這篇文章將討論危險(xiǎn)場所(區(qū)域)的校準(zhǔn)以及攜帶校準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)入危險(xiǎn)場所工作之前需要了解的注意事項(xiàng)。其他的主題包括易燃液體和可燃液體、危險(xiǎn)場所的定義、危險(xiǎn)場所的分類、危險(xiǎn)場所的不同級別、法規(guī)、設(shè)備分類以及各種其他實(shí)際和相關(guān)的問題。
危險(xiǎn)場所被劃分為多個不同的等級,也有許多在危險(xiǎn)場所使用的不同防爆等級的校準(zhǔn)設(shè)備。
什么是危險(xiǎn)場所?
危險(xiǎn)場所是指存在或可能存在易燃物質(zhì)的區(qū)域(室內(nèi)或室外)。易燃物質(zhì)可能是液體、氣體、蒸氣或粉塵。該區(qū)域存在易燃物質(zhì)在時(shí)間上可能是長時(shí)間、大部分時(shí)間、或僅在特定情況下,例如在停車或者事故期間。
許多時(shí)候,消除易燃物質(zhì)是不可能的,因此,氧氣(空氣)或著火源必須被消除。
在危險(xiǎn)場所,如果“爆炸三角”(下圖)中的所有三個條件都滿足,就可能發(fā)生燃燒或爆炸。這三個條件是:燃料(易燃物質(zhì)),點(diǎn)火源(或熱)和氧氣(空氣)。這三者關(guān)系通常呈現(xiàn)為三角狀,因而得名“爆炸三角”。
如何防止爆炸?
從上面的“爆炸三角”我們可以得出結(jié)論:如果要防止發(fā)生燃燒或爆炸就必須消除三個條件中的一個或多個。許多時(shí)候,消除易燃物質(zhì)是不可能的,因此,必須消除氧氣(空氣)或者著火源;然而,消除空氣通常也是不可能的;因此,最實(shí)用最有效的解決方案就是消除著火源、火花或熱源。
對于電氣校準(zhǔn)設(shè)備,可以通過特別的設(shè)計(jì)讓其適用于危險(xiǎn)場所。有很多方法可以設(shè)計(jì)出適合危險(xiǎn)場所使用的電氣設(shè)備,這個話題稍后將會討論。校準(zhǔn)設(shè)備安全設(shè)計(jì)的通常方法是讓它不能產(chǎn)生足夠的能量來引起點(diǎn)火、火花或熱源。
簡史
危險(xiǎn)場所的概念始于早期的煤礦開采活動,礦井中的易燃物質(zhì)煤炭粉塵和甲烷氣體形成了危險(xiǎn)場所。早期礦井的照明是蠟燭和火把,是著火源,這引起了許多的事故。
后來,當(dāng)?shù)V工們開始使用電氣設(shè)備(照明、工具)時(shí),許多事故都是由于火花或熱源引起的。最后為電氣設(shè)備制定了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),以指導(dǎo)其設(shè)計(jì)過程,防止電氣設(shè)備火花和熱源的產(chǎn)生。這是第一個“本質(zhì)安全”的電氣設(shè)備,它引領(lǐng)了今天在危險(xiǎn)場所使用的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。
存在危險(xiǎn)場所的典型行業(yè)
很多行業(yè)都有危險(xiǎn)場所。有些工廠有大面積的危險(xiǎn)場所,而有的工廠只有很小一部分被劃分為危險(xiǎn)場所。典型的存在危險(xiǎn)場所的行業(yè)包括化工和石化行業(yè)、離岸和岸上的石油和天然氣、煉油、制藥業(yè)、食品和飲料、能源、油漆車間和采礦業(yè)等。
由于易燃物質(zhì)可能是液體、氣體、蒸氣或粉塵,許多不同行業(yè)的某些場所可能在正常運(yùn)行或停車期間存在易燃物質(zhì),甚至一些看似安全的行業(yè)也可能存在危險(xiǎn)場所。
在工廠中,所有被劃分為危險(xiǎn)場所的區(qū)域應(yīng)該清晰地標(biāo)示出防爆標(biāo)志:
易燃和可燃液體
人們經(jīng)常討論易燃液體和可燃液體,但它們究竟是什么呢?一般來說,它們是可以燃燒的液體。它們可能是汽油、柴油、溶劑、清潔劑、油漆、化學(xué)品等,其中一些液體存在于許多工作場所。
