非电气设备防爆技术简介及应用初探

郦杭川

(上海仪器仪表自控系统检验测试所，上海 200233)

非电气设备防爆技术简介及应用初探

郦杭川

(上海仪器仪表自控系统检验测试所，上海 200233)

针对国内防爆电气设备的设计及应用已相对普及，但非电气设备的防爆应用还处于起步阶段的现状，对非电气设备防爆技术的基本原理及实现方法进行阐述。简要介绍我国爆炸性环境非电气设备标准化历程。详细阐述非电气设备防爆技术核心部分——点燃源识别与评定的要点、通用办法及相关工具。结合爆炸性环境非电气设备的相关标准，对非电气设备不同防爆型式的特点及一般实现方法进行介绍；与较为成熟且广泛应用的现有电气设备防爆型式作比较，从实现成本、难度等角度，简单评价非电气设备各种防爆型式的优劣势，并给出推荐应用范围。以某型号航空煤油顶升平台为实例，以其结构、预期使用工况等客观条件为基础，采用点燃源评定作为工具，对各非电气部件可能存在的点燃源进行深入分析，逐一识别点燃源并根据相应防爆技术标准提出解决办法，最终形成该顶升平台Ⅱ类设备评定表。

非电气设备； 防爆； 点燃源； 故障； 保护型式； 认证； 检测

0 引言

随着我国最近20年来在石油化工、医药等领域的飞速发展，以及国家对生产安全的日益重视，防爆电气产品在石油化工、医药等存在爆炸危险环境的场所中得到普及和广泛的应用。目前，我国对防爆电气产品实行强制管理和认证的措施，采取了防爆合格证、防爆产品生产许可证和矿用电气产品煤安标志(MA)认证制度，对防爆电气产品的设计和制造以及制造商能力的评定制定了体系化的评价制度。

然而，随着防爆理论及产品实现技术的进一步发展和完善，原有防爆理论的局限性日益凸显。我国现行的电气设备防爆标准主要为GB 3836系列及GB 12476系列，主要针对电气防爆产品的设计、开发、制造及认证，对于非电气设备的潜在点燃源并未涉及。在国际范围内，这一局限性很早就得到了重视。欧盟范围内，自2001年起陆续发布了EN 13463系列标准。该系列标准旨在对非电气设备的潜在点燃源进行分析，针对不同类型点燃源提出对应措施，确保非电气设备在危险场所中的安全应用。而我国已于2010年正式发布了GB 25286系列标准，以作为我国非电气设备防爆实现的基础准绳。该系列标准与欧盟EN 13463系列标准相比，除设备分类名称与部分附录外，内容基本一致。

1 点燃源评定

根据GB 25285.1-2010《爆炸性环境 爆炸预防和防护 第1部分：基本原则和方法》，危险现场应考虑以下点燃源：热表面、火焰和热气体(包括热颗粒)、机械产生的火花、电气设备引起的电火花、杂散电流及阴极保护、静电、雷电、电磁波、电离辐射、超声波、绝热压缩和冲击波、放热反应等[1]。GB 25286系列标准没有完整的技术要求一览表，除表面温度、壳体材质、粘结材料、接地要求等与电气设备防爆通用要求相类似的条款外，主要采用点燃源危险评定来代替具体的技术要求。点燃源危险评定的主要目的是对产品或设备所有点燃源进行分类评估，并制定相对应的一整套符合GB 25286系列标准要求的保护措施，给出针对各种点燃危险的解决方案。

常规的点燃源评定流程如图1所示。应用于不同等级危险场所中的非电气设备，其点燃源评定所采用的评定表亦有所区别[1]。

图1 点燃源评定流程图

对于点燃源评定，一般来说分为以下三个步骤。

(1)应确定非电气设备点燃源类型，此阶段应充分考虑下列情况。

①产品预期或可能的应用情况。

②产品不同运行阶段所带来的变化(启、停、变负载、过载等)。

③环境对产品的影响(温度、湿度、气压等)。

④材料参数。

⑤机械部件之间的相互影响。

⑥人为因素。

⑦对于Ga/Da级设备，还应考虑不同故障的组合。

(2)对于潜在点燃源进行分析评估，确认其成为有效点燃源的频率。此阶段应在已确定潜在点燃源的基础上，全方位考虑产品全生命周期内工作、维护过程，对故障的出现进行识别、分析及分类，并最终对潜在点燃源的频率进行分类(正常工作、预期故障或罕见故障)。

