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電氣設備的粉塵防爆

文檔作者： H·格內爾艾歇瓦爾德		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月23日
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上一篇：雜散電流的防治安全技術措施

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電氣設備的粉塵防爆
〔德〕H· 格內爾, 艾歇瓦爾德
生產、加工、運輸、儲存或者包裝易燃粉塵
之處, 存在粉塵爆炸的危險。盡管程度較輕, 但
這些情況經(jīng)常發(fā)生。
根據(jù)財產保險商的資料數(shù)據(jù)表明, 聯(lián)邦德
國平均每天發(fā)生一次粉塵爆炸。大約每四次爆
炸中就有一次是由于食物和飼料粉塵所造成的
( 圖1 ) 。
3 . 5 州1. 電氣設備
紙張其它6 %
、屬, 。% /
丫獷\
煤炭. . 自` 酬、術材
1 0 % . . . . . . . . 時、! 3 4 乞
, 料“ % \ 之一廠
糧食24
未知的
機械引燃
焊接
自燃
悶燃
火
熱喪而
靜電
} 亨擦
其余
圖2 電氣設備上的部分點火源
一、粉塵防爆與氣體防爆的比
較
圖1 粉塵爆炸中粉塵種類的百分比
電氣設備在被調查的粉塵爆炸點燃源中僅
占很小的比例( 圖2)
—
這應歸功于爆炸危
險場所電氣設備安裝規(guī)程中安全工程規(guī)定較
嚴〔1」。自從在1 9 8 0年引人“ 爆炸危險場所電
氣設備規(guī)范
—
皿xe V’, 〔2〕起, 對于用干10
區(qū)域的電氣設備, 法律規(guī)定要進行官方的樣機
檢驗。
對于實踐者來說, 粉塵防爆規(guī)定同長時期熟
悉且可靠的氣體防爆規(guī)則相比較是新東西。大多
數(shù)認為, 可用現(xiàn)行的防爆類型中的一種( 比如: “d’,
隔爆型) , 無需改變就能滿足粉塵防爆要求。
下面說明看來有某些相似點, 但存在著不
同之處。
1 .
可點燃粉塵
粉塵顆粒直徑大于4 0 產川1 ( 0 . 4~ ) 時, 不
能點燃。然而在進行運輸和加工大顆粒粉塵時,
往往通過摩擦會產生越來越細的粉塵( 根據(jù)且l
“ 食品和飲食站” 的研究, 例如占。. 1 至0 . 2 個的
關3 6 關
DOI : 10. 14023 /j . cnki . dqfb. 1996. 01. 013
重量百分比) 。
從表1 可以看出, 當把一個邊長為c1 爾的立
方體分成邊長為0 . 0 01 ~ 的顆粒時, 其表面積
就會增加1 0 , 0 0 0 倍。對于所有顆粒的總和
. , 通過
計算, 其表面積為6邸。當遇到氧時, 會引起反
應, 從而引起粉塵爆炸。
表1 把1 個易姍材料的立方體分開時, 表面積增大情況
a 2 A I A ~ A l · 2 R e l .
幻” 1 1 e n 12 c m Z
1 0 1 6 6 1
1 1 03 6 X 10 一2 6 X 1 0 1 0
0 . 1 1 06 6 x i o 一` 6 x z沙1 0 0 獄
0 . 0 1 1 0 , 6 X 1 0一6 6 X 10 3 1 0 00 冤
0 . 0 0 1 10 1 2 6 X 1 0一8 6 X 1 04 1 0 00 0冤
一6妒
a 立方體的邊長
Z 分開的數(shù)量可獄可點燃顆粒的范圍
A l 每部分表面積
A 全部表面積的總和
R e l. 相對的表面積
3 ·
出現(xiàn)故障持續(xù)的時間
在氣體防爆時, 因存在著中毒危險, 故應盡
快地降低氣體濃度。故障排除后, 氣體和環(huán)境又
恢復到最初狀態(tài)。
粉塵不但不會散掉, 反而會越積越厚。當粉
塵達到一定厚度時, 由于蓄熱會產生悶燃。借助
外部的影響( 強氣流, 輕微爆炸, 燃燒) , 進行旋
起時, 便可產生可點燃濃度的粉塵
—
空氣的
混合物。
4 .
