《防爆電氣概論(第2版)》簡要地敘述了與防爆電氣理論、防爆電氣技術有關的可燃性氣體(蒸氣)燃燒與爆炸的一般概念;詳細地討論了各種防爆型式電氣設備的安全技術措施和安全技術要求、防爆結構設計原則、防爆安全性能試驗方法;概略地介紹了復合防爆型電氣設備和組合防爆型電氣設備(裝置)的基本概念、設計原則,以及爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的防爆型式選擇和電氣安裝方法、安全運行和日常維護的技術要點。《防爆電氣概論(第2版)》可供從事防爆電氣理論研究和防爆電氣技術應用的工程技術人員學習與參考,也可作高等工業(yè)院校有關專業(yè)的教學參考書。
★簡要敘述基本概念。
★詳細討論各種防爆型式電氣設備的安全技術措施和安全技術要求、防爆結構設計原則、防爆安全性能試驗方法;
★概略介紹復合防爆型電氣設備和組合防爆型電氣設備(裝置)的基本概念、設計原則,以及爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的防爆型式選擇和電氣安裝方法、安全運行和日常維護的技術要點。
在本書再版之際,作者在這里試圖說明以下幾個問題,供讀者在閱讀本書時參考。
1.第2版與第1版在結構和內(nèi)容方面的差異本書的第2版與第1版,在框架結構上沒有大的差異,僅增加第12章(爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的運行與維護),章數(shù)由原來的11章變?yōu)楝F(xiàn)在的12章;在具體內(nèi)容上略有變化,除訂正了第1版中的技術瑕疵和印刷訛誤外,還增加和補充了一些必要的內(nèi)容。
。1)增加第12章爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的安全運行與日常維護依然是爆炸性氣體環(huán)境中防爆安全的重要保證。它涉及運行人員的操作方法和維護技能,當然還有一些管理層面的問題(這不屬于本書的討論范圍)。因而,本書第2版給予簡單而原則性的介紹。
至于防爆電氣設備的修理,本書不作討論,盡管它與防爆安全有關。因為防爆電氣設備的修理不是必須進行的,有一些可以修復再用,有一些就未必可以進行修理;這是一種兩可的事情,這里沒有必要進行過多的考究。讀者如有需要,可參閱國家標準GB3836.13《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第13部分爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備的檢修》和相關文獻。
(2)增加一些知識難點的解釋和例題盡管防爆電氣技術是一門應用技術學科,但是它卻是一個多門學科基本知識的綜合體,對于涉此不深的人們來說,仍存在著一些需要解決的問題。因而,根據(jù)讀者的意見和建議,作者根據(jù)長期從事防爆電氣理論研究和防爆電氣技術應用的體會,以及多年從事"防爆技術"工業(yè)現(xiàn)場培訓教學的經(jīng)驗,對本書第1版中的一些知識難點給予簡單的解釋,并在合適的地方配以例題,企圖把問題說得明白一些。
(3)增加電氣設備防爆結構的部分設計內(nèi)容在本書第1版的應用中,有不少讀者詢問有關電氣設備防爆結構的設計問題。根據(jù)讀者的意見,作者在適當?shù)恼鹿?jié)中增加防爆結構的一般設計原則,供人們在實際工作中參考。
這里的所謂"設計",主要是指電氣設備防爆結構的一般設計原則。由于防爆電氣設備的性能和結構千差萬別,不可能而且也沒有必要進行詳細的討論,至于設備基本性能的設計,則是相關專業(yè)人員的專業(yè)職責。