(3)确定合适的保护措施。所谓合适的保护措施，应符合GB 25286系列标准的相关要求。保护措施根据其出发点的不同，可分为以下几类。

①防止点燃源出现的措施(结构安全型“c”)。

②确保点燃源不能成为有效点燃源的措施(控制点燃源型“b”)。

③防止爆炸性危险环境与点燃源接触的措施(限流外壳型“fr”，液浸型“k”)。

④承受爆炸并阻止火焰传播的措施(隔爆外壳型“d”)。

需要注意的是，保护措施应着眼于非电气产品全生命周期，特别是安装、使用、维护及维修过程。对于每一条保护措施，必须有充分的证据证明其可靠性。所谓“充分的证据”，可能是通过产品设计阶段实现的，也可能是对产品安装、维护、使用有固定要求，又或是认证机构通过产品进行测试而评定合格的。无论哪种情况，均需在产品技术文件(认可图纸、企业标准、使用说明书、测试报告等)中进行详细说明。

2 GB 25286系列标准及应用

2.1 GB 25286.1-2010标准

GB 25286.1-2010标准规定了爆炸性环境用非电气设备的基本方法和要求。本标准为修改采用EN 13463-1:2001制定，与后者的主要区别为设备等级的标志。为了与GB 3836系列标准的表述趋于一致，将后者所定义的设备等级，依照EPL等级(设备保护级别)定义进行了修改[2]。此外还增加了规范性附录E，对取得防爆合格证的检验程序进行说明；删除EN 13463-1:2001中与GB 25286无关的附录A[3]。

本标准阐述了在爆炸性危险环境中使用的非电气防爆设备的设计、制造、检验检测、维护基本要求。标准内容主要分为三大部分：设备分类、点燃源评定及型式试验通用要求。由于危险现场环境比较复杂，且对于应用在不同等级爆炸性危险环境中的非电气防爆设备，其结构要求有所区别，因此对设备进行正确的分类，是非电气防爆设备实现的基础。这样既能保证产品能够达到要求的防爆保护等级，又能避免过度设计、保护，增加产品成本。

另外，本标准对机械试验、温度测试、与防爆性能相关的设备非金属部件的试验、热冲击试验进行了规定，对上述试验的测试方法、样品要求、测试结果接受条件等进行了详细的描述。该部分内容与GB 3836.1-2010的相应条款要求基本趋于一致。

2.2 GB 25286.2-2010标准

本标准规定了限流外壳型设备的设计、检测及接受条件等基本要求。限流外壳保护的基本理念是通过限制外壳周围的爆炸性危险介质进入外壳内，使其在外壳内的浓度始终低于该种介质的爆炸下限，从而达到防止爆炸的目的[4]。采用本标准所规定保护型式的非电气设备，其外壳外部环境仅在极少数情况下可能成为爆炸性危险环境；即使爆炸性危险环境出现，其持续时间也极短。采用限流外壳型保护的设备，其使用局限性较大：首先，设备仅可使用在Gc、Dc环境，即气体2区及粉尘22区内；其次外壳本身不得成为点燃源。本标准主要对限流外壳的内外温差进行了定量阐述，并对外壳强度、弹性衬垫、浇封复合物等作出了规定。

2.3 GB 25286.3-2010标准

本标准规定了隔爆外壳型设备的基本要求。其基本原理为采用高机械强度的外壳，将爆炸限制在外壳内部；设置隔爆接合面，使得外壳内发生爆炸时产生的火焰沿隔爆接合面向壳体外传播，并在传播过程中，消耗火焰能量，降低火焰温度，并最终确保火焰在传播至壳体外部前熄灭[5]。隔爆外壳作为一种成熟防爆保护措施，已在电气防爆产品上得到了广泛的应用。本标准中隔爆面参数、隔爆性能相关的外壳部件要求等，均直接引用GB 3836.2-2010标准相应内容，仅在文字描述上有所区别。

