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1、“防爆安全技术”讲座(第 6 讲 隔爆型仪表)徐建平 防爆安全技术”讲座 第 6讲隔爆型仪表 l 隔爆型仪表的设计依据及原则要求 1 1 设计依据 G B 3 8 3 6 1 2 0 0 0(爆 炸性 气体环境用 电气设 备第 1 部分：通用要 求 和 G B 3 8 3 6 2-2 0 0 0(爆 炸性 气体环 境用 电气设 备 第 2部分：隔爆 型“d”是隔爆 型仪表产 品的主要设计依据。1 2设计原则 根据 G B 3 8 3 6 2 标准的规定，隔爆型仪表的设计 实 际上就是要设计一个符合标准规定 的机械外壳，并确保 该外壳能承受内部爆炸性气体混合物 的爆炸压力，并 能 阻止内部的爆炸
2、向外壳周围爆炸性混合物传播。如前所述，隔爆 外壳的防爆机 理是基 于“间隙防 爆”原理。由于仪表产品在正常工作或可能 的故障条件 下，将不可避免地产生 电火花或危险 高温，为此工程 实 践中通常将相关 的电子线路或 电气零部件放在一个或 几个满足“间隙隔爆”原理要求的外壳中，从而来避免 由 这些 电气因素引起点燃源点燃周 围爆炸性环境而产生 爆炸。因此，隔爆外壳的设计必须满足两个基本条件：外壳机械强度条件，即外壳具有足够强度，能 承受 内部 的爆炸压力而不损 坏，且不产生 影响 防爆性 能的永久性变形。控制接合 面间隙不传爆条件，即外壳接合面具 有足够小 的问隙和足够长 的啮合长度，内部 的爆
3、 炸产 物(炽热火焰或 颗粒)不会窜 出外壳并 点燃 周围 环境 中的爆炸性混合物。当两个或多个隔爆 外壳组合 在一起 时，每个 单独 外壳都应满足上述外壳设计基本要求。2 隔爆型仪表基本设计要点 2 1 隔爆外壳 2 1 1 外壳材质 隔爆外壳材质一般 可采用铸 钢、铝 合金、不锈 钢、塑料、陶瓷、玻璃 钢及 高强度复合 材料 等，其性能 应符 自动化仪表 第 2 9卷第 8期2 0 0 8年 8月 徐 建 军(上海仪器仪表 自 控 系统检验测试所，上海2 0 0 2 3 3)合 G B 3 8 3 6 1 2 0 0 0标准 中有关“外壳材料”的要求。当非金 属隔爆外壳和隔爆外壳 的非金属
4、部件直接 被用来支撑裸露带 电部件时，外壳 内壁表面或 外壳部 件的耐泄痕性和爬 电距 离应符合 表 1和表 2的要求。并通过 G B 3 8 3 6 2附 录 A规定 的耐热性 能 的高温试 验、耐 热性能 的低温试验、机械试验 和可燃性 试验等。对 I 类电气设备额定 电压 1 1 4 0 V的最小爬 电距离和 最小电气间隙可用线性 内插法计算。表 1 电气 间隙和爬电距 离 表 2 绝缘材料的耐泄痕性 材料级别 相比漏 电起痕指数(C T I)I A 6 0 0 C1 1 40 0 U 6 0 0 1 7 5 U 5 T 试验长度 1 5 r 1 2 5 mm a-6 0 (士 5。)圆
5、柱销 图 2 锯齿形接合 面 盖和销子表面应在同一的平面上 图 3 I类设 备 平 面接 合 面 无论是长期关闭或是经常打开的外壳，所有的接合 面的结构参数均应符合相关标准的规定和补充规定。2 2 2 隔爆接合面补充规定 2 2 2 1 非螺纹接合面(1)接合 面宽度 非螺纹型接合面 的宽度应符合相关标 准规定的尺 寸。但是对于圆筒形金属部件(如，压入容积 2 0 0 0 c 扣 n j 的金属隔爆外壳壁 的衬套)，其结构符合 下列要求时，接合面宽度可以缩 短到 5 m m：不依靠过盈配合来防止部件受力时产生位移；在最不利的过盈配合公差时，该结构能通过标 准规定的冲击试验；过盈配合部件的直径不
