爆炸形成的三个必要条件是：爆炸物质、助燃剂和点燃源，且三个条件必须同时存在。空气与爆炸物质的混合浓度在爆炸极限范围以内，并且以上三个条件同时存在，才可能产生爆炸。

仪表防爆基本原理即设法移除三个条件中的一个或多个条件，使出现火灾和爆炸的可能性尽可能的降低。防爆技术包括：

隔爆型“d”为抑制型，将爆炸范围控制在外壳内部；

增安型“e”为预防免除型，对设备进行增加安全度的设计，避免采用通常情况下可能产生火花和热表面的组件、接线和布线；

本安型“i”为限能型，通过限制能量和温度，从本质上避免成为点燃源；

正压型“p”为分离型，排除爆炸物质或混合物。

本文中的爆炸环境指的是爆炸性气体环境，简称爆炸环境。

1爆炸物质点燃特性

仪表设备的电火花和热表面是产生爆炸的主要点燃源，不同爆炸物质的点燃特性不尽相同。为了使防爆技术更有针对性，有必要对危险区域分区，对爆炸物质进行分级、分组。爆炸物质的不同点燃特性举例见表1所列。

 

2区域划分

区域划分爆炸环境的定义为空气与可燃物形成混合物，在自然环境条件下，被点燃后能够保持燃烧自行传播的环境。危险场所的定义是爆炸物质出现或预期可能出现的持续时间和数量达到需要对仪表设备采取防爆措施的区域。

根据爆炸混合物出现的频率把爆炸环境分为0区、1区和2区。区域划分和爆炸混合物出现频率的关系见表2所列。

 

3分级和分组

   3.1 分类

爆炸环境分为三类，见表3所列。

 

   3.2 分级

爆炸环境II类分为三个级别：IIA，IIB，IIC。爆炸混合物按最大的试验安全间隙（MESG）或/和最小的点燃电流比（MICR）分级见表4所列。

 

表4中，MESG定义为在文献中规定的试验条件下，空气和各种浓度的可燃物混合，当内部点燃时，能够阻止内部点燃产生的能量通过25mm长的接合面，即无法点燃壳体外面的爆炸混合物，对应的接合面最大的间隙；MIC定义为在符合IEC60079-11规定的试验装置中，电感电路或电阻电路中引起爆炸试验可燃混合物点燃对应的最小电流；MICR定义为各种可燃物的最小的点燃电流与甲烷在实验室测得最小的点燃电流值的比值。

根据ISO/IEC80079201：2017，需要同时根据MESG和MICR进行分类的情况有：

当0.5＜MESG＜0.55时，按照MICR确定设备组；

当0.7＜MICR＜0.90或0.4＜MICR＜0.5时，按照MESG确定设备组。

   3.3 分组

爆炸混合物按照引燃温度分组，见表5所列。

 

4保护级别

保护级别（EPL）定义为根据仪表成为引燃源的可能性和爆炸物质所具有的不同特征而对仪表规定的保护级别。II类仪表保护级别分为Ga，Gb和Gc三个级别。

Ga定义为仪表具有“很高”的保护级别，在正常以及出现预期范围内的故障或罕见的故障时不会成为点燃源；Gb定义为仪表具有“高”的保护级别，在正常以及预期范围内的故障条件下不能成为点燃源；Gc定义为仪表具有“一般”的保护级别，在正常状态中不能成为为点燃源。不同保护级别的相关描述见表6所列。

 

5仪表防爆设计

   5.1 基本规定

仪表和相关的线路，特别是正常状态下有可能能出现火花的仪表，优先布置在爆炸危险场所以外。当确实需要布置在危险场所内部时，应布置在危险性相对较小的位置。

   5.2 防爆仪表的选择

5.2.1选择仪表应考虑的因素

仪表应根据以下因素进行选择：危险区域的分区，可燃物质的分类和分级，可燃物质的温度分组。仪表保护级别、类别/级别和组别应与环境的分区、分级和分组相对应一致。防爆仪表选型流程如图1所示。

 

5.2.2危险区域划分与仪表保护级别之间的对应关系

危险区域划分与仪表保护级别之间的对应关系如下：

1）应根据危险区域的分区选择仪表保护级别，危险区域与适用的仪表保护级别见表7所列。

 

2）常用仪表保护级别与仪表防爆型式选择的关系应符合表8所列。

 

5.2.3仪表设备的类别/级别和温度组别

仪表设备的类别/级别和温度组别不应低于环境的类别/级别和温度组别。

1）环境分级与仪表类别选型的关系应符合表9所列。

 

2）II类仪表设备的温度组别、最高允许表面温度和引燃温度之间对应关系应符合表10所列。

 

6常用仪表防爆型式介绍

防爆型式定义为用于防止点燃周围爆炸性气体或蒸气环境而对仪表设备采取预防措施的型式。

   6.1 隔爆型“d”