盡管如此,有一點還是必須指出的:不管情況如何,在設計中防爆安全性能和基本性能出現(xiàn)矛盾時基本性能必須服從防爆安全性能。這是一個原則。
除此之外,本書的第2版與第1版的異同或許還向人們表示,第2版更適用于工程專業(yè)人員,而第1版則較適用于非工程專業(yè)人員。顯然,這里沒有一個明確的界限。
2.有關氣體防爆及其他本書所涉及的內(nèi)容范圍正如書名所說的那樣,是討論"可燃性氣體電氣防爆"的,沒有牽扯到"可燃性粉塵防爆"和"非電氣防爆"及一些其他問題。但是,不管是什么樣情況的"防爆",燃燒與爆炸的基本概念是一致的,同樣都是"可燃性物質(zhì)、空氣(氧氣)和點燃源同時同地存在"才能夠?qū)е氯紵c爆炸發(fā)生,同樣是采取一切必要的技術手段和安全措施來破壞燃燒與爆炸的這些發(fā)生條件才能夠?qū)崿F(xiàn)"防爆"。
因此,只要把"可燃性氣體電氣防爆"很好地理解和掌握了,其他什么樣的"防爆"就都可較為容易地理解和掌握了。
。1)可燃性粉塵防爆問題可燃性粉塵,與可燃性氣體相比,在物理特性上,有著十分不同的特征。可燃性粉塵具有可以看得見的形態(tài),是一種固態(tài)物質(zhì),而可燃性氣體則不同,它是一種氣態(tài)物質(zhì),無法以一般視覺覺察到;而且,氣體是無孔不入的,而粉塵則不然。
正是根據(jù)可燃性粉塵的這些特征,人們在處理可燃性粉塵防爆時常常采用"隔離"的措施,使用具有一定防護等級(IP保護)的外殼把粉塵和內(nèi)裝的電氣元器件隔離開,只要外殼的外部表面溫度不大于堆積在它上面的粉塵和周圍粉塵云的最小點燃溫度,燃燒與爆炸便不可能發(fā)生。
在實際的粉塵防爆技術中,人們常常就是采用這種簡單而有效的技術手段和安全措施來實現(xiàn)粉塵防爆的,至于其他的過多的解讀,則沒有實質(zhì)性意義。
至于粉塵云在外力作用下可能產(chǎn)生的靜電積累和靜電放電引起的點燃,也是一個十分值得關注的問題。消除靜電有多種方法,例如,空間加濕就可以消除粉塵云的靜電,如此等等。
。2)非電氣防爆問題非電氣防爆是近年來提出的防爆技術。它的本質(zhì)是可燃性物質(zhì)的熱點燃(危險溫度)和如何遏制出現(xiàn)有效熱點燃源(危險溫度)。在電氣防爆中,可燃性物質(zhì)的點燃源,一般認為是"電氣火花(包括靜電火花)、電弧和危險溫度"。這里的危險溫度,就是熱點燃源,對于電氣防爆和非電氣防爆來說,只是產(chǎn)生和表現(xiàn)的方式不同而已。另外,機械火花,對于電氣防爆和非電氣防爆來說,都是認可的點燃源。
控制熱點燃源(無論是熱表面、火焰、熾熱流體,還是摩擦熱、絕熱壓縮熱、化學反應熱),只要它的發(fā)熱溫度不能成為危險溫度,就不能發(fā)生點燃。采取各種必要的技術手段和安全措施就可以控制和隔離這種熱點燃源,于是就"防爆"了。
。3)其他點燃源問題作為可燃性物質(zhì)的點燃源,除電氣火花、電弧和危險溫度外,還有一些其他的點燃源,例如,光輻射、沖擊波(包括超聲波、電磁波)、雷電、太陽磁暴和異常高溫等。這些異常的點燃源無時無刻不在威脅著爆炸性環(huán)境的安全;一些無名的爆炸皆源于此。因此,人們應該時刻對這些情況予以關注。
。4)特殊環(huán)境條件下的防爆問題本書所討論的"可燃性氣體電氣防爆",是指在大氣環(huán)境,即大氣的溫度為-20~60C、壓力為80~llOkPa和氧氣標準含量為21010條件下的防爆,而事實上有很多異常環(huán)境也需要防爆,例如,高溫、高壓或(和)富氧環(huán)境。
異常環(huán)境對可燃性氣體的燃燒與爆炸有著不同尋常的影響。有文獻指出,異常環(huán)境可以導致某些可燃性氣體發(fā)生"跳級"現(xiàn)象,即從危險性低的級別"跳到"危險性高的級別。
