隨著我國(guó)工業(yè)化水平及安全意識(shí)的提高,化工、醫(yī)藥提取、糧食加工、金屬精加工、紡織等各類企業(yè)越來越重視生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全性,特別是由于可燃性氣體、蒸氣、粉塵、纖維或飛絮與空氣混合形成具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的安全性。
在這些爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所使用的防爆電氣設(shè)備越來越多,不僅是國(guó)內(nèi)制造的防爆電氣設(shè)備越來越多,在外資企業(yè),由于各類生產(chǎn)裝置較多地參考了國(guó)外現(xiàn)有的方案,使得這類企業(yè)使用進(jìn)口的防爆電氣產(chǎn)品也越來越多。
但是由于各種防爆電氣設(shè)備依據(jù)的防爆標(biāo)準(zhǔn)不一致,導(dǎo)致各種防爆標(biāo)識(shí)各不相同,選型無所適從。
例如在我國(guó),可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備的分類,既可以根據(jù)GB12476《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備》系列標(biāo)準(zhǔn)分成D20、D21、D22三個(gè)區(qū)域用設(shè)備[1],也可以根據(jù)GB3836《爆炸性環(huán)境》系列標(biāo)準(zhǔn)分成ⅢA、ⅢB、ⅢC三個(gè)等級(jí)[2];即使是同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),其不同版本之間也有差異;而進(jìn)口產(chǎn)品的差異更大,尤其是部分地區(qū)所執(zhí)行的防爆標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)識(shí)方法完全不一樣,使用、安裝單位在選擇這些防爆電氣設(shè)備時(shí),出現(xiàn)了很大的困擾,經(jīng)常無法正確地選擇相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備。
因此,本文將系統(tǒng)地比較常用的防爆相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合爆炸危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況,探討防爆電氣設(shè)備的選型。由于我國(guó)的《煤礦安全規(guī)程》對(duì)除煤礦井下防爆電氣設(shè)備有專門的要求,本文將不涉及此類區(qū)域。
一、防爆標(biāo)準(zhǔn)分析
目前爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所涉及的標(biāo)準(zhǔn)有這樣幾類:
1. 標(biāo)準(zhǔn)體系
目前我國(guó)的爆炸環(huán)境相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有這樣幾個(gè)系列:
GB3836《爆炸性環(huán)境》系列標(biāo)準(zhǔn),修改或等同采用了IEC60079系列標(biāo)準(zhǔn),主要涉及了各種不同保護(hù)方式的電氣設(shè)備、危險(xiǎn)場(chǎng)所分類、設(shè)備檢修、電氣安裝等內(nèi)容,側(cè)重氣體環(huán)境用防爆電氣設(shè)備,但也涉及粉塵環(huán)境相關(guān)內(nèi)容。
GB12476《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備》系列標(biāo)準(zhǔn),修改或等同采用了IEC61241系列標(biāo)準(zhǔn),主要涉及了各種不同保護(hù)方式的電氣設(shè)備、危險(xiǎn)場(chǎng)所分類等內(nèi)容,適用于粉塵環(huán)境,最新版本的標(biāo)準(zhǔn)中很多條款引用了GB3836系列標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)際上,防爆電氣設(shè)備通用的是國(guó)際電工委員會(huì)發(fā)布的IEC60079、IEC61241系列標(biāo)準(zhǔn),在歐洲、大洋洲、亞洲等地區(qū)廣泛使用,但有些地區(qū)還有額外的專門要求。例如在歐洲,防爆電氣設(shè)備執(zhí)行的是等同采用了IEC系列標(biāo)準(zhǔn)的EN系列標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)還應(yīng)符合ATEX94/9/EC強(qiáng)制指令。
在北美地區(qū),同時(shí)存在著兩種標(biāo)準(zhǔn)體系,分別是NEC505系列和NEC500系列,NEC505系列(主要標(biāo)準(zhǔn)為UL 2279系列)完全等同采用了IEC60079系列標(biāo)準(zhǔn),而NEC500系列(主要標(biāo)準(zhǔn)有UL 1203、UL 913等)和IEC標(biāo)準(zhǔn)差異較大,目前爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所相關(guān)的設(shè)計(jì)、安裝、檢驗(yàn)單位在接觸依據(jù)這個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)制造的防爆電氣產(chǎn)品時(shí)往往產(chǎn)生困惑,無法正確選型和安裝。