最小點燃能且
大多數(shù)的粉塵的最小點燃能比氣體大幾個
數(shù)量級。當然對于幾種特例( 磷、苯酚) 來說, 最
小點燃能量低于1 0mJ , 與氣體值的范圍一樣
( 見圖3 ) 。
2
,
爆炸極限
粉塵與氣體一樣, 爆炸的能力僅僅局限在
一定的濃度界限內: 爆炸下限約20 一6 09 / 耐
爆炸上限約2 一6噸/ m3
濃度示例:
( l ) 粉塵濃度為3 0 9 / m3 時, 在l m距離, 4 0 w
燈條件下看不見。
( 2) 在“ 沙特阿拉伯, 塵暴” 中規(guī)定粉塵濃度
為4 0 9 / m3 。
( 3 ) 根據(jù)IE C5 2 9 及E N 6 0 5 2 9 , 對防護等級
IP SX 和IP 6 X 的設備測試時, 試驗箱中規(guī)定的粉
塵濃度為5 0 9 / m3 。
( 4 ) 按D M叮/ BV’S 測試方法, 粉塵濃度為
50 9 / ln3 時, 在距光源僅為sc m 的地方, 照明損
耗為5 0% 。
( 5) 在一間通常高度的房間里, 地板上厚度
小于1~ 的粉塵層, 則足以使整個房間充滿具
有爆炸能力的混合物。
例子表明, 在一個正常的工作間里不可能
出現(xiàn)具有爆炸能力的粉塵與空氣的混合物。只
有在運輸或者加工設備中, 才可能出現(xiàn)。
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氣體粉塵
【耀肇黝
卿
圈3 氣體和粉塵最小點姍能. 比較
5 .
介質密封外殼
與氣體密封外殼不同, 塵密式外殼可利用
相對簡單的機械方法( 密封) 制造。用此方法可
以在電氣設備內部形成“ 2 區(qū)”或“ 無危險的” 區(qū)
域。
這種簡單的原理就是粉塵防爆的一個重要
組成部分。
按照德國工業(yè)標準E N 5 0 01 8 , 隔爆型“ d, 電
氣設備, 因設備類別和外殼容積不同, 其隔爆間
隙大約在0 .
1一0 . 7 5 n u n ( 1 0 0一7 5 0戶11 ) 。爆炸性
粉塵的顆粒大小迷刃
.
~ 0 . 4 m m ( 2 0~ 4 戶n l ) 。
關3 關
02 0
7
由此可見, 耐壓外殼并不是不加改變也能塵密
的( 圖4 ) 。
的加熱壁的最低溫度, 在該溫度時, 易燃材料與
空氣混合物還能被點燃。
不同的材料的悶燃溫度和點燃溫度的比率
是不同的。
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一
一- 一- 一- 一~ - - 一- , ~ ~ -
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101迎匕口止曰立上典
粉塵/塵霧氣休I C 氣休I B 氣體I A 介
刁
纓
葬-
1
鉀
三、粉塵的分類
圖4 防爆型式E E x d ( 隔爆) 的爆炸組別I A 、I B和I c,
長度為25 ~ , 可允許間隔與可點燃粉塵的顆粒大小的比較
6 .
粉塵防爆取決于工況條件
從以上簡單的比較可以知道, 粉塵防爆比
氣體防爆更取決于設備現(xiàn)場的條件。
一臺粉塵防爆電氣設備, 其表面溫度在標
準規(guī)定的s m m 厚積塵時位于規(guī)定的界限之內,
盡管取得官方的檢驗合格證書, 如果與此條件
相違, 積著厚厚的粉塵, 或者完全被粉塵淹沒,
那么, 也會變成危險源。
因此, 粉塵防爆與氣體防爆相比, 更大程度
地取決于設備的正確選擇, 使用條件和持續(xù)的
監(jiān)控及維修。
安全技術信息和公報的選印本, 從BI A 手
冊《粉塵的燃燒和爆炸參數(shù)》摘錄了關于下列物
質的劃分:
. 有機物
一原料( 天然產品)
一化工產品
· 有機物
· 其他
首先, 由于點燃和悶燃溫度在德國工業(yè)標
準V D EO1 6 5 ( 1 ) 中引用了上述分法, 在1 9 6 9 年8
月份的早期版本的表2 里則包含了最重要的工
業(yè)粉塵的匯編。
盡管在文獻中提出了帶有縮寫符號的分類
法的建議( 與氣體和蒸氣相同) , 但并沒有作出
相應的規(guī)則規(guī)定。
四、粉塵易燃易爆危險范圍區(qū)
域劃分
二、粉塵的溫度參數(shù)
重要的參數(shù), 除電導性外, 還有易燃粉塵的
炯燃溫度和點燃溫度。首先, 因為原材質的特征
和產地不同, 造成通過實驗的數(shù)值或者參考文
獻的數(shù)據(jù)有顯著的差別。以下的定義是引用德
國工業(yè)標準D IN VI )OE 1 7 0 / 0 1 7 1 。
1.
