在常見的化工裝置中，根據(jù)介質(zhì)的情況，大多數(shù)化工裝置都是位于爆炸危險性區(qū)域內(nèi)，因此儀表及電氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)氣體環(huán)境等級，采用本安或隔爆等不同的防爆措施。但有時由于概念混淆不清，易引起一些設(shè)備類型的高選，如通常會將本安信號接入增安型接線箱，隔爆信號接入隔爆型接線箱，而這種做法是否正確且為設(shè)計選擇還需要深入探討，本文將從gb 3836《爆炸性環(huán)境》入手，結(jié)合gb 50058《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》對增安型及隔爆型接線箱的選擇加以介紹和推薦。
一、 爆炸危險環(huán)境和爆炸性物質(zhì)的分類
首先，爆炸危險區(qū)域的定義是爆炸性混合物出現(xiàn)的或預(yù)期出現(xiàn)的數(shù)量達到足以要求對電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采取預(yù)防措施的區(qū)域。所謂爆炸性環(huán)境即在大氣條件下，氣體、蒸汽、粉塵、薄霧、纖維或飛絮的形式與空氣形成的混合物引燃后，能夠保持燃后自行傳播的環(huán)境。因此，爆炸性環(huán)境主要分為氣體環(huán)境和粉塵環(huán)境，本文將以爆炸性氣體環(huán)境為主要介紹對象。
1.1 氣體環(huán)境分區(qū)
爆炸性氣體環(huán)境即在大氣條件下，氣體或蒸汽可燃物質(zhì)的混合物被點燃后燃燒將傳至整個未燃燒混合物的環(huán)境，根據(jù)氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間，按下列規(guī)定可分為三個氣體環(huán)境分區(qū)：
1) 0區(qū)。連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。
2) 1區(qū)。在正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。
3) 2區(qū)。在正常運行時不可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境，或即使出現(xiàn)也僅是短時存在。
1.2 爆炸性物質(zhì)的分類、分級和分組
按照爆炸性物質(zhì)分為三類：ⅰ類為煤礦瓦斯氣體;ⅱ類為工廠中的爆炸性氣體、蒸汽;ⅲ類為爆炸性粉塵及可燃纖維。
ⅱ類爆炸性氣體混合物，按其最大試驗安全間隙(mesg)或最小點燃電流比(mcir)，分為a,b,c 3個級別；根據(jù)氣體對物體表面溫度的敏感性，將爆炸性氣體引燃溫度分為6個組別，分為t1～t6。點燃特性按爆炸性物質(zhì)ⅰ類～ⅲ類考慮，由難到易。
1.3 爆炸產(chǎn)生的基本原理
爆炸的產(chǎn)生必須存在三個條件即爆炸三角形原理，如圖1所示。首先，現(xiàn)場應(yīng)存在可燃性物質(zhì)，它是指物質(zhì)本身是可燃的，并且能夠產(chǎn)生可燃性的氣體、蒸汽或者在空中可懸浮的固體微小顆粒；其次是現(xiàn)場存在助燃物質(zhì)即氧氣或空氣；最后是現(xiàn)場存在引爆源，也就是存在足夠能量的火花或足夠高的物體表面溫度，一般點燃源的基本類型有熱源即明火、陽光等，還有短路、靜電放電產(chǎn)生的電火花，以及摩擦錘擊產(chǎn)生的機械火花，都可成為點燃源。
因此若想防止爆炸產(chǎn)生，即使消除上述條件中任意一個，就可達到防爆目的。一般情況下氧氣無處不在且難以控制，故控制可燃性氣體及點燃源便成為常用的防爆原理，下文中將詳細(xì)闡述各種防爆型式。
二、 防爆電氣設(shè)備的防爆型式
防爆電氣設(shè)備按其防爆原理不同，可分為不同的防爆型式，依照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，各個危險場合適用的防爆方法如下文所述。
2.1 隔爆型“d”
