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爆炸危险场所防爆电气设备选型探讨
发表于:2017-12-03 09:20 分享至:

随着我国工业化水平及安全意识的提高,化工、医药提取、粮食加工、金属精加工、纺织等各类企业越来越重视生产现场安全性,特别是由于可燃性气体、蒸气、粉尘、纤维或飞絮与空气混合形成具有爆炸危险场所的安全性。在这些爆炸危险场所使用的防爆电气设备越来越多,不仅是国内制造的防爆电气设备越来越多,在外资企业,由于各类生产装置较多地参考了国外现有的方案,使得这类企业使用进口的防爆电气产品也越来越多。但是由于各种防爆电气设备依据的防爆标准不一致,导致各种防爆标识各不相同,选型无所适从。例如在我国,可燃性粉尘环境用电气设备的分类,既可以根据GB12476《可燃性粉尘环境用电气设备》系列标准分成D20、D21、D22三个区域用设备[1],也可以根据GB3836《爆炸性环境》系列标准分成ⅢA、ⅢB、ⅢC三个等级[2];即使是同一个标准,其不同版本之间也有差异;而进口产品的差异更大,尤其是部分地区所执行的防爆标准与我国现行标准规定的标识方法完全不一样,使用、安装单位在选择这些防爆电气设备时,出现了很大的困扰,经常无法正确地选择相应的防爆电气设备。因此,本文将系统地比较常用的防爆相关标准,结合爆炸危险现场情况,探讨防爆电气设备的选型。由于我国的《煤矿安全规程》对除煤矿井下防爆电气设备有专门的要求,本文将不涉及此类区域。

1防爆标准分析

目前爆炸危险场所涉及的标准有这样几类:

1. 标准体系。目前我国的爆炸环境相关标准有这样几个系列:GB3836《爆炸性环境》系列标准,修改或等同采用了IEC60079系列标准,主要涉及了各种不同保护方式的电气设备、危险场所分类、设备检修、电气安装等内容,侧重气体环境用防爆电气设备,但也涉及粉尘环境相关内容。GB12476《可燃性粉尘环境用电气设备》系列标准,修改或等同采用了IEC61241系列标准,主要涉及了各种不同保护方式的电气设备、危险场所分类等内容,适用于粉尘环境,最新版本的标准中很多条款引用了GB3836系列标准。

国际上,防爆电气设备通用的是国际电工委员会发布的IEC60079、IEC61241系列标准,在欧洲、大洋洲、亚洲等地区广泛使用,但有些地区还有额外的专门要求。例如在欧洲,防爆电气设备执行的是等同采用了IEC系列标准的EN系列标准,同时还应符合ATEX94/9/EC强制指令。

在北美地区,同时存在着两种标准体系,分别是NEC505系列和NEC500系列,NEC505系列(主要标准为UL 2279系列)完全等同采用了IEC60079系列标准,而NEC500系列(主要标准有UL 1203、UL 913等)和IEC标准差异较大,目前爆炸危险场所相关的设计、安装、检验单位在接触依据这个系列标准制造的防爆电气产品时往往产生困惑,无法正确选型和安装。

2. 爆炸危险区域划分标准。目前我国使用的主要有GB3836.14(IEC60079-10)《爆炸性环境 第14部分:场所分类
爆炸性气体环境》、GB12476.3(IEC61241-10)《可燃性粉尘环境用电气设备 第3部分:存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类》、GB50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》。由于历史原因或习惯,目前国内设计单位在进行区域划分时较多地沿用GB50058的最新版本,根据不同的爆炸危险物质出现情况及通风情况,划分出特定距离的爆炸危险区域即可,但依据这些标准划分出的爆炸危险区域面积往往比较大,使得工程造价上升。而GB3836.14根据爆炸危险现场爆炸物质的泄露量、出现频率、通风量等多种因素精确计算爆炸危险区域的范围[3],由于需要了解的信息量大,且很多信息不容易获得,导致计算工作量大,但是这种方法能更加准确地划定爆炸危险区域的范围,有效控制区域面积,并且可以通过采取额外的措施减小区域范围,当需要严格控制爆炸危险区域范围或其他有特殊需要的情况下建议采用这一标准精确计算爆炸危险区域。在国际上,IEC系列标准与我国标准要求相同,而NFPA 70中的NEC500规定与国际通行规定有较大差距,详细如表1所示。

表1 爆炸危险区域划分对比 [4]、[5]、[6]、[7] 、[8]

气体环境

GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505

NEC500

可燃气体等在正常条件下连续出现或经常存在

0区(zone
  0)

ClassⅠ Division
  1

可燃气体等在正常条件下可能存在

1区(zone
  1)

可燃气体等在正常条件下不可能存在

2区(zone
  2)

ClassⅠ Division
  2

粉尘环境

GB12476、GB50058、IEC61241、EN61241、NEC505

NEC500

可燃粉尘等的爆炸性浓度在正常条件下连续出现或经常存在

20区(zone
  20)

ClassⅡ Division
  1

可燃粉尘等的爆炸性浓度在正常条件下可能存在

21区(zone
  21)

可燃粉尘等的爆炸性浓度在正常条件下不可能存在

22区(zone
  22)

ClassⅡ Division
  2

处理、生产或使用可燃性纤维或材料产生可燃性飞絮

/

Class Ⅲ Division
  1

存储或处理可燃性纤维

/

Class Ⅲ Division
  2

3. 危险物质分类标准。在不同的标准中,都根据爆炸危险物质的点燃特性对其进行了分类,以便合理地选用不同防爆等级的设备,分类的依据有最大试验安全间隙(MESG)、最小点燃能量比(MICR)、点燃温度(IT)等,不同标准中危险物质分类如表2。

