新版GB3836系列標準解讀與實施

徐建平

(上海工業自動化儀表研究院,上海 200233)

0 引 言

石油、化工、煤炭等工業生產過程中產生、使用、處理、儲存的大多數物料具有可燃性或爆炸性,由于操作不當、設備故障等諸多原因,生產現場將不可避免地產生爆炸性物質的泄漏,并與空氣形成潛在爆炸性危險場所。當可燃性物質在空氣中的體積分數達到一定值時,遇到足夠能量的點燃源,將產生災難性爆炸事故,從而對人民生命、城市安全、國民經濟生產安全構成重大危險。因此,爆炸是石油、化工、煤炭等工業領域最為重要的危險有害因素,無論在工程項目設計、爆炸危險場所區域劃分,還是設備選型、安裝、使用、維護和修理等環節都必須予以充分辨識,嚴格按照 GB3836《爆炸性氣體環境用電氣設備》系列國家標準要求,采取有效的技術對策措施,防止爆炸事故的發生。

長期以來,人們熟知GB3836是專門處理爆炸性氣體危險場所用電氣設備防爆技術問題的系列標準,它們大多是通過等同(IDT)或修改(MOD)采用國際電工委員會第31技術委員會制定的IEC60079系列標準制定而成的。日前,經全國防爆電氣設備標準化技術委員會幾年的努力,依據最新IEC國際標準,對GB3836系列標準中最常用的GB3836.1-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備 第1部分:通用要求》、GB3836.2-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備 第 2部分:隔爆型“d”》、GB3836.3-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備 第3部分:增安型“e”》和 GB3836.4-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備 第4部分:本質安全型“i”》四個國家標準進行了修訂,并新增了本質安全防爆技術相關的 GB3836.18-2010《爆炸性環境 第18部分:本質安全系統》、GB3836.19-2010《爆炸性環境第19部分:現場總線本質安全概念(FISCO)》國家標準,以及0區用設備相關的 GB3836.20-2010《爆炸性環境 第20部分:設備保護級別(EPL)為Ga級的設備》國家標準。這些新標準已于2010年由國家質量監督檢驗檢疫總局(AQSIQ)正式發布,并將在2011年8月1日正式實施(GB3836.20于2011年9月1日實施)。

由于相應的IEC標準在結構、范圍、基本概念和技術內容等方面已經作了重大變化,據此修訂或制定的新版 GB3836標準的實施將給廣大工程技術人員和防爆產品用戶帶來哪些認知沖擊和技術變化,該文試圖通過對GB3836系列標準形成歷史與現狀的介紹,重點分析新版標準總體發展趨勢,解讀具體的技術變化,并幫助大家了解新版標準貫徹實施要求。

1 GB3836系列標準形成歷史與現狀

國內防爆技術標準化工作起步相對較晚,大約在20世紀60年代初開始有少量成熟的礦用產品問世,但直到20世紀70年代中期,才由當時的國家標準計量局開啟防爆電氣設備國家層面的標準化工作,并于1977年正式發布了國內第一個防爆電氣設備國家標準,即 GB1336-1977《防爆電氣設備制造檢驗規程》。在此之前僅由一些部門發布了暫行規定,如當時的第一機械工業部、煤炭工業部和石油化學工業部聯合發布了《安全火花型防爆電氣設備制造檢驗暫行規定》等行業標準。

1983年,國家成立了全國防爆電氣設備標準化技術委員會,并首先參照歐洲相關標準,對GB1336-1977進行了修訂,發布了 G B3836.1～4-1983《爆炸性環境用防爆電氣設備》系列標準。之后,又陸續參照IEC標準制訂發布了GB3836.5～13國家標準和 GB12476《可燃性粉塵環境用電氣設備》系列標準,初步形成了中國爆炸性氣體環境用和可燃性粉塵環境用防爆電氣設備兩大系列標準。

在過去十多年時間里,在“優先采用國際或區域標準”的政策指導下,進一步加強了國內防爆標準的制定工作,并于2000年依據IEC標準修訂了GB3836.1～4-1983,發布了 GB3836.1～4-2000。隨后,先后制定或修訂了多個 GB3836國家標準,并于2010年,依據最新 IEC標準又一次對GB3836.1～ 4-2000進行了修訂,發布了GB3836.1～4-2010國家標準。

至此,中國GB3836系列標準累計共發布了20個標準。按用途分,這些標準可分為防爆基礎標準、設備制造標準和產品應用標準。除其中的GB3836.10-1991《爆炸性環境用防爆電氣設備第10部分:氣密型電氣設備“h”》標準已于2003年廢除外,其他標準均系最新有效版本,它們分別是

GB3836.1-2010爆炸性環境 第1部分:設備 通用要求;

GB3836.2-2010爆炸性環境 第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備;

GB3836.3-2010爆炸性環境 第3部分:由增安型“e”保護的設備;

GB3836.4-2010爆炸性環境 第4部分:由本質安全型“i”保護的設備;

GB3836.5-2004爆炸性氣體環境用電氣設備第5部分:正壓外殼型“p”;

GB3836.6-2004爆炸性氣體環境用電氣設備第6部分:油浸型“o”;

