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淺析防爆燈具防爆結構的分類與選型
文檔作者:
吳長康
文檔來源:
南陽防爆電氣研究所
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2021年12月08日
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淺析粉塵防爆
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10 淺析防爆燈具防爆結構的分類與選型 《電氣防爆》2008,4 淺析防爆燈具防爆結構的分類與選型 吳長康 (南陽防爆電氣研究所,河南南陽473008) [關鍵詞】防爆燈具;防爆結構;分類;選型 [摘要]文章對防爆燈具的分類與選型做了簡要概括,主要介紹了隔爆型與增安型燈具 的使用與選型,并對它們的防爆結構、故障檢修與使用注意事項進行了探討。 [中圖分類號]TM923.46 [文獻標識碼]A [文章編號]1004—9l18(2008)04—0010—05 Classification and Selection on the Explosion Protection Structure for Ex Lmninaries WU Chang—kang (,V砷仞 Explosion Protea~Elearical Research Institute,Henan Nanyang 473008) Key words:Ex luminaire;explosion protection structure;classification;selection Abstract:It summaries the classification and selection of Ex luminaires.In this article,two types of Ex lightings are choose— flameproof and increased safe.to discuss on the application and selection. Furthermore,it approaches on the Ex structure,troubleshooting and matters need attention. O 引言 據有關資料記載,電氣設備引起的爆炸事故 60%是由于照明燈具引起的,而其中由攜帶式燈 具引起的事故又在80% 以上。由此看來,防爆燈 具的使用安全對石化企業(yè)、煤礦井下等危險場所 生產裝置的安全運行有著重大影響。筆者根據 GB 3836系列標準總結防爆燈具防爆特點,對防 爆燈具幾種常用防爆結構的分類作簡單說明。 1 防爆燈具的分類與選型 防爆燈具一般按選用的光源、防爆結構型式、 使用方式進行分類。按光源分類有防爆白熾燈、 防爆高壓汞燈、防爆低壓熒光燈、混合光源燈等; 按防爆結構型式分類有隔爆型燈具、增安型燈具、 正壓型、無火花型和粉塵防爆型共5種主要類型, 也可以由其他防爆型式和上述各種防爆型式組合 形成復合型和特殊型燈具等;按使用方式進行分 類有固定式防爆燈具和攜帶式防爆燈具。 防爆燈具的光源選擇:白熾燈目前雖仍有較 多使用,但由于發(fā)光效率低、壽命較短,正逐漸被 其他光源所替代。其中應用較多的是單插頭無啟 動器熒光燈和自鎮(zhèn)流高壓汞燈以及高壓鈉燈。 單插頭無啟動器熒光燈是一種冷陰極氣體放 電燈,發(fā)光原理是利用電極間的放電使汞原子產 生紫外線輻射,從而激發(fā)燈管內壁熒光物質發(fā)光。 