閃點(diǎn)和自燃溫度也經(jīng)常被討論。閃點(diǎn)是液體氣化的最低溫度,液體在閃點(diǎn)會產(chǎn)生大量的蒸氣,蒸汽和空氣形成一種可燃性混合氣體,如果遇到火花或足夠的熱量,它就會燃燒起來。自燃溫度是即使沒有外部的著火源,液體也會燃燒的最低溫度。最常見的易燃和可燃液體自燃溫度在300℃(572℉)到550℃(1022℉)之間,然而,有的液體自燃溫度低至200℃(392℉)或更低。
通常37.8℃(100℉)被認(rèn)為是易燃液體和可燃液體的溫度分界線。易燃液體的閃點(diǎn)低于37.8℃,而可燃液體的閃點(diǎn)高于37.8℃。
根據(jù)它們的閃點(diǎn),液體被劃分為易燃液體和可燃液體。易燃液體可以在正常工作溫度下燃燒,而可燃液體則需要在更高溫下才能燃燒。通常37.8℃(100℉)被認(rèn)為是易燃液體和可燃液體的溫度分界線。易燃液體閃點(diǎn)低于37.8℃,而可燃液體的閃點(diǎn)高于37.8℃。
確切地說,易燃液體和可燃液體本身不會燃燒,而是它們的蒸汽會燃燒;更準(zhǔn)確地說,是蒸汽和空氣的混合物會燃燒。當(dāng)然,某些混合物在一定的濃度范圍內(nèi)也會燃燒。如果混合物的濃度太低(太稀),它就不會燃燒;如果濃度過高(太濃),情況也是如此。這種爆炸極限被稱為低爆炸極限(LEL)和高爆炸極限 (UEL)。
記住,一些液體的閃點(diǎn)可能相當(dāng)?shù)牡?。例如,汽油閃點(diǎn)低至-40 ℃ (-40 ℉),它在常溫環(huán)境下就可以產(chǎn)生足夠多的蒸汽,和空氣混合成可燃?xì)怏w。可燃液體的閃點(diǎn)高于正常的環(huán)境溫度,因此,它們必須被加熱后才能燃燒。
閃點(diǎn)和自燃溫度的一些例子
物質(zhì) 閃點(diǎn) 自燃溫度
乙烯 -136℃(-276.8℉) 490℃(914℉)
丙烷 -104℃(-155.2℉) 470℃(878℉)
丁烷 -60℃(-76℉) 288℃(550.4℉)
乙醚 -45℃(-113℉) 160℃(320℉)
乙醇 16.6℃(61.9℉) 363℃(685.4℉)
汽油 -43℃(-45.4℉) 280℃(536℉)
柴油 62℃(143.6℉) 210℃(410℉)
航空煤油 60℃(140℉) 210℃(410℉)
煤油 38 to 72℃(100 to 162℉) 220℃(428℉)
各種保護(hù)技術(shù)
如前所述,為了防止爆炸,至少應(yīng)該消除“爆炸三角”中的三個條件之一。實(shí)際上,最明智的做法就是消除著火源。
有各種各樣的技術(shù)可以讓電氣設(shè)備在危險(xiǎn)場所安全使用。這些不同的技術(shù)分為兩大類:消除著火源(Exe,Exi)或隔離著火源(Exd、Exp、Exq、Exo、Exm)。
本質(zhì)安全的設(shè)備是設(shè)計(jì)在任何情況下,即使在設(shè)備自身故障的情況下,設(shè)備也不能提供足夠的能量產(chǎn)生火花或讓表面溫度過高。
下面的表格簡要描述了一些不同的技術(shù):
技術(shù) 設(shè)備上的標(biāo)識 描述
Exe e 增安型
Exi i 本安型
Exn n 無火花型
Exd d 隔爆型
Exp p 正壓型
Exq q 充砂型
Exo o 充油型
Exm m 澆封型
該表還描述了在設(shè)備分類上標(biāo)注的字母。例如,采用本質(zhì)安全技術(shù)的設(shè)備應(yīng)具有“Exi”標(biāo)簽
本質(zhì)安全技術(shù)
Exi“本質(zhì)安全”技術(shù)是最常用、最適用的電氣校準(zhǔn)設(shè)備保護(hù)技術(shù)。本質(zhì)安全的設(shè)備是設(shè)計(jì)在任何情況下,即使在設(shè)備自身故障的情況下,設(shè)備也不能提供足夠的能量產(chǎn)生火花或讓表面溫度過高。這樣設(shè)計(jì)的設(shè)備才是本質(zhì)安全的。在Exi設(shè)備內(nèi)部,Exm(“澆封”)技術(shù)也可能用在設(shè)備的某些部分(如在電池組中)。