GB3836.7-2004爆炸性氣體環境用電氣設備第7部分:充砂型“q”;

GB3836.8-2003爆炸性氣體環境用電氣設備第8部分:n型電氣設備“n”;

GB3836.9-2006爆炸性氣體環境用電氣設備第9部分:澆封型“m”;

GB3836.11-2008爆炸性環境 第11部分:由隔爆外殼“d”保護的設備最大試驗安全間隙測定方法;

GB3836.12-2008爆炸性環境 第12部分:氣體或蒸氣混合物按照其最大試驗安全間隙和最小點燃電流的分級;

GB3836.13-1997爆炸性氣體環境用電氣設備第13部分:爆炸性環境用電氣設備檢修;

GB3836.14-2000爆炸性氣體環境用電氣設備第14部分:危險場所分類;

G B3836.15-2000爆炸性氣體環境用電氣設備第15部分:危險場所電氣安裝(煤礦除外);

GB3836.16-2006爆炸性氣體環境用電氣設備第16部分:電氣裝置的檢查和維護;

GB3836.17-2007爆炸性氣體環境用電氣設備第17部分:正壓房間或建筑物的結構和使用;

GB3836.18-2010爆炸性環境 第18部分:本質安全系統;

GB3836.19-2010爆炸性環境 第19部分:現場總線本質安全概念(FISCO);

GB3836.20-2010爆炸性環境 第20部分:設備保護級別(EPL)為Ga級的設備。

該文所指的新版 GB3836系列標準是指于2010年最新修訂并發布的 GB3836.1-2010, GB3836.2-2010,GB3836.3-2010,GB3836.4-2010四個國家標準,以及2010年首次發布的兩個與本質安全技術相關的新標準 GB3836.18-2010和GB3836.19-2010,以及一個與0區應用相關的防爆技術標準GB3836.20-2010。

2 新版GB3836系列標準解讀

總體而言,新版GB3836系列標準都是等同或修改采用最新IEC標準制定而成的。它們在技術內容上與對應的IEC標準規定的要求是基本一致的。如果說差異,也主要表現在Ⅰ類設備相關的技術要求。但是,就 GB3836系列標準體系而言,這些新版標準與老版 GB3836標準之間存在許多革命性的變化。為了便于大家學習和使用,下面依次就新版 GB3836.1,GB3836.2,GB3836.3和GB3836.4進行逐一解讀,并穿插介紹 G B3836.18-2010,G B3836.19-2010和G B3836.20-2010的主要內容。

2.1 GB3836.1 2010相對于 GB3836.1-2000的變化

GB3836.1-2010《爆炸性環境 第1部分:設備 通用要求》規定了爆炸性環境用電氣設備和Ex元件的結構、試驗和標志的通用要求,它是通過修改采用IEC60079-0:2007《爆炸性環境 第0部分:設備通用要求》(Edition 5.0)制定而成的。與IEC60079-0:2007相比,主要修改的內容:增加了Ⅰ類電氣設備進行濕熱試驗的特殊要求(GB3836. 1-2010附錄C);增加了Ⅰ類手持式或支架式電鉆(及其附帶的插接裝置)、攜帶式儀器儀表和燈具外殼材料的要求;增加了對金屬制成的Ⅰ類電氣設備接線空腔內表面應涂耐弧漆的要求;增加了對于開關、熔斷器和燈具補充規定中增設“警告標志”的相關條款不適用于Ⅰ類電氣設備的規定;在“耐熱試驗”和“耐寒試驗”之間增加了24 h恢復時間間隔的規定。

因此,總體來說,相對于 IEC60079-0:2007, GB3836.1-2010修改的主要內容大多涉及Ⅰ類電氣設備相關的技術要求,即對于Ⅱ類設備,它們在技術上是等同的。相反,相對于老標準 GB3836.1-2000,GB3836.1-2010已在很多方面發生了重大變化,值得引起注意。

a)務必注意到新頒布標準的名稱變化,即已由原先的“爆炸性氣體環境”變更為“爆炸性環境”。所謂“爆炸性環境”,是指在大氣條件下,可燃性物質以氣體、蒸氣、粉塵、纖維或飛絮的形式與空氣形成的混合物被點燃后,能夠保持燃燒并自行傳播的環境。根據這一定義,意味著GB3836不再僅僅局限于“爆炸性氣體環境”,將同時覆蓋爆炸性粉塵環境。因此,新版GB3836.1全面擴充了粉塵防爆相關的通用要求,在“設備分類”部分既包括了用于煤礦瓦斯氣體環境的Ⅰ類設備、用于煤礦瓦斯氣體以外的其他爆炸性氣體環境的Ⅱ類設備,也包括了用于煤礦以外的爆炸性粉塵環境的Ⅲ類設備,并將Ⅲ類設備進一步細分為ⅢA(可燃性纖維環境用)、ⅢB(非導電粉塵環境用)和ⅢC(導電粉塵環境用)三類設備。粉塵環境和氣體環境防爆標準的融合已成為一種趨勢,以后將逐步在其他GB3836修訂時得到體現。這里需要提醒的是,在爆炸性氣體環境和可燃性粉塵環境同時出現或可能同時出現的場所,宜考慮它們同時出現的情況,并需要考慮可能附加的保護措施。此外,GB3836.1-2010規定的通用要求,同時適用于“n”型電氣設備,即“n”型電氣設備首先要符合 GB3836.1-2010,這是相對于GB3836.1-2000的顯著差異。

b)GB3836.1-2010引入了“設備保護級別(EPL)”的概念。它是根據設備成為點燃源的可能性和爆炸性氣體環境、爆炸性粉塵環境及煤礦甲烷爆炸性環境所具有的不同特征而對設備規定的保護級別。不同類別設備保護級別、保護特征及其使用的區域關系見表1所列。