表2 爆炸危险物质分级对照表

爆炸性物质分级

代表性物质

点燃难易程度

GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505

NEC500

Ⅱ类

ⅡA

Class 
  Group D

丙烷


 

   
   


 

 

 


 

ⅡB

Class 
  Group C

乙烯

ⅡC

Class 
  Group B

氢气

Class 
  Group A

乙炔

ⅢA

Class 

可燃性飞絮

/

ⅢB

Class 
  Group G

非导电尘

ⅢC

(导电尘)

Class 
  Group F

含碳尘

Class 
  Group E

金属尘

表3 点燃温度组别对照表

GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505

NEC500

温度组别

最高温度值(℃)

温度组别

最高温度值(℃)

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

160

T4

135

T4

135

T4A

120

T5

100

T5

100

T6

85

T6

85

4. 设备分类标准。在最新的GB3836、IEC60079等防爆设备的有关标准和ATEX94/9/EC指令中,为了便于有关单位选择合适的防爆电气设备,还规定了设备的设备保护级别(EPL),不同防爆型式的防爆电气设备,只要EPL相同,其保护能力也认为是相同的,例如Ex ib IIB T4 Gb的设备与Ex d IIB T4 Gb的设备具有相同的保护能力,都可以在同样的爆炸危险区域内使用,这样有关单位只需根据不同危险区域划分情况直接选择对应EPL的设备即可,无需过多考虑设备的防爆型式,减少了工作量。

表4 EPL级别对照表 [9]

GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505

ATEX94/9/EC指令

代表含义

Ga

1G

爆炸性气体环境用设备,具有“很高”的保护级别

Gb

2G

爆炸性气体环境用设备,具有“高”的保护级别

Gc

3G

爆炸性气体环境用设备,具有“一般”的保护级别
 

Da

1D

爆炸性粉尘环境用设备,具有“很高”的保护级别

Db

2D

爆炸性粉尘环境用设备,具有“高”的保护级别

Dc

3D

爆炸性粉尘环境用设备,具有“一般”的保护级别

2防爆电气设备选型对照

通过以上梳理比较,我们可以归纳总结出不同爆炸危险区域内,各种标准体系防爆电气设备选型的对照关系。详细如表5

表5 防爆电气设备选型对照表

爆炸危险区域

所需设备保护级别(EPL

可选电气设备防爆型式

GBIECENNEC505

NEC500

GBIECENNEC505

ATEX949EC指令

0

(zone 0)

ClassDivision 1

Ga

1G

本质安全型ia

浇封型ma

0区设计的特殊型s

1

(zone 1)

ClassDivision 1

Gb

2G

适用于0区的防爆型式

本质安全型ib

隔爆型d

增安型e

正压外壳型pxpy

油浸型o

充砂型q

浇封型mb

1区设计的特殊型s

2

(zone 2)

ClassDivision 2

Gc

3G

适用于0区和1区的防爆型式

本质安全型ic

浇封型mc

nExnAExnCExnR

正压外壳型pz

2区设计的特殊型s

20

(zone 20)

ClassⅡ Division
  1

 

Da

1D

外壳保护型ta

tD A20tD B20

本质安全型iaiaD

浇封保护型mamaD

21

(zone 21)

ClassⅡ Division
  1

 

Db

2D

适用于20区的防爆型式

本质安全型ibibD

外壳保护型tb

tD A21tD B21

浇封保护型mbmbD

正压保护型pbpD

22

(zone 22)

ClassDivision 2

Dc

3D

适用于20区和21区的

防爆型式

本质安全型icibD

外壳保护型tc|

tD A22tD B22(非导电尘)

tD A22 IP6XtD B21

(导电尘)

浇封保护型mcmbD

正压保护型pcpD

1:防爆电气设备的防爆等级和温度组别应当根据爆炸危险区域内存在的爆炸危险物质特性选择,无区域划分无关;当有多种爆炸危险物质时,设备应当适用于所有这些物质。

2粉尘爆炸危险区域内可选防爆型式tatbtciaibmambmcpbpc是依据GB3836进行标志的。

3总结

通过以上的归纳和汇总,我们已经基本整理出了在工业爆炸危险场所防爆电气设备选型的对照关系,相关的设计、安装单位只需根据爆炸危险区域的类别、危险物质的等级和温度组别选择相应的防爆电气设备,而不用过多地考虑具体的防爆型式,极大地减轻了选型上的工作量,并且通过以上的比较对照,能够方便地合理选择依据不同标准体系的防爆电气设备,在确保现场安全的前提下,有效降低设备的成本。

需要特别提醒的是,以上仅仅是对不同的标准进行比较归纳,总结出在我国标准体系下各种防爆电气设备选型的建议,不等于国外的防爆电气设备可以直接在我国使用,由于不同标准对防爆电气设备的技术要求、检验要求存在差异,同样防爆型式或者防爆等级的设备,安全参数与我国并不完全一致,例如UL1203标准中隔爆参数、试验方法和GB3836.2中的均不一致。当需要在现场使用这样的防爆电气设备时,应当经过我国授权的有资质的检验机构确认,必要时还应进行差异性的检验,确保其安全性符合我国标准对其的要求。

当然,由于防爆标准的不断更新,新的防爆型式不断出现,例如在IEC60079系列标准中,用隔爆外壳“d”保护的设备增加了“da”、“dc”两种防爆型式[10],对应的EPL分别为Ga、Gc,这就需要有关的单位注意学习,及时跟进标准动态。


(文章来源:微信公众号:轻松聊防爆)