動火作業(yè)許可證
在危險(xiǎn)場所使用非防爆校準(zhǔn)設(shè)備是可能的,但需要工廠安全人員的特別批準(zhǔn)。通常,這也涉及到安全設(shè)備的使用,例如,需要攜帶便攜式氣體探測器到現(xiàn)場。
使用正確的防爆設(shè)備就比較簡單了,因?yàn)樗恍枰魏翁貏e的批準(zhǔn)。自然地,防爆校準(zhǔn)設(shè)備必須適用于與之相對應(yīng)的危險(xiǎn)場所。
國際/北美標(biāo)準(zhǔn)與差異
有兩種不同的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對危險(xiǎn)場所和危險(xiǎn)場所使用的設(shè)備分類做出了規(guī)定。一種是國際IEC標(biāo)準(zhǔn)和ATEX指令,在國際和歐洲法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中使用;另一種是北美的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。由于這兩者之間存在一些差異,本文首先對兩者單獨(dú)介紹,然后再對它們進(jìn)行比較。
國際IEC標(biāo)準(zhǔn)、IECEx體系和ATEX指令
IEC 60079國際標(biāo)準(zhǔn)系列為相關(guān)規(guī)則制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)。
IECEx體系是和IEC合作并基于IEC標(biāo)準(zhǔn),IECEx體系的目標(biāo)是促進(jìn)在爆炸性環(huán)境中使用的國際設(shè)備和服務(wù)貿(mào)易,同時(shí)維持其需要的安全等級。目前,IECEx有包括美國在內(nèi)的30多個會員國。
ATEX指令是為了統(tǒng)一歐盟內(nèi)的危險(xiǎn)設(shè)備和工作環(huán)境而制定的,基于90年代的指令。
危險(xiǎn)場所分類
危險(xiǎn)場所是根據(jù)某一區(qū)域的大氣中存在某種易燃物質(zhì)的可能性進(jìn)行分類的。下表是不同的危險(xiǎn)場所(區(qū)域)的分類情況:
區(qū)域(氣體、蒸汽) 區(qū)域(粉塵) 描述
0區(qū) 20區(qū) 大氣中爆炸性物質(zhì)連續(xù)或長期或經(jīng)常存在的區(qū)域。
1區(qū) 21區(qū) 大氣中的爆炸性物質(zhì)偶爾會在正常運(yùn)行中出現(xiàn)的區(qū)域。
2區(qū) 22區(qū) 大氣中的爆炸性物質(zhì)在正常運(yùn)行中不可能存在的區(qū)域,如果存在,也只會持續(xù)很短的一段時(shí)間。
產(chǎn)品類別及設(shè)備保護(hù)級別(EPL)
在ATEX指令組II中,設(shè)備被分成不同的產(chǎn)品類別,規(guī)定在不同的區(qū)域內(nèi)使用。組Ⅱ設(shè)備的產(chǎn)品類別規(guī)定如下:
◆產(chǎn)品類別1
非常高的安全水平,可以在0區(qū)(亦可在1區(qū)和2區(qū))使用。
◆產(chǎn)品類別2
高安全級別,可以在1區(qū)和2區(qū) (但不能在0區(qū)) 使用。
◆產(chǎn)品類別3
普通安全級別,可以在2區(qū) (但不能在0區(qū)和1區(qū)) 使用。
危險(xiǎn)場所是根據(jù)某一區(qū)域的大氣中存在某種易燃物質(zhì)的可能性進(jìn)行分類的。
在IEC標(biāo)準(zhǔn)中,同樣也是用EPL(設(shè)備保護(hù)級別)表示。EPL幾乎用相同的類別來規(guī)定:
◆EPL a
非常高的安全水平,可以在0區(qū)(亦可在1區(qū)和2區(qū))使用。
