防爆保护入门指南

基于ATEX和IECEx的设备选型

几乎所有工业应用都可能会形成爆炸性环境。为安全防范爆炸,潜在爆炸区域中的电气设备必须遵守特殊要求、指令和标准。本概览将根据应用为您提供选择合适设备的标准。

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化工厂
引起爆炸的各成分代表

引起爆炸的成分:可燃物质、氧气、点燃源

防爆保护原理

爆炸是一种瞬间释放大量能量的放热反应,会产生强烈的冲击波。
当同时存在可燃物质、氧气和点燃源时,就会发生爆炸。缺少任一成分都不会发生放热反应。

爆炸可通过各种防爆措施实现安全防范。__一级防爆保护__旨在避免出现爆炸性环境,二级防爆保护__则旨在通过排除有效点燃源来安全防范爆炸发生。有效点燃源包括电气设备的电火花和热表面或电弧、静电等。根据具体应用,可使用不同保护原理的__保护类型__来实现二级防爆保护。此外,还存在__三级防爆保护。这类保护通过设计措施将爆炸后果降低到可接受的水平。

次级防爆保护设备选型

以下概述主要针对二级防爆保护。在根据保护类型选择设备时,用户必须分析危险的类型、持续时间和出现频率。根据点燃温度和点燃能量查明点燃源,进而确定危险类型。在危险持续时间和出现频率方面,区域划分与设备类别和设备保护级别相对应。

温度等级 点燃源:热表面

用于II类(气体)潜在爆炸性环境的设备被划分为不同的温度等级 (T1 - T6),表示可能出现的最高设备表面温度。表面温度对于可能与爆炸性气体混合物接触的
电气设备的所有部件都是有效的。
只有当温度等级所指定温度低于气体混合物的点燃温度时,才能使用该设备。标有较高温度等级(即较低表面温度)的设备也可用于点燃温度较高的气体混合物。因此,带有T6标识的设备可用于所有气体环境。

粉尘则不区分温度等级 (T1 - T6)。III类(粉尘)设备直接标识最高表面温度。必须考虑其他粉尘沉积情况。防爆保护原理将提供有关温度限值的更多信息(见下载)。

最高表面温度 (°C)

点燃温度范围 (°C)

示例

温度等级
T1 450 >450 一氧化碳、甲烷、氢气
T2 300 >300 ... ≤450 乙炔、丁烷、乙烯
T3 200 >200 ... ≤300 汽油、硫化氢、环己烷
T4 135 >135 ... ≤200 乙醛、乙醚(无其他物质)
T5 100 >100 ... ≤135 无物质
T6 85 >85 ... ≤100 二硫化碳

按点燃能量分组 点燃源:火花(能量)

用于II类(气体)和III类(粉尘)潜在爆炸性环境的设备分为不同组别(IIA - IIC, IIIA - IIIC),表示该设备的最大点燃能量。
只有当设备的最大点燃能量低于物质(气体或粉尘混合物)的最小点燃能量时,才能使用该设备。带有IIC标识的设备可用于所有种类的气体,而带有IIIC标识的设备则可用于所有种类的粉尘。

气体爆炸性高于粉尘,例如IIB设备可用于IIIC类环境。

所需点燃能量

物质造成的危险

物质示例

组别
IIA +++ + 丙酮、乙烷、氨气、一氧化碳。丙烷、丁烷、汽油、柴油、乙醛
IIB ++ ++ 甲烷、乙烯、乙醚、乙醇、硫化氢
IIC + +++ 氢气、乙炔、二硫化碳
IIIA +++ + 可燃漂浮物,如棉纤维
IIIB ++ ++ 非导电性粉尘,如面粉、木屑
IIIC + +++ 导电性粉尘,如铝粉

区域划分 (2)

区域划分(粉尘)

  • 20区:
    持续、频繁或长时间存在爆炸性环境的场所,爆炸性环境由空气中可燃性粉尘云构成
  • 21区:
    在正常运行时,可能偶尔出现爆炸性环境的场所,爆炸性环境由空气中可燃性粉尘云构成
  • 22区:
    在正常运行时不会出现爆炸性环境的场所,即使出现,也仅是短时间存在,爆炸性环境由空气中可燃性粉尘云构成
气体应用中的区域划分示例
1区
在正常运行时,可能偶尔出现爆炸性气体环境的场所。这包括0区周围区域以及上料和卸料装置附近的区域。
0区
持续或长时间存在爆炸性气体环境的场所。通常这些情况存在于容器、输送管道、设备和罐体内部。
2区
在正常运行时不会出现爆炸性气体环境,即使出现,仅是短时间存在的场所。