2.4 GB 25286.5-2010标准

本标准规定了结构安全型设备的基本要求。结构安全型保护措施的原理为从产品机械设计、制造工艺、材料选择及使用维护等方面入手，采用合理措施，降低产品产生故障进而发展为点燃源的概率至可接受范围[6]。从防护理念上来说，结构安全型是一种主动防护技术。因此，在设计之初，就应充分考虑目标产品的整体结构、预期工况及环境影响，对产品的薄弱环节进行分析与评估。通过改变选材、增强结构强度或提出有限制的使用条件等方法，确保点燃源不会产生。

2.5 GB 25286.6-2010标准

本标准规定了控制点燃源型设备的基本要求。潜在点燃源成为有效点燃源的过程，往往伴随着某些物理量的变化，如温度变化、速度变化、压力变化等。如果这些物理量可测，且转变速度在一定范围以内，则可以采取一定的监测措施，直接或间接对转变相关的物理量进行跟踪测量，从而起到预警作用[7]。控制点燃源型保护措施正是基于以上原理。首先，对非电气防爆设备的工作状况进行分析，必要时，还需采取样机测试的方法，得到设备额定工况下与点燃源形成有关的各物理量正常运行值；在此基础之上，设定一个不会导致潜在点燃源转变为有效点燃源的故障运行值。然后采用一个或多个传感器，对上述物理量进行检测，若高于设定的故障运行值，则通过报警或连锁停止运行的方式来确保有效点燃源不能生成。

2.6 GB 25286.8-2010标准

本标准规定了液浸型设备的基本要求。液浸型保护措施原理为使潜在点燃源浸没在保护液体中，或用保护液体形成流动膜，连续覆盖被保护设备表面，从而达到有效隔离爆炸性危险环境与点燃源的目的[8]。液浸型设备保护原理与电气防爆中的油浸型“o”类似，但液浸型保护措施允许保护液体为导电液体，这是与油浸型的最大区别。标准主要对承载保护液体的外壳强度及密封性、保护液体自身特性、液位高低等作出定性规定，以确保液浸型保护的有效性。

3 应用实例

某型号顶升平台用于带有直升机平台的大型商船，其主要功能是将下甲板面燃油仓的航空煤油运输到直升机平台，供直升机加油。由于顶升平台所处井道与燃油仓直接连通，且燃油仓划分为2区爆炸性气体危险环境，故顶升平台必须作防爆设计。根据生产厂家及用户协商，顶升平台将按照Gb级设备进行设计。

顶升平台系统的工作原理如下：油泵将油箱内的液压油通过高压软管泵入液压缸内；液压缸顶升与之硬连接的动轨道则通过钢丝绳、滚轮提升升降平台；定轨道与动轨道、动轨道与升降平台间均采用符合轴承连接，轨道内填充润滑脂。

整套顶升平台主要由以下三部分组成。

①升降平台门架机构，包括定轨道、动轨道、升降台、拉升钢缆、滚轮等。

②液压泵站，包括电机泵组、油箱组件、控制阀组等。

③液压电控系统，包括电气控制箱、按钮盒等。

电气防爆产品主要包括电机、电磁阀、油箱液位计、电气控制箱、按钮盒、接近开关等。所有电气产品均为取得防爆认证的产品，级别均不低于ⅡBT4。设备之间的连接采用阻燃电缆，安装措施符合GB 52027标准相关要求。

非电气防爆设施/部件主要包括油箱组件、液压缸、轨道、符合轴承、拉升钢缆、滚轮等。其中液压缸内填充HV46抗磨液压油，额定工作压力4 MPa，并在液压缸与油箱间安装溢流阀，保证液压缸内压力不大于4 MPa；同时在液压缸上设置液控单向阀，防止液压缸因故障突然失压时升降平台跌落。

通过对顶升平台的常规工作状态及工况进行分析，得出以下潜在点燃源：①泵组件轴承磨损；②泵与电机驱动轴之间偏轴；③油箱油量减少导致泵组件干运行；④轨道轴承滚动摩擦；⑤钢丝绳与滚轮间的摩擦；⑥轨道轴承磨损；⑦钢丝绳磨损；⑧液压缸内的压力或油温过高；⑨航煤油桶与顶升平台间的冲击所产生的机械火花；⑩静电积累。