悶燃溫度
粉塵沉積悶燃溫度是被加熱的自由表面的
最低溫度, 在此溫度下, 其上5~ 厚的沉積足以
引燃。
2 .
點燃溫度
易燃材料的點燃溫度是在試驗儀器中測出
對氣體和蒸氣形成的爆炸危險場所的區(qū)域劃
分, 受故障清況的頻率和持續(xù)時間的很大影響。在
出現(xiàn)故障期間, 由于通過自然通風和氣體的揮發(fā)等
自行改變了狀況, 所以, 故障清況是在變化的。
粉塵的不同之處: 在這里, 從出現(xiàn)單次故障
中出現(xiàn)的粉塵量是無危險的, 但隨著時間的推
移, 粉塵就會累積, 最終在旋起時產生具有爆炸
能力懸浮混和物。
由于這個原因, 幾個國家按照粉塵量進行
區(qū)域劃分( 比如英國) 。粉塵量以懸浮或者沉積
的形式存在著, 并且產生或者可能形成具有爆、
炸能力的懸浮混和物。
與此相對應, 按照德國的規(guī)定, 劃分區(qū)域主

09倍的電機凈容積。
試驗壓力可調整為h2抽出1 20倍的試樣容
積。
這種強制性空氣流通, 相當于一年的運轉
時間內的“ 自由呼吸”量。
六、表面溫度的極限和測量
粉塵防爆的一個重要組成部分就是把電氣
設備的表面溫度限制在一定數(shù)值。此值低于易
燃粉塵的點燃溫度或者悶燃溫度, 并有一定的
安全裕度。
測量在標準的工作條件下, 最高表面溫度,
使用標準的方法。
不允許電氣設備表面溫度太高, 以防止引
燃懸浮的粉塵或沉積在電氣設備表面的粉塵。
為此應滿足以下的條件:
· 電氣設備的表面溫度不允許超過存在著
的粉塵一空氣混合物中粉塵的點燃溫度的2 / 3
( 參見V D E0 1 6 5 3 . 2 章節(jié))
· 不能有效阻止可悶燃粉塵沉積到危險量
的表面, 其表面溫度應低于這種粉塵的悶燃溫
度7 5 K 。當粉塵沉積超過5~ 時, 則需大幅度地
降低表面溫度( 詳見本文“七” )
· 所測出的下降值是至關重要的。
· 如果電氣設備的表面溫度超過了80 ℃ ,
那么就應將電氣設備連續(xù)運行時出現(xiàn)的表面溫
度標示出來。表面溫度以環(huán)境溫度40 ℃ 為基準。
電氣設備的表面溫度是在標準工作狀態(tài)
( 允許的誤差范圍內) , 環(huán)境溫度最高為40 ℃ 時
測出的最高溫度。
因此, 應盡可能地通過相應的裝配和保養(yǎng)
以避免粉塵在電氣設備上和積聚或進人電氣設
備中。如果不能完全排除的話, 就必須將表面最
高允許溫度降到相應的值。`
如果電氣設備表面沉積的粉塵層厚度在
5~ 到50 ~ 之間時, 按V D0E 1 70 / 0 1 7 1 第13 部
分的方法確定電氣設備允許的表面溫度。
但如果粉塵在電氣設備上覆蓋部分較大或
全被覆蓋, 就會出現(xiàn)危險的熱阻斷及悶燃。在這
種情況下, 必須把表面溫度降到非常低的值, 甚
至通過試驗測定的值, 或者把電源功率限制在
每平方單位非常小的功率。按照B AM( 聯(lián)邦機
械和化學材料檢驗局) 的研究計劃, 應該求出相
應的極限值。
在DI N ( 德國工業(yè)標準) V l )助1 70 / 0 1 7 1 第
13 章里, 確定了帶有高于25 0 / 32 0 / 4 0 ℃ 悶燃
溫度( 達到5~ 的標準厚度) 的粉塵簡化極限曲
線( 見圖6 ) 。
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七、粉塵的沉積和侵入
與氣體和蒸氣相反, 對于粉塵來說, 每次故