表1 設備保護級別、保護特征及其使用區域關系

續 表 1

c)標準開始關注更多的潛在爆炸點燃源。按照國際最新防爆技術研究成果,共有13種可能的潛在爆炸點燃源,它們依次是熱表面、火焰/熱氣體、機械火花、電氣點燃源、雜散電流和陰極腐蝕保護、靜電、雷電、電磁波、離子輻射、高頻輻射、超聲、絕熱壓縮和沖擊波、化學反應。歷史上, GB3836系列主要考慮電氣點燃源(包括電火花和由電引起的熱效應),兼顧了有關非金屬外殼材料表面抗靜電集聚的要求。最新修訂發布的GB3836.1,一方面補充了“靜電”相關技術要求和試驗方法,同時考慮了超聲波、光輻射和電磁輻射等潛在點燃源,并規定了相應的能量限值。不同類別和級別的設備對其可能存在的超聲波、光輻射和電磁輻射允許的或功率限制,見表2～3所列。

表2 電磁輻射源安全限值(9 kHz～60 GHz)

表3 光輻射和超聲波能量限值

d)GB3836.1-2010進一步明確了設備標志的次序、關聯設備的詳細標志、特定氣體的標志、小型設備的標志等,使得標志的要求更加細化、具體,并增加了超小型電氣設備、Ex元件標志和警示標志的要求等。歸納起來,就防爆標志表述方法的具體變化主要掌握以下幾個方面:

1)EPL將被逐漸引入設備防爆標志和防爆型式,因此基于新版標準的設備防爆標志可有兩種表示方法。一種是在傳統的防爆標志中增設備(總體)保護級別(Ma,Mb,Ga,Gb,Gc,Da,Db,Dc)。例如,使用增安型“e”(EPL Gb)和正壓外殼“px”型(EPL Gb)的電氣設備,最高表面溫度125℃(T4),用于除易產生瓦斯的煤礦外的爆炸性氣體環境,則其防爆標志可以表示為:Ex e pxⅡC 125℃(T4)Gb。這樣依據標志中的 Gb,可馬上知曉該設備可適用于1區爆炸型氣體環境。又如,帶本質安全型“ia”(EPL Ga)輸出電路的隔爆外殼“d”(EPL Gb)的電氣設備,最高表面溫度滿足 T6組別要求,用于除易產生煤礦瓦斯氣體外的ⅡC級爆炸性氣體環境,則其防爆標志可表示為:Ex d [ia Ga]ⅡC T6 Gb。同樣從標志中給出的 EPL級別,可馬上知曉該設備可適用于1區爆炸型氣體環境,而隔爆外殼中本質安全關聯電路的輸出端可與位于0區爆炸性氣體環境的本質安全設備相連。

另一種是采取傳統的防爆標志方法,見表4所列,需在傳統的防爆型式符號后面,依據其實際適用的區域,加上a,b或c。其中,a,b,c表示適用于0區,1區,2區(注:已帶上a,b,c的防爆型式符號除外。如,0區本質安全技術為ia)。

表4 基于EPL的防爆型式符號舉例

這樣,上述列舉的設備防爆標志又可分別表達為Ex eb pxb ⅡC 125℃(T4)和 Ex db[ia]ⅡC T6。

2)Ⅱ類設備的防爆標志中不再允許單獨出現設備類別“Ⅱ”,必須按新標準中對外殼的要求,同時標出合適的級別,如“ⅡA”,“ⅡB”或“ⅡC”。以前,人們認識到“增安型”、“正壓型”、“澆封型”等防爆技術,與氣體的級別沒有關系,因此在進行設備標志時通常可以忽略設備類別(如,Ex eⅡT4, Ex pxⅡ130℃),并可理解成該設備可適用于Ⅱ類C級氣體。然而,由于新版標準規定了更具體的要求,例如給出了更多的關于避免設備非金屬外殼靜電電荷積聚的技術措施或評價方法,其中一些方法取決于氣體的級別(如 G B3836.1-2010第七章表6～8),因此為了便于統一,新標準規定以后基于任何防爆型式的Ⅱ類設備標志必須同時給出設備級別。即使設備不受外殼牽制,也應標注為“ⅡC”。