這種熒光燈發(fā)光效率較高(約為白熾燈的3倍), 使用壽命較長,啟動時不需要啟動器(通常在燈管 壁上有一條導電層,稱為啟輝層,熒光燈的啟輝靠 它來完成;當燈管破裂時啟輝層也被破壞,燈即熄 滅),陰極溫度較低(約200 oC左右),是一種安全 實用的光源,非常適合制成增安型照明燈具。 自鎮(zhèn)流高壓汞燈是利用高壓汞蒸氣放電以及 白熾體和熒光質三種物質發(fā)光的混合光源燈。它 具有亮度高、結構簡單、啟動速度快等優(yōu)點。改變 了以往的高壓汞燈需要外加鎮(zhèn)流器的缺點,利用 【收稿日期】2008—10—21 【作者簡介]吳長康,男。1978年生,工程師,2003年畢業(yè)于河南科技學院(原河南職業(yè)技術師范學院),從事防爆電氣技術工作。 《電氣防爆》2OO8,4 淺析防爆燈具防爆結構的分類與選型 鎢絲來起到限流的作用,同時也改善了光色。其 缺點是壽命相對于普通熒光高壓汞燈要縮短一 些。高壓鈉燈是一種高壓鈉蒸汽放電燈,具有發(fā) 光效率高、耗電少、透霧能力強、壽命長等優(yōu)點。 防爆燈具的防爆結構型式,要根據爆炸性氣 體環(huán)境的區(qū)域等級及范圍決定,如1區(qū)范圍內必 須采用隔爆型燈具;2區(qū)內的固定燈具可采用隔 爆和增安型,移動式燈具必須采用隔爆型。所選 防爆燈具的級別或組別,不應低于爆炸危險環(huán)境 中爆炸混合物級別和組別。同時要考慮環(huán)境對防 爆燈具的影響,應滿足環(huán)境溫度、空氣濕度、腐蝕 或污染性物質等各種不同環(huán)境的要求。要根據不 同的環(huán)境要求選擇燈具的防護等級和防腐等級。 尤其是在爆炸性氣體環(huán)境中存在腐蝕性氣體時, 選擇具有相應防腐性能的燈具是至關重要的。 以前,在石化企業(yè)中,爆炸危險場所的照明燈 具主要使用隔爆型。隨著增安型電氣設備在2區(qū) 爆炸危險場所的廣泛應用,增安型和復合型照明 燈具也越來越多地被使用。增安型的燈具在具有 一定防爆性能的基礎上,同隔爆型燈具相比,具有 重量輕、價格低、安裝維護方便、使用壽命長等優(yōu) 點。在石化企業(yè)使用最普遍的復合型電氣設備是 增安一隔爆復合型防爆電氣設備,一般由隔爆部 件、增安型接線端子和增安外殼三部分組成,它既 有隔爆型的安全性能,又具有增安型的優(yōu)點。下 面主要介紹一下隔爆型防爆燈具和增安型防爆燈 具。 2 隔爆型燈具的結構及種類 隔爆型燈具是能承受燈具內部爆炸性氣體混 合物的爆炸壓力,并能阻止內部的爆炸向燈具外 罩周圍爆炸性混合物傳播的燈具。隔爆型燈具的 防爆形式,主要是在產品結構上,專門設有一定的 隔爆接合面或隔爆螺紋,通過一個整體的隔爆外 殼,來承受燈具內部可能產生的爆炸性混合物的 爆炸壓力,并阻止向周圍的爆炸性混合物傳爆來 達到防爆目的。 隔爆型的防爆燈具,可適用電源不超過 l 000 V的有白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈泡(包括緊湊 型熒光燈),高壓汞燈、高壓鈉燈、自鎮(zhèn)流高壓汞燈 和金屬鹵化物燈等。其結構特點首先是必須具備 一個能承受住GB 3836.2規(guī)定的爆炸強度試驗檢 驗的隔爆外殼,這個整體的隔爆外殼,包括原則上 須用金屬材料構成的燈體部件和與此相配備的堅 實的燈罩等透明件部件兩大部分。根據光源的形 狀和發(fā)光體的分布狀況不同,常見的隔爆型燈具 一般可歸納為配裝白熾燈、高壓汞燈等氣體放電 燈光源的豎式燈具和配裝直管式熒光燈泡的橫式 燈具兩大基本類型。其共同的組成要素均為燈 體、透明件、密封件、燈座、內反射器和外燈傘等部 件。