爆炸危险场所防爆电气设备危险性分析*

王新华，梁峻，蒋漳河，谢超

(广州特种机电设备检测研究院，广东广州 510180)



爆炸危险场所防爆电气设备危险性分析*

王新华，梁峻，蒋漳河，谢超

(广州特种机电设备检测研究院，广东广州 510180)

摘要防爆电气设备是使用在爆炸危险场所、具备一定防爆性能的潜在点燃源。爆炸危险场所中防爆电气设备防爆性能失效是诱发爆炸事故的重要因素，合理的选型可有效降低爆炸事故发生的或然率，但设备使用前不合理的安装、使用过程中的老化以及不规范的维护管理工作均将提高防爆电气设备自身的使用危险性。

关键词爆炸危险场所；防爆电气；爆炸；危险性

0引言

在爆炸性危险场所，电气设备产生的电火花及危险高温表面是引起爆炸事故的潜在点燃源[1]。在广泛实践及经验总结基础上逐步形成的防爆电气设备，已成为使用在爆炸危险场所保证安全生产、防止火灾及爆炸事故发生的重要设备。防爆电气设备综合防爆性能受到各种因素的影响和制约，使用环境、自身结构及其二者的匹配关系都将影响到设备的综合防爆性能[2]。防爆电气设备使用环境较为特殊，往往具有一定的腐蚀性，使用过程常常受到机械振动等外部因素的影响，综合防爆性能随使用年限增长势必逐渐降低。加之设备检查、维护、修理工作不到位等原因[3]，防爆电气设备丧失原有防爆性能的几率增大，成为有效点燃源，引发火灾爆炸事故的可能性升高。

因此，有必要针对防爆电气设备的使用环境、防爆型式及其结构特点，分析防爆电气的防爆原理及影响防爆性能的关键参数，同时结合防爆电气设备的选型、安装、使用及维护管理工作，对爆炸危险场所防爆电气设备危险性进行综合分析。

1爆炸危险场所

爆炸危险场所是爆炸性气体、易燃性液体蒸气或可燃性粉尘聚集的区域，区域内存在的爆炸性物质是爆炸事故发生的前提，而传输危险物质的工艺管道及反应设备是事故发生过程中能量与危险物质释放的主体。

工业爆炸危险场所依据GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》、GB 3836.14—2000《爆炸性气体环境用电气设备 第14部分 危险场所分类》、GB 12476.3—2007《可燃性粉尘环境用电气设备 第3部分 存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类》及1987年颁布的《中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程(试行)》等进行划分。对于存在爆炸性混合物的危险环境，危险区域划分主要考虑的因素有[4-5]：(1)存在爆炸性物质的可能性；(2)爆炸性物质释放量；(3)爆炸性物质的理化特性；(4)环境条件：主要是通风，还包括气压、温度、湿度等；(5)远离释放源的距离。通常，按照爆炸性危险物质出现的频繁程度和持续时间，将爆炸性气体环境分为0区，1区和2区三个区域，其中0区代表爆炸性气体环境出现的可能性和持续时间最高，1区、2区依次降低；对于爆炸性粉尘环境，将其分为20区，21区和22区三个区域，其中20区代表爆炸性粉尘出现的可能性和持续时间最高，21区、22区依次降低[5]。爆炸危险场所区域划分依据如表1所示。

表1　爆炸危险场所区域划分

爆炸危险环境的形成是爆炸事故发生的前提，爆炸危险场所内存在的爆炸性物质是推动爆炸事故发生的危险能量源，爆炸性物质的理化特性及其存在的量是影响爆炸事故后果的主要指标，因此，爆炸危险环境是爆炸事故发生的第一类危险源。另一方面，在石油化工、钢铁冶炼、煤炭生产等高危行业，正常操作或预期故障运行过程中可燃物质泄漏释放难以避免，爆炸性环境的形成由生产系统自身性质与结构所决定，并对系统的整体安全始终构成潜在威胁，从这个角度讲，爆炸危险场所是固有的、难以避免的，是爆炸事故发生的固有危险源[6]。

2防爆电气设备

2.1爆炸防护原理

燃烧和爆炸的本质是可燃性物质在空气中的氧化反应，可燃性物质、空气和点燃源是爆炸事故发生的三个基本条件，即为爆炸三要素。根据这三要素，可制定爆炸预防与防护的基本措施，如图1所示。(1)采用合理的工艺流程，防止可燃性物质与空气接触形成爆炸性环境，抑或采取措施防止爆炸性环境中可燃气体或粉尘的含量到达可燃性物质的爆炸极限；(2)严格控制点燃源，采取措施消除潜在点燃源或防止潜在点燃源转变成有效点燃源，降低有效点燃源出现的可能性；(3)避免有效点燃源与爆炸性环境接触，或降低二者同时出现的可能性；(4)切断爆炸传播途径，减弱爆炸压力和冲击对人员、设备和建筑的损坏等。