3)新版標準進一步規范了設備不同部分采用不同防爆技術的復合型電氣設備的標志方法,即防爆型式的符號應按字母順序排列。如,Ex d e ia pxⅡC T6。

4)標準新定義了適用于0區場所的“雙重”防爆技術,并規定了其標志方法。標準指出,為了使設備達到EPL Ga的保護級別(即滿足0區氣體環境應用),可以通過對同一電氣設備采用兩個獨立的EPL Gb防爆型式(同時獨立使用兩種不同的1區防爆技術,且不會產生共因失效)來實現。此時,設備的防爆標志應包括所使用的兩種防爆型式符號,并用“+”相連。例如,使用增安型“e”(EPL Gb)和隔爆外殼“d”型(EPL Gb)的電氣設備,基于增安和隔爆原理確定的最高表面溫度為T3,用于除易產生瓦斯的煤礦外的ⅡB級爆炸性氣體環境,則其防爆標志可以表示為Ex d+eⅡB T3 Ga。更進一步的0區應用防爆技術信息可參見文獻[13]。該標準是通過等同采用IEC60079-26:2006《爆炸性環境 第26部分:設備保護級別(EPL)為 Ga級的設備》制定而成的,它詳細規定了0區應用的電氣設備的結構、試驗和標志的特殊要求,包括適合安裝在0區和其他區域界面的電氣設備的界面分隔與密封的結構要求和標志方法。例如,某一體型溫度變送器,假設溫度傳感器設計為適用于0區的本質安全“ia”電路,變送器外殼設計為適合于1區的隔爆外殼“d”,且外殼內部含有符合本質安全要求的“ia”關聯電路,如果該產品按 GB3836.20被認證為可安裝在0區和1區界面,則防爆標志應表達為Ex ia/dⅡC T6 Ga/Gb,即“ia”電路部分滿足Ga級,可用于0區,“d”部分滿足 Gb級,可用于1區,并用“/”表示兩者之間必須設置分隔防護措施。如果不采取分隔防護措施,則產品防爆標志應表示為Ex ia dⅡC T6 Gb,即整個產品只能用于1區爆炸性氣體危險場所。

5)基本統一了氣體和粉塵環境用防爆電氣設備的標志方法。如,對于采用適用于導電性粉塵環境的外殼保護型“t”的電氣設備(EPL Db),如果其最高表面溫度低于175℃,則其防爆標志可表達為Ex tⅢC T175℃Db或 Ex tbⅢC T175℃。如果給出的最高表面溫度是在設備表面堆積50 mm厚度時測得低于225℃,則標志應表達為Ex tⅢC T50225℃Db或 Ex tbⅢC T50225℃。

e)新版標準還在其他諸多細節上發生了變化,其中不少變化必須引起防爆電氣設備設計、選型、安裝、使用和維護相關技術人員的注意。例如:

1)重新引入了設備使用環境條件。新版標準指出:除另有規定外,設備適用于溫度為-20～+40℃,壓力為80～110 kPa,空氣中標準氧體積分數不超過21%的大氣條件下存在爆炸性環境的危險場所中使用,對超出該范圍的大氣條件下使用的電氣設備需作特殊考慮,并可要求附加評定和試驗。

2)明確了GB3836.1-2010同時也是礦用帽燈(GB7957)、本質安全系統(GB3836.18)和電阻式伴熱器(GB19518)等標準的通用要求。

3)增加了“環境溫度”和“連續運行溫度(COT)”的定義,并在溫度一章中強調了“外部熱源或冷源”應作為環境影響的因素加以考慮。

4)增加了防爆合格證的定義,并在制造商責任一章中明確了設備取得防爆合格證的要求和程序。

5)修改了防爆合格證書編號后綴符號“U”和“X”的定義。明確符號“U”表示設備是不完整的,不經進一步評定不適合安裝使用;符號“X”為識別標志,表明防爆合格證包含設備安裝、使用和維護必須遵循的一些基本信息或要求。

6)在Ⅰ類、Ⅱ類電氣設備含輕金屬外殼材料中增加了對輕金屬“鋯”質量分數的要求,并對鋁、鎂、鈦和鋯在電氣設備外殼材料中的質量分數限值作了調整。

7)對燈具的補充規定中,將原先的“透明罩可由網孔小于50 mm×50 mm的保護網保護”改為“透明罩可由網孔小于2 500 mm2的保護網保護”。

8)在型式試驗中主要增加了接地連續性試驗和非金屬材料表面起電試驗。

9)明確防爆設備“使用說明書”是制造商應準備的文件,制造商須確保將“明示電氣設備完全符合防爆安全技術的使用條件和/或特殊要求”的使用說明書文件提供給用戶。標準具體地規定“使用說明書”至少包括下列細節:

防爆設備基本信息摘要和其他設備維護相關的補充信息(如,進口商、修理單位地址等);

設備安裝、調試、投運、使用、拆裝、維護、修理相關的安全注意事項;

必要的培訓要求;

在預定工作條件下,對設備能否安全地用于預定場所中進行判斷的詳細說明;電氣和壓力參數、最高表面溫度及其他限值;認證相關的特殊安全使用條件(防爆合格證編號后帶后綴符號“X”時);

