依据火炸药燃爆特性，对研究国内外火炸药粉尘危险场所分类及设备技术规范进行分析研究，指出了目前存在的问题，提出了火炸药危险场所区域划分新理念，以及火炸药粉尘危险场所设备的防爆技术措施、要求和选型原则。
引言
工业上，常把那些在生产、加工、使用或存放火炸药的过程中由设备可能引起点燃的环境称之为火炸药危险环境。火药或炸药都是具有爆炸特性的物质，在特定条件下，如合适的声、光、热、电、波、撞击等外界条件作用时，即使没有氧气参与也能迅速产生放热反应，快速形成爆燃、爆炸或爆轰。
这与通常所说的石化、煤炭等行业，由于局部条件和运行条件因素而形成的能够产生爆炸危险的气体、薄雾或粉尘的爆炸性环境不同，在爆炸性气体或粉尘环境中，只有当存在的可燃物与空气中的氧气达到爆炸极限浓度时，遇到足够能量的点火源才会产生燃烧或爆炸。
人们使用火炸药，更多的是想利用其高感度爆炸的效果达到预期目的，防止拒爆;而本文主要探讨在火炸药物质生产制造、操作储运等过程中，防止因设备因素而引发火炸药爆炸事故，包括在不利条件下(相容性、安定性，敏感度，严酷环境)，仍然能确保火炸药危险场所用设备的防爆安全。
通常情况下，火炸药呈现固态、液态、膏状、凝胶状或其混合物状，火炸药危险环境中的火炸药危险物质可能以固态粉尘云、粉尘层或以液态雾状等物态笼罩设备环境，也可能以固态、膏状或液体覆盖淹没设备。由于杂混物(固态粉尘云、雾状液体、气体等两项以上混合)火炸药物质危险环境的爆炸与防爆机理比较复杂(可能会涉及特殊型“s”，可参考IEC—33，因此，本文仅对火炸药粉尘云、粉尘层危险环境的设备防爆进行探讨。
1、火药与炸药的概念
火药与炸药在理论上并没有严格的界线，在适当的外界能量(如热能、电能、光能、机械能及爆能等)作用下，自身都能迅速而有规律地发生燃烧或爆炸，同时伴生大量高温、高压气体。一般按作用方式区分，火药多指快速燃烧或爆燃，是燃烧做功，主要用作枪弹、炮弹的发射药和火箭、导弹的推进剂及其他驱动装置的能源等;炸药多指爆速更高的爆轰，是爆炸做膨胀功，分为起爆药、猛炸药和发射药几大类，主要用于民用工业、采矿和军事用途等。
2、火炸药的燃爆特性
炸药本身是一种处于相对稳定状态的物质，要使它发生爆炸，必须提供一定的外界能量来激活一部分炸药分子起爆。外界能量主要有热能、机械能、电能和爆炸能等形式。在一定温度、压力等条件下，若炸药因热分解反应放出的热量大于向外热传导所散失的热量，炸药内部产生的热积累会使反应自动加速导致温度上升更高，随着反应更快、温度愈高如此循环发展，最终导致爆炸。
也就是说，炸药受热或受热分解，当其热点温度达到最低点燃温度时就会燃烧，达到爆发点(热感度)时就会起爆。炸药受到撞击或摩擦时，机械能首先转化成热能;炸药受到光辐射时，其表面层吸收了光能并在很短的时间内转变为热，或者表面发生光化学反应产生热;炸药受到冲击波强烈的压缩时也会产生热;电火花能最终也转变为局部热能。总之，当热点温度等外界能量达到爆发点时，炸药都会发生爆炸，其中一些可能还会继发引起传爆或殉爆。
炸药的爆炸性能主要有感度、威力、猛度、殉爆、相容性、安定性等。其中，炸药在外界能量作用下发生燃烧或爆炸的难易程度被称之为炸药的敏感度，简称为感度。感度是衡量炸药爆炸安全稳定性大小的一个重要指标，也是研究设备“不引燃，、“不引爆”防爆技术的重要参数。