這是一個十分值得關注的問題,應該引起研究人員和應用人員足夠的注意。
3.引用標準文獻問題本書第2版參考和引用一些現(xiàn)行的國家標準和行業(yè)標準的內(nèi)容和圖表(參見"后記")。
所有標準隨著時間的推移和技術的進步都會被修訂,因此,讀者在使用本書時應該隨時注意這些標準的最新版本。
由于本書僅僅是討論防爆電氣理論和防爆電氣技術的基本概念的,因此,人們在處理防爆電氣技術(例如,設計和檢驗等)問題時應該以有關的現(xiàn)行標準文本為依據(jù)。
另外,在本書修訂時,作者參閱和采用一些散見于各種技術文獻中的著作和論文的論點;在這里,向相關著作和論文的作者致以謝意。
本書由張顯力主編,參與本書修訂工作的還有張海鷗(第2章、第5章、第7章、第8章和第12章、全書插圖)。
由于作者學術水平有限,書中不妥之處在所難免,誠請讀者批評指正。
第1版前言
本書是一本論述防爆電氣理論和防爆電氣技術的著作;初稿完成于20世紀末葉。由于近年來不管是國內(nèi)還是國外防爆電氣理論和防爆電氣技術的研究與發(fā)展日臻完備,作者根據(jù)自身長期從事這一領域的理論研究和實踐經(jīng)驗,將本書的初稿補充完善,予以出版,以期對防爆電氣領域的發(fā)展有所裨益。
大家知道,在一些工業(yè)部門,尤其是在石油化工、鋼鐵冶煉和煤炭生產(chǎn)等行業(yè),工藝過程中產(chǎn)生了大量的可燃性氣體和易燃性液體的蒸氣(有2000多種),在工藝設備周圍形成了爆炸性氣體環(huán)境。隨著現(xiàn)代大工業(yè)的快速發(fā)展,生產(chǎn)過程的高度自動化,電氣設備和儀器儀表的應用無處不有、無處不在。而電氣設備是可燃性氣體(蒸氣)的點燃源。因此,可燃性氣體(蒸氣)發(fā)生燃燒與爆炸的概率大大地增高。
事實上,在爆炸性氣體環(huán)境中,由于電氣放電而引起的爆炸多次發(fā)生,給人類生命和社會財產(chǎn)造成了極大的災難。
在爆炸性氣體環(huán)境中使用所謂的防爆電氣設備就可以避免由"電氣"引起可燃性氣體(蒸氣)發(fā)生燃燒與爆炸。因此,正確地認知、掌握和運用防爆電氣理論和防爆電氣技術,合理地設計、制造和使用防爆電氣設備,是從事這一領域的研究人員和技術人員的重要任務。
為此,本書試圖從以下幾個方面來討論一些問題:可燃性氣體燃燒與爆炸的一般概念,防爆電氣設備綜述,隔爆型電氣設備,增安型電氣設備,正壓型電氣設備,本質(zhì)安全型電氣設備和電路,澆封型電氣設備,油浸型電氣設備,充砂型電氣設備,"n"型電氣設備,復合型電氣設備,組合型電氣設備(裝置)和特殊型電氣設備,以及爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的選型和安裝。
在爆炸性氣體環(huán)境中,電氣安全是一個安全的系統(tǒng)工程。它不僅包括電氣設備的設計、制造和試驗,而且還包括電氣設備的防爆型式選擇和電氣系統(tǒng)安裝。另外,正確地運行防爆電氣設備和嚴格地管理防爆電氣設備,也是極其重要的。所有這些都是保證防爆電氣安全不可或缺的重要手段。后者不屬于本書的討論范圍。
這里還需指出的是,本書僅僅是對防爆電氣理論和防爆電氣技術的一般性概述,只是希望讓人們了解和掌握這一領域的基本理論和基本技術。然而,人們在設計、制造、試驗和安裝、使用防爆電氣設備時則必須遵照相應的國家標準[GB3836《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備》(系列標準)]和國際標準[IEC-60079《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備》(系列標準)]。