2. 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分標(biāo)準(zhǔn)。
目前我國(guó)使用的主要有GB3836.14(IEC60079-10)《爆炸性環(huán)境 第14部分:場(chǎng)所分類爆炸性氣體環(huán)境》、GB12476.3(IEC61241-10)《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備 第3部分:存在或可能存在可燃性粉塵的場(chǎng)所分類》、GB50058《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》。由于歷史原因或習(xí)慣,目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行區(qū)域劃分時(shí)較多地沿用GB50058的最新版本,根據(jù)不同的爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)出現(xiàn)情況及通風(fēng)情況,劃分出特定距離的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域即可,但依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)劃分出的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域面積往往比較大,使得工程造價(jià)上升。而GB3836.14根據(jù)爆炸危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)爆炸物質(zhì)的泄露量、出現(xiàn)頻率、通風(fēng)量等多種因素精確計(jì)算爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍[3],由于需要了解的信息量大,且很多信息不容易獲得,導(dǎo)致計(jì)算工作量大,但是這種方法能更加準(zhǔn)確地劃定爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍,有效控制區(qū)域面積,并且可以通過采取額外的措施減小區(qū)域范圍,當(dāng)需要嚴(yán)格控制爆炸危險(xiǎn)區(qū)域范圍或其他有特殊需要的情況下建議采用這一標(biāo)準(zhǔn)精確計(jì)算爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。在國(guó)際上,IEC系列標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求相同,而NFPA 70中的NEC500規(guī)定與國(guó)際通行規(guī)定有較大差距,詳細(xì)如表1所示。
表1 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分對(duì)比 [4]、[5]、[6]、[7] 、[8]
氣體環(huán)境 | GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505 | NEC500 |
可燃?xì)怏w等在正常條件下連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常存在 | 0區(qū)(zone 0) | ClassⅠ Division 1 |
可燃?xì)怏w等在正常條件下可能存在 | 1區(qū)(zone 1) | |
可燃?xì)怏w等在正常條件下不可能存在 | 2區(qū)(zone 2) | ClassⅠ Division 2 |
粉塵環(huán)境 | GB12476、GB50058、IEC61241、EN61241、NEC505 | NEC500 |
可燃粉塵等的爆炸性濃度在正常條件下連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常存在 | 20區(qū)(zone 20) | ClassⅡ Division 1 |
可燃粉塵等的爆炸性濃度在正常條件下可能存在 | 21區(qū)(zone 21) | |
可燃粉塵等的爆炸性濃度在正常條件下不可能存在 | 22區(qū)(zone 22) | ClassⅡ Division 2 |
處理、生產(chǎn)或使用可燃性纖維或材料產(chǎn)生可燃性飛絮 | / | Class Ⅲ Division 1 |
存儲(chǔ)或處理可燃性纖維 | / | Class Ⅲ Division 2 |
3. 危險(xiǎn)物質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)。在不同的標(biāo)準(zhǔn)中,都根據(jù)爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)的點(diǎn)燃特性對(duì)其進(jìn)行了分類,以便合理地選用不同防爆等級(jí)的設(shè)備,分類的依據(jù)有最大試驗(yàn)安全間隙(MESG)、最小點(diǎn)燃能量比(MICR)、點(diǎn)燃溫度(IT)等,不同標(biāo)準(zhǔn)中危險(xiǎn)物質(zhì)分類如表2。
