斯（Endress+Hauser）仪表上的应用根据ATEX标准的要求，E+H公司所有防爆仪表的供货范围内都包含一份“安全手册”（Safetyinstruction）。

1.3.1Micropilot雷达物位计如图2所示，恩德斯豪斯公司的Micropilot喇叭口雷达物位计的插拔式操作模块具有EExia安全防护，电子插件部分具有EExd安全防护，接线腔室具有EExe安全防护。

整台物位计可选EExia或EExe防爆证书（美式标准亦可选）。

1.3.2Promass一体式质量流量计如图3所示，E+H公司的Promass质量流量计的变送器外壳具有2GEExdIIC或EExdeIIC安全防护，变送器电子模块具有[EExib]IIC/IIB安全防护，传感器具有EExibIICT2-T6安全防护。

整台流量计可选SYSTEExib/iaIIB/IIC，EExdeibIICT2-T6或EExdibIICT2-T6防爆证书（美式标准亦可选）。

5图2图3

2“功能安全”等级认证SILSIL是为工厂安全（PlantSafety）而引入的一个仪表“功能安全”等级的概念。

在阐述这个概念以前先阐述仪表的“功能安全”（FunctionSafety）和“安全性仪表系统”（SIS:

SafetyInstrumentedSystem）的含义。

2.1SIL的含义

2.1.1“功能安全”仪表的“功能安全”旨在预防和处理由于控制系统或仪表的故障，或人员的误操作而引起的风险。

这些风险包括对人员健康的伤害，对环境的污染，及对仪表的破坏。

为了达到“功能安全”的要求，必须控制随机故障的发生，消除和控制系统故障的发生；而且当某个故障发生时，整个系统必须处于安全环境下，或转入安全状态（safestate）。

以前，“功能安全”主要通过用户的“使用经验总结”（proven-in-use）来实现。

即用户通过对仪表长时间的应用，总结出仪表可能发生故障的间隔并因此确定维护间隔，防止故障发生。

这种“功能安全”的实现方法有很多弊端，用户需要花费很多精力和时间，并使用正确的方法论来进行“使用经验总结”；而且如果仪表软件更新或者功能扩展，则需要重新进行“使用经验总结”。

2.1.2“安全性仪表系统”仪表用户根据一系列的条件（如危害程度、危害发生概率）对工厂整个系统的风险进行评估，6然后确定其所使用的仪表所需的“功能安全”等级，即SIL等级。

如果整个系统的仪表都满足所要求的“功能安全”等级，那么我们就称这个系统为“安全仪表系统”。

整个风险评估过程如图4所示。

图4图5为一例由恩德斯豪斯公司仪表组成的“安全仪表系统”。

图5使用SIL标准以后，仪表制造商或认证机构（approvalagency）将对出厂仪表的“功能安全”进行检验，并根据其可靠性来划分等级，如SIL1，SIL2，SIL3（参照IEC61508/61511标准）。

使用带有SIL认证的仪表节省了用户的时间，而且软件更新后的SIL认证也将由仪表制造商完成，节省了用户的精力。

当前各国法规以及仪表购买合同中对SIL认证的需求越来越多，SIL认证已成为一种趋势。

2.2SIL认证的实现方法SIL认证的实现方法有两种：

①新产品的SIL认证由仪表制造商或认证机构根据IEC61508标准来实现；②对于已经应用于市场上的仪表，按照IEC61511标准在经过“使用经验总结”（proven-in-use）并符合一定条件后，也可以实现SIL认证。

整个SIL认证过程如图6所示。

2.2.1IEC61508根据IEC61508标准，仪表的整个R&D过程都有严格的规定。

仪表制造商必须对产品的整个系统进行安全评估，具体而言：

①必须验证整个软件系统运行的可靠性。

通过系统开发、系统检测确认、质量管理系统、7文档管理等手段来减少系统故障的发生概率。

不符合根据IEC61508标准对仪表进行评估“使用经验总结”不同工况下所有故障的统计与评估对仪表的其他要求不满足“功能安全”满足“功能安全”符合IEC61508符合不符合不符合图6②必须对整个电路板上的电子元件逐一进行FMEA分析，计算MTBF、故障率等。