设备类别或设备保护级别

设备类别或设备保护级别描述了设备的安全级别和保护级别。ATEX指令2014/34/EU通过设备类别(类别1、2、3)对设备及其适用区域进行了说明。IEC/EN 60079-0标准通过设备保护级别(EP:a、b、c)描述设备对相应区域的适用性。在设备类别标识和设备保护级别中,G和D均分别代表“气体”和“粉尘”。例如在气体应用环境中,设备标有1G和Ga即代表具有极高的安全性和保护级别,适用于危险区0区,因此也适用于所有其他气体区域。该类设备的结构设计确保在出现两个独立故障时仍能保障安全。

安全级别或保护级别

设备类别

ATEX指令2014/34/EU

设备保护级别 (EPL)

IEC/EN 60079-0标准

区域划分
指令1999/92/EC
气体区域
0区 很高 – 设备在出现两个独立故障时仍能保障安全 1G Ga
1区 高 – 设备在出现单个独立故障时仍能保障安全 2G Gb
2区 正常 – 不具备故障安全 3G Gc
粉尘区域
20区 很高 – 设备在出现两个独立故障时仍能保障安全 1D Da
21区 高 – 设备在出现单个独立故障时仍能保障安全 2D Db
22区 正常 – 不具备故障安全 3D Dc

防爆产品标识

在欧洲,设备除依照IEC/EN 60079-0标准进行标识外,还必须根据ATEX指令2014/EU/34进行标识。

ATEX指令要求将设备划分成组别和类别。设备组I包括易受到沼气和/或粉尘危害的采矿设备。设备组II包括所有与采矿业无关的其他潜在爆炸区域,如化工业、油气加工行业、碾磨厂和筒仓中的潜在爆炸性粉尘等。

IEC/EN 60079系列标准的标识包括保护类型、气体和粉尘组别、温度等级和设备保护级别 (EPL) 等信息。

用于气体环境的本安设备标识
用于粉尘环境的本安设备标识
用于气体环境的关联设备标识
用于粉尘环境的关联设备标识
用于气体环境的本安设备标识

ATEX

__II – 设备组别:__I = 采矿业 | II = 所有非采矿业潜在爆炸区域
__1 – 设备类别:__1 = 适用于0区/20区
__G – 环境:__G = 气体

IEC/EN

__i – 保护类型:__i = 本安型
__a – 保护级别:__a = 适用于0区/20区
__II – 组别:__II = 气体
__C – 子组别:__C = 氢气、乙炔、二硫化碳
__T6 – 温度等级:__T6 = 85°C
__Ga – 设备保护级别:__G = 气体 | a = 适用于0区

用于粉尘环境的本安设备标识

ATEX

__II – 设备组别:__I = 采矿业 | II = 所有非采矿业潜在爆炸区域
__1 – 设备类别:__1 = 适用于0区/20区
__D – 环境:__D = 粉尘

IEC/EN

__i – 保护类型:__i = 本安型
__a – 保护级别:__a = 适用于0区/20区
__III – 组别:__III = 粉尘
__C – 子组别:__C = 导电性粉尘,例如铝粉
__125°C – 最高表面温度:__125°C = 最高表面温度为125°C
__Da – 设备保护级别:__D = 粉尘,a = 适用于20区

用于气体环境的关联设备标识

ATEX

__II – 设备组别:__I = 采矿业 | II = 所有非采矿业潜在爆炸区域
__1 – 设备类别:__1 = 适用于0区/20区
__( ) – 括号:__关联设备*(例如本安信号隔离变送器 – 位于安全区域,但本安电路连接到潜在爆炸区域)*
__G – 环境:__G = 气体

IEC/EN

__i – 保护类型:__i = 本安型
__a – 保护级别:__a = 适用于0区/20区
__Ga – 设备保护级别:__G = 气体,a = 适用于0区
__[ ] – 括号:__关联设备*(例如本安信号隔离变送器 – 位于安全区域,但本安电路连接到潜在爆炸区域)*
__II – 组别:__II = 气体
__C – 子组别:__C = 氢气、乙炔、二硫化碳