通常，感度用引起爆炸变化的最小外界能量(引爆冲能)来表示，所需的最小引爆冲能越小，表示炸药的感度越高，反之表示炸药的感度越低。例如，起爆药最容易受外界微小的能量激发而发生燃烧或爆炸，并能激发形成爆轰，感度很高。工业炸药需在一定外界激发冲量作用下可引起爆轰，感度较低。而烟花爆竹等火药原料在某种程度上比炸药更易燃烧和爆炸，受热、撞击、摩擦等都易发生燃烧，一定条件下可转化为爆轰，感度较高。
不同的外界能量种类，不同的外界能量集中程度，以及不同的外界能量作用速度，它们所引起炸药燃烧或爆炸变化的难易程度是不同的。例如，梯恩梯炸药对机械作用的感度较低，但对电火花的感度则较高。因此，根据外界能量作用种类的不同，感度分为火焰感度、热感度、机械感度(撞击感度、摩擦感度、针刺感度、枪击感度)、静电感度或电火花感度、射频感度、光辐射感度、冲击波感度、爆轰感度等感度指标。
影响炸药感度的因素很多，主要有炸药的性质、装药的临界尺寸、炸药层厚度和密度、杂质及含量、周围气体介质的压力、环境温度和湿度等。随着温度的升高，炸药的各种感度指标都升高;随着炸药密度的增大，其感度通常是降低的;而杂质对炸药的感度也有很大的影响，不同的杂质有不同的影响，一般地，固体杂质，特别是硬度大、有尖棱和高熔点的杂质，如砂子、玻璃碎屑和某些金属颗粒等，能显著增加炸药的感度。
3火炸药危险场所分类及选型规定的分析研究
3.1现行相关标准对火炸药危险场所分类规定
3.1.1相关标准对火炸药危险场所分类的规定
目前，我国火炸药生产厂房设计规范(GB-)等涉及火炸药危险场所的现行国家标准，对火炸药电气危险场所(燃烧、爆炸性物质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、安装和使用采取预防措施的场所)划分为三类，其中各类危险场所均以工作间(或建筑物)为单位:
—FO类，经常或长期存在能形成爆炸危险的火药、炸药及其粉尘的危险场所。
—F1类，在正常运行时，可能形成爆炸危险的火药、炸药及其粉尘的危险场所。
—F2类，在正常运行时能形成火灾危险，而爆炸危险性极小的火药、炸药、氧化剂及其粉尘的危险场所。
3.1.2对现行相关标准危险场所分类规定的分析
GB-等标准对火炸药危险场所的分类方式是以工作间(或建筑物)为单位，也就是说，经常或长期存在能形成爆炸危险的火药、炸药及其粉尘的工作间应该划分为FO类，但从GB-附录B所列常用的生产、加工、研制危险品的工作间(或建筑物)电气危险场所分类规定(见表1)看来，应是按物质工艺过程(生产加工工序)危险程度对其工艺的处所分类，而并非根据FO类的定义按照火炸药出现的频度和持续时间分类。
可以看出，标准中对场所和分类的定义参照了爆炸性气体和可燃性粉尘环境的相关概念，但这种概念上的“套用”与实际不对应，造成了这些标准对电气危险场所的定义，对F0,Fl和F2分类定义，以及对表1所列实例分类三者之间实际意义不完全一致。从表1中还可看到，多数混药、装药工作间被分为F1类工作间，但在该工作间混药、装药工序中，不可避免会有经常或长期存在能形成爆炸危险的局部火炸药场所，这将导致该工作间F1的分类与局部实际工况(FO)矛盾。其实，如果抛开定义看，这种分类实际上更像WJ-中对危险性建筑物的危险性分类(A、B、C、D)。
另外，这些标准没有对“正常运行”进行定义。而标准对F2类危险场所的定义直接界定在“正常运行时能形成火灾危险”，虽然说某些按此原则“分类”的场所可能会允许“主动点火”以回避可能积聚的更大危险，但这却与按“区域”划分禁止爆炸危险环境设备出现任何危险引燃源的原则完全不同，由此可见“分区”与“分类”的相异之处。