在硬件上采取冗余、多样化、自诊断、功能定时检测等手段来减少随机故障的发生概率。

③必须根据传感器的返修统计评估其故障率。

④对于压力仪表还要满足其他的一些额外要求，如KTA认证。

2.2.2IEC61511根据IEC61511标准，已经应用于市场上的仪表如果要取得SIL认证，需经过“使用经验总结”，并满足一些其他要求，例如：

①仪表必须应用于在10个典型工况下，连续运行100,000个小时，并提供1年的服务历史纪录。

②仪表必须只能设置，无法编程。

③仪表最多只能获得SIL3认证。

2.3SIL等级的划分IEC61508标准对仪表“功能安全”的等级进行了划分，划分的依据如图7所示。

随机故障（硬件）系统故障（软件）FMEAPFD，SSF，HFT生命周期评估“使用经验总结”SIL（安全完整性等级）图7

2.3.1故障模式影响分析（FMEA:

FailureModeEffectAnalysis）8FMEA首先把仪表故障分类，共分4种模式：

①显性安全故障（如：

雷达物位计高频模块故障）；②隐性安全故障（如：

电流输出短路）；③显性危险故障（如：

压力传感器损坏）；④隐性危险故障（如：

电流输出“冻结”）。

然后评估各类故障的发生概率，如表6所示。

再根据4个概率计算出PFD和SFF。

表6故障模式的发生概率（单位：

次/年）显性故障隐性故障安全故障λsdλsu危险故障λddλdu

2.3.1.1要求的平均失效概率（PFDav：

AverageProbabilityofFailureonDemand）1PFDλTiTavdui2≈××=其中检测间隔时间[年]

2.3.1.2安全失效分数（SFF：

SafeFailureFraction）λλλsdddsuSFFλλλλsddddusu++=+++

2.3.1.3硬件故障裕度（HFT：

HardwareFaultTolerance）硬件故障容忍度是对冗余程度的一种描述。

仪表的“功能安全”等级（SIL等级）由PFD，SFF，HFT这3个安全参数决定。

表7指明了SIL与PFD的关系。

表7危险故障的平均概率SIL风险减少低要求操作模式（LowDemandMode）要求的失效概率（PFDav）连续操作模式（ContinuousMode）每小时故障概率（PFH）110…100≥10-2且<10-1≥10-6且<10-52100…1000≥10-3且<10-2≥10-7且<10-631000…10000≥10-4且<10-3≥10-8且<10-7410000…100000≥10-5且<10-4≥10-9且<10-8由表7可见，SIL等级越高则该仪表的故障概率越小，风险减少程度越高。

另外，SIL等级还与SFF和HFT有关，如表8所示。

防爆等级及其含义

来源:

网络    日期:

2009-11-9    

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防爆电气设备按GB3836标准要求，防爆电气设备的防爆标志内容包括：