表2 爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)分級(jí)對(duì)照表
爆炸性物質(zhì)分級(jí) | 代表性物質(zhì) | 點(diǎn)燃難易程度 | ||
GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505 | NEC500 | |||
Ⅱ類 | ⅡA | Class Ⅰ Group D | 丙烷 | 難
易 |
ⅡB | Class Ⅰ Group C | 乙烯 | ||
ⅡC | Class Ⅰ Group B | 氫氣 | ||
Class Ⅰ Group A | 乙炔 | |||
Ⅲ | ⅢA | Class Ⅲ | 可燃性飛絮 | / |
ⅢB | Class Ⅱ Group G | 非導(dǎo)電塵 | ||
ⅢC (導(dǎo)電塵) | Class Ⅱ Group F | 含碳?jí)m | ||
Class Ⅱ Group E | 金屬塵 |
表3 點(diǎn)燃溫度組別對(duì)照表
GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505 | NEC500 | ||
溫度組別 | 最高溫度值(℃) | 溫度組別 | 最高溫度值(℃) |
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. 設(shè)備分類標(biāo)準(zhǔn)。在最新的GB3836、IEC60079等防爆設(shè)備的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和ATEX94/9/EC指令中,為了便于有關(guān)單位選擇合適的防爆電氣設(shè)備,還規(guī)定了設(shè)備的設(shè)備保護(hù)級(jí)別(EPL),不同防爆型式的防爆電氣設(shè)備,只要EPL相同,其保護(hù)能力也認(rèn)為是相同的,例如Ex ib IIB T4 Gb的設(shè)備與Ex d IIB T4 Gb的設(shè)備具有相同的保護(hù)能力,都可以在同樣的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用,這樣有關(guān)單位只需根據(jù)不同危險(xiǎn)區(qū)域劃分情況直接選擇對(duì)應(yīng)EPL的設(shè)備即可,無需過多考慮設(shè)備的防爆型式,減少了工作量。
表4 EPL級(jí)別對(duì)照表 [9]
GB3836、IEC60079、EN60079、NEC505 | ATEX94/9/EC指令 | 代表含義 |
Ga | 1G | 爆炸性氣體環(huán)境用設(shè)備,具有“很高”的保護(hù)級(jí)別 |
Gb | 2G | 爆炸性氣體環(huán)境用設(shè)備,具有“高”的保護(hù)級(jí)別 |
Gc | 3G | 爆炸性氣體環(huán)境用設(shè)備,具有“一般”的保護(hù)級(jí)別 |
Da | 1D | 爆炸性粉塵環(huán)境用設(shè)備,具有“很高”的保護(hù)級(jí)別 |
Db | 2D | 爆炸性粉塵環(huán)境用設(shè)備,具有“高”的保護(hù)級(jí)別 |
Dc | 3D | 爆炸性粉塵環(huán)境用設(shè)備,具有“一般”的保護(hù)級(jí)別 |
2防爆電氣設(shè)備選型對(duì)照
通過以上梳理比較,我們可以歸納總結(jié)出不同爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi),各種標(biāo)準(zhǔn)體系防爆電氣設(shè)備選型的對(duì)照關(guān)系。詳細(xì)如表5
表5 防爆電氣設(shè)備選型對(duì)照表
爆炸危險(xiǎn)區(qū)域 | 所需設(shè)備保護(hù)級(jí)別(EPL) | 可選電氣設(shè)備防爆型式 | ||
GB、IEC、EN、NEC505 | NEC500 | GB、IEC、EN、NEC505 | ATEX94/9/EC指令 | |
0區(qū) (zone 0) | ClassⅠDivision 1 | Ga | 1G | 本質(zhì)安全型ia |
澆封型ma | ||||
為0區(qū)設(shè)計(jì)的特殊型s | ||||
1區(qū) (zone 1) | ClassⅠDivision 1 | Gb | 2G | 適用于0區(qū)的防爆型式 |
本質(zhì)安全型ib | ||||
隔爆型d | ||||
增安型e | ||||
正壓外殼型px、py | ||||
油浸型o | ||||
充砂型q | ||||
澆封型mb | ||||
為1區(qū)設(shè)計(jì)的特殊型s | ||||
2區(qū) (zone 2) | ClassⅠDivision 2 | Gc | 3G | 適用于0區(qū)和1區(qū)的防爆型式 |
本質(zhì)安全型ic | ||||
澆封型mc | ||||
n型ExnA、ExnC、ExnR | ||||
正壓外殼型pz | ||||