参照GB 25286系列标准，对上述点燃源进行点燃评定，具体如表1所示。

表1 点燃判定

续表1

综合电气防爆方面内容，最终考虑给予顶升平台系统如下防爆标志：Ex d mb b c ⅡB T4 Gb。

4 结束语

本文介绍了我国GB 25286系列非电气设备防爆标准的产生背景、基本信息，并对各分标准的主要内容进行了阐述；此外，还通过标准条款及实例应用，着重对点燃源评定这一非电气防爆领域中新出现的评价方法进行了分析与说明。非电气防爆与电气防爆既相辅相成，又各有不同。最大的特点是其目标设备的多样性、防爆措施实现的灵活性。

针对非电气防爆设备的设计、制造与认证，生产厂家与认证机构两者联合，对设备实际应用工况、环境特征等有充分的了解，识别所有潜在及有效点燃源，并选择正确的防爆措施。目前，国内实际参与非电气防爆产品设计制造的生产厂家数量很少，在非电气防爆产品的实现上，没有前例可依。在此，希望更多的生产厂家加入非电气防爆设备研究行列中，积累更多的应用经验，普及非电气防爆设备的使用，进一步增加爆炸性危险环境的安全性。

[1] 国家质量监督检验检疫总局.GB 25285.1-2010 爆炸性环境 爆炸预防和防护 第1部分：基本原则和方法 [S].北京：中国标准出版社，2010.

[2] 国家质量监督检验检疫总局.GB 3836.1-2010 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求[S].北京：中国标准出版社，2010.

[3] 国家质量监督检验检疫总局.GB 25286.1-2010 爆炸性环境用非电气设备 第1部分：基本方法和要求[S].北京：中国标准出版社，2010.

[4] 国家质量监督检验检疫总局.GB 25286.2-2010 爆炸性环境用非电气设备 第2部分：限流外壳型“fr”[S].北京：中国标准出版社，2010.

[5] 国家质量监督检验检疫总局.GB 25286.3-2010 爆炸性环境用非电气设备 第3部分：隔爆外壳型“d” [S].北京：中国标准出版社，2010.

[6] 国家质量监督检验检疫总局.GB 25286.5-2010 爆炸性环境用非电气设备 第5部分：结构安全型“c” [S].北京：中国标准出版社，2010.

[7] 国家质量监督检验检疫总局.GB 25286.6-2010 爆炸性环境用非电气设备 第6部分：控制点燃源型“b” [S].北京：中国标准出版社，2010.

[8] 国家质量监督检验检疫总局.GB 25286.8-2010 爆炸性环境用非电气设备 第8部分：液浸型“k” [S].北京：中国标准出版社，2010.

A Brief Introduction and Preliminary Investigation of Application of Explosion-Proof Technology for Non-Electrical Equipment

LI Hangchuan

(Shanghai Inspection and Testing Institute of Instruments and Automation Systems,Shanghai 200233,China)

The design and application of the explosion-proof electric equipment have been relatively popular in our country,but the explosion-proof application of non-electric equipment is still in the initial stage,in accordance with this current situation,the basic principle and implementing method of the explosion-proof technology for non-electric equipment are described.The development process of the standardization for non-electric equipment under explosion environment in our country is introduced briefly.The kernel parts of the explosion-proof technology for non-electric equipment,i.e.,the key points,common method and related tools for recognition and evaluation of the ignition sources are presented in detail.Combining with the relevant standards of non-electric equipment under explosion environment,the features of different explosion-proof types and the general implementation method are introduced; and compare with existing explosion-proof types of the widely used and mature electric equipment,the advantages and disadvantages of various explosion types of non-electric equipment are evaluated from the implementing costs and difficulties; and the recommended applicable areas are given.With a certain model of top lift platform of aviation kerosene as example,on the basis of some objective conditions,such as its structure and the expected operational conditions,by using evaluation of ignition source as the tool,the possible existence of ignition sources in each non-electric part are analyzed in detailed,the ignition source is recognized one by one,and the solution is proposed in accordance with relevant standard of explosion-proof technology,the evaluation table of the Class II equipment in this top lift platform is formed finally.

Non-electrical equipment; Explosion-proof; Ignition source; Malfunction; Protection type; Certification; Detection

郦杭川(1983—)，男，学士，工程师，主要从事防爆产品认证方向的研究。E-mailc:lihc@sipai.com。

TH-3;TP206+.1

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201705018

修改稿收到日期：2017-02-06