爆炸危險場所防爆電氣設(shè)備危險性分析*

王新華，梁峻，蔣漳河，謝超

(廣州特種機電設(shè)備檢測研究院，廣東廣州 510180)

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爆炸危險場所防爆電氣設(shè)備危險性分析*

王新華，梁峻，蔣漳河，謝超

(廣州特種機電設(shè)備檢測研究院，廣東廣州 510180)

摘要防爆電氣設(shè)備是使用在爆炸危險場所、具備一定防爆性能的潛在點燃源。爆炸危險場所中防爆電氣設(shè)備防爆性能失效是誘發(fā)爆炸事故的重要因素，合理的選型可有效降低爆炸事故發(fā)生的或然率，但設(shè)備使用前不合理的安裝、使用過程中的老化以及不規(guī)范的維護管理工作均將提高防爆電氣設(shè)備自身的使用危險性。

關(guān)鍵詞爆炸危險場所；防爆電氣；爆炸；危險性

0引言

在爆炸性危險場所，電氣設(shè)備產(chǎn)生的電火花及危險高溫表面是引起爆炸事故的潛在點燃源[1]。在廣泛實踐及經(jīng)驗總結(jié)基礎(chǔ)上逐步形成的防爆電氣設(shè)備，已成為使用在爆炸危險場所保證安全生產(chǎn)、防止火災(zāi)及爆炸事故發(fā)生的重要設(shè)備。防爆電氣設(shè)備綜合防爆性能受到各種因素的影響和制約，使用環(huán)境、自身結(jié)構(gòu)及其二者的匹配關(guān)系都將影響到設(shè)備的綜合防爆性能[2]。防爆電氣設(shè)備使用環(huán)境較為特殊，往往具有一定的腐蝕性，使用過程常常受到機械振動等外部因素的影響，綜合防爆性能隨使用年限增長勢必逐漸降低。加之設(shè)備檢查、維護、修理工作不到位等原因[3]，防爆電氣設(shè)備喪失原有防爆性能的幾率增大，成為有效點燃源，引發(fā)火災(zāi)爆炸事故的可能性升高。

因此，有必要針對防爆電氣設(shè)備的使用環(huán)境、防爆型式及其結(jié)構(gòu)特點，分析防爆電氣的防爆原理及影響防爆性能的關(guān)鍵參數(shù)，同時結(jié)合防爆電氣設(shè)備的選型、安裝、使用及維護管理工作，對爆炸危險場所防爆電氣設(shè)備危險性進行綜合分析。

1爆炸危險場所

爆炸危險場所是爆炸性氣體、易燃性液體蒸氣或可燃性粉塵聚集的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)存在的爆炸性物質(zhì)是爆炸事故發(fā)生的前提，而傳輸危險物質(zhì)的工藝管道及反應(yīng)設(shè)備是事故發(fā)生過程中能量與危險物質(zhì)釋放的主體。

工業(yè)爆炸危險場所依據(jù)GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》、GB 3836.14—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第14部分 危險場所分類》、GB 12476.3—2007《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所分類》及1987年頒布的《中華人民共和國爆炸危險場所電氣安全規(guī)程(試行)》等進行劃分。對于存在爆炸性混合物的危險環(huán)境，危險區(qū)域劃分主要考慮的因素有[4-5]：(1)存在爆炸性物質(zhì)的可能性；(2)爆炸性物質(zhì)釋放量；(3)爆炸性物質(zhì)的理化特性；(4)環(huán)境條件：主要是通風，還包括氣壓、溫度、濕度等；(5)遠離釋放源的距離。通常，按照爆炸性危險物質(zhì)出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間，將爆炸性氣體環(huán)境分為0區(qū)，1區(qū)和2區(qū)三個區(qū)域，其中0區(qū)代表爆炸性氣體環(huán)境出現(xiàn)的可能性和持續(xù)時間最高，1區(qū)、2區(qū)依次降低；對于爆炸性粉塵環(huán)境，將其分為20區(qū)，21區(qū)和22區(qū)三個區(qū)域，其中20區(qū)代表爆炸性粉塵出現(xiàn)的可能性和持續(xù)時間最高，21區(qū)、22區(qū)依次降低[5]。爆炸危險場所區(qū)域劃分依據(jù)如表1所示。