為2區(qū)設(shè)計(jì)的特殊型s | ||||
20區(qū) (zone 20) | ClassⅡ Division 1 | Da | 1D | 外殼保護(hù)型ta、 tD A20或tD B20 |
本質(zhì)安全型ia或iaD | ||||
澆封保護(hù)型ma或maD | ||||
21區(qū) (zone 21) | ClassⅡ Division 1 | Db | 2D | 適用于20區(qū)的防爆型式 |
本質(zhì)安全型ib或ibD | ||||
外殼保護(hù)型tb、 tD A21或tD B21 | ||||
澆封保護(hù)型mb、mbD | ||||
正壓保護(hù)型pb、pD | ||||
22區(qū) (zone 22) | ClassⅡDivision 2 | Dc | 3D | 適用于20區(qū)和21區(qū)的防爆型式 |
本質(zhì)安全型ic、ibD | ||||
外殼保護(hù)型tc| tD A22或tD B22(非導(dǎo)電塵) tD A22 IP6X或tD B21(導(dǎo)電塵) | ||||
澆封保護(hù)型mc或mbD | ||||
正壓保護(hù)型pc、pD | ||||
注1:防爆電氣設(shè)備的防爆等級(jí)和溫度組別應(yīng)當(dāng)根據(jù)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)存在的爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)特性選擇,無區(qū)域劃分無關(guān);當(dāng)有多種爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)時(shí),設(shè)備應(yīng)當(dāng)適用于所有這些物質(zhì)。 注2:粉塵爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)可選防爆型式ta、tb、tc、ia、ib、ma、mb、mc、pb、pc是依據(jù)GB3836進(jìn)行標(biāo)志的。 |
3總結(jié)
通過以上的歸納和匯總,我們已經(jīng)基本整理出了在工業(yè)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆電氣設(shè)備選型的對(duì)照關(guān)系,相關(guān)的設(shè)計(jì)、安裝單位只需根據(jù)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的類別、危險(xiǎn)物質(zhì)的等級(jí)和溫度組別選擇相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備,而不用過多地考慮具體的防爆型式,極大地減輕了選型上的工作量,并且通過以上的比較對(duì)照,能夠方便地合理選擇依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)體系的防爆電氣設(shè)備,在確保現(xiàn)場(chǎng)安全的前提下,有效降低設(shè)備的成本。
需要特別提醒的是,以上僅僅是對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較歸納,總結(jié)出在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系下各種防爆電氣設(shè)備選型的建議,不等于國(guó)外的防爆電氣設(shè)備可以直接在我國(guó)使用,由于不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防爆電氣設(shè)備的技術(shù)要求、檢驗(yàn)要求存在差異,同樣防爆型式或者防爆等級(jí)的設(shè)備,安全參數(shù)與我國(guó)并不完全一致,例如UL1203標(biāo)準(zhǔn)中隔爆參數(shù)、試驗(yàn)方法和GB3836.2中的均不一致。當(dāng)需要在現(xiàn)場(chǎng)使用這樣的防爆電氣設(shè)備時(shí),應(yīng)當(dāng)經(jīng)過我國(guó)授權(quán)的有資質(zhì)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)確認(rèn),必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行差異性的檢驗(yàn),確保其安全性符合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其的要求。
當(dāng)然,由于防爆標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新,新的防爆型式不斷出現(xiàn),例如在IEC60079系列標(biāo)準(zhǔn)中,用隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備增加了“da”、“dc”兩種防爆型式[10],對(duì)應(yīng)的EPL分別為Ga、Gc,這就需要有關(guān)的單位注意學(xué)習(xí),及時(shí)跟進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)。