3.2现行相关标准对不同类别火炸药危险场所设备选型规定
3.2.1GB-等现行标准对设备选型的规定
GB-等标准对FO类场所选型有强制要求:FO类危险场所内不应安装电气设备，当工艺确有必要安装控制按钮及控制仪表(不含黑火药危险场所)时，控制按钮应采用可燃性粉尘环境用电气设备DIPA21或DIPB21型(IP65级)，控制仪表的选型应为本质安全型(IP65级)。F1类危险场所电气设备应采用可燃性粉尘环境用电气设备DIPA21或DIPB21型(IP65级),II类B级隔爆型、增安型(仅限于灯具和控制按钮)、本质安全型(IP65级);F2类危险场所电气设备、门灯及开关的选型均应采用可燃性粉尘环境用电气设备DIPA22或DIPB22型(IP54级)。
F1类、F2类危险场所需要安装用电设备专用的控制箱(柜)时，F1类危险场所应采用可燃性粉尘环境用设备(IP65级),II类B级隔爆型;F2类危险场所应采用可燃性粉尘环境用设备(IP54级)。
3.2.2对现行相关标准设备选型规定的分析
FO类危险场所设备选型规定需要进一步研究。GB-等标准规定可以选用可燃粉尘环境用电气设备来作为火炸药危险环境用设备。可燃性粉尘爆炸性环境按照爆炸性粉尘-空气环境出现的频次和持续时间将爆炸性粉尘环境分为20,21和22共三个区。
其中，空气中粉尘云长期连续出现或经常出现的20区，可选型设备的防爆标志为DIPA20或DIPB20(GB.1-，己被GB.5-代替)，tDA20或tDB20(GB.2-)，EPLDa(GB.1-)等;正常运行时空气中可能偶尔出现可燃性粉尘云的21区，除了可选择20区用设备外，还可选择DIPA21或DIPB21，tDA21或tDB21，EPLDb等标志设备;正常运行时空气中不可能出现可燃性粉尘云，如果出现也仅是短时出现的22区，除了可选择20区、21区用设备外，还可选择DIPA22或DIPB22，tDA22或tDB22，EPLDc等标志设备。
GB-没有给出火炸药危险场所FO,F1,F2分类与适用的可燃性粉尘环境用电气设备防爆标志对应关系，如果说F0,F1和F2分类与20区、21区和22区分区危险程度相对应的话，那么，FO类危险场所选用DIPA21或DIPB21型(IP65级)按钮，防爆等级不够，相关规定不够完善，而且这种老标准规定的标志方法，现行新的同类标准己经不用。
爆炸性气体环境用隔爆型电气设备不适合火炸药粉尘危险环境。由于物质的爆炸机理不尽相同，因而防爆的措施和原理也不同。
实验证明，火炸药粉尘通过隔爆间隙(ⅡB类MESG0.9mm，i=0.20—0.60mm)侵入爆炸性气体环境用隔爆型电气设备内部的量，随着接合间隙值的增大而增大，其侵入的火炸药粉尘量所产生的爆炸压力与原设备设计所承受的气体爆炸压力是不同的，火炸药随着量的增加其爆炸具有更大的威力，而隔爆设备其内部规定气体爆炸所产生的最大爆压是确定的;隔爆外壳的隔爆接合面间隙对内部气体爆炸所起到的不传爆作用，与内部火炸药爆炸所起到的不传爆作用也是不一样的，火炸药爆炸具有更高的爆速。
也就是说，如果不采取特殊措施或试验，火炸药粉尘危险环境直接选用通常B类隔爆设备进行替代是危险的(对于单独的气体或薄雾场合适用，但也需考虑区域)。即便是选用可燃性粉尘设备替代，也仍然需要考虑粉尘侵入量所带来的危险。
