防爆技術

根據國際電工委員會（IEC）制定的關於危險環境的劃分中明確規定，在大氣條件下，粉塵或纖維狀的可燃物質與空氣形楊混合物在點燃后燃燒傳至未全部未燃混合物的環境為爆炸性粉塵環境，稱為I類環境。在大氣條件下，氣體、蒸氣或薄霧狀的可燃物質與空氣形成混合物在點燃后燃燒傳至全部未燃混合物的環境為爆炸性氣體環境，稱為II類環境。

危險場所是指危險環境出現或預期可能出現的數量達到足以要求對電氣設備的結構、安裝和使用採用專門措施的區域，根據爆炸性環境出現的頻率和持續時間把危險場所劃分為不同的區域。

（1）爆炸性粉塵環境危險區域的劃分：

根據可燃性粉塵/空氣混合物出現的頻率和持續時間及粉塵層的厚度進行分類，可分為20區、21區和22區。

- 20區：zone 20，在正常運行過程中可燃性粉塵連續出現或經常出現，其數量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內部。EN50281-1-1標準對用於20區的電氣設備殼體結構及設計做了相應規定。IEC60241-11對在20區使用的電氣設備做了補充要求，包括本質安全防爆等方面的內容。20區應用種類1（粉塵）電氣設備。

- 21區：zone 21，在正常運行過程中，可能出現粉塵數量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未划入20區的場所。該區域包括與充入排放粉塵點直接相鄰的場所、出現粉塵層和正常操作情況下可能產生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所。磨坊，煤炭，穀物倉庫以及包裝生產線及其周圍是典型的21區場所。在21區中，可能會發生因粉塵泄漏等原因而形成爆炸性粉塵混合物。

- 22區：zone 22，在異常條件下，可燃性粉塵雲偶爾出現並且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾堆積或可能存在粉塵層並且產生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應劃分未21區。22區須使用種類3（粉塵）防爆電氣設備。如果是爆炸性環境中的粉塵是導電性粉塵，則依據EN50281-1-2的規定，須使用種類2（粉塵）防爆電氣設備。

（2）爆炸性氣體環境的危險區域劃分：

根據可燃性氣體出現的頻率和持續時間將危險場所劃分為0區、1區和2區。

- 0區：zone 0，爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的場所，危險環境存在的時間大於1000小時/年。

- 1區：zone 1，在正常運行時，可能出現爆炸性氣體環境的場所，危險環境存在的時間在10-1000小時/年之間。

2區：zone 2，在正常運行時，不可能出現爆炸性氣體環境，如果出現也時偶爾發生並且僅是短時間存在的場所，危險環境存在的時間少於10小時/年。在此，“正常運行”是指正常的開車、運轉、停車，易燃物質產品的裝卸、密閉容器蓋的開閉，安全閥、排放閥以及所有工廠設備都在其設計參數範圍內工作的狀態

對於II類爆炸性氣體環境來說，按照爆炸性氣體混合物最大試驗安全間隙或最小點燃電流比，將爆炸性氣體分為A、B、C三個組別。氣體分組和點燃溫度在一定環境溫度和壓力下與可燃性氣體和空氣的混合濃度有關。

溫度組別是在爆炸性環境中使用的電氣設備按其最高表面溫度來劃分的，最高表面溫度時電氣設備在規定範圍內的最不利運行條件下工作時，可能引起周圍爆炸性環境點燃的電氣設備任何不見或電氣設備的任何錶面所達到的最高溫度。爆炸性氣體環境的溫度組別分為六組，在假定基礎環境溫度為40℃時，各組別的溫度為

- T1--450℃、

- T2--300℃、

- T3--200℃、

- T4--135℃、

- T5--100℃、

- T6--85℃。

下面就是一些典型的爆炸性氣體對應的氣體組別和溫度組別。

對於爆炸型粉塵環境，按照粉塵的點燃溫度劃分為T11、T12、T13三組，分別對應點燃溫度為

- T11---大於270℃；

- T12---200℃；

- T13---150℃。

對於電壓不超過1.2V、電流不超過0.1A，且能量不超過20微焦或功率不超過25mw的電氣設備，在經過防爆檢驗部門認可后，可直接使用於工廠爆炸性氣體環境中和煤礦井下。

現代用於工業生產的可燃物種類繁多，數量龐大，而且生產過程情況複雜，因此需要根據不同的條件採取各種相應的防護措施。從爆炸破壞力的形成來看，爆炸一般需要具備5個條件：