適用時,有關電池參數及更換說明。

2.2 GB3836.2-2010相對于BG3836.2-2000的變化

GB3836.2-2010《爆炸性環境 第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備》規定了由隔爆外殼“d”保護的爆炸性氣體環境用電氣設備結構和試驗等要求。這些要求是對 GB3836.1-2010《爆炸性環境 第1部分:設備 通用要求》的補充和修改。GB3836.2-2010是通過修改采用 IEC60079-1:2007《爆炸性環境 第1部分:由隔爆外殼“d”保護的設備》(Edition 6.0),其主要修改的內容是增加了附錄 F,即對Ⅰ類電氣設備的外殼材質、采用直接引入的條件、電氣間隙、爬電距離以及螺紋隔爆接合面防松等作出了補充規定。因此, GB3836.2-2010和IEC60079-1:2007在技術上是基本等同的。但是,相對于 GB3836.2-2000(老標準),GB3836.2-2010已在以下方面作出了重要技術變化:

a)引入了“設備保護級別(EPL)”,由隔爆外殼“d”保護的設備的EPL為Gb或Mb。

b)對“快開式門或蓋”、“用螺紋緊固件固定的門或蓋”、“螺紋式門或蓋”、“呼吸裝置”、“排液裝置”、“Ex封堵件”等專用術語給出了明確定義。

c)對于“平面接合面”、“圓筒形接合面”和“止口接合面”允許的最大間隙,基于不同的隔爆腔體容積作出了更細分的規定,并增加了多種隔爆結合面類型及其結構要求,如“錐形接合面”、“具有圓弧面的接合面”、“使用毛細管設備的接合面”等。

d)將原 GB3836.2附錄A《隔爆外殼的非金屬部件》的內容改為正文的專設章節“非金屬外殼和外殼的非金屬部件”。刪除了透明件安裝方法的規定,明確了除玻璃以外的透明件應遵守“非金屬外殼和外殼的非金屬部件”相關要求。

e)增加了對隔爆外殼緊固件(螺栓和螺母)的控制要求。要求將進行隔爆外殼過壓試驗和不傳爆試驗期間使用的螺栓或螺母的性能等級,或螺栓、螺母的屈服強度和型號,以警示標志的方式標示在設備上或在相關防爆合格證上。僅在防爆合格證書上規定的,設備制造廠商必須將相關信息納入產品使用說明書,以引起設備使用者關注。有關螺栓和螺母機械性能的附加資料性信息可參見文獻[8]附錄G。

f)明確規定了當外殼使用鑄鐵材料時,材料等級應不低于150級的要求。

g)將隔爆外殼引入裝置細分為電纜引入裝置、導管密封裝置、插頭和插座以及電纜連接器、絕緣套管、Ex封堵件,并增加了每種裝置的結構和試驗要求。

h)在檢查與試驗方面,增加了測定不同電氣設備最高表面溫度的試驗條件和工況要求(文獻[8]表5)。對于使用環境溫度低于-20℃的電氣設備,為了評估外殼材料可能承受的低溫冷脆性影響,規定了爆炸壓力測定方法。

i)增加了對燈座、燈(泡)頭和對Ⅰ類開關的要求,這些要求構成對 GB3836.1-2010相關要求的補充。當技術內容有沖突時,以GB3836.2-2010規定的要求為準。

j)增加了多個附錄。如,附錄 E(隔爆外殼內使用的電池)、附錄G(螺栓或螺母的機械性能)、附錄 H(基于“設備保護級別”對防爆設備進行危險性評定的方法)等。

2.3 GB3836.3-2010相對于 GB3836.3-2000的變化

GB3836.3-2010《爆炸性環境 第4部分:由增安型“e”保護的設備》規定了額定電壓不超過11 kV(交流有效值或直流)、由增安型“e”保護的爆炸性氣體環境用電氣設備的設計、結構、檢驗和標志要求。這些要求是對 GB3836.1-2010《爆炸性環境第1部分:設備 通用要求》的補充和修改。GB3836.3-2010是通過等同采用IEC 60079-7:2006《爆炸性環境 第7部分:由增安型“e”保護的設備》(Edition 4.0)制定而成的,在技術上與IEC60079-7:2006完全一致。但是,相對于GB3836.3-2000(老標準),GB3836.3-2010已作出了重要技術變化。

a)引入了“設備保護級別(EPL)”,由增安型“e”保護的設備的設備保護級別(EPL)為 Gb或Mb。

b)新增了“工廠連接件”、“現場接線連接件”、“電動機正常運行”、“伴熱器”、“額定電壓”等術語和定義。

c)改寫了原標準中關于“電氣連接”的內容,新標準依次按“總則”、“工廠連接件”和“現場連接件”規定了電氣連接相關的要求,從而規避了原標準中“內部連接”和“外部連接”的責任主體不清晰的狀況。新標準還就“現場接線連接件”增加了端子絕緣材料(拉力)試驗。

d)修改了爬電距離和電氣間隙表中電壓等級和相應的數值,進一步明晰了電壓等級與額定電壓和電壓公差之間的關系。

e)關于設備的外殼防護等級,新標準明確了為防冷凝水聚集而設有排水孔或通風孔的Ⅰ類設備的外殼防護等級不可降低,仍須滿足IP54(內部裝有裸露帶電零部件的外殼)或IP44(內部僅裝有絕緣帶電零部件的外殼)的要求,并規定了內部裝有本質安全型電路或部件的外殼防護等級。

