楊水明 史益鋒

(嘉興和邦安全技術(shù)有限公司)

一、前 言

近年來(lái),爆炸危險(xiǎn)環(huán)境因使用非防爆電氣設(shè)備引發(fā)的重大事故時(shí)有發(fā)生,2011年6月17日,廣州市番禺區(qū)油船發(fā)生爆炸事故,造成8人死亡、1人受傷、3人失蹤,直接經(jīng)濟(jì)損失939.5萬(wàn)元。事故原因：使用自制非防爆的插線板,產(chǎn)生電火花,引起南大油22號(hào)船油艙大量積聚的可燃?xì)怏w爆炸。2012年8月5日,溫州市甌海區(qū)郭溪街道郭南村郭溪街一幢民房在生產(chǎn)中發(fā)生鋁粉塵爆炸導(dǎo)致坍塌并燃燒,造成13人死亡、15人受傷,其中6人重傷。事故原因：加工場(chǎng)配置的電氣設(shè)備不防爆,常產(chǎn)生電火花,加工場(chǎng)拋光作業(yè)間內(nèi)懸浮在空氣中的鋁粉塵濃度達(dá)到爆炸極限,遇拋光機(jī)電機(jī)控制開關(guān)產(chǎn)生的電火花發(fā)生爆炸。2015年8月12日,天津港發(fā)生特別重大火災(zāi)爆炸事故。化工安全事故是小概率事件,但是由于化學(xué)品的特殊性,此類事故一旦發(fā)生,后果不堪設(shè)想。因電氣設(shè)備選用不當(dāng)而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生,這是我們所不希望的。因此,針對(duì)企業(yè)防爆電氣設(shè)備選型的探討具有非常重要的意義。

二、爆炸的概念和形成條件

爆炸是指可燃物與空氣混合,在較小的空間內(nèi)著火迅速燃燒,在瞬間內(nèi)放出大量的熱量,造成溫度和壓力急劇增高,體積迅速膨脹的現(xiàn)象。

產(chǎn)生爆炸應(yīng)具備以下條件：(1)在有限空間內(nèi)空氣和可燃物的混合比例在爆炸極限內(nèi)；(2)爆炸性氣體遇火源或赤熱物體,溫度達(dá)到著火點(diǎn)。

燃燒和爆炸本質(zhì)都是可燃物質(zhì)在空氣中的氧化反應(yīng),區(qū)別在于氧化速度不同?？扇嘉?、助燃物(氧化劑)和點(diǎn)火源是燃燒三個(gè)基本條件,統(tǒng)稱燃燒三要素；爆炸在燃燒三要素基礎(chǔ)上還有有限空間和空間內(nèi)濃度。所以,爆炸有五個(gè)要素：爆炸介質(zhì)(即可燃物)、助燃物、引爆能源(即點(diǎn)火源)、空間和濃度,而爆炸兩個(gè)基本要素為爆炸介質(zhì)和引爆能源,兩者缺一不可。

從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看,爆炸介質(zhì)是客觀存在的,基本上無(wú)法進(jìn)行清除,那么只能把重心放在引爆能源上。事實(shí)上,很多企業(yè)也都是在現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)安全管理,不允許現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火作業(yè)、嚴(yán)禁吸煙等杜絕明火措施,嚴(yán)防機(jī)械火源、熱火源、化學(xué)火源存在。然而從歷次的事故來(lái)看,引爆能源往往是那些看不見(jiàn)的被我們忽視掉的電火源。電火源正是其中關(guān)鍵的一種,因而為了有效控制事故的發(fā)生,防爆電氣設(shè)備便應(yīng)運(yùn)而生。

三、防爆電氣的使用環(huán)境

防爆電氣設(shè)備自然是用于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境,《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50058—2014)規(guī)定把爆炸環(huán)境分為爆炸性氣體環(huán)境和爆炸性粉塵環(huán)境。爆炸性氣體環(huán)境就是在生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運(yùn)或貯存過(guò)程中出現(xiàn)或者可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物環(huán)境。比如在大氣條件下,可燃?xì)怏w與空氣混合形成爆炸性氣體混合物；閃點(diǎn)低于或等于環(huán)境溫度的可燃液體的蒸氣或薄霧與空氣混合形成爆炸性氣體混合物；在物料操作溫度高于可燃液體閃點(diǎn)的情況下,可燃液體有可能泄漏時(shí),其蒸氣或薄霧與空氣混合形成爆炸性氣體混合物。同樣的爆炸性粉塵環(huán)境就是生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運(yùn)或貯存過(guò)程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)可燃性粉塵與空氣形成的爆炸性粉塵混合物環(huán)境。