◆EPL b
高安全級別,可以在1區(qū)和2區(qū) (但不能在0區(qū)) 使用。
◆EPL c
增強(qiáng)型安全級別??梢栽?區(qū) (但不能在0區(qū)和1區(qū))使用。
產(chǎn)品類別/EPL與危險(xiǎn)區(qū)域之間的關(guān)系:
產(chǎn)品分類標(biāo)簽 EPL標(biāo)識 適用的危險(xiǎn)區(qū)域 易燃物質(zhì) 亦能用于危險(xiǎn)區(qū)域
1G a或Ga 0 氣體、蒸汽 1和2
2 b或Gb 1 氣體、蒸汽 2
3 c或Gc 2 氣體、蒸汽
1 a或Da 20 粉塵 21和22
2 b或Db 21 粉塵 22
3 c或Dc 22 粉塵
產(chǎn)品類別為1/EPL a的設(shè)備(可以在0、1和2區(qū)使用)即使在設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)兩個故障時(shí)也是安全的,這意味著所有的保護(hù)性安全電路都是三重安全保護(hù)。產(chǎn)品類別為2/EPLb的設(shè)備的保護(hù)性安全電路是雙重安全保護(hù),可在1區(qū)和2區(qū)使用。產(chǎn)品類別為3/EPL c的設(shè)備只有單安全電路,只能在2區(qū)使用。
根據(jù)上面的表格可知,如果需要在危險(xiǎn)區(qū)域0區(qū)使用電氣設(shè)備,則只可使用產(chǎn)品類別1的設(shè)備;如果該區(qū)域?yàn)?區(qū),則可使用產(chǎn)品類別1和2的設(shè)備;如果區(qū)域?yàn)?區(qū),則允許任何產(chǎn)品類別(1、2或3)的設(shè)備。產(chǎn)品類別1的設(shè)備其ATEX標(biāo)識中標(biāo)有數(shù)字1,例如“Ⅱ1G”;在其IEC EPL標(biāo)識中標(biāo)有字母“a”,例如“Ex ia”。因此,重要的是要了解校準(zhǔn)設(shè)備將被使用的場所,并據(jù)此選擇設(shè)備。
設(shè)備分組
防爆電氣設(shè)備根據(jù)IEC 60079-0標(biāo)準(zhǔn)分為以下幾組:
1、組Ⅰ
組Ⅰ的電氣設(shè)備適用于容易產(chǎn)生甲烷的礦井中。
2、組Ⅱ
組Ⅱ的電氣設(shè)備適用于存在爆炸性氣體的場所,除了容易產(chǎn)生甲烷的礦井之外。組Ⅱ的電氣設(shè)備是根據(jù)場所中可能存在的爆炸性氣體的性質(zhì)來細(xì)分的。
組Ⅱ細(xì)分
◆ⅡA:典型的氣體是丙烷。
◆ⅡB:典型的氣體是乙烯。
◆ⅡC:典型的氣體是氫氣。
這個細(xì)分是基于最大試驗(yàn)安全間隙(MESG)或者是爆炸性氣體環(huán)境中安裝的設(shè)備的最小點(diǎn)燃電流比(MICR)(詳見IEC 60079-20-1)。標(biāo)有ⅡB的設(shè)備也適用于要求使用組ⅡA設(shè)備的場所;類似地,標(biāo)有ⅡC的設(shè)備也適用于要求使用組ⅡA或組ⅡB設(shè)備的場所。
3、組Ⅲ
組Ⅲ的電氣設(shè)備適用于存在爆炸性粉塵的場所,除了容易產(chǎn)生甲烷的礦井之外。組Ⅲ的電氣設(shè)備是根據(jù)環(huán)境中可能存在的爆炸性粉塵的性質(zhì)來細(xì)分的。
組Ⅲ細(xì)分
◆ⅢA:易燃的揚(yáng)塵。
◆ⅢB:非導(dǎo)電的粉塵。
◆ⅢC:導(dǎo)電的粉塵。
標(biāo)有ⅢB的設(shè)備也適用于要求使用組ⅢA設(shè)備的場所;同樣,標(biāo)有ⅢC的設(shè)備也適用于要求使用組ⅢA或組ⅢB設(shè)備的場所。
溫度等級
溫度等級規(guī)定了設(shè)備無論在什么狀態(tài)下自身所能達(dá)到的最高表面溫度。溫度等級是很重要的,需要考慮到并保證它與在工廠危險(xiǎn)場所可能出現(xiàn)的易燃?xì)怏w相匹配。
設(shè)備溫度等級和最高表面溫度如下:
溫度等級 最高表面溫度
T1 450℃(842℉)