表1　爆炸危險場所區(qū)域劃分

爆炸危險環(huán)境的形成是爆炸事故發(fā)生的前提，爆炸危險場所內(nèi)存在的爆炸性物質(zhì)是推動爆炸事故發(fā)生的危險能量源，爆炸性物質(zhì)的理化特性及其存在的量是影響爆炸事故后果的主要指標，因此，爆炸危險環(huán)境是爆炸事故發(fā)生的第一類危險源。另一方面，在石油化工、鋼鐵冶煉、煤炭生產(chǎn)等高危行業(yè)，正常操作或預(yù)期故障運行過程中可燃物質(zhì)泄漏釋放難以避免，爆炸性環(huán)境的形成由生產(chǎn)系統(tǒng)自身性質(zhì)與結(jié)構(gòu)所決定，并對系統(tǒng)的整體安全始終構(gòu)成潛在威脅，從這個角度講，爆炸危險場所是固有的、難以避免的，是爆炸事故發(fā)生的固有危險源[6]。

2防爆電氣設(shè)備

2.1爆炸防護原理

燃燒和爆炸的本質(zhì)是可燃性物質(zhì)在空氣中的氧化反應(yīng)，可燃性物質(zhì)、空氣和點燃源是爆炸事故發(fā)生的三個基本條件，即為爆炸三要素。根據(jù)這三要素，可制定爆炸預(yù)防與防護的基本措施，如圖1所示。(1)采用合理的工藝流程，防止可燃性物質(zhì)與空氣接觸形成爆炸性環(huán)境，抑或采取措施防止爆炸性環(huán)境中可燃氣體或粉塵的含量到達可燃性物質(zhì)的爆炸極限；(2)嚴格控制點燃源，采取措施消除潛在點燃源或防止?jié)撛邳c燃源轉(zhuǎn)變成有效點燃源，降低有效點燃源出現(xiàn)的可能性；(3)避免有效點燃源與爆炸性環(huán)境接觸，或降低二者同時出現(xiàn)的可能性；(4)切斷爆炸傳播途徑，減弱爆炸壓力和沖擊對人員、設(shè)備和建筑的損壞等。

圖1　爆炸預(yù)防與防護原理[7]

爆炸預(yù)防和防護的基本原則是盡量降低爆炸性環(huán)境、有效點燃源及其二者同時出現(xiàn)的可能性，防止爆炸事故產(chǎn)生；當爆炸事故難以避免時，應(yīng)及時采取措施，控制事故發(fā)展，削弱爆炸危害。因此，針對防爆電氣，應(yīng)根據(jù)自身防爆原理及結(jié)構(gòu)特點對其防護措施進行分析。

2.2防爆電氣防護措施及關(guān)鍵參數(shù)

防爆電氣設(shè)備是集點燃源和爆炸防護措施于一體的一類特殊電氣設(shè)備。它一方面既是爆炸性環(huán)境的潛在點燃源；另一方面又具備一定的爆炸預(yù)防和防護能力，是保證安全生產(chǎn)、防止爆炸和火災(zāi)事故發(fā)生的重要設(shè)備。

電氣設(shè)備的主要點燃源為電火花及危險高溫熱表面，為防止電氣火花及高溫熱表面成為爆炸性環(huán)境的有效點燃源，防爆電氣設(shè)備常用的防爆型式有隔爆型、本質(zhì)安全型、增安型、正壓型、油浸型及澆封型等。根據(jù)爆炸預(yù)防與防護原理，各類型防爆電氣設(shè)備采用的安全防護措施各不相同，不同措施對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)必然存在一定差異，具體見表2。

表2　防爆電氣設(shè)備安全防護措施及關(guān)鍵參數(shù)

各類型防爆電氣采取不同的防護措施進行爆炸防護，可達到的爆炸防護能力各不相同。根據(jù)防爆電氣設(shè)備防護級別(Equipment Protection Level, EPL)，爆炸性氣體環(huán)境用防爆電氣設(shè)備可分為Ga、Gb、Gc三個級別，其中Ga級設(shè)備防護能力最高，成為爆炸性環(huán)境有效點燃源的概率最低；對于爆炸性粉塵環(huán)境可分為Da、Db、Dc三個級別。其中Da級設(shè)備防護能力最高，防爆電氣設(shè)備保護級別及保護特性如表3所示[8-9]。