四、防爆電氣適用環(huán)境分區(qū),危險(xiǎn)物料分級(jí)分組

為了能更有效地采取針對(duì)性的安全措施,從危險(xiǎn)性的角度考慮,將爆炸環(huán)境進(jìn)行區(qū)域劃分。

爆炸性氣體環(huán)境根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻率程度和持續(xù)時(shí)間按下列規(guī)定進(jìn)行分區(qū)。

0區(qū)：連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

1區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

2區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)不太可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境,或即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)根據(jù)爆炸性粉塵環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間,按下列規(guī)定進(jìn)行劃分。

20區(qū)：空氣中的可燃性粉塵云持續(xù)地或長(zhǎng)期地或頻繁地出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域。

21區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí),空氣中的可燃性粉塵云很可能偶爾出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域。

22區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí),空氣中的可燃粉塵云一般不可能出現(xiàn)于爆炸性粉塵環(huán)境中的區(qū)域,即使出現(xiàn),持續(xù)時(shí)間也是短暫的。

由此可以看出,爆炸性氣體環(huán)境的危險(xiǎn)性0區(qū)＞1區(qū)＞2區(qū),爆炸性粉塵環(huán)境的危險(xiǎn)性20區(qū)＞21區(qū)＞22區(qū)。

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,用到的物料也是各種各樣,因此相關(guān)法規(guī)也做了相關(guān)規(guī)定。我國(guó)將爆炸性物質(zhì)分為三類：I類：礦井(專用設(shè)備本文不涉及)；Ⅱ類：爆炸性氣體混合物(含蒸氣、薄霧)；Ⅲ類：爆炸性粉塵和纖維。爆炸性氣體混合物按其最大試驗(yàn)安全間隙或最小電流比進(jìn)行分成三級(jí),危險(xiǎn)性ⅡA＜ⅡB＜ⅡC(如表1所示)。同時(shí)根據(jù)引燃爆炸性氣體混合物的最低溫度即引燃溫度進(jìn)行分組,分為6個(gè)組別(如表2所示)。

表1 爆炸性氣體混合物分級(jí)

表2 引燃溫度分組

爆炸性粉塵環(huán)境中粉塵也根據(jù)物料的不同分為以下三級(jí),ⅢA級(jí)：可燃性飛絮；ⅢB級(jí)：非導(dǎo)電性粉塵；ⅢC級(jí)：導(dǎo)電性粉塵。

五、常用的防爆電氣設(shè)備

目前,我國(guó)的防爆電氣設(shè)備根據(jù)防爆方法不同一般分為本質(zhì)安全型“ia”“ib”“ic”,隔爆型 “d”,增安型 “e”,油浸型 “o”,正壓型 “px”“py”,充砂型 “q”,無(wú)火花“n A”,火花保護(hù) “nC”,澆封型 “ma”“mb”“mc”,限制呼吸 “nR”,限能 “n L”等。

(1)本質(zhì)安全型是指其內(nèi)部的所有電路都是本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備,即該電路在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件(包括正常工作和規(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(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路,是一種以抑制點(diǎn)火源能量為防爆手段的“安全設(shè)計(jì)”技術(shù)。這個(gè)設(shè)計(jì)直接做到了本質(zhì)安全,但缺點(diǎn)不適用于大功率設(shè)備。

(2)隔爆型是具有隔爆外殼的電氣設(shè)備。隔爆外殼應(yīng)能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力,并阻止內(nèi)部的爆炸向外部周圍爆炸性混合物傳播。此類設(shè)備是目前我國(guó)工廠使用率最高的,經(jīng)多年使用證明的優(yōu)良方法。但是同樣也存在缺點(diǎn),如封裝大而重,對(duì)電纜也有特殊要求(導(dǎo)管、襯墊、封裝等),不允許帶電開蓋操作,打開封裝需要特殊工具,安裝和維護(hù)的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的情況等。

(3)正壓型指具有正壓外殼的電氣設(shè)備,即該外殼能保持內(nèi)部氣體的壓力高于外部環(huán)境大氣壓力,且能阻止外部爆炸性混合物的進(jìn)入。主要是用空氣或惰性氣體換氣,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行換氣后,當(dāng)外殼內(nèi)部壓力高于設(shè)計(jì)規(guī)定值時(shí),外殼內(nèi)部電氣設(shè)備自動(dòng)得電；當(dāng)內(nèi)部壓力低于規(guī)定值時(shí)就切斷主電源。缺點(diǎn)是安裝和維護(hù)工作復(fù)雜而昂貴,不許帶電開蓋操作。

