爆炸危險場所防爆電氣設備危險性分析*

王新華，梁峻，蔣漳河，謝超

(廣州特種機電設備檢測研究院，廣東廣州 510180)

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爆炸危險場所防爆電氣設備危險性分析*

王新華，梁峻，蔣漳河，謝超

(廣州特種機電設備檢測研究院，廣東廣州 510180)

摘要防爆電氣設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備防爆性能失效是誘發爆炸事故的重要因素，合理的選型可有效降低爆炸事故發生的或然率，但設備使用前不合理的安裝、使用過程中的老化以及不規范的維護管理工作均將提高防爆電氣設備自身的使用危險性。

關鍵詞爆炸危險場所；防爆電氣；爆炸；危險性

0引言

在爆炸性危險場所，電氣設備產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]。在廣泛實踐及經驗總結基礎上逐步形成的防爆電氣設備，已成為使用在爆炸危險場所保證安全生產、防止火災及爆炸事故發生的重要設備。防爆電氣設備綜合防爆性能受到各種因素的影響和制約，使用環境、自身結構及其二者的匹配關系都將影響到設備的綜合防爆性能[2]。防爆電氣設備使用環境較為特殊，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。加之設備檢查、維護、修理工作不到位等原因[3]，防爆電氣設備喪失原有防爆性能的幾率增大，成為有效點燃源，引發火災爆炸事故的可能性升高。

因此，有必要針對防爆電氣設備的使用環境、防爆型式及其結構特點，分析防爆電氣的防爆原理及影響防爆性能的關鍵參數，同時結合防爆電氣設備的選型、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域，區域內存在的爆炸性物質是爆炸事故發生的前提，而傳輸危險物質的工藝管道及反應設備是事故發生過程中能量與危險物質釋放的主體。

工業爆炸危險場所依據GB 50058—2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》、GB 3836.14—2000《爆炸性氣體環境用電氣設備 第14部分 危險場所分類》、GB 12476.3—2007《可燃性粉塵環境用電氣設備 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程(試行)》等進行劃分。對于存在爆炸性混合物的危險環境，危險區域劃分主要考慮的因素有[4-5]：(1)存在爆炸性物質的可能性；(2)爆炸性物質釋放量；(3)爆炸性物質的理化特性；(4)環境條件：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出現的頻繁程度和持續時間，將爆炸性氣體環境分為0區，1區和2區三個區域，其中0區代表爆炸性氣體環境出現的可能性和持續時間最高，1區、2區依次降低；對于爆炸性粉塵環境，將其分為20區，21區和22區三個區域，其中20區代表爆炸性粉塵出現的可能性和持續時間最高，21區、22區依次降低[5]。爆炸危險場所區域劃分依據如表1所示。

表1　爆炸危險場所區域劃分

爆炸危險環境的形成是爆炸事故發生的前提，爆炸危險場所內存在的爆炸性物質是推動爆炸事故發生的危險能量源，爆炸性物質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，爆炸危險環境是爆炸事故發生的第一類危險源。另一方面，在石油化工、鋼鐵冶煉、煤炭生產等高危行業，正常操作或預期故障運行過程中可燃物質泄漏釋放難以避免，爆炸性環境的形成由生產系統自身性質與結構所決定，并對系統的整體安全始終構成潛在威脅，從這個角度講，爆炸危險場所是固有的、難以避免的，是爆炸事故發生的固有危險源[6]。

2防爆電氣設備

2.1爆炸防護原理

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

圖1　爆炸預防與防護原理[7]

爆炸預防和防護的基本原則是盡量降低爆炸性環境、有效點燃源及其二者同時出現的可能性，防止爆炸事故產生；當爆炸事故難以避免時，應及時采取措施，控制事故發展，削弱爆炸危害。因此，針對防爆電氣，應根據自身防爆原理及結構特點對其防護措施進行分析。

2.2防爆電氣防護措施及關鍵參數

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

電氣設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境的有效點燃源，防爆電氣設備常用的防爆型式有隔爆型、本質安全型、增安型、正壓型、油浸型及澆封型等。根據爆炸預防與防護原理，各類型防爆電氣設備采用的安全防護措施各不相同，不同措施對應的關鍵參數必然存在一定差異，具體見表2。

