一、核心基础:爆炸三角形与防爆原理
爆炸发生的三个必要条件(爆炸三角形):
可燃性物质(气体、蒸气、薄雾)——浓度在爆炸极限内
助燃物(通常为空气中的氧气)
点燃源(火花、电弧、高温表面、静电等)
防爆核心理念:通过技术手段打破爆炸三角形中的任意一环。
限制可燃物(如通风、惰化)
限制助燃物(如隔爆外壳)
消除点燃源(如本安电路、限制表面温度)
二、危险区域划分(依据 IEC 60079-10 / GB 50058)
根据可燃性气体出现的频率和持续时间,将危险场所划分为三个等级:
等级 | 定义 | 存在可能性 |
Zone 0 | 连续出现或长期存在的爆炸性气体环境 | > 1000 小时/年 |
Zone 1 | 正常运行时可能出现爆炸性气体环境 | 10 ~ 1000 小时/年 |
Zone 2 | 正常运行时不可能出现,仅在不正常情况下短时间存在 | < 10 小时/年 |
学习重点:
Zone 0 风险最高,通常只允许安装“本安型 ia”或特殊设计设备。
区域划分是选型的第一步:先定区域,再选设备类别。
三、气体/蒸气分组(II 类设备)
根据爆炸性气体的最大试验安全间隙和最小点燃电流比,将气体分为三个组别。组别越靠后,气体越危险(间隙越小,越易点燃)。
组别 | 典型气体 | 最大试验安全间隙 (MESG) | 最小点燃电流比 (MICR) | 危险 程度 |
IIA | 丙烷、甲烷、氨气 | ≥ 0.9 mm | > 0.8 | 较低 |
IIB | 乙烯、焦炉煤气 | 0.5 mm < MESG < 0.9 mm | 0.45 < MICR < 0.8 | 中等 |
IIC | 氢气、乙炔、二硫化碳 | ≤ 0.5 mm | ≤ 0.45 | 最高 |
关键点:
IIC 级别设备可覆盖 IIA 和 IIB 的应用场景(向下兼容)。
煤矿瓦斯(甲烷)属于I 类(专门针对矿井),不在此分组内。
四、温度组别(T 组)
电气设备运行时,其表面最高温度不得高于周围爆炸性气体混合物的引燃温度。
温度组别 | 设备最高表面温度 (℃) | 对应气体的引燃温度 (℃) |
T1 | ≤ 450 | > 450 |
T2 | ≤ 300 | > 300 |
T3 | ≤ 200 | > 200 |
T4 | ≤ 135 | > 135 |
T5 | ≤ 100 | > 100 |
T6 | ≤ 85 | > 85 |
选型原则:设备的温度组别必须≤ 环境中气体的引燃温度。
例:氢气引燃温度 560℃(属于 T1),设备选用 T6(85℃)安全;反之则不可。
T6 为最严格组别,适用于绝大多数化学物质,但成本较高。
五、防爆型式(保护等级)
针对不同区域,有多种防爆技术。常见型式如下:
防爆型式 | 代号 | 标准 | 原理 | 适用 区域 |
隔爆型 | d | GB 3836.2 | 外壳能承受内部爆炸而不损坏,并阻止火焰蔓延至外部。 | Zone 1, 2 |
本安型 | i | GB 3836.4 | 限制电路能量,使正常或故障状态下产生的火花或热效应均不能点燃。分为 ia (Zone 0)、ib (Zone 1)、ic (Zone 2)。 | Zone 0 (ia), 1, 2 |
增安型 | e | GB 3836.3 | 采取措施提高安全程度,防止产生电弧、火花或高温。 | Zone 1, 2 |
正压型 | p | GB 3836.5 | 保持外壳内部气压高于外部,阻止外部气体进入。 | Zone 1, 2 |
浇封型 | m | GB 3836.9 | 将可能产生火花的部件浇封在树脂中,隔绝爆炸性气体。 | Zone 1, 2 |
无火花型 | n | GB 3836.8 | 正常运行时不会产生火花或电弧(通常用于 Zone 2)。 | Zone 2 |
六、防爆标志解读
标准格式:Ex [防爆型式] [设备类别] [气体组别] [温度组别] [设备保护级别]
实例 1:Ex d IIB T4 Gb
Ex:防爆标识
d:隔爆型
IIB:适用于除煤矿外(II类)的乙烯级气体环境
T4:设备最高表面温度 ≤ 135℃
Gb:设备保护级别(EPL),用于 Zone 1(高保护)
实例 2:Ex ia IIC T6 Ga
最高级别防爆标志之一
适用于 Zone 0 区域
气体可为氢气或乙炔(IIC)
表面温度不超过 85℃(T6)
Ga:极高保护等级
七、设备保护级别(EPL)
EPL 定义设备在危险场所的可靠性等级,近年来愈发重要。
EPL 等级 | 适用范围 | 保护等级 | 描述 |
Ma / Mb | 煤矿瓦斯(I 类) | 很高 / 高 | 用于煤矿井下 |
Ga | Zone 0 | 很高 | 即使出现罕见故障,也不能点燃 |
Gb | Zone 1 | 高 | 正常运行和预期故障下,不能点燃 |
Gc | Zone 2 | 普通 | 正常运行下,不能点燃 |
八、常见误区与总结
误区:防爆设备是“密封”的纠正:隔爆型设备并非完全密封。它允许内部爆炸,但通过法兰间隙(隔爆间隙)冷却火焰、阻止传播。密封过严反而可能导致内部压力过大或散热不良。
误区:IIB 设备可以替代 IIC 设备纠正:不可以。IIC 气体(如氢气)间隙极小,IIB 设备无法阻止火焰传播。只有 IIC 设备可向下兼容。
误区:只看气体组别,忽略温度组别纠正:若气体引燃温度为 200℃(T3),选用 T4(135℃)设备安全;若选用 T2(300℃)设备,设备表面温度可能超过 200℃,高温表面即可引燃气体。
九、关键标准索引(供查询)
GB 3836 系列:中国爆炸性环境设备标准
IEC 60079 系列:国际电工委员会标准(国内等效采用)
GB 50058:爆炸危险环境电力装置设计规范