f)對于旋轉電機,增加了對可能產生氣隙火花的轉子結構進行評定的要求,并對繞組的絕緣結構和浸漬方法作出了具體規定。其次還增加了對旋轉電機轉軸密封的相關要求,以及對摩擦密封和定子繞組接線端子進行極限溫度評定的要求。對于額定電壓超過1 kV的高壓電動機,增加了附加裝置配置要求及其定子繞組絕緣系統放電危險性評價和附加(爆炸)試驗要求,并在附錄 G中給出了電機使用說明書應規定附加措施的建議。關于鼠籠轉子電動機,修改了 tE時間試驗和計算方法(參見文獻[9]附錄A),取消了采用計算法代替堵轉試驗要求確定tE時間要求電機功率超過160 kW的規定。

g)修改了燈具的燈座和燈頭的要求,原標準附錄A“燈座和燈頭”相關的內容列入了正文,新增了燈座與燈頭之間電氣接觸相關要求,進而對管式雙插腳熒光燈結構作出了新的補充規定,并增加了對雙插腳燈頭與燈座連接的二氧化硫試驗和振動試驗,用以驗證燈管每個插腳和燈座之間的電氣接觸經腐蝕后和在震動條件下的安全可靠性。此外,對于由電子鎮流器供電的燈管,為了避免燈管壽命終期(EOL)在燈頭部位產生過熱,標準以附錄 H規定了T8,T10和T12型燈管的不對稱脈沖試驗和不對稱功率試驗的程序,以驗證其配套鎮流器具有足夠的保護作用。

h)對于測量儀表和儀表用互感器,明確規定具有運動線圈的測量儀表不能設計成增安型。

i)對于增安型設備用電池,新增加了容量不超過25 Ah的原電池和蓄電池的要求,同時對單體電池充、放電的安全性要求作出了詳細的規定。

j)對于通用接線盒和分線盒,標準新增了資料性附錄E,具體給出了通用接線盒和分線盒額定值的兩種表達方法,即最大耗散功率法和規定布置法。

2.4 GB3836.4-2010相對于 GB3836.4-2000的變化

GB3836.4-2010《爆炸性環境 第 4部分:由本質安全型“i”保護的設備》規定了爆炸性氣體環境用本質安全型設備以及與爆炸性氣體環境用本質安全電路連接的關聯設備的術語、結構、試驗和標志等要求。這些要求是對 GB3836.1-2010《爆炸性環境 第1部分:設備 通用要求》的補充和修改(排除條款除外)。GB3836.4-2010是通過修改采用 IEC 60079-11:2006《爆炸性環境 第11部分:由本質安全型“i”保護的設備》(Edition 5.0)制定而成的,在技術上與IEC60079-7:2006相比僅存在以下差異:

a)對設備的內部布線,增加了“本安導線和非本安導線應盡量分開布置”的要求。

b)在6.5條款中增加了“Ⅰ類電氣設備的本質安全電路一般不允許利用地線作為回路,但因需要接地保護的除外”的注解。

c)改寫了有關同時具有電感和電容電路的火花試驗注意事項(10.1.5.2條),刪除了其中關于線性電路評定相關的內容。

但是,相對于 GB3836.4-2000(老標準),本次修訂的主要變化:

a)標準增加了ic保護等級(是“n”型中的“nL”),這樣本質安全設備和關聯設備的本質安全部分共有三種保護等級“ia”、“ib”和“ic”,分別屬于0區、1區和2區防爆技術,依據 GB3836.1-2010引入的“設備保護級別(EPL)”概念,由本質安全型“i”保護的設備的設備保護級別(EPL)分別為Ga或Ma,Gb或Mb,Gc。

b)對兩個導電部件之間的間距,增加了最大污染等級為2級的印制電路板和變壓器以外的隔離元件可選擇的降低間距的要求(文獻[10]附錄F)。

c)標準以附錄E給出了電路急劇短路瞬間允許通過附加瞬態能量的測試方法。

d)在附錄B中增加了適用于較大試驗電流(3～10 A)的火花試驗裝置,并詳細規定了其結構和參數。

e)修改了印制電路板印制線的溫度組別對應的最大允許電流值(文獻[10]表4),其中大多數限值趨于更為嚴格。

f)增加了使用電阻限制電容放電的技術要求,規定該電阻在滿足結構要求的同時,其耗散功率(瓦)額定值在數值上應至少等于CU2,其中電容C的單位為法拉、電壓U的單位是伏特。此外,標準附錄A還引入了由串聯電阻保護電容時電容量有效值降低的評定方法,給出了較為保守的電容有效值允許降低系數。

g)對于電池和電池組試驗,規定了由若干個分立的電池組成或由較小的電池組(其結構安排符合本標準規定的隔離和其他要求)組成的電池組,其每個分立單元應單獨進行火花點燃和表面溫度試驗或評定,給出了允許不進行單體電池火花點燃試驗的條件。此外,標準還增加了電池箱(盒)內部壓力應不高于大氣壓力30 kPa的要求,并對試驗驗證方法作出了具體規定。

h)引入了具有內部電壓自舉(升高)功能的集成電路(如,背光顯示集成塊)的本質安全電路故障條件分析、處理方法,并規定了如果集成電路任一外部插腳上不出現升高的電壓,而且沒有使用像電容或電感這樣的外部轉換元件(如,EEPROM),則其外部插腳上不需要考慮內部高電壓,否則可認為集成電路的所有外部插腳上都可能會出現升高的電壓。