T2 300℃(572℉)
T3 200℃(392℉)
T4 135℃(275℉)
T5 100℃(212℉)
T6 85℃(185℉)
某些設(shè)備的最高表面溫度也可能被指定為溫度等級之間的某個溫度。根據(jù)某一場所易燃物質(zhì)的種類,閃點(diǎn)和自燃溫度將有所不同,選擇用于該危險(xiǎn)場所的設(shè)備必須有適合于該場所易燃物質(zhì)的溫度等級。設(shè)備的溫度等級需在其標(biāo)識中標(biāo)注,例如“T4”。
北美標(biāo)準(zhǔn)不同之處:Division
在IEC標(biāo)準(zhǔn)中,危險(xiǎn)場所劃分為區(qū)域Zone,北美標(biāo)準(zhǔn)將它們劃分為不同的分區(qū)Division。數(shù)字0到2在區(qū)域Zone中使用時(shí),數(shù)字1和2在分區(qū)Division中使用。也就是Zone 0和Zone 1都由Division1所覆蓋。
下面的表格比較了Zone和Division的區(qū)別:
Zone Division 描述
Zone 0 Division 1 大氣中的爆炸性物質(zhì)一直存在的區(qū)域。
Zone 1 Division 1 大氣中的爆炸性物質(zhì)在正常運(yùn)行中存在的區(qū)域。
Zone 2 Division 2 大氣中的爆炸性物質(zhì)僅在運(yùn)行異常情況下存在的區(qū)域。
以下是產(chǎn)品類別/EPL與危險(xiǎn)區(qū)域Zones(IEC)和分區(qū)Divisions(北美)之間關(guān)系的簡要概述:
產(chǎn)品類別/EPL Zone Division
1/a 0 1
2/b 1 1
3/c 2 2
爆炸性氣體分組
與IEC標(biāo)準(zhǔn)相比,北美標(biāo)準(zhǔn)多一組的爆炸性氣體或設(shè)備等級。北美和IEC的爆炸性氣體分組的比較如下表所示:
IEC 北美
ⅡC-乙炔/氫氣 A-乙炔;B-氫氣
ⅡB-乙烯 C-乙烯
ⅡA-丙烷 D-丙烷
最危險(xiǎn)的爆炸性氣體在北美被確認(rèn)為A,而在IEC標(biāo)準(zhǔn)中是IIC。
溫度等級
在北美標(biāo)準(zhǔn)中,有更多的中間溫度等級。下表是IEC/ATEX和北美溫度等級的比較:
IEC/ATEX 北美 最高溫度
T1 T1 450℃(842℉)
T2 T2 300℃(572℉)
T2A 280℃(536℉)
T2B 260℃(500℉)
T2C 230℃(446℉)
T2D 215℃(419℉)
T3 T3 200℃(392℉)
T3A 180℃(356℉)
T3B 165℃(329℉)
T3C 160℃(320℉)
T4 T4 135℃(275℉)
T4A 120℃(248℉)
T5 T5 100℃(212℉)
T6 T6 85℃(185℉)
環(huán)境條件
最后,重要的是要確保設(shè)備適用于使用它的環(huán)境條件。例如,設(shè)備的安全運(yùn)行溫度必須與設(shè)備在工廠區(qū)域中的使用環(huán)境溫度相匹配。在潮濕多塵的環(huán)境中,需要考慮設(shè)備外殼的防護(hù)等級;防護(hù)等級分類可以根據(jù)IP(防護(hù)等級)或NEMA。不同的防護(hù)技術(shù)根據(jù)實(shí)際情況可能有不同的分類。
同樣重要的是要記住,一些防爆設(shè)備的外殼是由防靜電(半導(dǎo)電)材料制成,以避免靜電(電荷)積累。根據(jù)分類的不同,貼在設(shè)備上的標(biāo)簽尺寸是有限制的。例如,標(biāo)識氣體組 IIC在0區(qū)使用的組Ⅱ設(shè)備,最大的標(biāo)簽尺寸可以是4cm2 (0.6 inch2)。在防爆設(shè)備上粘貼任何標(biāo)識標(biāo)簽之前,記住這一點(diǎn)是很重要的。
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