本書由張顯力擔任主編,負責全書的內(nèi)容選擇、結構設計和書稿審定。參加本書編著的有:
張顯力(第1~5章,第8章的8.3節(jié),第9章,第10章的10.1節(jié)、10.2節(jié)和第11章),楊寶祥(與張顯力合作,第6章),張海鷗(第7章,第8章的8.1節(jié)、8.2節(jié)和全書插圖繪制,其中圖10.2由蔣建勛繪制),陳文岳(與張顯力合作,第10章的10.3節(jié))。
由于作者學術水平有限,書中不妥之處在所難免,誠請讀者批評指正。
第2版前言
第1版前言
第1章 可燃性氣體燃燒與爆炸的一般概念
1.1 概述
1.2 燃燒與爆炸發(fā)生的充分必要條件
1.3 可燃性氣體
1.4 點燃源
1.4.1 電氣放電
1.4.2 靜電放電
1.4.3 碰撞與摩擦
1.4.4 固體熱表面
1.4.5 激光輻射
1.5 可燃性氣體的分級分組
1.5.1 可燃性氣體的分級
1.5.2 可燃性氣體的分組
1.5.3 可燃性氣體分級分組舉例
第2章 防爆電氣設備
2.1 概述
2.2 防爆電氣設備的通用技術要求
2.2.1 防爆電氣設備運行的環(huán)境條件
2.2.2 防爆電氣設備的分類、分級及分組
2.2.3 防爆電氣設備的設備保護級別
2.2.4 防爆電氣設備的制造材料
2.2.5 防爆電氣設備的通用結構
2.2.6 Ex元件的通用要求
2.2.7 防爆標志
2.3 防爆電氣設備設計與制作的一般原則
2.3.1 設計原則
2.3.2 制作原則
2.4 防爆電氣設備的檢查與試驗
2.4.1 機械性能檢查與試驗
2.4.2 電氣性能檢查與試驗
2.4.3 外殼的防護性能試驗
2.4.4 設備的發(fā)熱試驗
2.4.5 塑料外殼的有關試驗
2.4.6 機械火花點燃性能試驗
2.4.7 電纜引入裝置的有關試驗
第3章 隔爆型電氣設備
3.1 概述
3.2 隔爆外殼的隔爆機理
3.2.1 耐爆性能
3.2.2 隔爆性能
3.3 隔爆外殼的典型結構和結構參數(shù)
3.3.1 間隙式隔爆結構
3.3.2 其他形式的隔爆結構
3.4 隔爆型電氣設備防爆結構的一般設計原則
3.4.1 設計方案的確定
3.4.2 隔爆外殼的相關計算
3.4.3 隔爆外殼上的特殊結構
3.4.4 隔爆接合面的防銹處理和外殼
內(nèi)表面的涂覆
3.4.5 隔爆型電纜引入裝置
3.4.6 工程圖樣標注的特殊性
3.4.7 隔爆型旋轉電機的最小徑向間隙k和最大徑向間隙m計算
3.4.8 常用隔爆結構示例
3.4.9 幾種特殊隔爆結構的分析與思考
3.4.1 0隔爆型電氣設備設計時的禁忌結構
3.5 隔爆型電氣設備防爆結構的一般制造原則
3.6 隔爆安全性能試驗
3.6.1 隔爆外殼的耐爆性能試驗
3.6.2 隔爆外殼的隔爆性能試驗
第4章 增安型電氣設備
4.1 概述
4.2 增安型電氣設備的通用防爆結構和安全要求
4.2.1 外殼防護
4.2.2 導線連接
4.2.3 極限溫度
4.2.4 固體絕緣材料
4.2.5 繞組
4.2.6 電氣間隙和爬電距離
4.3 增安型電氣設備的防爆型式通用試驗
4.3.1 接線端子熱試驗
4.3.2 介電強度試驗
4.4 增安型交流電動機
4.4.1 專用結構和特殊要求
4.4.2 堵轉溫升與tE時間
4.4.3 籠型電動機放電火花危險性的評價
4.4.4 試驗
4.5 增安型照明燈具
4.5.1 專用結構和特殊要求
4.5.2 溫度限制
4.5.3 增安型發(fā)光二極管照明燈具防爆結構的一般設計原則
4.5.4 試驗
4.6 增安型電阻加熱器
4.6.1 專用結構和特殊要求
4.6.2 漏電和溫度保護系統(tǒng)
4.6.3 防爆型電阻加熱器防爆結構的一般設計原則
4.6.4 試驗