6、超过 6 0 r D A T I。接合面可以设计成锥形表面，但对于 c 结构，其 锥度不得大于 5。要求。(2)接合面间隙 除快开门或盖的情况，平面接合面之间不应存在 76 P ROCES S AUTOMATI ON I NS TRUM ENTATI ON Vo I 2 9 No 8 Au g u s t 2 O O 8 维普资讯 http:/“防爆安全技术”讲座(第 6讲 隔爆型仪表)徐建平 有意造成的间隙，假如接合 面之间存 在间隙，应符合相 关标准规定的尺寸。对于I 类电气设备，平 面接合 面结构应设计 成能直 接或间接检查经常打开的门或盖的平面接合面间隙，如 图 3 所示。对于操纵杆、
7、轴 和转轴，其间隙是指最大的 直径差。对于锥形接合 面，其间隙应是垂 直于接合 面 表面的间隙，要求其接合 面间隙均 匀。对 于止 口接合 面结构，当需要考虑接合 面长 度为 圆筒部 分和平 面部 分接合面长度 累加(L=C+d)时，应满足：c 6 m m(只 对 C)，d 0 5 L(只对 C)，厂1 mm。当只考虑圆筒部 分的接合面长度时，对于I 类、A 和B，平面部分不必满足相关标准规定的尺寸，但 对于 C，平面部分的间隙不应超过标 准对圆筒部分所规定 的最大间隙。此时，如果在平面部分安装有衬垫，要求 在压缩衬垫前后均应保持圆筒部分接合 面的最小宽度，要求衬垫被压缩后平 面部分的间隙应满
8、足标准规 定的 间隙值或要求衬垫被压缩后平面部分的每一表 面与密 封衬垫之间的间隙都满足标准规定的间隙值。对用于含有 乙炔爆炸性环境 的C 设备，只有 当 L 9 5 m n q，间隙 0 0 4 0m n q，且外壳容积不超过 5 0 0 c m 的情 况下，允许采用平面隔爆接合面。此时，还要求采取适当 的措施(如设置衬垫等)，以防止不完全燃烧的物质直接 窜出接合面而点燃周围环境爆炸性混合物。(3)隔爆外壳上的轴 有时为 了实现对隔爆外壳 内部部件 的操作或传递 内部动力至外部，需要在隔爆 外壳上设置 引出(人)轴 或操纵杆。靠外壳壁支撑的操纵杆或轴 的接合面宽度 和间隙应满足相关标准规定。
9、对正常使用 中可能因磨 损而增大间隙时，则应设置可更 换 的衬 套或采取 其他 类似措施。凡是转轴穿过隔爆外壳壁 的地方均应设置隔爆轴 承盖。轴 承盖可 以是 曲路式、圆筒式 或浮动式。轴 承 盖 的结构应设计成不能因轴承的磨损或偏心而受到磨 损。如果带有滑动轴承 的旋转电动机上采用圆筒式或 曲路式轴 承盖，并且定子、转子间的单边间隙大于轴 承 盖所允许 的单边间隙位移时，则轴 承盖应 由无 火花材 料(如黄铜)制成。对于C 旋转电动机不允许 采用滑动轴 承。轴承盖 隔爆接合面参数应满足相关标准规定 的值，并符合下列 补充规定：轴承盖直径间隙不应小于 0 1 0 m m；装有滚动 轴承的转轴轴
10、承盖 的最 大单边 间隙 m(如 图 4)不得超 过相关标准规定值的三分之二；旋转 电动机转轴结构的 设计应控制其最小单边间隙K，对 I 类、A 和B 应不小 于 0 0 7 5 mm，对于C 应不小于 0 0 5 m m：自动化仪表 第 2 9卷第 8期2 0 0 8年 8月 ：屉 小径 向间 隙 m：蛀 丈径 向间 隙 D-d=直径筹 图 4旋 转 电机 转 轴 的接 合 面(4)表面粗糙度 接合 面的表面平均粗糙度 a不得超过 6 3 m。(5)其他形式 的平面接合面结构 隔爆外壳的一些接合 面也可采用胶 粘接合 面，此 时从 隔爆腔体 内部到外部通过胶粘接合面的最短通路 应满足：当 1