图1　爆炸预防与防护原理[7]

爆炸预防和防护的基本原则是尽量降低爆炸性环境、有效点燃源及其二者同时出现的可能性，防止爆炸事故产生；当爆炸事故难以避免时，应及时采取措施，控制事故发展，削弱爆炸危害。因此，针对防爆电气，应根据自身防爆原理及结构特点对其防护措施进行分析。

2.2防爆电气防护措施及关键参数

防爆电气设备是集点燃源和爆炸防护措施于一体的一类特殊电气设备。它一方面既是爆炸性环境的潜在点燃源；另一方面又具备一定的爆炸预防和防护能力，是保证安全生产、防止爆炸和火灾事故发生的重要设备。

电气设备的主要点燃源为电火花及危险高温热表面，为防止电气火花及高温热表面成为爆炸性环境的有效点燃源，防爆电气设备常用的防爆型式有隔爆型、本质安全型、增安型、正压型、油浸型及浇封型等。根据爆炸预防与防护原理，各类型防爆电气设备采用的安全防护措施各不相同，不同措施对应的关键参数必然存在一定差异，具体见表2。

表2　防爆电气设备安全防护措施及关键参数

各类型防爆电气采取不同的防护措施进行爆炸防护，可达到的爆炸防护能力各不相同。根据防爆电气设备防护级别(Equipment Protection Level, EPL)，爆炸性气体环境用防爆电气设备可分为Ga、Gb、Gc三个级别，其中Ga级设备防护能力最高，成为爆炸性环境有效点燃源的概率最低；对于爆炸性粉尘环境可分为Da、Db、Dc三个级别。其中Da级设备防护能力最高，防爆电气设备保护级别及保护特性如表3所示[8-9]。

表3　防爆电气设备保护级别及保护特性

3防爆电气设备的选型

爆炸危险环境和防爆电气设备是易燃易爆工业生产中存在的两个主要危险因素。由爆炸性混合物形成的爆炸危险场所是固有的、难以避免的，是事故发生的第一类危险源；防爆电气设备具备一定防爆性能，这类防爆性能一旦失效，将不可避免地成为爆炸危险场所的有效点燃源，按照两类危险源的观点，可将其理解为爆炸事故发生的第二类危险源。防爆电气设备的选型就是在对爆炸危险环境和防爆电气设备充分分析理解的基础上，按照GB 3836.14—2014《爆炸性环境 第14部分:场所分类 爆炸性气体环境》及GB 3836.15—2010《爆炸性气体环境用电气设备 第15部分：危险场所电气安装(煤矿除外)》的相关要求，根据环境和设备二者之间的匹配关系选择具备适当防爆性能的设备。防爆电气设备的选型应充分考虑安全性和经济性两个方面的原则。其中，安全性最为重要，应在保障安全性的前提下尽量提高经济性，降低防爆电气设备的运行维护成本。

为保障防爆电气设备的安全性，防爆电气的选型必须与爆炸性混合物的危险程度相适应，这是防爆电气设备选型的首要原则。爆炸性环境出现频率是爆炸性混合物危险程度的重要指标，爆炸危险环境出现的频率越高，所选用防爆电气设备成为点燃源的概率应越低，以使二者同时出现的可能性尽可能低[10]，如图2所示。

图2　爆炸性环境与防爆电气设备选型关系

因此，对爆炸危险区域的正确划分是防爆电气设备合理选型的关键。当前，爆炸危险区域划分主要依靠区域划分图例及经验进行，人为影响因素较大[10]。另外，绝大多数企业直接在厂区平面图上划分二维爆炸危险区域，这种区域划分图难以体现三维区域空间爆炸性混合物出现的可能性和持续时间，势必为设备选型留下隐患，最终导致防爆电气设备点燃爆炸性混合物的可能性升高，爆炸危险性增大。通常，爆炸性混合物的危险程度主要涉及到的指标还包括：爆炸性混合物的类别、温度组别以及危险区域的级别等，同时还应考虑到安装场所的危险程度，如周围环境温度及密闭状态等。