第5章 正壓型電氣設備
5.1 概述
5.2 正壓型電氣設備的通用防爆結構和安全要求
5.2.1 通用結構和安全要求
5.2.2 電氣間隙、爬電距離和極限溫度
5.2.3 正壓保護系統(tǒng)中自動安全裝置的防爆型式
5.3 保護性氣體和正壓保護技術
5.3.1 保護性氣體
5.3.2 正壓保護技術
5.4 靜態(tài)正壓型電氣設備的安全措施和安全要求
5.5 非靜態(tài)正壓型電氣設備的安全措施
和安全要求
5.5.1 正壓外殼內(nèi)壓力變化狀態(tài)示意圖
5.5.2 保護系統(tǒng)和保護功能的描述
5.5.3 檢測最低正壓和氣體流量
5.5.4 檢測吹掃時間
5.6 內(nèi)含釋放源的正壓型電氣設備的安全措施和安全要求
5.6.1 內(nèi)置系統(tǒng)及其釋放工況
5.6.2 內(nèi)含釋放源的正壓型電氣設備正壓保護技術的特殊性
5.6.3 內(nèi)置系統(tǒng)的設計原則
5.7 正壓型電氣設備防爆結構的一般設計原則
5.7.1 設備保護級別的評價原則和正壓保護系統(tǒng)的控制原則
5.7.2 正壓型電氣設備防爆結構的設計原則
5.8 正壓型電氣設備的防爆型式試驗
5.8.1 正壓型電氣設備的通用試驗
5.8.2 正壓型電氣設備的吹掃試驗和稀釋試驗導則
5.8.3 無內(nèi)部釋放源的正壓型電氣設備的充氣試驗和吹掃試驗
5.8.4 有內(nèi)部釋放源的正壓型電氣設備的吹掃試驗和稀釋試驗
5.8.5 內(nèi)置系統(tǒng)的試驗
第6章 本質(zhì)安全型電氣設備與電路
6.1 概述
6.2 本質(zhì)安全型電氣設備的防爆結構和安全要求
6.2.1 外部導線連接
6.2.2 內(nèi)部連接導線
6.2.3 間距、電氣間隙和爬電距離
6.2.4 結構上的特殊要求
6.3 本質(zhì)安全電路中的元器件
6.3.1 定額(三分之二原則)
6.3.2 電池及電池組
6.3.3 熔斷器和半導體器件
6.3.4 可靠元器件及其連接
6.3.5 二極管安全柵
6.3.6 本質(zhì)安全電路中的模擬電感和模擬電容
6.4 本質(zhì)安全電路的故障評價
6.5 本質(zhì)安全電路的分析與評價
6.5.1 分析與評價的基本原則
6.5.2 電感性電路安全火花性能的分析與評價
6.5.3 電容性電路安全火花性能的分析與評價
6.5.4 綜合性電路安全火花性能的分析與評價
6.6 本質(zhì)安全型電氣設備防爆結構的一般設計原則
6.6.1 設計的一般原則
6.6.2 設計示例
6.7 本質(zhì)安全型電氣設備的防爆型式試驗
6.7.1 火花點燃試驗
6.7.2 介電強度試驗
第7章 澆封型電氣設備
7.1 概述
7.2 澆封型電氣設備的通用防爆結構和安全要求
7.2.1 澆封化合物
7.2.2 防爆結構和安全要求
7.2.3 特殊結構和安全要求
7.3 故障評價和保護措施
7.3.1 故障與可靠部件
7.3.2 溫度極限和保護裝置
7.4 澆封型電氣設備的防爆型式通用試驗
7.4.1 澆封化合物耐候性試驗
7.4.2 澆封型電氣設備溫度測定
7.4.3 澆封型電氣設備保護裝置試驗
7.4.4 介電強度試驗
7.4.5 其他試驗
7.5 澆封型蓄電池
7.5.1 專用結構和特殊要求
7.5.2 試驗
第8章 油浸型、充砂型和特殊型電氣設備
8.1 油浸型電氣設備
8.1.1 概述
8.1.2 防爆結構和安全措施
8.1.3 試驗
8.2 充砂型電氣設備
8.2.1 概述
8.2.2 防爆結構和安全措施
8.2.3 故障工況
8.2.4 試驗
8.3 特殊型電氣設備
8.3.1 概述
8.3.2 特殊型防爆鉛酸蓄電池組
第9章 n型電氣設備