障造成的結果可累加起來。這樣愈來愈厚的粉
塵就會沉積在電氣設備上。沉積的粉塵層由于
隔熱就會使電氣設備的表面溫度升高, 與自燃
的過程相似, 粉塵層越厚, 發(fā)生悶燃的溫度就越
低。
圖6 電氣設備的表面溫度取決于粉塵的厚度和悶瀚沮度
在第四部分表格內所提到的悶燃溫度或者
在特殊情況下計算出來的悶燃溫度適應于5~
厚的粉塵層。
5~ 厚的悶燃溫度
A 4 0 0 ℃ 鎮(zhèn)飛~ ; B 3 2 0 ℃ 鎮(zhèn)幾~
< 4 0 0 ℃ C 2 5 0 ℃ 簇孔mrn < 3 2 0 ℃
當積塵更厚時, 在更低的溫度下, 悶燃就開
始形成、
如果電氣設備上的表面溫度按圖6 所示低
于相應的曲線對應值, 未積塵側面散熱未受明
顯阻礙時, 電氣設備上的沉積粉塵厚度允許達
到5 ~ 50 I
o
關關
mn
4 0
舉例
厚的軟木屑 、鋸木
按文獻達~ 厚時的 ℃ 悶燃溫度
應使用的曲線 ) ℃ 0 U 厚的粉塵 約 ℃ 電氣設備的允許最高表面溫度
. 本安電氣設備不需要滿足這些條件。
. 帶有白熾燈和帶有預熱的熒光燈或者混
合燈光的光源必需配有一塊透光性的安全保護
蓋。在機械危險方面帶有白熾燈或者帶有混合
燈光的光源必需配有一個附加的保護網(wǎng)或者一
塊不易破碎的安全保護蓋( 見德國工業(yè)標準
E 丫P 助 第一部 分 0 0 . ,
2 2
. 4 . 3. 1 ) 。
電氣設備在無粉塵層的標準工作條件下允
許表面溫度達到1 45 ℃ 。
這個數(shù)值還要考慮到悶燃溫度75 K 的安全
裕度和由于粉塵層的隔熱使得電氣設備的溫度
升高等因素。
在圖6 中刊載的曲線是通過所選的粉塵試
驗來保證安全的。但對悶燃溫度有偏差的粉塵
來說, 必須要估計到相類似的情況。
九、標志
八、結構規(guī)定
在德國的標準中, 試圖避免確定零部件結
構, 而強調防護目的和測試規(guī)定。
L 10 區(qū)對電氣設備的要求
按照D IN V I〕助1 7 0 / 0 1 7 1第1 3章要求如下:
· 除本安型“ ib, , , I B 組別的設備( 這里為
IP 20 ) 除外, 所有設備要求塵密外殼, 即I6P 5 。
, 對于用塑料做的外殼來說, 一定要避免
光束放電( 例如: 借助低于10 n 的表面電阻) 。
· 輕金屬外殼鎂的含量最多占6% ( 重量部
分)
· 引人部分防護等級I6P 5 , 并且按DI N (德
國工業(yè)標準) 和NE SO01 4 第一部分的第十五章
節(jié)。
. 主線和接地線的連接件。
.2 n 區(qū)電氣設備的要求
D IN V D助16 5 標準中包括了n 區(qū)電氣設
備選擇依據(jù):
· 電氣設備其內部既不能產生爆炸性的粉
塵
—
空氣混合物, 又不能形成危險的粉塵沉
積。滿足這些條件, 電氣設備至少得符合防護等
級I 5 。
現(xiàn)在, 易燃易爆的氣體和蒸氣的防爆類別
所用的標志, 在國際上已得到了廣泛的認可, 與
之相反, 粉塵防爆只有部分統(tǒng)一。
1 . 1 0 區(qū)用電氣設備
主體部分清楚和永久性標志內容如下:
· 生產廠家
· 電氣設備的型號
· S t 、E X 1 0 區(qū)
· 電氣參數(shù)
· IP
—
防護等級
· 防爆種類
· 空氣中的表面溫度, 基于環(huán)境溫度40 ℃
· 環(huán)境溫度( 若不為4 0 ℃ )
.