(4)增安型是一種對(duì)在正常運(yùn)行條件下不會(huì)產(chǎn)生電弧、火花的電氣設(shè)備采取一些附加措施以提高其安全程度,防止其內(nèi)部和外部部件可能出現(xiàn)危險(xiǎn)溫度、電弧和火花可能性的防爆形式。目前在工廠用防爆電氣設(shè)備中,應(yīng)用最多的是隔爆型和增安型兩種形式,本質(zhì)安全型和正壓型也有一定用量,其他形式的防爆電氣設(shè)備因成本太高應(yīng)用的較少。

《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50058—2014)引入了一個(gè)新的概念——電氣設(shè)備保護(hù)等級(jí)(EPL)：依據(jù)設(shè)備成為點(diǎn)燃源的可能性和爆炸性氣體環(huán)境及爆炸性粉塵環(huán)境所具有的不同特征而對(duì)設(shè)備規(guī)定的保護(hù)級(jí)別,更加細(xì)化了設(shè)備的分類。從表3可以看到設(shè)備保護(hù)級(jí)別的適用范圍：Ga＞Gb＞Gc適用氣體,Da＞Db＞Dc適用粉塵。

電氣設(shè)備還有一個(gè)IP等級(jí),是針對(duì)電氣設(shè)備外殼對(duì)異物侵入的防護(hù)等級(jí)(如表4所示),防護(hù)等級(jí)多以IP后跟隨兩個(gè)數(shù)字來(lái)表述,數(shù)字用來(lái)明確防護(hù)的等級(jí)。第一位數(shù)字表明設(shè)備抗微塵的范圍,代表防止固體異物進(jìn)入的等級(jí),最高級(jí)別是6。第二位數(shù)字表明設(shè)備防水的程度,代表防止進(jìn)水的等級(jí),最高級(jí)別是8。

表3 爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備保護(hù)級(jí)別的選擇

表4 IP防護(hù)等級(jí)

六、防爆電氣設(shè)備的標(biāo)志

ExdeⅡBT4Gb這是一個(gè)常見(jiàn)氣體型防爆設(shè)備標(biāo)志,從左往右分別是Ex(防爆總標(biāo)志)、de(防爆型式)、ⅡB(設(shè)備防爆級(jí)別)、T4(溫度組別)、Gb(設(shè)備保護(hù)級(jí)別),同時(shí)對(duì)應(yīng)上面的介紹我們可以直接得出這個(gè)是隔爆增安型防爆設(shè)備適用氣體環(huán)境,防爆等級(jí)ⅡB,最高表面溫度200℃,本身防護(hù)等級(jí)Gb為高,可適用1區(qū)和2區(qū)。

七、防爆電氣選型原則

首先,要根據(jù)危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分的危險(xiǎn)區(qū)域選用相應(yīng)的防爆類型。經(jīng)常會(huì)遇到粉塵環(huán)境在使用氣體型防爆設(shè)備的電氣設(shè)備,這是錯(cuò)誤的。如果現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)存在氣體和粉塵,應(yīng)同時(shí)滿足氣體和粉塵的防爆要求。不同的防爆型號(hào)由于采用的防爆措施不同,其安全程度也是不同的。

爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所0區(qū),應(yīng)選用本質(zhì)安全型、澆封型及其他0區(qū)特殊的防爆型式；爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所1區(qū),應(yīng)選用隔爆型、正壓型、本質(zhì)安全型、澆封型、充砂型、增安型(僅限接線盒、單插頭熒光燈、復(fù)合型等)；爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所2區(qū)應(yīng)選用增安型和隔爆型等上述其他防爆形式。

其次,要根據(jù)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所可能存在的易燃易爆氣體、粉塵的不同來(lái)選擇防爆電氣設(shè)備的級(jí)別和溫度組別。比如,常見(jiàn)的氫氣爆炸極限很寬,需要用到防爆級(jí)別ⅡC,而它的引燃溫度需要500℃,所以溫度組別T1就可以了。

再次,應(yīng)考慮爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的環(huán)境對(duì)防爆設(shè)備性能的影響?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)普遍存在有腐蝕性或有毒環(huán)境、高溫、高壓或低溫環(huán)境中使用,而在選用防爆設(shè)備時(shí),應(yīng)考慮適應(yīng)這些特殊環(huán)境的特殊要求。

