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粉塵爆炸機(jī)理及粉塵防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)介紹

文檔作者：李書朝文檔來源：南陽防爆電氣研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月18日
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《電氣防爆》2014年12月 第4期
粉塵爆炸機(jī)理及粉塵防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)介紹
李書朝
(南陽防爆電氣研究所，河南 南陽473008)
[關(guān)鍵詞]粉塵爆炸；防爆電氣設(shè)備；標(biāo)準(zhǔn)
[摘 要]分析了粉塵爆炸產(chǎn)生的機(jī)理，介紹了我國(guó)粉塵防爆電氣設(shè)備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定、
發(fā)展和逐步完善等內(nèi)容。
[中圖分類號(hào)]X932 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1004—9118(2014)04—0034—03
Introduction of Explosion M echanism in Presence of Com bustible Dust and Standard
for Equipment Used in Such Environment
Li Shu——chao
(Nanyang Explosion Protected Electrical Apparatus Research Institute，Nanyang Henan 473008)
Key words：dust explosion；proof equipment；proof standard
Abstract：It introduces the explosion mechanism in presence of combustible dust，the prepara—
tion，development and improvement procedures of standard for equipment used in such environment．
0 引言
近年來，我國(guó)粉塵爆炸事故頻發(fā)，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)
和人民生命安全帶來了巨大損失和危害。2014
年8月2 Et，江蘇昆山市開發(fā)區(qū)中榮金屬制品有
限公司發(fā)生的爆炸事故，就是最典型的案例之一。
可燃性粉塵危險(xiǎn)場(chǎng)所的防爆是一項(xiàng)復(fù)雜的、
系統(tǒng)的、綜合的整體工程，涉及到建筑物結(jié)構(gòu)、粉
塵爆炸特性、設(shè)備、人員等諸多方面。
1 粉塵爆炸的產(chǎn)生原因
粉塵爆炸是由懸浮于空氣中的可燃粉塵發(fā)生
燃燒后形成的高氣壓所造成的。粉塵是固體物質(zhì)
的極細(xì)微小顆粒，與相同質(zhì)量的塊狀物質(zhì)相比，其
表面積要大得多，極易著火。如果它懸浮在空氣
中，并達(dá)到一定的濃度，便形成爆炸性粉塵混合物。
目前已知具有爆炸性的粉塵大約有以下幾大
類：工業(yè)粉塵(如鎂粉、鋁粉、碳粉等)；煤塵；糧食
粉塵(如小麥、玉米、谷物等)；飼料粉塵(如血粉、
魚粉)；纖維或飛絮(如棉花纖維、亞麻纖維、化纖
纖維等)；經(jīng)濟(jì)作物或林產(chǎn)品粉塵(如紙粉、木粉、
煙草等)；合成材料粉塵(如塑料、染料等)。
粉塵的爆炸事故多發(fā)生在煤礦井下、面粉加
工廠、制糖廠、紡織廠、硫磺廠、飼料、塑料、金屬加
工廠及糧食儲(chǔ)備倉庫等廠礦企業(yè)。爆炸性環(huán)境之
所以會(huì)發(fā)生爆炸，這與爆炸或燃燒形成的條件
(爆炸機(jī)理)有關(guān)。爆炸或燃燒形成的條件有三
個(gè)，即可燃物、氧化劑和點(diǎn)燃源。在大氣條件下，
這三個(gè)條件如果在時(shí)間和空間上同時(shí)相遇，就有
可能發(fā)生爆炸事故?？扇夹苑蹓m本身是一類可燃
物，在大氣條件下，與空氣中的氧混合后，遇到點(diǎn)
燃源就會(huì)產(chǎn)生爆炸。
大量的研究表明，易產(chǎn)生粉塵爆炸的條件通
常有如下三種：
(1)可燃性粉塵以適當(dāng)?shù)臐舛?常常以粉塵
云的形式)懸浮在空氣中；
[收稿日期]2014-10—21
[作者簡(jiǎn)介]李書朝，男，1967年生，畢業(yè)于河南大學(xué)外語系，現(xiàn)主要從事防爆標(biāo)準(zhǔn)化T作。
- - - — — 34 ·---——
· 防爆標(biāo)準(zhǔn)· 粉塵爆炸機(jī)理及粉塵防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)介紹
(2)與空氣混合后有充足的氧作為氧化劑；
(3)有點(diǎn)燃源或強(qiáng)烈振動(dòng)與摩擦。
需要指出的是，可燃性粉塵初次(一次)爆炸