11、 0 c m 时，不小于3 m m；当1 0 c m 1 0 0 c m 时，不小于 1 0 m m。对于胶粘为一体 的结 构，胶 粘接合 面不必满 足上 述非螺纹接合面相关的要求。在维修 中不经常打开的部件(如，绝缘套管和透明 件接合面间)可采用衬垫作为隔爆措施，但此时的衬垫 应是金属或是金属包覆的符合 I S O 1 2 1 0规定 的可 压缩 不燃材料制成，且安装后的衬垫，结构 上应保证不会脱 落，特别是当外壳 内产生爆炸压力时也不会被挤出。衬垫的外形应设计 成：衬垫厚 度不小 于 2 0 m m；接合 面宽度：当外壳 容积 不 大于 1 0 0 c m 时，不 小于 6 0 m m；当
12、外壳容积大于 1 0 0 c m 时，不小于 9 5 m m。对于一些仅仅为 了达到一定 外壳防护 等级，防止 潮气、粉尘侵入或阻止液体渗入 而设 置 的衬垫 只能作 为隔爆接合面的一个辅助件。2 2 2 2螺纹接合面 对于 I 类、A 和 B 外壳，螺纹接合 面的最小啮 合扣数为 5扣，当容积大于 1 0 0 c m 时，最 小轴 向啮合 长度为 8 m m；当容积不大于 1 0 0 c m 时，最 小轴 向啮合 长度为 5 m m。对于 I 类电气设备的隔爆螺纹接合 面需有防止 自 行松脱的措施，且不允许 直接 在非金属 材料制成 的外 壳上制作紧固用螺纹(出线 口除外)。2 3 紧 固件
13、 紧固件是确保隔爆型电气设备隔爆性能的关键部 件。设计需满足 G B 3 8 3 6 1 和 G B 3 8 3 6 2 规定。当采用可拆卸螺钉或螺栓紧固隔爆外壳的任何部 件时，这些螺钉或螺栓孑 L 不应穿透外壳壁，且孑 L 周边 的 金属厚度应不小于孑 L 径的三分之一，至少为 3 m m。在 7 7 维普资讯 http:/“防爆安全技术”讲座(第 6讲 隔爆型仪表)徐 建平 结构或工艺原因需要穿透时，应按螺纹隔爆接合面要 求用螺塞堵住，并采取适当的方式将其固定(如，焊接 或铆接)。一般情况下，应采取防止紧固件因振动而 松脱的措施。紧固件的材质(抗拉强度)、结构尺寸、数量 配置(螺栓 间距)
14、等应 按照 不 同的防爆 等 级(A、B 或 C)及 隔爆腔 容积 大小 和腔壁厚 度 等 因素进行校核计算。2 4 观察窗(透明件)观察窗是一个在不打开外壳的前提下，可对隔爆 型电气设备的运行数据进行观察、测量的隔爆腔体部 件。透明件材料应满足：可采用物理化学性能稳定，且能承受设备额定运行条件下的最高温度；透明件 须承受 G B 3 8 3 6 1中有关 冲击试验、热剧变试验等。透明件在隔爆外壳上 的安装结构应确保 不会产生 内部机械应力，具体可采用下述形式之一：透明件可 直接密封在外壳内，与它形成一个整体；透明件可以 用或不用衬垫直接紧固在外壳 内；透明件可以密封 或胶粘在一个框架上，框架
