閆博睿，賈瑋

(華陸工程科技有限責任公司，陜西 西安 710065)

在常見的化工裝置中，根據介質的情況，大多數化工裝置都是位于爆炸危險性區(qū)域內，因此儀表及電氣設備應根據氣體環(huán)境等級，采用本安或隔爆等不同的防爆措施。但有時由于概念混淆不清，易引起一些設備類型的高選，如通常會將本安信號接入增安型接線箱，隔爆信號接入隔爆型接線箱，而這種做法是否正確且為最優(yōu)設計選擇還需要深入探討，本文將從GB 3836—2010《爆炸性環(huán)境》入手，結合GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》對增安型及隔爆型接線箱的選擇加以介紹和推薦。

1 爆炸危險環(huán)境和爆炸性物質的分類

首先，爆炸危險區(qū)域的定義是爆炸性混合物出現的或預期出現的數量達到足以要求對電氣設備的結構、安裝和使用采取預防措施的區(qū)域。所謂爆炸性環(huán)境即在大氣條件下，氣體、蒸汽、粉塵、薄霧、纖維或飛絮的形式與空氣形成的混合物引燃后，能夠保持燃后自行傳播的環(huán)境。因此，爆炸性環(huán)境主要分為氣體環(huán)境和粉塵環(huán)境，本文將以爆炸性氣體環(huán)境為主要介紹對象。

1.1 氣體環(huán)境分區(qū)

爆炸性氣體環(huán)境即在大氣條件下，氣體或蒸汽可燃物質的混合物被點燃后燃燒將傳至整個未燃燒混合物的環(huán)境，根據氣體混合物出現的頻繁程度和持續(xù)時間，按下列規(guī)定可分為三個氣體環(huán)境分區(qū)：

1)0區(qū)。連續(xù)出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

2)1區(qū)。在正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

3)2區(qū)。在正常運行時不可能出現爆炸性氣體混合物的環(huán)境，或即使出現也僅是短時存在。

1.2 爆炸性物質的分類、分級和分組[1]

按照爆炸性物質分為三類： Ⅰ類為煤礦瓦斯氣體;Ⅱ類為工廠中的爆炸性氣體、蒸汽;Ⅲ類為爆炸性粉塵及可燃纖維。

Ⅱ類爆炸性氣體混合物，按其最大試驗安全間隙(MESG)或最小點燃電流比(MCIR)，分為A,B,C 3個級別；根據氣體對物體表面溫度的敏感性，將爆炸性氣體引燃溫度分為6個組別，分為T1～T6。點燃特性按爆炸性物質Ⅰ類～Ⅲ類考慮，由難到易。

1.3 爆炸產生的基本原理

爆炸的產生必須存在三個條件即爆炸三角形原理，如圖1所示。首先，現場應存在可燃性物質，它是指物質本身是可燃的，并且能夠產生可燃性的氣體、蒸汽或者在空中可懸浮的固體微小顆粒；其次是現場存在助燃物質即氧氣或空氣；最后是現場存在引爆源，也就是存在足夠能量的火花或足夠高的物體表面溫度，一般點燃源的基本類型有熱源即明火、陽光等，還有短路、靜電放電產生的電火花，以及摩擦錘擊產生的機械火花，都可成為點燃源[10]。

圖1 爆炸三角形示意

因此若想防止爆炸產生，即使消除上述條件中任意一個，就可達到防爆目的。一般情況下氧氣無處不在且難以控制，故控制可燃性氣體及點燃源便成為最常用的防爆原理，下文中將詳細闡述各種防爆型式。

2 防爆電氣設備的防爆型式

防爆電氣設備按其防爆原理不同，可分為不同的防爆型式，依照規(guī)范標準，各個危險場合適用的防爆方法如下文所述。

2.1 隔爆型“d”

具有隔爆外殼的電氣設備稱為隔爆型電氣設備，其隔爆外殼能承受內部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物的傳播，即會引起外部由一種、多種氣體或蒸汽形成的爆炸性環(huán)境的點燃[4]。

2.2 增安型“e”

增安型電氣設備是一種在正常條件下不會產生電弧、火花或可能點燃爆炸性混合物的高溫的設備結構上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和認可的過載條件下出現這些現象的電氣設備，它是一種依靠高質量的材料、設計和裝配來消除電火花或局部過熱的結構技術[5]。