⑴提供能量的可燃性物質（釋放源）；

⑵輔助燃燒的助燃劑（氧化劑）；

⑶可燃物質與助燃劑的均勻混合；

⑷混合物放在相對封閉的空間（包圍體）；

⑸有足夠能量的點火源。

上述條件中的點火源、可燃物質和助燃劑是燃燒爆炸的三要素，防爆技術就是根據這些爆炸條件，採取相應的技術措施和管理措施，達到預防事故的目的。

（1）可燃物濃度的抑制

爆炸強度與爆炸性混合物的濃度有密切關係，爆炸強度隨濃度變化的關係近似於正辦周期的正弦曲線，濃度國底或過高都不能發生爆炸，這兩個點稱為爆炸下限濃度或爆炸上限濃度。在爆炸下限濃度以下，由於可燃性物質的發熱量已經低到不能維持火焰在混合物中傳播所需要的最低溫度，因而該混合物不能被點燃；若濃度逐漸增加而超過爆炸上限濃度時，雖然可燃物質增加，但助燃的氧氣濃度低於化學當量值，不能滿足混合物完全燃燒的需要，也不會發生爆炸。

因此可以通過可燃物濃度的控制來預防爆炸事故的發生，或者把爆炸事故可能造成的破壞力降到最小限度。

（2）氧濃度的控制

在爆炸氣氛中加入惰化介質時，一方面可以使爆炸氣氛中氧組分被稀釋，減少了可燃物質分子和氧分子作用的機會，也使可燃物組分同氧分子隔離，在它們之間形成以層不燃燒的屏障；當活化分子碰撞惰化介質粒子時會使活化分子失去活化能而不能反應。另一方面，若燃燒反應已經發生，產生的遊離基將與惰化介質粒子發生作用，使其失去活性，導致燃燒連鎖反應中斷；同時，惰化介質還將大量吸收燃燒反應放出的熱量，使熱量不能聚積，燃燒反應不蔓延到其它可燃組分分子上去，對燃燒反映起到抑制作用。

因此，在可燃物/空氣爆炸氣氛中加入惰化介質，可燃物組分爆炸範圍縮小，當惰化介質增加到足夠濃度時，可以使其爆炸上限和下限重合，再增加惰化介質濃度，此時可燃空氣混合物將不再發生燃燒。

（3）點火源的控制

溫度對化學反映速度的影響特別顯著，對一般反應來說，若初始濃度相等，溫度每升高10℃反應速度大約加快2至4倍。因此，溫度（也就是通常所指的點火源）使加快反應速度，引起爆炸事故的最初因素，控制點火源使防止爆炸事故的重要措施之一。

（4)減弱爆炸壓力和衝擊波

爆炸現象的重要特徵之一就是爆炸物質爆炸時，產生高溫高壓氣體產物以極高的速度膨脹，使包圍體內壓力驟增，進而使包圍體炸裂，形成衝擊波，造成破壞力。為了防止或減弱因炸而使包圍體內壓力的驟增，應儘可能地不使包圍相對封閉。

（1）隔爆型結構：EEx d

電火花及電弧可以引燃爆炸性混合物。由德國建立起來的間隙隔爆結構，是防止電弧等引燃周圍爆炸性混合物較可靠的方法。隔爆型結構的電氣設備再爆炸危險區域應用極為廣泛，它不僅能防止爆炸火燃的傳出，而且殼體又可承受一定的過壓。它具有一個足夠牢固的外殼，能經受內部爆炸氣體混合物產生最大爆炸壓力的1.5倍並不得小於3.5×10pa的衝擊。確保不變形或損壞，不產生永久變形，並具有一定結構間隙以使噴射出來的燃燒生成物通過一定的法蘭長度冷卻到低於外部爆炸性混合物的自燃溫度。結構間隙可以是平面結合面或圓筒結合面組成，還可以是曲路、螺紋或屏障式等結構組成。除此之外。如微孔、網罩、疊片、充砂等結構也屬於這種原理的防爆形式。用於煤礦井下的隔爆型電氣設備更要堅固。

用於I類採掘工作面的設備，外殼須採用鋼板或鑄鋼製成；I類非採掘工作面的設備，其外殼可有牌號不低於HT25-47灰鑄鐵製成，I類攜帶式設備和II類設備，外殼可用抗拉強度不低於117.6N/mm（12kg/mm）、含鎂量不大於0.5%（重量比）的輕合金製成。

（2）增安型結構：EEx e

增安型結構在防爆電氣設備上使用得也很廣泛，如電動機、變壓器、燈具和帶有電感線圈的電氣設備等。它是在設備上採用以系列的安全措施，如使用高質量的絕緣材料、降低溫升、增大電氣間隙、提高導線連接質量等，使其在最大限度內不致產生電火花、電弧或危險溫度，或者採用有效的保護元件使其產生的火花、電弧或溫度不能引燃爆炸性混合物，以達到防爆的目的。