后還極有可能產(chǎn)生破壞性更強(qiáng)的二次爆炸。當(dāng)可
燃性粉塵懸浮于空氣(含有足以維持燃燒的氧氣
環(huán)境)中，并遇到合適的點(diǎn)燃源時(shí)，可能發(fā)生初次
(一次)爆炸，并將周圍環(huán)境攪擾起來，使那些原
本沉積在物體、地面、設(shè)備上的可燃性粉塵彌散起
來，從而形成粉塵云，遇點(diǎn)燃源則形成災(zāi)難性的二
次爆炸。此外，第一次爆炸后，在可燃性粉塵的爆
炸點(diǎn)，由于空氣受熱急劇膨脹，密度反而會(huì)變小，
迅速形成爆炸點(diǎn)逆流(俗稱“返回風(fēng)”)，遇粉塵云
和熱能源，也會(huì)發(fā)生二次爆炸。
由此可見，在空氣中形成的粉塵云是最容易
發(fā)生爆炸的，也是最危險(xiǎn)的，堆積在地面或物體上
的可燃性粉塵層最怕被吹起、吹掃或擾動(dòng)。
粉塵爆炸一般被認(rèn)為由三步逐步發(fā)展形成：
第一步，懸浮在空氣中的粉塵在熱源作用下迅速
干餾或氣化而產(chǎn)生可燃性氣體；第二步，可燃性氣
體與空氣中的氧混合而燃燒；第三步，粉塵發(fā)生燃
燒后放出大量熱量，以熱傳導(dǎo)和火焰輻射的方式
傳給附近懸浮在空氣中或被吹揚(yáng)起來的粉塵，粉
塵受熱氣化后使燃燒循環(huán)進(jìn)行下去。隨著每個(gè)循
環(huán)漸次進(jìn)行，其反應(yīng)速度也會(huì)逐漸加快，通過劇烈
燃燒并伴有聲響，最后爆炸形成。
多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點(diǎn)，爆炸所需
的最小點(diǎn)燃能量較高(一般在幾十毫焦以上)。
與爆炸性氣體爆炸相比，可燃性粉塵爆炸壓力上
升比較緩慢，最大壓力持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，釋放的能量
較大，破壞能力較強(qiáng)。因此，可燃性粉塵爆炸具有
極強(qiáng)的破壞性，并容易發(fā)生二次爆炸，還可能產(chǎn)生
有毒有害氣體。
2 爆炸性粉塵環(huán)境用防爆電氣設(shè)備
早期標(biāo)準(zhǔn)
可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備的防爆被視為整
個(gè)粉塵防爆系統(tǒng)中不可分割的重要組成部分。
20世紀(jì)80年代，我國(guó)的防爆技術(shù)和防爆措
施基本上涵蓋了所有的爆炸性氣體環(huán)境，無論是
煤礦瓦斯氣體環(huán)境，還是除煤礦瓦斯氣體環(huán)境之
外的其他爆炸性氣體環(huán)境，都采用了防爆電氣設(shè)
備。我國(guó)第一項(xiàng)粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備防爆標(biāo)準(zhǔn)于
1990年頒布，即GB 12476．1—1990《爆炸性粉塵
環(huán)境用防爆電氣設(shè)備粉塵防爆電氣設(shè)備》。
3 爆炸性粉塵環(huán)境用防爆電氣設(shè)備
標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展
在GB 12476．1—199O基礎(chǔ)上，國(guó)家又在國(guó)際
先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上不斷完善可燃性粉塵環(huán)境用電氣
設(shè)備防爆標(biāo)準(zhǔn)，形成了GB 12476系列標(biāo)準(zhǔn)。截至
目前，該系列標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布了10個(gè)部分，基本上
形成了可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備通用要求、各
防爆型式技術(shù)要求、可燃性粉塵特性參數(shù)試驗(yàn)方
法、防爆電氣設(shè)備的選型和安裝標(biāo)準(zhǔn)體系。
粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備防爆型式主要有：外殼
保護(hù)型“tD”、正壓保護(hù)型“pD”、本質(zhì)安全型“iD”
和澆封保護(hù)型“mD”。
(1)外殼保護(hù)型“tD”
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12476．5—2O14《可燃性粉塵環(huán)
境用電氣設(shè)備第5部分：外殼保護(hù)型“tD”》，該
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電氣設(shè)備由外殼保護(hù)以避免粉塵層或
粉塵云被點(diǎn)燃的防爆型式。對(duì)外殼保護(hù)型“tD”
規(guī)定了兩種不同的型式：A型和B型，這兩種型式
具有相同的保護(hù)水平。A型和B型兩種型式通
用，采用任何一種均不會(huì)混淆這兩種型式對(duì)設(shè)備
的要求和選型／安裝的要求。它們使用了不同的
方法，主要差別是：
— — A型，最高表面溫度是在相關(guān)粉塵層厚
度為5 mm的情況下測(cè)定，而且安裝標(biāo)準(zhǔn)要求在