i)規定了表面安裝器件(SMD)可靠連接的方法,凡符合標準規定要求的連接可認為不會發生開路故障。

j)關于點燃曲線及數據表(附錄A),標準在數據表中增加了Ⅰ類電路允許的短路電流值和允許的電容值,同時指出了僅用點燃曲線/數據表評定同時具有電感和電容電路本質安全性能的局限性(如,儲能電容可以增強電源對電感的供電),此時應對電容和電感的組合電路通過火花試驗評定,但對于被評定的總電感或電容,比點燃曲線允許值的1%還小的情況除外。

k)修改了可靠變壓器(包括電源變壓器和非電源變壓器)的例行試驗,進一步明確了試驗的電流和持續時間,并給出了可選擇的提高電壓、縮短試驗時間的方法。

此外,本質安全技術是一個系統的概念。通常,本質安全系統一般有本質安全設備、關聯設備和兩者的連接電纜三部分組成。任何不合理的參數配置和結構配置都將導致一個本質安全系統本安防爆性能的失效。為此,為了指導本質安全防爆技術的正確應用,在修訂 GB3836.4的同時,等同采用IEC60079-25:2003《爆炸性氣體環境用電氣設備 第25部分:本質安全系統》(Edition 1.0)、IEC60079-27:2008《爆炸性環境 第27部分:現場總線本質安全概念(FISCO)》(Edition 2.0),首次制定發布了 GB3836.18-2010《爆炸性環境 第18部分:本質安全系統》、GB3836.19-2010《爆炸性環境 第19部分:現場總線本質安全概念(FISCO)》兩個本質安全技術應用相關的國家標準,從而豐富了 GB3836系列標準,為本質安全系統的安全應用提供了強大的技術支撐。

GB3836.18-2010《爆炸性環境 第18部分:本質安全系統》主要規定了由本質安全型“i”保護的部分或全部用于Ⅱ類爆炸性環境的本質安全系統的結構和評定要求,適合于來自制造廠商、咨詢機構或最終用戶的本質安全系統設計技術人員使用。該標準是對 GB3836.1-2010和 GB3836.4-2010的補充或修改,當在技術內容上有沖突時,以GB3836.18-2010為準。有關本質安全系統安裝有關的要求可參見GB3836.15。

需要指出的是,最近IEC正式發布了IEC60079-25:2010《爆炸性環境 第25部分:本質安全系統》(Edition 2.0)。與 GB3836.18采用的IEC60079-25:2003相比,它不僅將范圍從Ⅱ類擴充到了Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類,引入了“ic”保護等級,覆蓋了FISCO系統的要求,而且還增加了本質安全系統用電纜配置相關的要求、電纜參數測試方法和簡單設備在本質安全系統中應用的要求等。

GB3836.19-2010《爆炸性環境 第19部分:現場總線本質安全概念(FISCO)》詳細規定了基于現場總線本質安全系統概念(FISCO —Fieldbus Intrinsically Safe COncept)的 FISCO供電電源、FISCO現場設備、終端器、連接電纜的要求,以及FISCO本質安全系統集成規則和安裝實踐。FISCO適合于按IEC61158-2物理層標準設計、基于曼徹斯特編碼、由總線供電的現場總線系統。該標準跟GB3836.18-2010一樣,主要適合于來自制造廠商、咨詢機構或最終用戶的本質安全系統設計技術人員使用。FISCO設備及其系統的結構和安裝要求源自 GB3836.4-2010,GB3836.15和GB3836.18-2010,但基于 GB3836.19-2010構建的FISCO系統可以優化現場總線本質安全系統的配置,確?，F場總線系統“多負載”特征的體現。GB3836.19-2010規定了“ia”,“ib”和“ic”三種FISCO系統,可分別滿足0區、1區和2區場所應用。其中,“ic”FISCO系統,實際上就是文獻[15]所指的FNICO(Fieldbus Non-Incendive COncept)系統,即是基于現行標準 GB3836.8-2003中“nL”能量限制技術的現場總線系統。

3 新版GB3836系列標準實施

爆炸是工業生產最重要的危險、有害因素之一,預防爆炸性事故的發生已成為工業生產永恒的主題。依據《中華人民共和國標準化法》,GB3836防爆系列標準系國家強制性標準,它們構成了爆炸性環境用各種防爆型式的產品設計、認證和應用的強制性技術要求。依據《中華人民共和國安全生產法》和《中華人民共和國產品質量法》,貫徹實施GB3836系列標準不僅是確保石油、化工、煤炭等具有潛在爆炸危險作業場所防爆安全的基礎前提,更是防爆安全相關各方的法律責任和義務。