4防爆电气设备使用危险性

4.1防爆电气设备的安装

防爆电气设备的安装需要由专业人员按照相关标准完成，是保证防爆设备整体防爆性能的重要环节。在防爆电气设备安装过程中不符合标准为设备后期的使用留下安全隐患，造成防爆性能部分或完全丧失，致使其在使用过程中爆炸风险大大提高。通常，在安装过程中最易出现的问题是：(1)安装不到位，造成设备爆炸防护能力不全或不完整；(2)安装错误或未采用有效措施进行安装，常易造成防爆设备防爆性能完全丧失；(3)过度安装，造成防爆电气设备难以发挥最佳防护性能。

规范有效的安装是防爆电气设备综合防护性能实现的有效保障，而不规范的安装往往是事故发生的重要因素。在工程安装中，安装单位为保障安装质量常会根据安装需要制定相应施工工艺文件，并聘请专业人员进行工程监理，但安装问题依然无法完全避免，常出现的一些共性问题主要集中在：(1)电气设备未可靠接地；(2)电缆引入装置安装不可靠；(3)电气布线不合理等。工程中出现的错误安装及不可靠安装是防爆电气设备防爆性能失效的重要因素，会直接造成防爆电气设备发生危险。

4.2防爆电气设备使用老化

防爆电气设备长期应用在爆炸危险环境中，使用环境往往具有一定的腐蚀性，环境适应性是不得不考虑的重要问题。防爆电气设备在设计制造时会根据使用环境选用相应的材料，制造完成后会根据使用条件进行环境试验，以验证是否具备在相应环境中长期服役的能力，环境适应性测试是防爆电气设备防爆性能检测的重要项目。目前，使用年限超过15年的陈旧防爆电气设备数量特别巨大。随着服役年限的日益增长，防爆电气设备老化现象日益严重，已成为影响防爆电气防爆性能的主要因素。

防爆电气设备使用过程中出现的老化现象主要表现为非金属材料材质劣化及金属材料锈蚀等。如塑料、橡胶等功能部件因材质劣化失去原有的机械性能或电气性能等，直接表现为防爆电气设备关键参数不满足设计及使用要求，致使防爆电气性能部分或完全丧失，如电缆护套以及电缆引入口的密封圈严重老化等。金属材料在使用过程中常易受到环境腐蚀而产生锈蚀，造成材料有效厚度减薄，从而使设备机械强度不满足使用要求，难以抵御爆炸冲击波的冲击。另外，对于隔爆型防爆电气，隔爆结合面锈蚀将使设备隔爆性能失效，造成隔爆型电气设备综合防爆性能失效。

4.3防爆电气设备维护管理

防爆电气设备在使用过程中因老化而造成防爆性能降低或失效等问题不可避免。使用单位自身应建立防爆电气设备的日常检查维护制度，安排专业人员对防爆电气设备进行定期检查及维护管理，及时发现问题、消除事故隐患。

设备维护管理工作是减少事故隐患的有效手段，但不规范的检查维护工作同样是事故隐患形成的重要原因。这些因素主要表现在：(1)设备检查维护不及时；(2)设备维护管理不到位；(3)不按照标准规范进行维护等方面。其中，维护管理工作的不及时和不到位是设备综合防爆性能降低的重要原因，而不按规范进行维护管理是设备诱发事故的主要因素，是当前防爆电气设备维护管理工作的主要问题。

5结语

爆炸危险环境及防爆电气设备是爆炸事故发生的主要危险因素。爆炸危险环境的形成是爆炸事故发生的前提；防爆电气设备防爆性能失效是爆炸事故的触发因素。防爆电气设备集点燃源和爆炸防护措施于一体，爆炸防护措施失效必然导致综合防爆性能降低或丧失，成为爆炸危险环境的有效点燃源。防爆电气设备爆炸危险性不仅与爆炸危险环境和设备自身结构密切相关，同时还与防爆电气设备选型、使用等环节联系紧密。选型不合理将直接导致防爆电气设备的防爆性能达不到爆炸危险场所的使用要求，无法避免潜在点燃源转变为有效点燃源；使用环节造成的危险性主要体现在设备安装、使用老化及维护管理三个方面，这是防爆电气设备爆炸防护性能缺失的重要环节。

参考文献

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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

作者简介：王新华男1980年生；博士，教授级高级工程师，现从事防爆设备安全检测、评估及认证工作.

中图分类号：TM357

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2016)01-0001-005

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.01

基金项目：*国家质检总局科技计划项目：典型工业电气防爆危险分析及爆炸风险评估方法研究(项目编号：2013QK100)