粉塵表面溫度和點(diǎn)燃溫度之間的安全裕度為
75 K，測(cè)定粉塵進(jìn)入的方法根據(jù)GB 4208-2008
外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)。
— — B型，最高表面溫度是在相關(guān)粉塵層厚
度為12．5 mm的情況下測(cè)定，而且安裝標(biāo)準(zhǔn)要求
在粉塵表面溫度和點(diǎn)燃溫度之問的安全裕度為
25 K，測(cè)定粉塵進(jìn)入的方法是按照熱循環(huán)試驗(yàn)。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可燃性粉塵環(huán)境用外殼保護(hù)型
“tD”的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、試驗(yàn)和標(biāo)志要求。
(2)正壓保護(hù)型“pD”
一種防爆型式，為向外殼內(nèi)充以保護(hù)氣體，保
持外殼內(nèi)部壓力高于周圍環(huán)境壓力，以避免在外
殼內(nèi)部形成爆炸性粉塵環(huán)境。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12476．7_2010《可燃性粉塵環(huán)
境用電氣設(shè)備第7部分：正壓保護(hù)型“pD”》規(guī)
定了可燃性粉塵環(huán)境用正壓保護(hù)型“pD”的結(jié)構(gòu)、
參數(shù)、試驗(yàn)和標(biāo)志要求。
(3)本質(zhì)安全型“iD”
采用的基本上都是本質(zhì)安全型“i”的保護(hù)措
施。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12476．4—2011《可燃性粉塵環(huán)
一35 —
《電氣防爆》2014年12月 第4期
境用電氣設(shè)備第4部分：本質(zhì)安全型“iD”》規(guī)
定了可燃性粉塵環(huán)境用本質(zhì)安全型“iD”的結(jié)構(gòu)、
電路設(shè)計(jì)、電氣參數(shù)、試驗(yàn)和標(biāo)志要求。
(4)澆封保護(hù)型“mD”
電氣設(shè)備的一種防爆型式。這種型式是將可
能產(chǎn)生點(diǎn)燃爆炸性環(huán)境的火花或發(fā)熱部件封入復(fù)
合物中，使它們?cè)谶\(yùn)行或安裝條件下避免點(diǎn)燃粉
塵層或粉塵云。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12476．6—201 1《可燃性粉塵環(huán)
境用電氣設(shè)備第6部分：澆封保護(hù)型“mD”》規(guī)
定了可燃性粉塵環(huán)境用澆封保護(hù)型“mD”的結(jié)
構(gòu)、參數(shù)、試驗(yàn)和標(biāo)志要求。
以上所述的防爆型式都還必須首先滿足GB
12476．1～2013《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備第1
部分：通用要求》的規(guī)定，必須取得防爆合格證，
適用于正常運(yùn)行時(shí)可能存在爆炸性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境
的20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。
4 爆炸性粉塵環(huán)境用防爆電氣設(shè)備
系列標(biāo)準(zhǔn)
基于1990年發(fā)布的GB 12476．1《爆炸性粉
塵環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 粉塵防爆電氣設(shè)備》，
國(guó)家逐步修訂、完善可燃性粉塵環(huán)境用防爆電氣
設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。截至目前，我國(guó)正式發(fā)布的粉塵防爆
電氣設(shè)備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)包括10個(gè)部分：
GB 12476．1可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備通
用要求；
GB 12476．2可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備選
型和安裝；
GB 12476．3可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備可
燃性粉塵的場(chǎng)所分類；
GB 12476．4可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備本
質(zhì)安全型“iD”；
GB 12476．5可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備外
殼保護(hù)型“tD”；
GB 12476．6可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備澆
