在危险场地出现爆炸性环境往往是因为有危险物质的释放源存在,释放源有各种形式,有可能是连续的排放,也可能是间歇性操作时泄露的,或者是在故障状态下才会偶尔出现,所以不同类型的释放源,以及离释放源的距离不同导致工业场所中不同区域形成爆炸性环境的概率不同。
另一方面,采用不同防爆技术的防爆设备可以达到的安全性不同,相应成本也不同,而且很多设备由于结构特点决定,不可能实现较高的安全等级。对整个工业场所无论爆炸风险高低都要求安装使用最高等级的防爆设备,技术上和经济上都不现实。
因此,通过对危险场地按其风险高低进行分区,并限定每一处危险分区的具体空间范围,基于分区的等级对不同危险区域选取合适安全等级的设备是防爆安全理论的基础。
按应用,防爆场地可以分为煤矿和非煤矿两大类型。
非矿场地又可以进一步分为气体和粉尘两种爆炸性环境。气体场地按爆炸性环境出现的概率分为0区,1区,2区三个等级。0区的风险等级最高。0区的定义是爆炸性环境可能长时间或连续出现的区域,定量的划分是出现概率超过1000小时每年。1区的定义是爆炸性环境可能间歇性或偶尔出现的区域,定量的划分是出现概率在10至1000小时每年之间。2区是最低风险等级,2区的定义是爆炸性环境不太可能出现,只有在特殊条件或故障状态下才会偶尔出现的区域,定量的划分是出现概率小于每年10小时。如果爆炸性环境出现的概率小于每年1小时,则该场地可以被认为是安全区域。类似的粉尘场地也被划分为3个风险等级,即20区,21区和22区。
煤矿场地不按空间区域进行分区。
如下图所示的储油罐,在罐内汽油液面以上的区域,由于汽油的挥发爆炸性区域连续存在,所以被划分为0区。在油罐上方有一个通风口,油气可以通过通风口排出,但在室外开放性的环境中油气可以自由扩散,爆炸性环境仅间歇性出现(油气浓度达到爆炸浓度下限),所以通风口外半径三米内的区域被定为1区。由于油气的比重较空气重,可能沿储油罐外壁蔓延,所以储油罐外壁三米内的区域被定为2区。这个示例主要是为了让一般读者直观的理解分区,实际情况往往会更加复杂。
分区依据的标准是IEC 60079-10-1(气体)和IEC 60079-10-2(粉尘)。
IEC 60079-10-1:2015
Explosive atmospheres –
Part 10-1: Classification of areas – Explosive gas atmospheres
IEC 60079-10-2:2015
Explosive atmospheres –
Part 10-2: Classification of areas – Explosive dust atmospheres
分区的主要方法是通过对泄露源的识别和分析,评估每一个区域出现爆炸性环境的概率。分区需要考虑很多因素,比如释放源物质特性(是否可燃,爆炸浓度下限,空气比重等),生产工艺,释放源的释放类型,释放的位置是在房间或设备的内部还是外部,有没有阻挡物,如果室外排放,当地的气候,风向和风速情况,如果是释放源在室内或设备内部,是否有自然通过,强排风和稀释的措施,空间是否有分隔。
由于分区的复杂性和高风险,分区工作对人员要求很高,执行分区的人员既需要有扎实的防爆和分区理论知识,又需要有丰富的实践经验,还要有很强的学习和沟通能力,能够检索和阅读参考资料,并能与设备开发人员和工艺人员交流,快速了解生产工艺。
防爆设备按矿用或非矿分成两组,ATEX指令用罗马数字I和II表示,在中国业内一般把非矿设备叫做厂用设备。IEC又进一步把厂用设备按气体和粉尘分为II类和III类设备。ATEX指令将厂用设备按安全等级分为3级,分别为1类,2类,3类设备,并用G和D分别表示气体和粉尘。1类设备的安全等级最高。1类2类3类设备分别可以安装或使用于0/20区,1/21区,2/22区,并且可以向下覆盖。IEC的设备类别用EPL表示,并用a,b,c对应0/20区,1/21区,2/22区使用的设备。
虽然煤矿场地不按区域分区,但矿用设备依其使用情况可以分为两类,在瓦斯超标时可以断电停止使用(一般生产性设备)的设备被划分为M2类或者EPL Mb,在瓦斯超标时必须继续使用(报警设备,排风设备,救生设备等)的设备被划分为M1类或者EPL Ma。
从风险等级看,M1类设备与1类设备的风险等级相同,M2类设备与2类设备的风险等级相同。
设备保护级别 “Ga”、“Gb”、“Gc”、“Ma”或“Mb”。
设备保护级别(EPL):根据设备成为点燃源的可能性和爆炸性气体环境、爆炸性粉尘环境及煤矿甲烷爆炸性环境所具有的不同特征而对设备固定的保护级别。
─Ma级(EPL Ma):安装在煤矿甲烷爆炸性环境中的设备,具有“很高”的保护级别,该级别具有足够的安全性,使设备在正常运行、出现预期故障或罕见故障,甚至在气体突然出现设备仍带电的情况下均不可能成为点燃源。
─Mb级(EPLMb):安装在煤矿甲烷爆炸性环境中的设备,具有“高”的保护级别,该级别具有足够的安全性,使设备在正常运行中或在气体突然出现和设备断电之间的时间内出现的预期故障条件下不可能成为点燃源。
─Ga级(EPLGa):爆炸性气体环境用设备,具有“很高”的保护级别,在正常运行、出现的预期故障或罕见故障时不是点燃源。
─Gb级(EPL Gb):爆炸性气体环境用设备,具有“高”的保护级别,在正常运行或预期故障条件下不是点燃源。
─Gc级(EPL Gc):爆炸性气体环境用设备,具有“一般”的保护级别,在正常运行中不是点燃源,也可采取一些附加保护措施,保证在点燃源预期经常出现的情况下(例如灯具故障)不会形成有效点燃。
─Da级(EPLDa):爆炸性粉尘环境用设备,具有“很高”的保护级别,在正常运行、出现的预期故障或罕见故障时不是点燃源。
─Db级(EPL Db):爆炸性粉尘环境用设备,具有“高”的保护级别,在正常运行或预期故障条件下不是点燃源。
─Dc级(EPL Dc):爆炸性粉尘环境用设备,具有“一般”的保护级别,在正常运行中不是点燃源,也可采取一些附加保护措施,保证在点燃源预期经常出现的情况下(例如灯具故障)不会形成有效点燃。
本篇,我们简单介绍了常见防爆手段以及设备保护类型。希望对业内人士了解防爆基础知识有所帮助。
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