而一個好的隔爆型燈具的判定,主要是要有 結構合理的燈體和相配的隔爆接合面,能承受沖 擊試驗和熱劇變試驗的透明件,用抗老化能力強 的橡膠密封件將燈體與透明件固定起來,再配有 電氣性能可靠的燈座,通過設計合理的內反射器 和外燈傘將燈具內部光源的光通量,最大限度地 穿過透明件照射到燈具外面,給予爆炸危險場所 理想的照明效果。而如何將這些構成要素有機結 合,布局合理,這是當前乃至將來隔爆型防爆燈具 設計與開發(fā)的關鍵。 2.1 燈具隔爆外殼的基本要求 對于隔爆型燈具,隔爆外殼是這類隔爆型防 爆電氣設備的關鍵部件,所以隔爆外殼必須符合 一般要求和隔爆性能的特殊要求。 2.1.1 一般要求 隔爆型燈具是一種特殊的燈具,必須符合普 通燈具的通用要求。 (1)燈具的外殼造型力求美觀大方,結構緊 湊可靠,輕便且工藝性要好。 (2)要求有足夠的容積用來放置燈座、燈泡、 反射器、接線柱等電氣元件和燈具配件,同時要考 慮布局的合理性,便于安裝、更換光源等使用和維 修。 (3)要有一定表面積的透明部分,以使燈具 內部光源的光通量通過反射部件有效地投射出 來。 (4)要綜合考慮散熱、防塵、防水和防腐等措 施,在結構上給予充分的保證。 (5)在適當的位置,合理地布置內外接地,并 有相應的永久性接地標志。 2.1.2 特殊要求 國家防爆標準要求隔爆外殼能承受內部爆炸 性氣體}昆合物的爆炸壓力,并阻止內部的爆炸火 焰向外殼周圍爆炸性混合物傳播;要滿足這一性 能,就必須具體考慮如下特殊要求: (1)耐爆性能。要求燈具外殼有足夠的強度 和剛度來承受燈具內腔可能引起的爆炸壓力,因 此要選擇適當的材質和壁厚,組成最佳的立體幾 12 淺析防爆燈具防爆結構的分類與選型 《電氣防爆》2008,4 何形狀分布,這種腔體結構,既要美觀大方,又要 盡可能地避免形體變化過大所造成的應力不均, 以便確保最終能夠通過GB 3836.2規(guī)定的動態(tài)強 度試驗。 (2)隔爆功能。燈具的隔爆外殼在設計時就 必須嚴格按照GB 3836.2的規(guī)定選用適當的隔爆 接合面結構參數、引入裝置的方式,透明件與燈體 部件的密封結構形式、隔爆接合面的粗糙度,隔爆 螺紋的精度等,以便有效地阻止內部爆炸火焰向 外殼周圍爆炸性混合物傳播,最終通過GB 3836.2 規(guī)定的隔爆性能試驗。 (3)燈具的隔爆外殼,多數是由2個或多個 連通空腔組成,往往很容易產生壓力重疊現象,一 般來說,這將會造成爆炸壓力異常急劇上升而超 過預計的最大壓力。為此應盡量增大聯(lián)通孔面 積,使外殼內部的形狀能消除壓力重疊現象。如 果實際不能消除壓力重疊現象,則應在腔與腔之 間采取隔爆措施,消除壓力重疊。 (4)對于ⅡC的隔爆型燈具,GB 3836.2嚴格 規(guī)定不應采用爆炸時隔爆間隙趨向增大的平面隔 爆接合面,為此,目前我國的隔爆型ⅡC防爆燈具 大多數采用隔爆螺紋的結構形式,以便燈具更換 光源或維修時燈具腔體能順利開啟。 2.2 隔爆型燈具透明件的設計制造及安裝 作為隔爆型防爆燈具,必須有一定的透光部 分,目前我國基本上由鋼化玻璃材料制成,固定安 裝在隔爆型燈具的腔體上。因此對于隔爆型燈具 的這些玻璃透明件,不但要滿足GB 3836.1通用 要求中對透明件的沖擊試驗和熱劇變試驗要求, 而且更重要的是要經得起GB 3836.2中規(guī)定的動 態(tài)強度試驗。這就要求這些玻璃透明件需要有足 夠的強度,即必須有足夠的厚度和一定的幾何形 狀分布,經過鋼化等工藝處理。 在設計定型玻璃透明件時,必須注重玻璃厚 度的合理選擇和形狀的確定。一切以避免透明件 成品應力不均勻為前提,同時要盡量保證不出現 厚度 變現象。玻璃的主要優(yōu)點是在高溫、紫外 線輻射以及長時間的潮濕條件下能保持其物理及 透光性能,表面耐硬質顆粒的擦傷,并且允許浸在 含水或有機物的溶劑中而不致產生應力裂紋或腐 蝕。玻璃的主要缺點是它的脆性及抗拉強度低。 