另外，依靠增加绝缘等安全措施的爆炸性气体环境用增安型电气设备，不适用粉尘爆炸性环境。标准规定的危险场所控制仪表选择“本质安全型(IP65级)”设备，缺少防爆等级要求(FO类可选择Exia，Fl类可选择Exia或Exib)，缺少防爆级别(至少为11类B级，MICR,0.8)要求。还有，仅尘密型或防尘型(IP)设备不能作为防爆型设备对待。
3.3现行相关标准对火炸药危险场所设备的最高表面温度要求
3.3.1现行相关标准对设备允许最高表面温度的规定
GB-等标准对电气设备的最高表面温度仅规定了T4和T5两个温度组别:对T4温度组别，无论设备有无过负荷，最高表面温度均为℃;对T5温度组别，允许无过负荷设备最高表面温度均为℃，允许有过负荷设备最高表面温度均为85℃，危险场所电气设备的最高表面温度可标注温度值，或标注最高表面温度组别，或者两者都标注。
3.3.2对现行相关标准设备最高表面温度规定的分析
标准中没有考虑不同火炸药物质温度点燃多样性、复杂性及其相应安全裕度。允许设备的最高表面温度，取决于火炸药的温度感度(爆发点)和最低点燃温度，应取两者之间最低值。温度感度与火炸药的形态和量等有关，而最低点燃温度又与物质的状态有关，例如粉尘云和粉尘层，其中粉尘云最低点燃温度与物质的粒径(微米或纳米数量级)等条件有关，粉尘层最低点燃温度还与粉尘层厚度等因素有关，这些众多难于确定的因素，最终导致设备的最高表面温度难于确定，并且由此困绕行业发展。
3.4现行相关标准在其他方面的不足
实践证明，由机械传动和运动、光辐射、液压和压缩等非电气因素带来的危险是实际存在的，但这一问题并未引起火炸药设备安全领域的重视。在火炸药危险场所工艺流程中，粉碎、球磨、筛药、搅拌、混合、螺旋输送、装药等工序存在大量非电气设备，如输送泵、联轴器等，需要引起重视。可供参考的标准有GB/T,GB,EN等。
4开展火炸药危险场所区域划分的新思想
从GB-等标准相关内容上看，火炸药危险场所的FO,F1,F2分类，侧重于依据物质工艺流程危险程度而进行的作业场所(以工作间或建筑物为单位)分类，并非针对具体危险范围的划区。也就是说，到目前，我国在火炸药生产、加工、使用或存放过程中，针对由设备可能引起点燃的环境，还没有真正意义上的火炸药危险环境区域划分标准要求。
设备的选型和现场的安全管理需要科学、合理的定性、定量分区，而现有分类理论对具体物质的实际蔓延状况，以及区域之间的包含或边界关系要求不明确，还不能完全代替分区。因此，根据设备的结构或工艺条件可能使其与火炸药接触的程度，以及物质可能存在或蔓延的范围，结合爆炸性气体环境和可燃性粉尘环境的分区理念，参考欧洲相关类似做法，火炸药危险环境可按以下三个区域划分:
—EO区，设备的结构和/或工艺条件使其与火炸药接触的危险区域。包括火炸药以粉尘、烟雾、凝露、气体或其他形式出现的范围值得引起警惕的危险区域。在该危险场所，经常或长期存在火药、炸药及其粉尘或烟雾。
—E1区，设备的结构和/或工艺条件使其与火炸药不接触，危险较低的区域。在该区域中，火炸药以粉尘、烟雾、冷凝、升华或其他形式可能偶尔出现、危险较低的区域。在正常运行时，在该危险场所可能短时或偶尔出现火炸药粉尘或烟雾。
—E2区，设备的结构和/或工艺条件使其与火炸药不接触，也不会由于结构或工艺条件使火炸药以粉尘、烟雾、冷凝、升华或其他形式出现的区域。在正常运行时，在该危险场所不可能出现火炸药粉尘或烟雾。
