电气防爆知识简介

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爆炸性气体与空气混合物的热表面最低温度。
第 9页
爆炸性气体分级、分组举例
类别 级别 I IIA
甲烷 乙烷、丙烷、丙酮、苯 丁烷、甲醇、 乙烯、氯苯、甲苯、苯、乙醇、丙烯、 氨、一氧化碳、甲醛、 氯乙烯、醋酸 苯氨 丁酯、乙酸戊 酯 焦炉煤气、环丙烷、丙 环氧乙烷、2环氧丙烷、乙 烯腈 烯、1,3-丁二烯 水煤气、氢气 乙炔 戊烷、巳烷、 乙醚、 庚烷、癸烷、 三甲 辛烷、汽油、 胺 氯丁烷 二甲醚、硫 化氢、四氢 肤喃、丙烯 醛 四氟 乙烯、 二乙 醚 二硫化 碳 硝酸乙 酯 亚硝酸 乙酯
缺点 • 安全程度不如本安型 • 不可带电开盖操作
EX nC 有火花型设备,电火花触头采用除nR、nL和nZ之外的保护 技术(封闭、密封外壳) (后4项为广义的无火花,产生电弧、火花或过热表面的设备,它通 过采取标准规定的措施,使其不会产生点燃的条件)
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本安系统
危险区 安全区
简单设备 控制室 设备
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爆炸性气体分级
典型 气体 甲烷 丙烷 乙烯 乙炔 氢气 最大试验安全间 隙 (MESG), mm MESG=1.14 0.9 < MESG<1.14 0.5<MESG≤0.9 MESG ≤ 0.5 最小点燃电流比 (MICR) MICR=1.0 0.8<MICR<1.0 0.45<MICR≤0.8 MICR ≤ 0.45 分级 I IIA IIB IIC 易 点燃 特性 难
U.E.L. 爆炸上限
爆炸性危险物质分类
中国将爆炸性物质分为三类: I类:矿井甲烷; II类:爆炸性气体混合物(含蒸气、薄雾); III类:爆炸性粉尘和纤维。 北美将爆炸性物质分为三类/级: Class I – 爆炸性气体; Class II – 爆炸性粉尘; Class III - 纤维。
允许在1区工作
第 22 页
充油型Ex"o"

基本原则 “分离型"
允许在1区工作
第 23 页
充砂型Ex"q"
粉末
基本原则 “分离型"
应用 • 无可移动部件
允许在1区工作
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无火花型Ex"n"
基本原则: “正常运行情 况下的安全"
应用 • 目前成为一种降低成本 的2区防爆方式。
性能 • 通过对其他防护方式 (“d”, “p”, “e” 和 “i”) 的简化设计实现正常操作状态下的安全
电气防爆知识简介
化学工程学院化工装备与控制工程系
左海强
爆炸三要素
点火源(如电火花、炽热表面)
空气(氧气)
第 2页
爆炸性物质
在石油、化工、煤炭等生产领域将不可避免地产生爆炸性 物质的泄漏,并与空气形成爆炸性危险场所。 在煤矿井下,2/3的场所属于爆炸性危险场所; 在石油开采现场和石油化工厂约有60-80%属爆炸性危险 场所; 在化学工业中,约有80%以上的生产车间属爆炸性危险 场所。
第 17 页
防爆型式
“d”:隔爆型 “e”:增安型 “i”:本质安全型(ia,ib,ic) “p”:正压外壳型(px,py,pz) “o”:油浸型 “q”:充砂型 “n”:n型电气设备(nA, nR, nC, nZ) “m”:浇封型(ma,mb)
解决的主要点燃源:由电气因素引起的电火花和热效应。
Gc
Da Db Dc
爆炸性粉尘环境用设备 第 16 页
混(复)合型防爆型式 当一台电气设备的不同部分或Ex元件使用不同的防爆型 式时,防爆标志应包括所有使用的防爆型式符号,防爆型式 的符号应按字母顺序排列,彼此之间应有小的间隔。当使用 关联设备时,其防爆型式的标志,包括适用时的方括号,应 标在电气设备防爆形式符号之后。
EX nA 无火花型设备(真正意义上的无火花)II类设备不分级 EX nR 限制呼吸外壳(防止呼吸效应引起可燃气体被吸进仪表中) EX nL 限制能量设备(基于本质安全防爆原理,但仅对正常运行情 况进行评价或分析) EX nZ 具有简单正压(偶然失压的情况下,只报警,不像EX P那样 还要切断电源)
缺点
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本安型现场总线系统
危险区 安全区 非隔离 总线 隔离总线 耦合器 [Ex i] Uo; Io; Po Co; Lo
Ex i Ui; Ii; Pi Ci; Li 终端
