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爆炸性气体环境的基本知识

   一、引言

  随着石油、化工、煤矿等工业的发展,防止爆炸性事故的发生,越来越引起人们的重视,但是在生产过程中又难免会产生爆炸性物质的泄漏,形成爆炸性气体危险场所。

  据资料介绍,煤矿井下约有2/3场所,石油开采和精炼厂约有60%-80%场所为爆炸性危险场所,所以使用在这些场所的电气设备都必须采取防爆措施,才能避免成为危险点燃源。

  二、爆炸的基本观念

  要了解爆炸就要熟悉燃烧现象。燃烧现象的出现同时具备以下三个条件:即要有可燃物质、助燃物质和点燃源,三者缺一不可。

  燃烧是一种化学反应。它是可燃物质在点燃源能量的作用下,在空气或氧气中,进行化学反应,引起温度的升高,释放出热辐射及光辐射的现象。如果燃烧速度急剧加快,温度猛烈上升,导致燃烧生成物和周围空气激烈膨胀,形成巨大的爆破力和冲击波并发出强光和声响,这就是爆炸。

  爆炸分凝聚相爆炸和分散相爆炸两类。凝聚相爆炸指炸药类的爆炸,分散相爆炸指爆炸性气体环境中形成的爆炸。

  三、爆炸性气体(蒸气)混合物的几个主要参数

  1、闪点:

  闪点是指在标准条件下,使液体变成蒸气的数量能够形成可燃性气体/空气混合物的最低液体温度。

  液体的闪点越低,引燃的危险程度越大。如环氧丙烷的闪点为-37.2℃,不仅在冬天户外场所蒸发蒸气,而且在常温时会快速蒸发蒸气。

  液体周围环境温度是影响液体蒸发的主要依据。我国规定了最高环境温度为45℃作为分界线,闪点高于45℃的称可燃性液体;闪点低于45℃的称易燃性液体。

  可燃性液体在常温储存没有爆炸危险性。但当可燃性液体呈雾状颗粒状态及操作温度高于液体闪点时同样有爆炸危险性。

  2、爆炸极限与范围:

  爆炸极限是指可燃性气体(蒸气)与空气形成的混合物,能引起爆炸的最低浓度(爆炸下限)或最高浓度(爆炸上限),介与爆炸下限和上限中间的浓度范围称爆炸范围。

  爆炸范围越大,则形成爆炸性混合物的机会越多;爆炸下限越低,则形成爆炸的条件越易。

  3、相对密度:

  密度是指单位体积的物质质量。相对密度是指可燃性气体(蒸气)与空气密度的比值(空气为1)。

  相对密度是研究爆炸性混合物扩散范围的重要依据。比空气轻的可燃性气体(蒸气)会扩散至周围空间的上部区域,比空气重的可燃性气体(蒸气)停留在周围的空间下部区域。

  四、爆炸性气体(蒸气)混合物的分类、分组

  1、爆炸性气体(蒸气)混合物分类:

  中国:Ⅰ类(煤矿井下甲烷气)、Ⅱ类(工厂内的爆炸性气体混合物)、Ⅲ类(爆炸性粉尘和纤维)

      北美: ClassⅠ(爆炸性气体);ClassⅡ(爆炸性粉尘);ClassⅢ(纤维)为适合隔爆型及本质安全型电气设备设计选型要求又将气体分成ⅡA、ⅡB、ⅡC类三种。

爆炸性气体环境基本知识图1.png

  2、爆炸性气体(蒸气)混合物分级的比较:

爆炸性气体(蒸气)混合物分级我国和IEC一样,与北美不同,见下表:

爆炸性气体环境基本知识图2.png

      3、爆炸性气体(蒸气)分组我国和IEC一样,北美与IEC基本相同,只是更细而已,对应关系见下表:

爆炸性气体环境基本知识图3.png

    4、防爆标志举例:

爆炸性气体环境基本知识图4.png

  五、爆炸性气体(蒸气)环境的划分

  1、爆炸性气体(蒸气)环境的分区:

  世界各国对危险场所区域划分不同,但大致分为两大派系:我国和大多数欧洲国家采用国际电工委员会(IEC)的划分方法,而以美国和加拿大为主要代表的其他国家则采用北美划分方法。

  1)我国对爆炸性危险场所划分的依据:

  GB3836.14-2000《爆炸性气体环境用电气设备第14部分危险场所分类》

  GB50058-1992 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》

  根据爆炸性气体(蒸气)环境出现的频率和持续时间把危险场所分为以下区域。

  0区:爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。

  1区:在正常运行时,可能出现爆炸性气体环境的场所。

  2区:在正常运行时,不可能出现爆炸性气体环境,如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。

  另外,按英国专家R.H卡恩迪根据持续时间的概念论述:

  0区:每年至少出现1000h;

  1区:每年在10—1000h;

  2区:每年在10h以下。

  2)北美国家将爆炸性危险场所划分两个区域:

  (1) Division 1(1区):在正常工作条件下,可能存在爆炸性或可燃性混合物的场所(包括气体、粉尘和纤维场所)。

  (2) Division 2(2区):仅仅在故障条件下或其他异常情况下,偶尔地或短时间地存在爆炸性或可燃性混合物的场所(包括气体、粉尘和纤维场所)。

  从定义可以看出两个区域(Zone和Division)划分的方法存在很大的差异,它们之间的近似对应关系见下表:

爆炸性气体环境基本知识图5.png

  2、释放源

  释放源是指可能把可燃气体、薄雾或液体释放到大气中以至形成爆炸性混合物的某个部位或某个点。

  每一台加工设备:如罐、泵、管道、容器等都应视作潜在的可燃性物质的释放源。如果这类设备不再盛装可燃性物质,很明显它的周围就不会形成爆炸区域。如果这类设备盛装可燃性物质,但不向大气层释放,同样是潜在的释放源,如果设备向大气中释放可燃物质,首先要确定大概的释放频率和持续时间,来确定释放源的级别。

  1)连续级释放源

  连续释放或预计长期释放的释放源。如:处理容器的内部,与大气相通的储罐,在储油(液)槽中油(液)上方的蒸气空间和低于水平面的空间等。

  2)第一级释放源

  正常运行时,预计可能周期性或偶尔释放的释放源。如:设备正常运行时,会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封件处;正常操作时会向大气释放物质的取样点3)第二级释放源

  在正常运行时,预计不可能释放,如果释放也仅是偶尔和短时释放的释放源。如:法兰、管接头、连接件;在正常运行时不可能出现释放的泵、压缩机和阀门的密封件处、安全阀、排气孔。

  4)多级释放源

  由上述两种或多种级别组成的释放源。按连续级或第一级释放源来划分。

  3、通风:

  由于风力、温度梯度或人工通风(如风扇或排气扇)作用可造成的空气流通和新鲜空气与原来空气置换。通风可以促进消散,加强通风效果,可以降低危险区域的等级和缩小危险区域的范围。

  通风有自然通风、一般机械通风、局部机械通风、无通风区分。

  自然通风和一般机械通风:连续级释放源可导致0区,第一级释放源可导致1区,第二级释放源可导致2区。设备工艺装置应尽量在露天、敞开式布局达到良好的通风效果;局部机械通风比上述通风更有效。

  无通风:连续级释放源、第一级释放源可导致0区,第二级释放源可导致1区。

  4、爆炸性气体(蒸气)环境的范围:

  影响区域范围的因素有:可燃性气体释放量、释放速度、释放浓度、通风、障碍物、易燃液体的沸点、爆炸下限、闪点、相对密度、液体浓度等。一般应通过计算来确定。


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