防爆型式+设备类别+（气体组别）+温度组别

1防爆型式

根据所采取的防爆措施，可把防爆电气设备分为隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、

油浸型、充砂型、浇封型、n型、特殊型、粉尘防爆型等。

它们的标识如表1所示。

表1防爆基本类型

防爆型式防爆型式标志防爆型式防爆型式标志

隔爆型Ｅｘ　ｄ充砂型Exq

增安型Ｅｘ　ｅ浇封型Exm

正压型Ｅｘ　ｐｎ型Exｎ

本安型Ｅｘ　ｉa

Ｅｘ　ｉｂ特殊型Exｓ

油浸型Ｅｘ　ｏ粉尘防爆型DIPA

DIPB

2设备类别

爆炸性气体环境用电气设备分为：

I类：

煤矿井下用电气设备；

II类：

除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。

II类隔爆型“d”和本质安全型“i”电气设备又分为IIA、IIB、和IIC类。

可燃性粉尘环境用电气设备分为：

A型尘密设备；B型尘密设备；

A型防尘设备；B型防尘设备。

3气体组别

爆炸性气体混合物的传爆能力，标志着其爆炸危险程度的高低，爆炸性混合物的传爆能力越大，其危险性越高。

爆炸性混合物的传爆能力可用最大试验安全间隙表示。

同时，爆炸性气体、液体蒸气、薄雾被点燃的难易程度也标志着其爆炸危险程度的高低，它用最小点燃电流比表示。

II类隔爆型电气设备或本质安全型电气设备，按其适用于爆炸性气体混合物的最大试验安全间隙或最小点燃电流比，进一步分为IIA、IIB和IIC类。

如表2所示。

表2爆炸性气体混合物的组别与最大试验安全间隙或最小点燃电流比之间的关系

气体组别最大试验安全间隙MESG（mm）最小点燃电流比MICR

IIAMESG≥0.9MICR＞0.8

IIB0.9＞MESG＞0.50.8≥MICR≥0.45

IIC0.5≥MESG0.45＞MICR

4温度组别

爆炸性气体混合物的引燃温度是能被点燃的温度极限值。

电气设备按其最高表面温度分为T1～T6组，使得对应的T1～T6组的电气设备的最高表面温度不能超过对应的温度组别的允许值。

温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温度之间的关系如表3所示。

表3温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温度之间的关系

温度级别IEC/EN/GB3836设备的最高表面温度T［℃］可燃性物质的点燃温度［℃］

T1450T＞450

T2300450≥T＞300

T3200300≥T＞200

T4135200≥T＞135

T5100135≥T＞100

T685100≥T＞8

5防爆标志举例说明

为了更进一步地明确防爆标志的表示方法，对气体防爆电气设备举例如下：

如电气设备为I类隔爆型：

防爆标志为ExdI

如电气设备为II类隔爆型，气体组别为B组，温度组别为T3，则防爆标志为：

ExdIIBT3。

如电气设备为II类本质安全型ia，气体组别为A组，温度组别为T5，则防爆标志为：

ExiaIIAT5。

对I类特殊型：

ExsI。

对使用于矿井中除沼气外，正常情况下还有II类气体组别为B组，温度组别为T3的可燃性气体的隔爆型电气设备，则防爆标志为：

ExdI/IIBT3。

另外，对下列特殊情况，防爆标志内容可适当进行调整：

（1）如果电气设备采用一种以上的复合型式，则应先标出主体防爆型式，后标出其他的防爆型式。

如：

II类B组主体隔爆型并有增安型接线盒T4组的电动机，其防爆标志为：

ExdeIIBT4。

〖JP3〗

（2）如果只允许使用在一种可燃性气体或蒸气环境中的电气设备，其标志可用该气体或蒸气的化学分子式或名称表示，这时，可不必注明气体的组别和温度组别。

如：

II类用于氨气环境的隔爆型的电气设备，其防爆标志为：

ＥｘｄＩＩ（ＮＨ３）或ＥｘｄＩＩ（氨）。

反过来，利用表2，制造厂可以按照防爆电气产品（Product）的使用环境决定产品的温度组别，按照温度组别设计电气设备的外壳表面温度或内部温度。

防爆电气设备的用户可以根据场所中可能出现的爆炸性气体或蒸气的种类，方便地选用防爆电气产品的温度组别。

例如，已知环境中存在异丁烷（引燃温度460℃），则可选择T1组别的防爆电气产品；如果环境中存在丁烷和乙醚（引燃温度160℃），则须选择T4组的防爆电气产品。

对于粉尘防爆电气设备：

如可用于21区的A型设备，最高表面温度TA为170℃，其防爆标志为：

DIPA21TA170℃或者DIPA21TA，T3；

如可用于21区的B型设备，最高表面温度TB为200　℃，其防爆标志为：

DIPB21TB200　℃或者DIPB21TB，T3

6设置标志的要求

（1）应在电气设备主体部分的明显地方设置标志；

（2）标志必须考虑到在可能存在的化学腐蚀下，仍然清晰和耐久。

如标志Ex、防爆型式、