為了彌補這些缺點,在設計玻璃透明件與燈體組 裝結構時,通常在玻璃透明件和燈具外殼的金屬 零件之間鑲上金屬或金屬包覆的密封墊,防止與 外殼金屬元件的點接觸,損壞玻璃透明件。 為防止固體異物的沖擊以致打碎玻璃透明 件,目前常用的方法是加格柵網罩保護。如不裝 格柵網罩,則玻璃透明件須通過CB 3836.1規(guī)定 的高能量沖擊試驗。 一般隔爆型燈具透明件采用密封結構時,密封 墊的厚度須不小于2.0 l'lgrl,金屬外殼與玻璃透明件 之間密封墊的嵌入部分寬度,須不小于10.0 rrl/l。同 時玻璃透明件一般應以內腔安裝,因為當內部有 壓力時,彈性密封墊趨于壓縮狀態(tài),會加強密封性 能。彈性密封墊的材質,一般采用丁腈橡膠;當燈 具的功率較大時,可采用石棉橡膠板或硅橡膠、氟 橡膠等離火自熄的材料。還必須注意的是,在安 裝玻璃透明件時就采取措施,從結構上保證壓緊 燈罩、玻璃管或透明板的周邊,受力要均勻,避免 引起透明件內部產生危險的機械應力。對于隔爆 型燈具的玻璃透明件,還可以采用與外殼燈體直 接膠封的方法密封固定。這種結構對膠封材料要 求較高,以硅橡膠或環(huán)氧樹脂類為宜。燈具透明 件與外殼部件的固定,在結構上必須保證,在更換 光源時,透明件和密封件不得從外殼部件上脫落。 2.3 隔爆型燈具電纜引入方式的選定 隔爆型燈具的電纜引入方式,GB 3836.2中 作了明確的規(guī)定,即要求燈具電纜須采用間接引 入方式,但I類帶隔爆燈座的熒光燈和冷啟動熒 光燈可采用直接引入方式。對于引入方式的這種 規(guī)定,主要是由于隔爆型燈具正常運行工作時,內 部不可能完全避免產生火花、電弧或危險溫度的 緣故。電纜間接引入的方式,即通過接線盒或插 銷以電纜或導線與燈具進行電氣連接,在結構上 把燈具分隔成兩個獨立的腔體,燈具的主腔體和 接線腔體,即兩腔隔爆結構,使防爆安全的可靠性 充分得到保證。 2.4 隔爆型燈具的檢修 隔爆型燈具原則上允許進行修理,具體要求 有: (1)燈具修理的要求 燈具的可拆卸零件允許用配件替換,配件須與 原件一樣,并須分別符合GB 3836.1、CB 3836.2、GB 3836.3的有關規(guī)定。 這里的替換是以配件替代檢修活動,一般隔 爆型燈具要求非專業(yè)人員不要打開或任意拆卸, 平時的檢修主要是更換光源和熒光燈的啟動器和 氣體放電燈的觸發(fā)器等易耗電氣部件,燈具進行 《電氣防爆》2oo8,4 淺析防爆燈具防爆結構的分類與選型 l3 裝拆后要注意燈具的透明件與燈體之間的密封墊 是否恢復到原有的壓縮狀態(tài),另外還要注意裝拆 過程中不要碰傷隔爆面,電纜和導線引入口的密 封墊圈如損壞或老化,一定要及時更換以確保防 爆性能的可靠性。 (2)燈座的替換 燈座允許整體替換,用以替換的隔爆燈座須 有防爆檢驗單位認可的證書或文件,燈座配件須 保證接觸良好,并具有原件的耐熱性能。 燈座允許整體替換,主要是考慮燈座是一個 完整的部件,燈座的裝配有許多相互制約的作用, 零件之間如果進行替換,往往會影響燈座整體的 電氣性能配合與協(xié)調,同時燈座配件的導電性、耐 熱性都是很重要的,隨意更換,必將使燈座整體的 性能有所降低,因此對燈座配件的要求是比較高 的,完全是從避免燈具內部產生火花、電弧的角度 來考慮的。 (3)鎮(zhèn)流器的替換 隔爆型燈具的鎮(zhèn)流器允許用相同型號和容量 的配件替換,改變鎮(zhèn)流方式時,須經防爆檢驗單位 認可。 不同型號的鎮(zhèn)流器技術性能不完全一致,更 換不同型號的鎮(zhèn)流器時,就可能引起隔爆型燈具 的溫升和絕緣性能,工作性能等變化,在隔爆型燈 具中,這種變化必定影響防爆的級別及溫度組別, 所以規(guī)定只允許用相同型號和容量的配件替換, 而改變鎮(zhèn)流方式時,對整個鎮(zhèn)流器部件的溫升變 化更大,所以必須要重新進行溫升等試驗,以確定 新的溫度組別,而這種試驗鑒定只有經防爆檢驗 單位試驗通過才能得到認可。 