表2　防爆電氣設備安全防護措施及關鍵參數

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。根據防爆電氣設備防護級別(Equipment Protection Level, EPL)，爆炸性氣體環境用防爆電氣設備可分為Ga、Gb、Gc三個級別，其中Ga級設備防護能力最高，成為爆炸性環境有效點燃源的概率最低；對于爆炸性粉塵環境可分為Da、Db、Dc三個級別。其中Da級設備防護能力最高，防爆電氣設備保護級別及保護特性如表3所示[8-9]。

表3　防爆電氣設備保護級別及保護特性

3防爆電氣設備的選型

爆炸危險環境和防爆電氣設備是易燃易爆工業生產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，是事故發生的第一類危險源；防爆電氣設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生的第二類危險源。防爆電氣設備的選型就是在對爆炸危險環境和防爆電氣設備充分分析理解的基礎上，按照GB 3836.14—2014《爆炸性環境 第14部分:場所分類 爆炸性氣體環境》及GB 3836.15—2010《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)》的相關要求，根據環境和設備二者之間的匹配關系選擇具備適當防爆性能的設備。防爆電氣設備的選型應充分考慮安全性和經濟性兩個方面的原則。其中，安全性最為重要，應在保障安全性的前提下盡量提高經濟性，降低防爆電氣設備的運行維護成本。

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

圖2　爆炸性環境與防爆電氣設備選型關系

因此，對爆炸危險區域的正確劃分是防爆電氣設備合理選型的關鍵。當前，爆炸危險區域劃分主要依靠區域劃分圖例及經驗進行，人為影響因素較大[10]。另外，絕大多數企業直接在廠區平面圖上劃分二維爆炸危險區域，這種區域劃分圖難以體現三維區域空間爆炸性混合物出現的可能性和持續時間，勢必為設備選型留下隱患，最終導致防爆電氣設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域的級別等，同時還應考慮到安裝場所的危險程度，如周圍環境溫度及密閉狀態等。

4防爆電氣設備使用危險性

4.1防爆電氣設備的安裝

防爆電氣設備的安裝需要由專業人員按照相關標準完成，是保證防爆設備整體防爆性能的重要環節。在防爆電氣設備安裝過程中不符合標準為設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的問題是：(1)安裝不到位，造成設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，常易造成防爆設備防爆性能完全喪失；(3)過度安裝，造成防爆電氣設備難以發揮最佳防護性能。

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

4.2防爆電氣設備使用老化

防爆電氣設備長期應用在爆炸危險環境中，使用環境往往具有一定的腐蝕性，環境適應性是不得不考慮的重要問題。防爆電氣設備在設計制造時會根據使用環境選用相應的材料，制造完成后會根據使用條件進行環境試驗，以驗證是否具備在相應環境中長期服役的能力，環境適應性測試是防爆電氣設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備數量特別巨大。隨著服役年限的日益增長，防爆電氣設備老化現象日益嚴重，已成為影響防爆電氣防爆性能的主要因素。

防爆電氣設備使用過程中出現的老化現象主要表現為非金屬材料材質劣化及金屬材料銹蝕等。如塑料、橡膠等功能部件因材質劣化失去原有的機械性能或電氣性能等，直接表現為防爆電氣設備關鍵參數不滿足設計及使用要求，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境腐蝕而產生銹蝕，造成材料有效厚度減薄，從而使設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，隔爆結合面銹蝕將使設備隔爆性能失效，造成隔爆型電氣設備綜合防爆性能失效。

4.3防爆電氣設備維護管理

防爆電氣設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。使用單位自身應建立防爆電氣設備的日常檢查維護制度，安排專業人員對防爆電氣設備進行定期檢查及維護管理，及時發現問題、消除事故隱患。

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

5結語

爆炸危險環境及防爆電氣設備是爆炸事故發生的主要危險因素。爆炸危險環境的形成是爆炸事故發生的前提；防爆電氣設備防爆性能失效是爆炸事故的觸發因素。防爆電氣設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致綜合防爆性能降低或喪失，成為爆炸危險環境的有效點燃源。防爆電氣設備爆炸危險性不僅與爆炸危險環境和設備自身結構密切相關，同時還與防爆電氣設備選型、使用等環節聯系緊密。選型不合理將直接導致防爆電氣設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變為有效點燃源；使用環節造成的危險性主要體現在設備安裝、使用老化及維護管理三個方面，這是防爆電氣設備爆炸防護性能缺失的重要環節。

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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，現從事防爆設備安全檢測、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：*國家質檢總局科技計劃項目：典型工業電氣防爆危險分析及爆炸風險評估方法研究(項目編號：2013QK100)