封保護(hù)型“mD”；
GB 12476．7可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備正
壓保護(hù)型“pD”；
GB 12476．8可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備試
驗(yàn)方法：確定粉塵最低點(diǎn)燃溫度的方法；
GB 12476．9可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備試
驗(yàn)方法：粉塵層電阻率的測(cè)定方法；
GB 12476．10可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備試驗(yàn)
方法：粉塵與空氣混合物最小點(diǎn)燃能量的測(cè)定方法。
一36 一
這些標(biāo)準(zhǔn)分別為等同或修改采用IEC 61241
系列對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制定，其中第1部分為通用要求和
共性規(guī)定，第2部分為粉塵危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣設(shè)備的
選型和安裝要求，第3部分為粉塵危險(xiǎn)場(chǎng)所分類，
4～7部分為不同防爆型式的制造要求，8～10部
分為可燃性粉塵特性參數(shù)的試驗(yàn)方法。我國(guó)粉塵
環(huán)境用防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容上基本達(dá)到
了國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)水平。
5 粉塵環(huán)境用防爆電氣設(shè)備的標(biāo)志
從國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)爆炸性環(huán)境用設(shè)備
技術(shù)委員會(huì)發(fā)布的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來看，趨勢(shì)是將爆炸
性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備和可燃性粉塵環(huán)境用電氣
設(shè)備整合為一體，即現(xiàn)行版的IEC 60079—0《爆
炸性環(huán)境第0部分：設(shè)備通用要求》。在修改
采用IEC 60079—0：2007版的GB 3836．1-2010
《爆炸性環(huán)境第1部分設(shè)備：通用要求》(2011年
8月1日實(shí)施)的第4章，設(shè)備分類一章巾出現(xiàn)了
Ⅲ類電氣設(shè)備，即用于除煤礦以外的爆炸性粉塵
環(huán)境。Ⅲ類電氣設(shè)備可再分類：
— — ⅢA類為呵燃性飛絮環(huán)境用；
— — ⅢB類為非導(dǎo)電性粉塵環(huán)境用；
— — Ⅲc類為導(dǎo)電性粉塵環(huán)境用。
值得指出的是，由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)目前暫時(shí)還是
GB 3836系列爆炸性氣體環(huán)境用設(shè)備和GB 1 2476
系列可燃性粉塵環(huán)境用設(shè)備兩個(gè)體系共存階段，
因此，短期內(nèi)仍然保持GB 3836系列和GB 12476
系列并存，兩者都是安全的。
2013年l2月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)
發(fā)布了GB 12476．1—20l3《可燃性粉塵環(huán)境 電
氣設(shè)備第1部分：通用要求》，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用
IEC 61241—0：2004版，新版國(guó)標(biāo)于2014年11月1
日正式實(shí)施。按照GB 12476．1—2(】13的規(guī)定，粉塵
危險(xiǎn)場(chǎng)所用電氣設(shè)備的防爆標(biāo)志將由原來的“DIP”
變?yōu)椤癊x”，即：Ex tD(外殼保護(hù)型)、Ex iD(粉塵本安
型)、Ex mD(粉塵澆封型)、Ex pD(粉塵正壓型)。
6 小結(jié)
由于近段時(shí)間重大粉塵爆炸事故頻發(fā)，國(guó)家
安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)出了對(duì)粉塵爆炸的專項(xiàng)
治理通知，通知中要求五項(xiàng)需要現(xiàn)場(chǎng)核查，其中一
項(xiàng)就是看爆炸性粉塵環(huán)境是否采用了防爆電氣設(shè)
備以及防爆電氣設(shè)備是否符合防爆要求。粉塵防
爆電氣設(shè)備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將為爆炸性粉塵環(huán)境的防
爆安全提供技術(shù)支撐。

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