還有一種與增安型防爆措施類似稱為無火花型，它是一種再正常運行時不產生火花和危險高溫，也不能產生引爆故障的電氣設備。與增安型相比，只是沒有規定再增加一些附加措施來提高設備的安全可靠性。因此，無火花型的安全性比增安型要低，只能用於2區危險環境。

（3）正壓型結構：p

這種結構的電氣設備的防爆原理是：保證內部保護氣體的壓力高於周圍以免爆炸性混合物進入外殼，或足量的保護氣體通過外殼使內部爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下。

在一般情況下，電氣設備內部不得有影響安全的通風死角。在正常運行時，出風口的風壓或充氣氣壓不得低於一定的數值，否則將立刻發出報警或切斷電源。設備內部的火花、電弧不允許從任何間隙初或出風口吹出來。正壓型結構在使用上與爆炸性物質的級別無關，多用於內部元件易損壞的設備或大型電氣設備上，或以自燃點為T4、T5為對象的很難製成其它防爆結構形式的電氣設備上。

（4）充砂型結構：q

充砂型結構是在外殼內充填砂粒或其它規定特性的粉末材料，使之在規定的使用條件下，殼內產生的電弧或高溫均不能點燃周圍爆炸性氣體環境的結構。

當採用的介質使顆粒狀的固體（一般是石英砂）作為隔離介質時，稱為充砂型電氣設備；而採用的介質時固化物填料（一般位環氧樹脂），把引燃源澆封在填料裡面，而於外面爆炸性混合物隔離時，也稱為澆封型電氣設備。

（5）本質安全型結構：EEx i

本質性安全結構僅適用於弱電流迴路，如測試儀錶、控制裝置等小型電氣設備上。無論是正常情況下，還是非正常情況下產生的電火花或危險溫度，都不會使爆炸物質引爆，因此使安全性較高的防爆結構，其中電路或設備上的所有元件表面溫度必須小於規定，以防止熱效應引起的點燃。

本質安全型防爆結構的電氣迴路必須於其它電路隔離，以防混線電磁或靜電感應，特別使結構外部的配線，要採取周密的措施，才能確保電氣設備和配線的防爆性能。

（6）防爆充油型結構: o防爆充油型結構在使用上與傳爆等級無關，適合於小型操作開關上。充入的油液應具有較高的化學穩定性，為了觀察油位的高度，設備應裝有油位指示器或油位信號裝置。

油浸型防爆結構的開關、控制器等設備，由於油的劣化或泄漏等原因，設備損壞很難維修，需要特別注意。另外，由於傾斜或油麵搖動而使防爆性能受到損害時，設備不能再繼續使用。

（7）爆炸性粉塵環境的防爆結構

粉塵防爆電氣設備是採用限制外殼的最高表面溫度和採用“塵密”或“防塵”外殼來限制粉塵進入，以防止可燃性粉塵點燃。該類設備將帶電部件安裝在有一定防護能力的外殼中，從而限制了粉塵進入，使引燃源與粉塵隔離來防止爆炸的產生。按設備採用外殼防塵結構的差別將設備分為A型設備或B型設備。按設備外殼的防塵等級的高低將設備分為20、21和22級，分別適用於20、21或22區粉塵危險場所。

對於不同區域的爆炸型氣體環境（II類環境），需要根據實際需要選擇不同結構的防爆類型。

在平常實際使用中可能很容易的看到，許多防爆電氣產品在一個產品中就採用了多種防爆保護方法。例如，照明裝置可能採用了增安型保護（外殼和接線端盒）、隔爆型保護（開關）和澆封型保護（鎮流器）。這樣能夠使製造商採用最適合的複合防爆保護方法。有一點要注意的是，產品銘牌上列出採取的防爆方法的順序將往往告訴用戶產品的結構，如一個產品被標識為Ex de，則極可能為隔爆型而其中帶有增安型部件。另一個產品被標識為Ex ed，則極可能不是隔爆型外殼（例如不鏽鋼或強化聚脂玻璃），而帶有隔爆開關或部件安裝其中。兩種產品可能均適用於1區，但他們是使用不同的防爆保護措施達到同樣的目的。可根據自己的實際需要和所了解信息，來選擇提供在費用、性能和安全方面達到最佳平衡的防爆型式的產品。

常用的防爆措施

1、隔爆/EEx “d”;

2、增安/EEx “e”;

3、本安EEx “i”;

4、正壓/“p”;

5、充油/“o”；

6、充砂/“q”；

7、無火花EEx"n";

8、澆封“m”等等