表3　防爆電氣設(shè)備保護級別及保護特性

3防爆電氣設(shè)備的選型

爆炸危險環(huán)境和防爆電氣設(shè)備是易燃易爆工業(yè)生產(chǎn)中存在的兩個主要危險因素。由爆炸性混合物形成的爆炸危險場所是固有的、難以避免的，是事故發(fā)生的第一類危險源；防爆電氣設(shè)備具備一定防爆性能，這類防爆性能一旦失效，將不可避免地成為爆炸危險場所的有效點燃源，按照兩類危險源的觀點，可將其理解為爆炸事故發(fā)生的第二類危險源。防爆電氣設(shè)備的選型就是在對爆炸危險環(huán)境和防爆電氣設(shè)備充分分析理解的基礎(chǔ)上，按照GB 3836.14—2014《爆炸性環(huán)境 第14部分:場所分類 爆炸性氣體環(huán)境》及GB 3836.15—2010《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第15部分：危險場所電氣安裝(煤礦除外)》的相關(guān)要求，根據(jù)環(huán)境和設(shè)備二者之間的匹配關(guān)系選擇具備適當防爆性能的設(shè)備。防爆電氣設(shè)備的選型應(yīng)充分考慮安全性和經(jīng)濟性兩個方面的原則。其中，安全性最為重要，應(yīng)在保障安全性的前提下盡量提高經(jīng)濟性，降低防爆電氣設(shè)備的運行維護成本。

為保障防爆電氣設(shè)備的安全性，防爆電氣的選型必須與爆炸性混合物的危險程度相適應(yīng)，這是防爆電氣設(shè)備選型的首要原則。爆炸性環(huán)境出現(xiàn)頻率是爆炸性混合物危險程度的重要指標，爆炸危險環(huán)境出現(xiàn)的頻率越高，所選用防爆電氣設(shè)備成為點燃源的概率應(yīng)越低，以使二者同時出現(xiàn)的可能性盡可能低[10]，如圖2所示。

圖2　爆炸性環(huán)境與防爆電氣設(shè)備選型關(guān)系

因此，對爆炸危險區(qū)域的正確劃分是防爆電氣設(shè)備合理選型的關(guān)鍵。當前，爆炸危險區(qū)域劃分主要依靠區(qū)域劃分圖例及經(jīng)驗進行，人為影響因素較大[10]。另外，絕大多數(shù)企業(yè)直接在廠區(qū)平面圖上劃分二維爆炸危險區(qū)域，這種區(qū)域劃分圖難以體現(xiàn)三維區(qū)域空間爆炸性混合物出現(xiàn)的可能性和持續(xù)時間，勢必為設(shè)備選型留下隱患，最終導(dǎo)致防爆電氣設(shè)備點燃爆炸性混合物的可能性升高，爆炸危險性增大。通常，爆炸性混合物的危險程度主要涉及到的指標還包括：爆炸性混合物的類別、溫度組別以及危險區(qū)域的級別等，同時還應(yīng)考慮到安裝場所的危險程度，如周圍環(huán)境溫度及密閉狀態(tài)等。

4防爆電氣設(shè)備使用危險性

4.1防爆電氣設(shè)備的安裝

防爆電氣設(shè)備的安裝需要由專業(yè)人員按照相關(guān)標準完成，是保證防爆設(shè)備整體防爆性能的重要環(huán)節(jié)。在防爆電氣設(shè)備安裝過程中不符合標準為設(shè)備后期的使用留下安全隱患，造成防爆性能部分或完全喪失，致使其在使用過程中爆炸風險大大提高。通常，在安裝過程中最易出現(xiàn)的問題是：(1)安裝不到位，造成設(shè)備爆炸防護能力不全或不完整；(2)安裝錯誤或未采用有效措施進行安裝，常易造成防爆設(shè)備防爆性能完全喪失；(3)過度安裝，造成防爆電氣設(shè)備難以發(fā)揮最佳防護性能。

規(guī)范有效的安裝是防爆電氣設(shè)備綜合防護性能實現(xiàn)的有效保障，而不規(guī)范的安裝往往是事故發(fā)生的重要因素。在工程安裝中，安裝單位為保障安裝質(zhì)量常會根據(jù)安裝需要制定相應(yīng)施工工藝文件，并聘請專業(yè)人員進行工程監(jiān)理，但安裝問題依然無法完全避免，常出現(xiàn)的一些共性問題主要集中在：(1)電氣設(shè)備未可靠接地；(2)電纜引入裝置安裝不可靠；(3)電氣布線不合理等。工程中出現(xiàn)的錯誤安裝及不可靠安裝是防爆電氣設(shè)備防爆性能失效的重要因素，會直接造成防爆電氣設(shè)備發(fā)生危險。

4.2防爆電氣設(shè)備使用老化

防爆電氣設(shè)備長期應(yīng)用在爆炸危險環(huán)境中，使用環(huán)境往往具有一定的腐蝕性，環(huán)境適應(yīng)性是不得不考慮的重要問題。防爆電氣設(shè)備在設(shè)計制造時會根據(jù)使用環(huán)境選用相應(yīng)的材料，制造完成后會根據(jù)使用條件進行環(huán)境試驗，以驗證是否具備在相應(yīng)環(huán)境中長期服役的能力，環(huán)境適應(yīng)性測試是防爆電氣設(shè)備防爆性能檢測的重要項目。目前，使用年限超過15年的陳舊防爆電氣設(shè)備數(shù)量特別巨大。隨著服役年限的日益增長，防爆電氣設(shè)備老化現(xiàn)象日益嚴重，已成為影響防爆電氣防爆性能的主要因素。