2.3 本質安全型“i”

本質安全型設備是指其內部的所有電路都是本質安全電路的電氣設備，在正常工作和規(guī)定的故障條件下產生的任何電火花或任何熱效應均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路，稱為本質安全電路。本質安全是基于限制電氣線路中儲能原理為基礎的防爆技術，按本質安全電路使用場所和安全程度分為ia，ib和ic三個等級[3]。

2.4 正壓型“p”

具有正壓外殼的電氣設備稱為正壓型電氣設備，即該外殼能保持內部氣體的壓力高于周圍爆炸性環(huán)境的壓力，且能阻止外部混合物的進入[3]。

除以上介紹的防爆型式外，還有充砂型、油浸型、澆封型、無火花型等不同防爆原理下的防爆類型，由于在儀表選型中涉及不多，此處不再逐一介紹。

3 電氣設備的選型原則

通常，爆炸危險區(qū)域的劃分范圍及等級的確定應符合相關規(guī)范，并應根據爆炸性物質的釋放量、釋放氣體的相對密度、爆炸下限等一系列影響因素，以確定爆炸危險區(qū)域。在危險區(qū)域劃分后，其爆炸危險區(qū)域劃分圖便可作為在該裝置或范圍內的電氣設備選型依據。在爆炸危險范圍內的，應遵循規(guī)范安裝相應的防爆電氣設備；爆炸危險區(qū)域以外的地方，可以安裝非防爆的電氣設備。因此選擇的電氣設備必須與爆炸性混合物的組別、點燃溫度以及危險區(qū)域級別相適應，否則將不能保證其安全性。因此，可從以下幾個方面考慮防爆電氣的選型。

3.1 電氣設備保護級別

爆炸危險環(huán)境可分為爆炸性氣體環(huán)境或爆炸性粉塵環(huán)境，不同的爆炸性物質對電氣設備的防爆結構要求不同。通常所涉及的防爆設備大多在爆炸性氣體環(huán)境中使用，因此在選型時應先明確其使用環(huán)境。本文以下內容僅討論爆炸性氣體環(huán)境中相關選型要求。

在第2章中詳細介紹了各種防爆型式，但并不是每種型式都能提供相同的防爆等級，因此引入設備保護級別(EPL)的概念，從而為防爆電氣設備的選型提供又一標準。依據統(tǒng)計學原理，即爆炸性環(huán)境出現的可能性和頻次的多少，考慮設備要求的安全程度高低，從而避免點燃源可能形成的點燃危險。爆炸性氣體環(huán)境下，設備保護級別分為Ga，Gb和Gc，其保護級別依次減弱。Ga級設備在正常運行或罕見故障發(fā)生的時候，其不會成為點燃源；Gb級設備在正常運行或預期故障發(fā)生的時候，不是點燃源；Gc級設備在正常運行中不是點燃源，同時也可采取一些附加保護措施，使其在點燃源預期經常出現的情況下不會形成有效點燃[6]。因此在確認爆炸危險區(qū)域后，可根據相關規(guī)范中的規(guī)定，選擇適用于該區(qū)域內的相應設備保護級別的電氣設備，爆炸性環(huán)境內電氣設備保護級別與危險區(qū)域的對應關系[7]見表1所列。

表1 爆炸性環(huán)境內電氣設備保護級別的選擇

電氣設備保護級別與電氣設備防爆型式的關系[7]見表2所列。

表2 電氣設備保護級別與電氣設備防爆型式的關系

根據表1和表2綜合考慮可知，針對不同的爆炸危險區(qū)域可選用相對應的防爆型式的電氣設備，即0區(qū)可選用本安型；1區(qū)可選擇隔爆型、增安型等及適用于0區(qū)防爆形式的電氣設備；2區(qū)可用無火花型及適用于0區(qū)和1區(qū)防爆形式的電氣設備。

3.2 根據氣體或蒸汽的引燃溫度選擇

由于多種爆炸性氣體(蒸汽)的點燃溫度各自不同，控制點燃源的最高表面溫度也是重要的一種防爆手段。由前文可知，引燃溫度是易燃性物質的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規(guī)定條件下被熱表面點燃的最低溫度，所以防爆電氣設備的表面溫度最高不應超過當前環(huán)境下爆炸性氣體的引燃溫度，從組別T1到T6防爆等級要求依次提高，遵從以上要求并結合表1選型。氣體或蒸汽的引燃溫度與設備溫度組別之間關系[2]見表3所列。