不允许在0区使用
本安型Ex"i"
R V
基本原则 “限制型"
L C Uo
Io
特性 • 低功率技术限制了电压、电流,把功率 限制在点燃危险气体的最低要求之下 • 元件可靠性、距离和隔离 • 分类: “ia” 允许两个故障 “ib” 允许一个故障 “ic” 原nL
优点 • 对操作工安全 • 允许带电开盖操作 缺点 • 不适用于大功率设备
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Leabharlann Baidu
齐纳安全栅与隔离安全栅的比较
优点
Z E N E R S I S O L A T O R S
• 购货成本低 • 安装空间小 • 简单可靠 • 高安装成本 • 需要隔离接地 危险区仪表必须与地隔离 • 安全栅压降 • 齐纳泄漏电流导入误差 • 安全和功能检测困难 • 低安装成本 • 输入/输出和电源隔离 • 不需要隔离接地 • Full voltage available to field devices • 标准信号输出 (4-20mA) • 高共模电压 • • 低共模电压 价格高
连接 电缆
P I
本安 接口
˜
本安设备
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齐纳安全栅
危险区
Io R Lim.
安全区
齐纳二极管 保险丝 Um 250V max.
Uo
故障 电流
• 无源电路简单可靠。 • 所有元件按标准应为浇封型。 • 要求有完整的接地系统。
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隔离安全栅
危险区
Io Uo 限能电路 电路隔离 保险丝 放大器
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防止爆炸发生的基本方法 ① 避免形成爆炸性环境 – 理想的方法 ② 排除可能的点火源 – 实际的方法。 电气设备的电火花和温度是产生爆炸的主要点燃源。 不同爆炸性物质的电火花和温度点燃特性各不相同。 为了使采取的防爆措施更具针对性,有必要对爆炸性物质分 类、级、组,以及对爆炸危险区域分区。
☞ 最大试验安全间隙(MESG):在标准规定试验条件下,空腔内所有浓度的被试气
体或蒸气与空气混合物点燃后,通过25mm长的火焰通路均不能点燃外部爆炸性气体混 合物的内空腔两部分之间的最大间隙。
☞ 最小点燃电流(MIC):采用火花试验装置,由电阻电路或电感电路引起爆炸性试
验混合物点燃的最小电流。
☞最小点燃电流比(MICR):各种可燃性气体(或蒸气)与空气的混合物的最小点
P
缺点 • 安装和维护工作复杂而昂贵 • 仪表如果将接触可燃混合物,必须采取其它防护措施 • 不许带电开盖操作
应用 • 操作台、仪表盘或控制室
允许使用区域: 带自动上电功能的仪表可在1区工作 带声光报警的仪表可在2区工作
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浇封型Ex"m"
基本原则 “分离型"
合成 树脂
应用 • 小电路和无可移动元件的情况
爆炸性气体温度组别 T1 T2 T3 T4 T5 T6
IIB
IIC
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爆炸性危险区域的划分
爆炸性危险区域主要以爆炸性危险物质出现的频繁程度和 持续时间为划分依据的。
世界各国对危险场所区域划分不同,但大致分为两大派系: 中国和大多数欧洲国家采用国际电工委员会(IEC)的划分方 法,而以美国和加拿大为主要代表的其他国家采用北美划分方法。 中国标准GB3836.14对于爆炸性气体危险场所划分为3个区域: 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。 对于粉尘场所,同样划分为3个区域,即20、21和22区。
第 4页
气体的点火特性
点火能量 (J)
M.I.E 最低点火能量
体积比 (%)
L.E.L. 爆炸下限 气体类别分级
代表性气体 甲烷 丙烷 乙烯 氢气 L.E.L. U.E.L. (%) (%) 15 5 2 2.7 4 第 5页 9.5 34 75 M.I.E. (µJ) 320 180 60 20 气体类别 I类(矿井气) IIA IIB IIC
第 15 页
设备保护级别(EPL, Equipment Protection Level)