以上EO,E1和E2区以设备和火炸药的关系及火炸药出现范围为核心的划分理念，与德国规定的爆炸物质环境“E1”、“E2”，和“E3”，区域划分基本概念对应一致。也与我国相关标准的FO,F1,F2危险场所类别概念相对应，但与以工作间或建筑物为单位的工艺流程分类思想明显不同，两者各有侧重，可分别在设备安全方面和工作间(或建筑物)安全方面互为补充，对完善现场总的防爆安全管理而言更加全面，科学有效。
5防止设备引燃、引爆的措施
根据火炸药燃爆特性的感度指标，要做到防止设备成为引燃源或引爆源，就必须要控制或避免由设备带来或可能带来的外界危险能量，包括火焰或炽热颗粒、高温流体或高温表面、机械能量、光辐射、冲击波、静电火花或电火花等危险因素。
因此，根据爆炸性粉尘的物理特性和燃爆特，对火炸药粉尘环境用电气设备采取不同类型的防爆措施，排除设备本身直接或间接成为潜在点燃源的可能性。主要的粉尘电气设备防爆型式种类有:把可能的危险能量封闭在外壳内部或与外部粉尘隔离的外壳保护型“t”、浇封型“m”和正压保护型“p”，以及限制电火花能量的本质安全型“i”;主要的粉尘非电气设备防爆型式种类有:外壳保护型“t”、结构安全性“c”、控制点燃源型“b”、液浸型“k”和正压保护型“p”。其依据标准的基本技术内容应以满足GB,GB和GB等系列标准对粉尘防爆设备的相关要求为基础，同时考虑具体火炸药的安全特性要求。
6设备防爆技术要求及选型原则
6.1基本原则
应对在生产、研制、加工处理或存贮火炸药环境使用的电气设备采取保护措施，减少正常运行或规定的故障条件下由电弧、火花或高温表面等敏感因素引起点燃或爆炸的可能性。GB.1,GB.1,GB.1和粉尘专用防爆设备型式可作为火炸药危险环境用电气设备及其安装的基础标准。
在火炸药危险环境中，除非必须，应尽量在安全区域或者危险性较低的区域安装电气设备，通常情况下，可通过对设备的合理布局来实现。电气设备的结构选择、布局或采取附加结构措施进行保护，应使其在正常运行中能够提供安全运行所必需的保护，防止粉尘和水进入，防止电气、化学、热或机械影响。电气设备的结构应能使粉尘尽可能减少积聚，且易于清理。
6.2EO区火炸药粉尘危险场所的设备
对适用于EO区火炸药粉尘危险场所的设备(标准暂且假定为EPLEa)，其设计应使之能按照制造商设定的运行参数发挥功能，并保证具有很高的保护级别。该级别的设备用于火炸药粉尘连续出现、长期存在或频繁接触的爆炸性环境。
该级别的设备应保证规定水平的保护级别，即使是在设备出现罕见故障的情况下仍能保证保护级别不变，其保护措施应达到:一个保护措施失效时，至少有第二个独立的保护措施提供必要的保护级别;或者，当同时出现两个各自独立的故障时，应保证规定的保护级别。
防护等级IP65的ⅢC类EPLDa保护级别的设备可满足EO区火炸药粉尘危险场所基本要求。可达到EPLDa保护级别的粉尘防爆型式种类有Exta,Exma和Exia等型式。为了避免高温表面点燃粉尘，在实际运行中设备表面允许达到的最高温度，取决于粉尘的具体类型。但设备的最高允许表面温度由相关火炸药的最低分解温度/最低点燃温度减去安全裕度确定。对于EO区设备，安全裕度应至少为K。
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