3 增安型燈具的結構及種類 增安型防爆燈具在正常運行條件下不會產生 電弧、火花或可能點燃爆炸性 昆合物的高溫,并采 取措施提高安全程度。GB 3836標準對增安型防 爆燈具的結構、光源、試驗方法提出了嚴格的技術 要求。 3.1 溫度測量 隔爆型防爆燈具最高表面溫度的測試點是在 燈具的外表面。增安型防爆燈具則要求其內外部 任何部件的最高表面溫度都不應超過相應溫度組 別的規(guī)定,燈具的最高表面溫度一般出現在光源 的泡殼上。因此,采用同樣光源的隔爆型燈具的 增安型燈具的溫度組別(由于測試點的不同,一個 測外表,一個測內部)至少要差1、2個組別。通過 這種方法確定溫度組別的增安型防爆燈具,避免 了產生能點燃爆炸性混合物的高溫。 3.2 燈座采用有隔爆腔的結構 螺口燈座中更換燈泡時可能產生火花的部分 應裝入單獨的隔爆腔內。為了防止螺旋燈泡在燈 座中自行松動,燈座的旋入力矩和旋出力矩應符 合標準規(guī)定的要求。單插腳無啟動器熒光燈的燈 腳和燈座應符合Fa6燈座的規(guī)定,其結構也是隔 爆型結構。這種結構避免了火花的產生。 3.3 有觸點元件 開關、觸發(fā)器等可能產生火花或危險溫度的 部件應置于隔爆腔,或置于能達到同等安全裕度 的殼體內(如澆封,充砂等),以避免點燃可燃性氣 體。 3.4 光源的選擇 同其他類型的防爆燈具相比,增安型防爆燈 具對光源的要求是最嚴格的。饋電網供電的燈具 允許采用的光源為: ① 帶有單插腳的無啟動器的熒光燈; ② 一般用途白熾燈; ③ 混合光燈(自鎮(zhèn)流汞燈)。 上述3種光源在光源意外破裂后,至少10 s 后不會出現比極限溫度高的溫度。單插腳的無啟 動器的熒光燈,不用啟動器幫助啟輝,而采用導電 帶來啟輝。這種燈管在破碎后,無法維持正常工 作狀態(tài),導電帶斷開,也不可能再使燈管啟輝,整 個燈管處于斷路狀態(tài),不會使燈絲產生高溫。而 普通熒光燈,在破裂后,燈絲和啟動器形成回路, 會使燈絲產生有害的高溫。這種燈管的燈腳和燈 座的結構也符合隔爆型結構的要求。白熾燈在玻 殼破裂后,燈泡內真空狀態(tài)遭到破壞,燈絲很快地 燒毀,不會持續(xù)產生高溫,自鎮(zhèn)流汞燈實際上是一 個白熾燈和高壓汞燈串聯(lián)而成,在玻殼破裂后,白 熾燈在極短時間內燒毀,從而使高壓汞燈形成斷 路狀態(tài),迅速地降溫。實踐證明,裝在燈具內的光 源自行破裂是個幾率很小的事件。為了避免光源 被意外事故擊碎,增安型防爆燈具對外殼抗沖擊 的能量,提出了很高的要求。光源近似苛刻的選 擇,確保了增安型防爆燈具能在爆炸危險性場所 2區(qū)可靠使用,其中單插腳熒光燈可用于1區(qū)。 3.5 鎮(zhèn)流器繞組溫度 鎮(zhèn)流器繞組的極限溫度比普通燈具內的鎮(zhèn)流 器絕緣繞組的極限溫度要低lO℃,從而使繞組的 l4 淺談氣體爆炸危險區(qū)域劃分 《電氣防爆》2008,4 淺談氣體爆炸危險區(qū)域劃分 馬寧 (天津市化工設計院,天津300193) [關鍵詞】氣體爆炸;危險區(qū)域;劃分 [摘要]通過對釋放源各種影響因素以及它們對危險區(qū)域、危險等級和范圍的分析,針 對氣體爆炸危險區(qū)域,結合國際標準,介紹了化工企業(yè)中爆炸危險區(qū)域的劃分。 [中圖分類號]X932 [文獻標識碼】A [文章編號】1004—9118(2008)04—0014—03 Classification of Ha~rdous Areas for Explosive Gas Almosphere MA Ning (Tianjin Chemical Design Institute,Tianjin 30o193) Key words:gas explosion :hazardous area;classificati0n Abstract:In this paper。it introduces the classification of explosive hazardous locations in chemical industry by analyzing the influencing factors of release sources on the classification ofba~zntous location, hazard rating and range according to the relevant intemafional standards. 0 引言 化工企業(yè)在加工和處理易燃性液體或氣體 時,不可避免的會從管道、容器中泄漏,與空氣中 的氧氣混合后形成爆炸性混合物,易造成爆炸。 因此,化工企業(yè)的防爆安全就成為企業(yè)的頭等大 事。嚴格、細致地劃分爆炸危險場所的等級和范 圍,經濟合理的選用防爆電氣設備,并輔以建筑物 的防爆設計、加強通風等措施,以防止爆炸條件的 形成和減輕爆炸危險的嚴重程度,是工程設計人 員的職責,是關系到企業(yè)安全生產和工程建設的 重要問題。 壽命可提高30%以上,在很大程度上提高了鎮(zhèn)流 器的可靠性。 3.6 外殼防護等級 外殼防護等級要達到IP54以上。較高的外 殼防護等級,能使水氣和灰塵難以進人。 3.7 爬電距離 絕緣材料爬電距離的要求也比普通燈具要高 一個等級。以排除絕緣材料發(fā)熱和擊穿的可能性。 3.8 絕緣介電強度試驗 鎮(zhèn)流器繞組與機殼的絕緣介電強度應在相應 國家標準規(guī)定的試驗電壓基礎上提高10%,并要 求每一臺產品出廠時都要進行該項試驗。CB 3836--2000還對燈泡與透明罩之間最小間距、網 罩、電容等提出了具體要求。 4 結束語 與防爆燈具有關的電氣事故在含有爆炸危險 氣體(粉塵)環(huán)境中時有發(fā)生,它不僅可導致煤礦、 工廠、石化等企業(yè)重、特大事故的發(fā)生,同時也嚴 重制約企業(yè)安全生產。因此,當我們在選擇和使 用防爆燈具時,就要嚴格按照相關規(guī)程和要求去 做。 文中介紹的幾種防爆燈具僅供使用者在實際 選型應用中參考,具體要求還要按照國家及行業(yè) 相關標準執(zhí)行。 參考文獻 [1]GB 3836.1—2Oo0,爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第1 部分:通用要求[s]. [2]GB 3836.2_20o0,爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第2 部分:隔爆型“d”[S]. [3]GB 3836.3—20o0,爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第3 部分:增安型“e”[s]. [4]GB 3836.15~2000,爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第15 部分:危險場所電氣安裝(煤礦除外)[S]. [收稿日期】2OO8—08—24 【作者簡介】馬寧,男,1979年生,2O03年畢業(yè)于天津城市建設學院電氣工程及自動化專業(yè),主要從事化工項目的電氣設計。
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