根据设备成为点燃源的可能性和不同爆炸性环境所具有的不同特征 而对设备规定的保护级别,包括: “Ma”、“Mb”;“Ga”、“Gb”、“Gc”; “Da”、 “Db”、“Dc”。
保护 级别 Ma Mb Ga Gb 描述 安装在煤矿甲烷爆炸性环境中的设备 爆炸性气体环境用设备,具有“很高”的保护级别,在正常运行中出现预期故障或罕 见故障时不是点燃源。 爆炸性气体环境用设备,具有“高”的保护级别,在正常运行或预期故障条件下不是 点燃源, 大多数标准的保护概念提出设备在这一保护级别。 爆炸性气体环境用设备,具有“一般”的保护级别,在正常运行中不是点燃源,也可 采取一些附加保护措施,保证在点燃源预期经常出现的情况下(例如灯具的故障) 不会形成有效点燃。 Ex n型是该保护级别的典型设备。
应用 • 现场和控制室电子仪表 第 20 页
允许工作条件: “ia”型工作于0区. “ib” 型工作于1区
正压型Ex"p"
Q
基本原则 “分离型" 优点 • 其它方法都不适用时的解决 方案
封装 • 内部充有比外部气压略高的 洁净空气或惰性气体 • 充电之前要清洁内部气体 • 连锁系统预防仪表在达到设 计压力之前上电,或者在正 压充气失败时断电
燃电流对甲烷与空气混合物的最小点燃电流的比值。
第 7页
最大试验安全间隙试验装置
第 8页
爆炸性气体分组
组别 T1 T2 T3 T4 T5 T6 引燃温度t/℃ t>450 450≥t>300 300≥t>200 200≥t>135 135≥t>100 100≥t>85 易 点燃特性 难
☞ 引燃温度(AIT) :依据标准规定的方法进行试验时,能够引燃
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隔爆型Ex"d"
基本原则: “包容型"
连接宽度 开口
封装 • 必须能承受爆炸的压力 • 塑料材料只允许小容积 (<3 dm3) • 连接和开口要做得很精密并且 根据气体组分而定
优点: • 多年使用证明的优良方法
缺点 • 并非所有人都了解其工作原理 • 封装大而重,对电缆也有特殊要求(导管, 衬垫, 封装等) • 不允许带电开盖操作 打开封装需要特殊工具 • 安装和维护的错误会导致危险的情况 第 19 页
安全区
信号变送 保护电路
Um 250V max.
输出
=

主变送器
电源 230Vac
• 有源电路通过隔离元件(变送器、继电器、光电偶)进行危险区间的信号传送。 • 能量限制电路的工作原理与齐纳安全栅相同,但由于电路隔离它不必处理Vm。 • 由于Vm引起的故障电流通不过限能电路,不再需要专用的接地设备。
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典型的带有呼吸阀的露天油罐的危险区域划分示例:
I-I
R2一油罐半径(m) r一呼吸阀阀口半径(m )
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防爆电气设备的分类\分级\分组
防爆电气设备分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ 类。 Ⅰ类: I类电气设备用于煤矿瓦斯气体环境。 Ⅱ类: Ⅱ类电气设备用于除煤矿瓦斯气体之外的其他爆 炸性气体环境。 Ⅲ 类: Ⅲ 类电气设备用于除煤矿以外的爆炸性粉尘环境。 Ⅱ类电气设备分级: 按其适用于爆炸性气体环境混合物的最大试验安全间隙 (MESG)和最小点燃电流比(MICR)分为A、B、C三级:
类、级别 II A II B II C MESG (mm) MESG ≥0.9 0.5< MESG <0.9 MESG≤ 0.5
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MICR MICR>0.8 0.45 ≤ MICR ≤ 0.8 MICR <0.45
Ⅱ类电气设备的最高表面温度分组: 爆炸性环境用电气设备按其最高表面温度划分为T1-T6组别。
温度组别 最高表面 温度 T1 450 ℃ T2 300 ℃ T3 200℃ T4 135 ℃ T5 100 ℃ T6 85℃
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爆炸性气体环境防爆标志:
Ex d ⅡB T4 Gb
设备保护级别(EPL) 温度组别 防爆类别 防爆型式 防爆符号 爆炸性气体环境用IIB等级隔爆型电气设备,最高表面温度 低于135℃,具有“高”的保护级别,在正常运行或预期故障 条件下不是点燃源。
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