隔爆型“d”是仪表的一种防爆型式，外壳能够抵抗通过接合面或间隙进入外壳内部的爆炸物质，在外壳内部发生爆炸而不会损坏，并且不能点燃外壳外部的爆炸环境。

采用该防爆型式的仪表外壳必须具有可以抵抗内部爆炸的强度，并且外壳接合面必须有足够的啮合长度和足够小的接合面间隙，保证内部爆炸时，爆炸的能量不会穿透接合面而导致外部爆炸环境爆炸，属于间隙防爆，通过间隙、啮合长度来达到熄火/降温效果。外壳的各接合面，如仪表外壳螺纹的精度和圈数，用于零点/量程调整的螺钉和表壳之间，变送器检测部件和转换部件的接合间隙，包括电缆引入装置接合间隙等，都必须满足接合面的要求。外壳应满足Gb3836系列标准的要求，并且应该与实际使用的现场环境相适应。

该防爆型式广泛应用于自动化仪表，通常用于功耗相对较大的仪表或者采用外供电的仪表。外壳禁止带电开盖。

   6.2 增安型“e”

增安型“e”是仪表设备的一种防爆型式，通过采取一些必要的措施，提高防护程度，避免或减少正常状态或规定的状态下产生危险的电弧、火花和温度的可能性。

采用该防爆型式的仪表外壳不必具有可以承受内部爆炸的强度，但需要能耐受规定的机械冲击力。外壳防护等级需要满足《爆炸性环境 第3部分：由增安型“ｅ”保护的设备》GB 3836.3-2010中4.9节的相关要求，通常要求至少达到IP54防护等级。

主要措施包括：可靠的连接、接线的防松、爬电距离和电气间隙的控制、绝缘、温度保护、外壳的防护等。

仪表通常配置有调整零点/满刻度的选择开关或者电位器，通常被认为在正常情况下可能产生电火花，因此仪表设计中不应选用增安型。该防爆型式典型应用有接线盒等。

   6.3 本安型“i”

本安型“i”是仪表设备的一种防爆型式，它是利用限能关联设备或本身具有的特性，将仪表设备和连接导线可能产生电火花或热表面的能量限制在不足以点燃爆炸环境的水平。

该防爆型式是一种以抑制仪表能量为防爆手段的“本安”技术，通过合理的选择本安参数，限制电火花的能量，保证在正常和规定的故障状态下不能产生能够点燃爆炸环境的热表面和电火花。

采用该防爆型式的仪表设备的外壳是必需的，外壳防护等级应根据使用场所的环境条件确定，详见《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“ｉ”保护的设备》GB 3836.4-2010中6.1节的要求。

该防爆型式是一种低功率的设计技术，允许带电开盖维护，广泛应用于自动化仪表中，典型应用有本安变送器等。

   6.4 正压型“p”

正压型“p”是维持外壳内的气体压力高于外部环境的大气压力，阻止外部可燃物进入外壳内的一种防爆型式。该防爆型式分为三种型式，分别是：px，py和pz。

1）px型。将外壳内仪表的保护级别由Gb级别降低到非危险的保护型式。

2）py型。将外壳内仪表的保护级别由Gb级别降低到Gc级别的保护型式。

3）pz型。将外壳内仪表的保护级别由Gc级别降到非危险的保护型式。

该防爆型式通过置换外壳内的可燃物，达到规定的区域要求，通过保持规定的正压，使周围可燃物不能进入外壳内。外壳应符合《爆炸性环境 第5部分：由正压外壳“ｐ”保护的设备》GB 3836.5-2017中表2规定的防护等级要求。典型应用如正压小屋等。

7补充说明

防爆仪表除了需要满足本文提及的要求外，还应满足相关法律法规和标准及项目统一规定的要求，比如外壳防护等级还应满足项目执行标准的要求，如果执行《石油化工自动化仪表选型设计规范》SH/T3005-2016，则应满足其中的4.10节的要求：安装于现场的电子式仪表的防护等级不低于《外壳防护等级（IP代码）》GB/T 4208-2017中规定的IP65。

结束语
 

爆炸环境具有危险性和复杂性的特性，为了保障人身和财产的安全以及正常的生产运行，应将爆炸环境进行分区、分级、分组，并据此选择合适的防爆仪表。爆炸环境的分区表征了出现爆炸性气体危险环境的频率，仪表保护级别的选择应符合爆炸环境的分区。

爆炸环境根据爆炸物质进行分类，石油化工行业爆炸环境通常是II类。不同类别的防爆仪表设备具有不同的特点，设计、试验和检验等方面有不同的特点和要求，爆炸环境的分类使仪表防爆设计和选型更有针对性。仪表防爆设计和选型应符合爆炸环境的分级和分组，满足防爆参数要求，确保防爆型式的可靠性和有效性。

                                                                                                                                     作 者 | 范咏峰 李玲