防爆電氣設(shè)備使用過程中出現(xiàn)的老化現(xiàn)象主要表現(xiàn)為非金屬材料材質(zhì)劣化及金屬材料銹蝕等。如塑料、橡膠等功能部件因材質(zhì)劣化失去原有的機械性能或電氣性能等，直接表現(xiàn)為防爆電氣設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)不滿足設(shè)計及使用要求，致使防爆電氣性能部分或完全喪失，如電纜護套以及電纜引入口的密封圈嚴重老化等。金屬材料在使用過程中常易受到環(huán)境腐蝕而產(chǎn)生銹蝕，造成材料有效厚度減薄，從而使設(shè)備機械強度不滿足使用要求，難以抵御爆炸沖擊波的沖擊。另外，對于隔爆型防爆電氣，隔爆結(jié)合面銹蝕將使設(shè)備隔爆性能失效，造成隔爆型電氣設(shè)備綜合防爆性能失效。

4.3防爆電氣設(shè)備維護管理

防爆電氣設(shè)備在使用過程中因老化而造成防爆性能降低或失效等問題不可避免。使用單位自身應(yīng)建立防爆電氣設(shè)備的日常檢查維護制度，安排專業(yè)人員對防爆電氣設(shè)備進行定期檢查及維護管理，及時發(fā)現(xiàn)問題、消除事故隱患。

設(shè)備維護管理工作是減少事故隱患的有效手段，但不規(guī)范的檢查維護工作同樣是事故隱患形成的重要原因。這些因素主要表現(xiàn)在：(1)設(shè)備檢查維護不及時；(2)設(shè)備維護管理不到位；(3)不按照標準規(guī)范進行維護等方面。其中，維護管理工作的不及時和不到位是設(shè)備綜合防爆性能降低的重要原因，而不按規(guī)范進行維護管理是設(shè)備誘發(fā)事故的主要因素，是當前防爆電氣設(shè)備維護管理工作的主要問題。

5結(jié)語

爆炸危險環(huán)境及防爆電氣設(shè)備是爆炸事故發(fā)生的主要危險因素。爆炸危險環(huán)境的形成是爆炸事故發(fā)生的前提；防爆電氣設(shè)備防爆性能失效是爆炸事故的觸發(fā)因素。防爆電氣設(shè)備集點燃源和爆炸防護措施于一體，爆炸防護措施失效必然導(dǎo)致綜合防爆性能降低或喪失，成為爆炸危險環(huán)境的有效點燃源。防爆電氣設(shè)備爆炸危險性不僅與爆炸危險環(huán)境和設(shè)備自身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，同時還與防爆電氣設(shè)備選型、使用等環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。選型不合理將直接導(dǎo)致防爆電氣設(shè)備的防爆性能達不到爆炸危險場所的使用要求，無法避免潛在點燃源轉(zhuǎn)變?yōu)橛行c燃源；使用環(huán)節(jié)造成的危險性主要體現(xiàn)在設(shè)備安裝、使用老化及維護管理三個方面，這是防爆電氣設(shè)備爆炸防護性能缺失的重要環(huán)節(jié)。

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Hazard Analysis of Explosion-Proof Electrical Apparatus in

Explosive Hazardous Area

WangXinhua,LiangJun,JiangZhanghe,andXieChao

(Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing, Guangzhou 510180, China)

AbstractThe explosion-proof electrical apparatus, which is used in explosive hazardous area, is the potential ignition source with a certain capability of explosion protection. The failure of explosion protection of explosion-proof electrical apparatus is an important factor to induce explosion accident in explosive hazardous area. Selecting reasonable type of it can effectively reduce possibility of explosion accident, however, unreasonable installation before use, aging in service as well as nonstandard maintenance and management will increase dangerousness of using explosion-proof electrical apparatus.

Key wordsExplosive hazardous area；explosion-proof electric；explosion；hazard

收稿日期：2015-11-25

作者簡介：王新華男1980年生；博士，教授級高級工程師，現(xiàn)從事防爆設(shè)備安全檢測、評估及認證工作.

中圖分類號：TM357

文獻標識碼：A

文章編號：1008-7281(2016)01-0001-005

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.01

基金項目：*國家質(zhì)檢總局科技計劃項目：典型工業(yè)電氣防爆危險分析及爆炸風險評估方法研究(項目編號：2013QK100)