15、紧固在外壳内，这样使观察 窗可作为一个整体 部分进行更 换，而不需 要在 现场进 行密封处理。2 5电缆和导线引入和连接 电缆和导线引入主隔爆腔体的方式有：间接引 入，用接线盒引入的方式；直接引入，用直接接入主 外壳 的方式。采用间接引入方式 时，一般会 使用一 个接线 盒来 过渡引入，且接线盒通 常是 隔爆 型或 增安 型。此时一 方面要求接线盒腔和主隔爆外壳腔之 间的电路连接可 采用绝缘套管或密封压盖式导线引入结构，并满足隔 爆性能要求；另一方面如果接线 盒是增安型，则接线盒 防爆安全技术基本术语 隔爆外壳 fl a me p r o o f e n c l o s u r e 电气设备
16、的一种防爆型式。其外壳能够承受通过任何接合面或结构间隙渗透 到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，并 且不会 引起外部 由一种、多种气体 或蒸气 形成 的爆炸 型环境的点燃。容 积 v o l u me 外壳的内部总容积。若外壳和内装部件在使用中 不可分开时，其容积是指净容积。隔爆接合面 fl a me p r o o f j o i n t 隔爆外壳不同部件相对应的表面配合在一起(或 外壳连接处)且火焰或燃烧生成物可能会 由此从外壳 还应符合 G B 3 8 3 6 3标准规 定的要求，如果 接线盒 是 隔爆 型，则接线盒还应满足 下列有关 直接引入 方式 的 相关要求。对于直接引入方
17、式，电缆和导线 的直接 引入 应采 用不会改变外壳隔爆性能的密封填料盖或密封圈的方 法。压 紧密封圈后，密封的最小轴 向尺寸 应符 合相 关标准规定的火焰通路的最小长度要求。G B 3 8 3 6 2标 准规 定，对 于 I 类 设备采 用直接 引 入方式时，应满足下列两项条件：正常运行时不产生 火花、电弧或危险温度；电气设备的额定功率不大于 2 5 0 W，且电流不大于 5 A。对于 类工业 自动化仪 表产品，尽 管标准没 有任 何限制条件，但是笔者根据国内外的实践，建议尽量采 取间接引入方式。此外，按照标准规定，导线或电缆引入的结构除采 用引入装置结构外，还有 导管引入结 构。导管 引入结
18、 构是基于北美的实践提 出的，鉴于实 际推行 的困难和 可能 出现的安全应用 问题，笔者不推荐使用。2 6 呼吸装置和排液装置 因技术原因需要在隔爆外壳上设置呼吸装置、传 声装置和排液装置时，不能采用故意增大接合面间隙 的方法来实现呼吸、传声和排液。必须采用隔爆面的 缝隙来实现时，应在标准规定的接合面参数的基础上 留有适当的安全余量。具体的设计要求 和试验方法可 参阅 G B 3 8 3 6 2附录 B。2 7隔爆型设备的标志 隔爆外壳的标志应符合 G B 3 8 3 6 1 规定，且对于 正常运行时产生火 花或 电弧 的设备，其 盖子应设 置联 锁装置或设有通 电时不准打开的标牌。内部传到外
19、壳外部的部位。火焰通路长度(接合面宽度)l e n g t h o f ti a me p a t h f w i d t h o f j o i n t)从隔爆外壳内部通过接合面到隔爆外壳外部的最 短通路长度。间隙(直径 间隙)g a p(d i a me t r a l c l e a r a n c e)隔爆接合面相对应表面之间的距离。对于圆筒形 表面，该间隙是直径间隙(两直径之差)。压力重叠 p r e s s u r e p i l i n 点燃外壳内某一空腔或问隔内的爆炸性气体混合 物而引起与之相通 的其他空腔 内的被预压的爆炸性气 体混合物点燃时呈现 的状态。78 P ROCE SS AUTOM ATI ON I NS TRUM E NT ATI ON Vo 1 2 9 No 8 Au g u s t 2 O 0 8 维普资讯 http:/