然后,選擇的設(shè)備要便于維修。防爆電氣設(shè)備使用期間的維護(hù)和保養(yǎng)極為重要。選擇防爆電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好,且管理方便,維修時(shí)間短,費(fèi)用少,還要做好備品和備件的良好儲(chǔ)存。

最后,要注意經(jīng)濟(jì)效益。選用防爆電氣設(shè)備,選型不必高選,適用即可,同時(shí)應(yīng)對(duì)電氣設(shè)備的可靠性、壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、耗能及維修等作全面的分析平衡,以選擇最合適符合防爆要求的電氣設(shè)備。

八、防爆電氣選型舉例

之前筆者在一家使用電石生產(chǎn)乙炔的企業(yè),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)多項(xiàng)電氣設(shè)備等級(jí)不達(dá)標(biāo)。乙炔環(huán)境根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要防爆等級(jí)ⅡC級(jí),溫度級(jí)別T2,而其現(xiàn)場(chǎng)存在大量照明燈和部分電機(jī)是ⅡB、T4的,溫度級(jí)別達(dá)到了,但達(dá)不到防爆等級(jí)要求。同時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)有防爆設(shè)備主體都是符合要求的,唯獨(dú)開關(guān)不能到達(dá)防爆等級(jí)要求。這個(gè)就要求我們工作人員在日常工作中要認(rèn)真、仔細(xì)、負(fù)責(zé)。

在工作中經(jīng)常會(huì)碰到在同一個(gè)生產(chǎn)區(qū)域出現(xiàn)多種危險(xiǎn)物料共存的情況。某化工廠有制氫車間和加氫車間,現(xiàn)場(chǎng)存在甲醇和氫氣環(huán)境,甲醇要求的防爆等級(jí)只要ⅡA級(jí),溫度組別T2,而氫氣的防爆要求是ⅡC級(jí),溫度組別T1,那么為了同時(shí)滿足兩者的要求,我們就必須要使用ⅡC、T2或更高要求的防爆設(shè)備。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)兩種以上危險(xiǎn)物料時(shí),我們應(yīng)該根據(jù)防爆區(qū)域的劃定來(lái)進(jìn)行選型。如果這塊區(qū)域內(nèi)是甲醇的,另一塊區(qū)域是氫氣,那么根據(jù)各自的防爆要求選型。但如果兩種危險(xiǎn)物料同時(shí)在一個(gè)區(qū)域里出現(xiàn),那就要兩者相比取其高的要求。

我們知道一個(gè)防爆電氣設(shè)備型號(hào)主要是由防爆形式、設(shè)備防爆級(jí)別、溫度組別和設(shè)備保護(hù)級(jí)別組成。在實(shí)際選型時(shí)主要由現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)物料決定使用設(shè)備的防爆級(jí)別和溫度組別,可根據(jù)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50058—2014)中可燃物附表進(jìn)行判定,這里簡(jiǎn)單列舉了幾種常見(jiàn)的可燃性氣體和粉塵(如表5、表6所示)。

防爆電氣設(shè)備的防爆形式和設(shè)備保護(hù)級(jí)別則由劃分的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域所決定(如表3所示)。

表5 可燃性氣體或蒸氣爆炸性混合物分級(jí)、分組舉例

表6 可燃性粉塵特性舉例

九、結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際檢查中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)防爆等級(jí)或溫度組別不能滿足現(xiàn)場(chǎng)物料要求的情況,特別是在設(shè)備更換備件之后,往往因?yàn)閭淦穫浼蛔愣档土朔辣?。更有甚?我們?cè)跈z查中發(fā)現(xiàn)在同一防爆區(qū)內(nèi),輸送危險(xiǎn)化學(xué)品(液體)的泵是防爆電機(jī),而輸送水的泵是普通電機(jī)。這是防爆知識(shí)的缺失,安全培訓(xùn)得不到位,更是安全生產(chǎn)中的重大隱患。種種違規(guī)違章的行為,正在不斷降低現(xiàn)場(chǎng)的安全系數(shù)。隨著隱患排查治理的逐漸深化,化工生產(chǎn)安全事故逐漸減小,但是由于化學(xué)品的特殊性,此類事故一旦發(fā)生,后果不堪設(shè)想。

本文通過(guò)對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和探討,總結(jié)出防爆電氣設(shè)備選型流程,見(jiàn)圖1。安全工作無(wú)小事,設(shè)備選型需謹(jǐn)慎。

圖1 防爆電氣設(shè)備選型流程圖