表3 氣體或蒸汽的引燃溫度與設備溫度組別之間的關系

3.3 根據氣體或蒸汽的分級選擇

防爆設備選型的級別及組別不應低于該爆炸危險環(huán)境內爆炸性物質的級別及組別，并且當該環(huán)境下存在兩種或以上可燃性物質形成的爆炸性氣體混合物時，應按照混合后的爆炸性氣體混合物的級別和組別，選擇相應的防爆電氣設備，若混合爆炸性氣體級別等無據可查時，可按照較高級別和組別的氣體性質，選擇相應類別的防爆電氣。氣體和蒸汽與電氣設備類別的關系[2]應符合規(guī)范中的要求，詳見表4所列。

表4 氣體、蒸汽或粉塵分級與電氣設備類別的關系

除以上提及的幾點重要選型原則外，還應考慮周圍環(huán)境如防塵、防腐、溫度、濕度及大氣壓；設備選型是否符合經濟性原則，即在同等級別及防護要求下，綜合考慮各個產品的價格、使用壽命、運行維護費用等因素；設備選型是否便于維護，即在同等條件下，應選結構簡單，質量小的產品，選擇適用于當下環(huán)境的設備且避免不必要的高選。

4 接線箱的選擇

4.1 接線箱介紹

接線箱主要作用是用于線路過渡連接的箱體，其內部安裝有端子排、接地螺栓，箱體上配有進線密封格蘭。除普通的接線箱外，還有帶軌道可安裝軌道式溫度變送器的接線箱。所有接線箱進出線口的方向、數量、進線口大小及內部端子數量可根據需求進行調整變化。接線箱外殼材質也有多種選擇，可根據實際的要求選擇不同材質的接線箱。通常在化工裝置內現場儀表種類較多造成電纜過多，設置接線箱使其達到整齊統(tǒng)一，降低電纜費用，且預留接線為后期增加儀表提供便利。一般工程設計中，對接線箱做出統(tǒng)一性的要求，如接線箱尺寸、本體材質、進出線口的數量及規(guī)格，以及要求每個接線箱配儀表位號的銘牌接地端子等。

4.2 不同類型接線箱的使用及選擇

接線箱的選擇也要根據其具體的環(huán)境要求，選擇相應類型的接線箱。常用接線箱按其使用范圍不同常分為防水、防塵、防腐接線箱，即普通接線箱和防爆接線箱。防爆接線箱又根據其不同防爆型式分為很多種，但無論是防爆接線箱還是防水、防塵、防腐接線箱，它們的基本功能都是一樣的。

防爆接線箱是各種危險區(qū)域所使用的特殊設備，通常采用鋁合金壓鑄或者是采用不銹鋼焊接而成，從而能夠起到防爆的接線箱。防爆接線箱的分類有隔爆型與增安型，無論哪一種防爆形式，所允許使用的最高防護級別，即能夠適應的爆炸性氣體環(huán)境，都必須經過嚴格的評定、認證。根據環(huán)境的要求不同，可以選擇不同類型的接線箱。防爆型接線箱主要使用在爆炸性氣體環(huán)境區(qū)域，它能夠起到將防爆接線箱內與外環(huán)境完全隔開，而且箱體具備非常強的抗壓能力。防水、防塵、防腐接線箱一般采用的是防腐蝕性超強的材質，如玻璃纖維不飽和聚酯樹脂，設計上采用的是密封防水、防塵技術。綜上所述可以得出： 防爆接線箱與防水、防塵、防腐接線箱的不同點主要在于使用的環(huán)境不一樣，其他功能大多是相同的。

在爆炸危險環(huán)境中，接線箱的防爆類型的選擇結合前文表2，表3可知，在1區(qū)環(huán)境下，隔爆型和增安型接線箱都可選用，下面將詳細講述兩種接線箱的差別及選用。