9.1 概述
9.2 n型電氣設備的通用防爆結構和安全要求
9.2.1 通用結構
9.2.2 溫度限制
9.2.3 電氣強度
9.3 n型電氣設備防爆型式通用試驗
9.3.1 外殼綜合試驗
9.3.2 引入電纜夾緊試驗
9.4 nA無火花型旋轉電機
9.4.1 專用結構和特殊要求
9.4.2 氣隙火花點燃危險性的評價
9.4.3 定子繞組絕緣系統(tǒng)點燃危險性的評價
9.4.4 試驗
9.5 nA無火花型照明燈具
9.5.1 專用結構和特殊要求
9.5.2 試驗
9.6 nA無火花型蓄電池和蓄電池組
9.6.1 專用結構和特殊要求
9.6.2 試驗
9.7 nA無火花型電氣單元(或組件)
9.7.1 nA型熔斷器
9.7.2 nA型儀器和小功率元器件
9.7.3 nA型插接裝置
9.7.4 nA型電流互感器
9.8 nC有火花型電氣單元(或組件)
9.8.1 nC型封閉斷路器和非點燃元件
9.8.2 nC型密封或澆封組件(包括氣密組件)
9.9 nL限制能量型電氣設備和nA nL
自保護限制能量型電氣設備
9.1 0nR限制呼吸型電氣設備
第10章 復合防爆型和組合防爆型電氣設備
10.1 復合防爆型電氣設備
10.1.1 概述
10.1.2 0區(qū)用復合防爆型電氣設備
10.1.3 檢查與試驗的一般原則
10.2 組合防爆型電氣設備
10.2.1 概述
10.2.2 組合防爆型電氣設備設計與制作的一般原則
10.2.3 檢查與試驗的一般原則
10.3 組合防爆型電氣設備:防爆型工業(yè)車輛
10.3.1 概述
10.3.2 防爆結構和安全要求
10.3.3 示例(一):蓄電池式防爆叉車
10.3.4 示例(二):內(nèi)燃機式防爆叉車
10.3.5 檢查與試驗
10.4 組合防爆型電氣設備:本質(zhì)安全型現(xiàn)場總線
10.4.1 概述
10.4.2 本質(zhì)安全型現(xiàn)場總線的結構和安全要求
10.4.3 檢查與試驗
第11章 爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的選擇與安裝
11.1 概述
11.2 爆炸性氣體環(huán)境中危險區(qū)域的劃分
11.2.1 危險區(qū)域的劃分原則和定義
11.2.2 危險區(qū)域劃分的原則方法
11.2.3 危險區(qū)域劃分示例
11.3 爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的選型
11.4 爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的安裝
11.4.1 供電系統(tǒng)和電氣保護11.4.2 電纜敷設
11.4.3 電氣設備安裝
11.5 爆炸性氣體環(huán)境中本質(zhì)安全電氣系統(tǒng)的設計和相關參數(shù)的核查
11.5.1 本質(zhì)安全電氣系統(tǒng)設計和核查的基本原則
11.5.2 本質(zhì)安全電氣系統(tǒng)電氣設計的基本方法
11.5.3 本質(zhì)安全電氣系統(tǒng)相關參數(shù)檢查與核算的基本方法
第12章 爆炸性氣體環(huán)境中電氣設備的運行和維護
12.1 概述
12.2 防爆電氣設備的安全運行
12.2.1 新安裝設備的調(diào)試
12.2.2 在線設備的運行
12.2.3 特殊類型防爆電氣設備的運行
12.3 防爆電氣設備的日常維護
12.3.1 防爆電氣設備日常維護和保養(yǎng)的通用要求
12.3.2 防爆電氣設備日常維護和保養(yǎng)的專用要求
12.4 爆炸性氣體環(huán)境中特殊情況的處理
后記
參考文獻