用于粉尘环境的关联设备标识

ATEX

__II – 设备组别:__I = 采矿业 | II = 所有非采矿业潜在爆炸区域
__1 – 设备类别:__1 = 适用于0区/20区
__( ) – 括号:__关联设备*(例如本安信号隔离变送器 – 位于安全区域,但本安电路连接到潜在爆炸区域)*
__D – 环境:__D = 粉尘

IEC/EN

__i – 保护类型:__i = 本安型
__a – 保护级别:__a = 适用于0区/20区
__Da – 设备保护级别:__D = 粉尘,a = 适用于20区
__[ ] – 括号:__关联设备*(例如本安信号隔离变送器 – 位于安全区域,但本安电路连接到潜在爆炸区域)*
__III – 组别:__III = 粉尘
__C – 子组别:__C = 导电性粉尘,例如铝粉

保护类型(节选) 下图介绍了部分保护类型。

Ex d图示 – 防火外壳
Ex e图示 – 增安型
Ex p图示 – 正压外壳
Ex m、Ex o、Ex q图示 – 浇封型、充砂型或充油型
Ex i图示 – 本安型
Ex n图示 – 无火花型防爆 "n"
Ex d图示 – 防火外壳

原理:
可能存在点燃源,爆炸受到安全控制

防护概念:
坚固的壳体结构,类型检验

应用领域:
马达、开关设备、大功率电子器件

Ex e图示 – 增安型

原理:
安全排除点燃源

防护概念:
无运行条件下的点燃源,通过特殊措施排除故障

应用领域:
马达、变压器、灯具、接线端子、汇流条箱

Ex p图示 – 正压外壳

原理:
安全排除爆炸性环境

防护概念:
使用点燃保护气体使壳体保持正压

应用领域:
机械设备、马达、控制柜(电子设备)

Ex m、Ex o、Ex q图示 – 浇封型、充砂型或充油型

原理:
存在点燃源,但已受到安全控制

防护概念:
将设备封入模塑料、矿物油或砂子中

应用领域:
电子设备、变压器、电容、继电器

Ex i图示 – 本安型

原理:
可能出现火花或热效应,但不会引起点燃

防护概念:
考虑到故障和储能效应情况的安全能量限制

应用领域:
测量和控制技术、传感器、执行器、仪表

Ex n图示 – 无火花型防爆 "n"

简化各保护类型,可满足2区/22区的较低要求。无需提供欧盟类型检验证书。提供以下保护类型:

  • nA:无火花型设备__(已转移至60079-7标准,更名为Ex ec,但仍然有效)__
  • nC:有火花型设备或带保护触点的设备
  • nR:密闭壳体
  • nL:限能型设备__(已转移至60079-11标准,更名为Ex ic)__
  • nZ:简化正压外壳__(已转移至60079-2标准,更名为Ex pzc)__

从0区到安全区的本安示意图

Ex i – 本安型

本安 (Ex i) 保护类型广泛应用于全球潜在爆炸区域中的测量和控制技术系统。 
本安电路通常由以下几部分组成:

  • 本安设备,即安装在潜在爆炸区域中的负载(例如本安温度变送器)
  • 关联设备,即安装在非潜在爆炸区域中的电源设备(本安隔离器)
  • 连接线路(电缆)。

本安保护类型的保护原理是限制能量传导至和存储在潜在爆炸区域中。这表示任何潜在火花能量必须始终小于周围潜在爆炸性环境的最低点燃能量。
为了确保相关连接不会产生引燃火花或热表面,用户或系统操作人员必须遵循EN/IEC 60079-11标准和EN/IEC 60079-14设计标准,说明并记录“本安证明”。通过这个过程,用户可以根据具体要求选择和组合来自不同厂家的本安现场设备和本安隔离器。

从0区到1区、2区和安全区的本安应用示意图

有别于所有其他保护类型,本安保护不仅保护单个设备,还保护整个本安电路,并符合IEC/EN 60079-11标准要求。

”Ex i – 本安型“保护类型的优势:

  • 运行期间可以改动设备
  • 相较于其他保护类型,成本更低
  • 采用结构简单的设备
  • 可用于0区/20区
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防爆保护原理
本文档的目标受众是身处潜在爆炸区域的工厂工程师和规划者。文档内容涵盖了国际标准和指令。潜在爆炸区域的电气设备操作人员可查找到其工厂必须遵守的防爆保护标准。此外,文档还提供I类和II类设备、防爆区、MCR技术和功能安全方面的基本技术信息。
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