4.2.1隔爆型接線箱

隔爆型接線箱是通過ATEX或IECEX防爆認證的防爆接線箱，防爆原理是通過箱體隔爆面阻止和隔斷內部的爆炸向外部爆炸危險環(huán)境傳播，即通過箱體有效地隔離和熄滅爆炸火花，并且將溫度降低至當前環(huán)境下安全的溫度組別，因此該接線箱的隔爆接合面寬度、接合面間隙及表面的粗糙度均為隔爆的重要參數，外殼材質多為鑄鋁合金。內部接線端子采用標準中規(guī)定的Ⅰ、Ⅱ級絕緣材料，且接線端子間及端子與金屬箱體間的電氣間隙滿足規(guī)范要求，以確保該接線箱可用于1區(qū)及2區(qū)環(huán)境，電纜通過導線管或防爆格蘭接頭接到接線箱的內部，對于不安裝電纜的接線口，可通過安裝有防爆認證的堵頭來滿足安全等級需要。

4.2.2增安型接線箱

增安型接線箱也是防爆接線箱的一種形式，由2.2節(jié)所述可知，防爆原理是在正常運行條件下不產生電弧、火花或者能點燃爆炸性混合物的設備結構上，采取相應措施提高其安全程度，防止以上情況產生的防爆接線箱。按照規(guī)范說明其可用于1，2區(qū)，它的結構不同于隔爆接線箱，其接線箱外殼不要求具有承受內部爆炸的強度，但應該滿足規(guī)定中要求的能承受一定程度的機械性沖擊破壞，外殼材質通常為不銹鋼。接線箱內接線端子為經認證的增安型端子排，以及電纜接口應為增安型電纜格蘭。

對比兩種防爆類型的接線箱，其差異基本在于由防爆原理不同產生的結構差異，隔爆型接線箱對箱內的端子排無認證要求，只需滿足材料及間隙位置要求即可，但接線箱的進線格蘭應保證為隔爆型；增安型接線箱的端子排應為認證的增安型。

4.2.3接線箱選用

在化工裝置中，爆炸危險區(qū)域劃分多為1區(qū)、2區(qū)，根據前文介紹的兩種隔爆類型的接線箱均可運用于實際項目中，在非爆炸危險區(qū)域選擇防水、防塵、防腐的普通接線箱即可，那么隔爆類型的接線箱由于價格及體積結構上的差異，如何在實際項目中合理選擇就成了一個問題。并且對于剛接觸儀表行業(yè)的工程師來說，若對此不深究的話，可能會單純的從名稱上認為隔爆信號的電纜應該接入隔爆型接線箱，而其余的本安信號及非隔爆信號電纜就應接入增安型接線箱，這是正確但并不是絕對合理的選擇。從第3章介紹的爆炸危險區(qū)域電氣設備選型原則來看，接線箱類型的選擇只與其所在位置環(huán)境的危險區(qū)域等級有關而與其究竟連接何種信號無關，因此在可用的危險區(qū)域內隔爆信號電纜接入增安型接線箱。另外，從前文提到的可維護性來看，隔爆型接線箱對隔爆面要求很高，同時，隔爆型接線箱體積及質量也比增安型接線箱大很多，不便于安裝與搬運。因此，在安裝及后期開箱檢查等方面可操作性較增安型接線箱來說更難一些；另外從經濟性方面考慮，隔爆接線箱的金屬材料需求量大，并且由于隔爆面要求高，則加工精確程度也遠高于增安型接線箱，因此其價格也是增安型接線箱的幾倍。

在目前的化工裝置中大多項目都采用增安型接線箱，隔爆型接線箱相對使用較少。通常會在設計階段中，規(guī)定對于接線箱要求選型為增安型隔爆接線箱的，本安信號要求其對應接入的接線箱內端子為藍色，本安電纜顏色要求為藍色，對隔爆信號并無特殊要求，隔爆信號電纜顏色為黑色。

5 結束語

隨著化工裝置的日益增多，在筆者參與設計的常規(guī)項目中，若存在0區(qū)等特殊的危險環(huán)境，可將接線箱放置在不同爆炸性氣體環(huán)境，使其處于低危險區(qū)域，選擇相應儀表；若無特殊要求，在化工裝置爆炸危險區(qū)域內選擇接線箱，首先在考慮安全可靠性的前提下，也應適當考慮其經濟性、可維護性、項目設計的統(tǒng)一性及美觀性，選擇增安型接線箱，是合理且適當的。