如前所述,新發布GB3836系列標準在內容上已經發生諸多重要技術變化,至2011年8月1日后,這些變化都將成為強制要求,必須予以貫徹執行。因此,無論是防爆產品制造廠商、檢驗機構,還是防爆工程項目設計院、業主(防爆產品用戶)相關的技術人員,都必須仔細研讀新版標準,掌握標準變化的內容,辨識對職責范圍內工作的影響,并在標準實施過渡期內做好充分的準備。

a)對于防爆產品制造廠商,一方面對將要開發和正在開發的新產品必須嚴格按相關的新版標準進行設計、取證和組織生產;另一方面應認證審視新版標準對已取證并批量生產的防爆產品的影響。盡管對于新標準正式實施前已取得防爆合格證書的產品,在證書有效期內可以繼續生產和銷售,但由于產品使用者往往因人而異,特別是新的建設項目一定要求選擇符合最新標準的產品,因此從這個意義上講,防爆產品制造廠商宜在標準實施前完成對產品的重新取證工作,必要時應依據新標準進行相應的設計變更、使用說明書完善等工作,以確保產品市場銷售的連續性和穩定性。

b)對于防爆檢驗機構,它是確保檢驗結果有效性的責任主體。因此,作為檢驗機構,在充分學習和掌握新版本標準的同時,要全面完善必要的檢驗和試驗手段,以滿足基于新版標準開展防爆檢驗認證的能力要求。在此基礎上,防爆檢驗機構應以標準宣貫培訓、技術交流等形式廣泛開展新版標準的技術傳播和推廣工作;在受理檢驗業務時,還應友情提示申請防爆產品檢驗取證的制造廠商標準轉版的原則和程序,幫助制造廠商在新舊版本標準轉換過程中少走彎路。

c)對于工程項目設計院,設計技術人員是工程項目整體防爆設計和產品正確選型的責任主體,一方面在設計項目時必須自新版標準執行之日起,嚴格將之確立為設計依據標準;另一方面必須具備足夠的能力和知識,依據新版標準的規定,正確實施防爆產品選型和/或系統配置,并確保選擇的產品已按新標準取得有效防爆合格證書。有一點必須指出的是,確保設計文件在防爆要求方面的一致性非常重要,切忌出現依據標準為最新標準,但設備選型表給出的防爆標志仍為老標志等現象。

d)對于防爆產品最終用戶,其業主是正確使用防爆產品的責任主體。因此,業主有義務配備或使用具有一定防爆專業知識的人員,確保使用的防爆產品符合國家法律、法規和標準,確保其作業行為符合防爆要求。新版標準強調了產品使用說明書的要求,一方面制造廠商必須履行義務,將檢驗機構認可的使用說明書隨產品一起提交用戶;另一方面作為產品使用者必須在使用前認真閱讀產品使用說明書,確保產品的安裝、使用、維護和修理等活動符合產品使用說明書和相關國家標準規定的要求。

4 結束語

新版GB3836系列標準的有效實施涉及產品設計、生產制造、檢驗認證、工程設計、設備選型、采購驗貨、安裝驗收、檢查維護等諸多環節。鑒于新版GB3836系列標準在技術內容上更具系統性、完整性、協調性、科學性和先進性,可以相信,只要各相關責任方各盡所能、各司其職,新版 GB3836系列標準的貫徹執行一定能順利落到實處,并為國內工業防爆技術進步和安全生產形勢的根本好轉發揮更大的作用。

[1] 徐建平.工業自動化儀表與系統手冊[M].北京:中國電力出版社,2008:437.

[2] 徐建平.防爆工程項目質量現狀與對策措施[J].石油化工自動化,2006,42(4):94-100.

[3] 國家質量技術監督局.GB3836.1—2000爆炸性氣體環境用電氣設備 第1部分:通用要求[S].北京:中國標準出版社,2000.

[4] 國家質量技術監督局.GB3836.2—2000爆炸性氣體環境用電氣設備 第2部分:隔爆型“d”[S].北京:中國標準出版社,2000.

[5] 國家質量技術監督局.GB3836.3—2000爆炸性氣體環境用電氣設備 第3部分:增安型“e”[S].北京:中國標準出版社,2000.

[6] 國家質量技術監督局.GB3836.4—2000爆炸性氣體環境用電氣設備 第4部分:本質安全型“i”[S].北京:中國標準出版社,2000.

[7] 國家質量監督檢驗檢疫總局.G B3836.1—2010爆炸性環境第1部分:設備 通用要求[S].北京:中國標準出版社,2010.

[8] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3836.2—2010爆炸性環境第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備[S].北京:中國標準出版社,2010.

[9] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3836.3—2010爆炸性環境第3部分:由增安型“e”保護的設備[S].北京:中國標準出版社,2010.

[10] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3836.4—2010爆炸性環境第4部分:由本質安全型“i”保護的設備[S].北京:中國標準出版社,2010.

[11] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3836.18—2010爆炸性環境 第18部分:本質安全系統[S].北京:中國標準出版社,2010.

[12] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3836.19—2010爆炸性環境 第19部分:現場總線本質安全概念(FISCO)[S].北京:中國標準出版社,2010.

[13] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3836.20—2010爆炸性環境 第20部分:設備保護級別(EPL)為Ga級的設備[S].北京:中國標準出版社,2010.

[14] IEC.IEC60079—25 Explosive Atmospheres— Part 25: Intrinsically Safe ElectricalSystems[S]. International Electrotechnical Commission,2010.

[15] IEC.IEC60079—27 Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmospheres—Part 27:Fieldbus Intrinsically Safe Concept (FISCO)and Fieldbus Non-incendive Concept(FNICO)[S]. International Electrotechnical Commission,2005.