· 出廠日期
· 檢驗單位和合格證號碼
· 附加“ B’
—
特殊條件
. 例行檢驗日期和檢驗員標記
.2 n 區(qū)電氣設備
· 持續(xù)運行的表面溫度, 如高于80 ℃ ( 基于
環(huán)境溫度40 ℃ )
· IP
~
—
防護等級
在有關德國文獻里部分地使用了帶有縮寫
詞tS l 、tzS 和tS 3粉塵防爆等級, 標明壓力增高速
度。
這些標記與粉塵防爆電氣設備相關, 不再
使用。
十、選擇
P 4
為了使電氣設備能夠使用在粉塵爆炸危險
場所, 則其應該: 阻止粉塵進人內部, 防止在
其內部形成具有爆炸能力的粉塵
—
空氣混合
物或危險的粉塵積層。
· 表面溫度應低于點燃溫度或者悶燃溫
度, 并且有一定的安全裕度。
· 盡可能地避免在表面粉塵沉積或容易清
除表面粉塵的沉積。
在具體情況下應注意下面要求
1 0 區(qū)域
電氣設備通過D MI 、
/ 13VS 的檢測, 取得特
殊批準。
1 1 區(qū)域
設備不需要特殊批準, ,
但至少要滿足下列
要求:
· 防護等級IP 54 。
· 若滿足本文八、九的要求, 電氣設備可
以使用的防爆類別有“ i , , “ d , , 、“ q , , 、
“ p , , 、“ o , , 、
. 不允許使用含有自由金屬鈉的燈。
十一、安裝
安裝規(guī)定主要涉及普遍適用的要求, 但是
也包括一些進一步的要求:
1 0 區(qū):
對于帶有本安電路的設備, 其要求與。區(qū)
的安裝要求相同。
1 1 區(qū):
對于n 區(qū)里使用的電氣設備, 必須注意下
面幾條:
· 防止由于過載造成的電機過熱。對于電
動機在額定電壓和額定頻率時, 能長期承受其
起動電流或發(fā)電機能承受其短路電流而不產生
不允許的發(fā)熱, 則允許免去過載保護。
· 作為保護裝置應考慮以下幾點:
a) 帶有電流延時脫扣的過電流保護器,
例如, 在所有外線路中的符合Vl〕EO6 60 的電動
機保護開關, 應最高整定到電機的額定電流。
在額定電壓超過I kV 的非剛性接地的電網(wǎng)中,
兩根外線加保護就滿足要求。在三角形接法
時, 如斷路器或繼電器同繞組相線串聯(lián), 則在
選擇和整定斷路器時應以相電流額定值為基
準, 即0 .
58 倍電動機額定電流。
b) 借助于溫度傳感器進行直接溫度控制
的裝置
c) 與前敘保護裝置等效的進行過熱保護
的其它保護裝置。
· 考慮到設備的起動電流, 按DI N
譏〕助6 60 的使用類別CA 3 或A 〔澳, 選擇電機開
關。
· 用鎮(zhèn)流器的熒光燈, 須備有一個溫度保
護裝置。除非在短路的情況下, 根據(jù)本文
“ 六” 不可超過表面溫度。
· 帶有白熾燈手電筒和其它燈, 應承受強
烈的振動, 它們的燈泡應能承受振動( 按
D IN 49 81 0 第3 章耐震的白熾燈或電壓為42 V
的白熾燈) 。
· 插座的插頭人口朝下。只允許在未接通
電源時, 將插頭插人或撥出。插座在不用時,
一定要用不可丟失的蓋封閉起來, 并滿足防護
等級I5P 4 的要求。
· 插座必須固定安裝, 不允許使用連接插
接裝置和適配器。( 這些規(guī)則也適用現(xiàn)行的設
備。它們必須在1 9 8 5 年5 月31 日之前改造, 參
見D IN 、21) 0E 1 65 的生效日期, 19 80 年和1 9 8 3 年
版本) 。
〔1〕
〔2〕
參考文獻
D IN V 】) ()E 1 65 / 0 2 9 1“ 爆炸性環(huán)境用電氣設備, ,
曰xe V 爆炸危險環(huán)境用電氣設備規(guī)定聯(lián)邦法律
( 19 8 0 年) 第一部分第4條
VI ) EO ] 7 0 / 0 1 7 1 第1 3 部分1 1. 8 6. 爆炸性環(huán)境用電
氣設備: 10 區(qū)電氣設備的要求
粉塵點燃和爆炸特性
( 1 98 7住) 田A 一手冊的安全技術信息和工作手冊
1 4 0 2 60 一14 0 2 7 9的選印本, 由BI A 和BV S 撰寫。
BJ A 一工作安全職業(yè)
BV S ~ 采礦、防爆和爆破技術學院
寇曉光譯自《E I J 乙KI R 〔) P R A K l l K E R 》
1 9 9 4 , 10 ·

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