燃烧是一种氧化反应,氧化反应放出热量,当反应放出的热量使反应介质温度升高到一定程度时,可以形成可见的火焰。
爆炸是指燃烧的一种形式,当氧化反应的速度达到一定程度时,由于反应瞬间释放大量的热,造成空气激剧膨胀,形成冲击波,并伴有声响。
形成燃烧和爆炸必须具备一定条件,即燃烧和爆炸的三要素:可燃物质、助燃物质和点燃源。三要素只有在时间和空间上同时相遇,才会产生燃烧或爆炸:
可燃物质即燃烧剂,例如氢气,汽油等;
助燃物质即氧化剂,例如氧气,空气等;
点燃源,例如明火,电气设备产生的火花,电弧,高温表面、机械设备撞击摩擦产生的火花、静电、光辐射、超声波等。
工程上采取措施,防止三要素同时存在,防止出现火灾和爆炸危险。
防爆基本术语
爆炸性环境:在大气条件下,可燃性物质以气体、蒸气、粉尘、纤维或飞絮的形式与空气形成的混合物,被点燃后,能够保持燃烧自行传播的环境。
爆炸性气体环境:在大气条件下,气体、蒸气或薄雾状可燃物质与空气形成的混合物,被点燃后,能够保持燃烧自行传播的环境。
爆炸危险场所:爆炸性气体、粉尘环境出现或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采取专门预防措施的区域。
可燃性物质:物质(包括气体、液体和固体)本身是可燃的,并能够产生可燃性气体、蒸气或可以在空气中悬浮一段时间的固体微小颗粒。
爆炸性物质:可燃性物质与空气的混合物。例如:气体——氢气、乙炔气等;液体——汽油、酒精等;固体——面粉、纤维织物、煤粉等。
释放源:可燃性气体、蒸气或液体可能释放出能形成爆炸性气体环境的部位或地点。每一台石化设备:如罐、泵、管道、容器等都应视作潜在的可燃性物质的释放源。释放源附近区域形成爆炸危险场所。
防爆电气设备:在可能产生爆炸的危险场所能够安全运行的所有带电设备,气体类用“Ex”表示。例如:灯具、自动电话、喇叭、插座、控制箱、按钮盒、火警探测器、火警手动报警按钮等等。
爆炸性危险场所分类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。爆炸性危险区域主要以爆炸性危险物质出现的频繁程度和持续时间为划分依据的。中国与IEC标准一样,对于爆炸性气体危险场所划分为3个区域,即0区、1区和2区。它们对应的定义如下:
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。
中国与IEC标准一样,对于爆炸性粉尘危险场所与爆炸性气体危险场所相对应同样划分为3个区域,即20区、21区和22区。
北美国家将爆炸性危险场所划分两个区域:
Division1(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)。
Division2(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:
爆炸性危险场所图例
爆炸性危险物质分类
欧洲和中国: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)。
爆炸性气体的分级和分组对于Ⅰ类爆炸性气体不分级(只有甲烷气体一种),对于Ⅱ类爆炸性气体为便于隔爆型电气设备和本质安全型电气设备制造,按其最大试验安全间隙(MESG)和最小点燃电流比(MICR)进一步划分为ⅡA,ⅡB,ⅡC三个等级。其中ⅡA级的约占80%左右,ⅡB级的约占15-20%左右,ⅡC级仅确认有6种。ⅡA级代表性气体是丙烷;ⅡB级代表性气体是乙烯;ⅡC级代表性气体是氢气和乙炔。
所谓最大试验安全间隙是在长度为25mm,符合IEC79-1A的8升球形容积内测试的间隙。而最小点燃电流比是各种气体气体/蒸气的最小点燃电流(MIC)与甲烷的最小点燃电流之比,测定的装置应符合IEC79-3的规定。
爆炸性气体的分组,每一种爆炸性气体都有一个特定的引燃温度,在该温度下,即使没有任何外界点火源的条件下,它都将发生点燃。根据各种气体的引燃温度不同,而划分为6个组别:T1、T2、T3、T4、T5、T6。
防爆电气设备的分类、分级、分组按设备适用的环境,分为三类:
Ⅰ类:用于煤矿瓦斯气体环境的电气设备(矿井用);
Ⅱ类:用于除煤矿瓦斯气体以外其它爆炸性气体环境的电气设备(工厂用);
Ⅲ类:用于除煤矿以外的爆炸性粉尘环境的电气设备(爆炸性粉尘和纤维环境用)。
Ⅱ类设备分级:和爆炸性气体分级相同。Ⅱ类电气设备(仅指隔爆型和本安型电气设备)按照其拟使用的爆炸性气体环境的种类可进一步再分为ⅡA级、ⅡB级、ⅡC级。标志ⅡB级的设备可适用于ⅡA级设备的使用条件,标志ⅡC级的设备可适用于ⅡA和ⅡB级设备的使用条件。
Ⅱ类电气设备分组:和爆炸性气体分组相同。分为T1-T6六组。与爆炸性气体温度组别不同,是指设备最高表面温度。
Ⅰ类和Ⅲ类设备不分级分组。
根据场所中爆炸性气体或蒸气的引燃温度选择电气设备的温度组别,电气设备的最高表面温度不允许超过气体或蒸气的引燃温度。
温度组别、电气设备最高表面温度和爆炸性气体或蒸气的引燃温度之间的关系见下表:
供稿:王俊涛