具有隔爆外殼的電氣設(shè)備稱為隔爆型電氣設(shè)備，其隔爆外殼能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物的傳播，即會引起外部由一種、多種氣體或蒸汽形成的爆炸性環(huán)境的點燃。
2.2 增安型“e”
增安型電氣設(shè)備是一種在正常條件下不會產(chǎn)生電弧、火花或可能點燃爆炸性混合物的高溫的設(shè)備結(jié)構(gòu)上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和認(rèn)可的過載條件下出現(xiàn)這些現(xiàn)象的電氣設(shè)備，它是一種依靠高質(zhì)量的材料、設(shè)計和裝配來消除電火花或局部過熱的結(jié)構(gòu)技術(shù)。
2.3 本質(zhì)安全型“i”
本質(zhì)安全型設(shè)備是指其內(nèi)部的所有電路都是本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備，在正常工作和規(guī)定的故障條件下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路，稱為本質(zhì)安全電路。本質(zhì)安全是基于限制電氣線路中儲能原理為基礎(chǔ)的防爆技術(shù)，按本質(zhì)安全電路使用場所和安全程度分為ia，ib和ic三個等級。
2.4 正壓型“p”
具有正壓外殼的電氣設(shè)備稱為正壓型電氣設(shè)備，即該外殼能保持內(nèi)部氣體的壓力高于周圍爆炸性環(huán)境的壓力，且能阻止外部混合物的進入。
除以上介紹的防爆型式外，還有充砂型、油浸型、澆封型、無火花型等不同防爆原理下的防爆類型，由于在儀表選型中涉及不多，此處不再逐一介紹。
三、 電氣設(shè)備的選型原則
通常，爆炸危險區(qū)域的劃分范圍及等級的確定應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范，并應(yīng)根據(jù)爆炸性物質(zhì)的釋放量、釋放氣體的相對密度、爆炸下限等一系列影響因素，以確定爆炸危險區(qū)域。在危險區(qū)域劃分后，其爆炸危險區(qū)域劃分圖便可作為在該裝置或范圍內(nèi)的電氣設(shè)備選型依據(jù)。在爆炸危險范圍內(nèi)的，應(yīng)遵循規(guī)范安裝相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備；爆炸危險區(qū)域以外的地方，可以安裝非防爆的電氣設(shè)備。因此選擇的電氣設(shè)備必須與爆炸性混合物的組別、點燃溫度以及危險區(qū)域級別相適應(yīng)，否則將不能保證其安全性。因此，可從以下幾個方面考慮防爆電氣的選型。
3.1 電氣設(shè)備保護級別
爆炸危險環(huán)境可分為爆炸性氣體環(huán)境或爆炸性粉塵環(huán)境，不同的爆炸性物質(zhì)對電氣設(shè)備的防爆結(jié)構(gòu)要求不同。通常所涉及的防爆設(shè)備大多在爆炸性氣體環(huán)境中使用，因此在選型時應(yīng)先明確其使用環(huán)境。本文以下內(nèi)容僅討論爆炸性氣體環(huán)境中相關(guān)選型要求。
在第2章中詳細(xì)介紹了各種防爆型式，但并不是每種型式都能提供相同的防爆等級，因此引入設(shè)備保護級別(epl)的概念，從而為防爆電氣設(shè)備的選型提供又一標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，即爆炸性環(huán)境出現(xiàn)的可能性和頻次的多少，考慮設(shè)備要求的安全程度高低，從而避免點燃源可能形成的點燃危險。爆炸性氣體環(huán)境下，設(shè)備保護級別分為ga，gb和gc，其保護級別依次減弱。設(shè)備在正常運行或罕見故障發(fā)生的時候，其不會成為點燃源；gb級設(shè)備在正常運行或預(yù)期故障發(fā)生的時候，不是點燃源；gc級設(shè)備在正常運行中不是點燃源，同時也可采取一些附加保護措施，使其在點燃源預(yù)期經(jīng)常出現(xiàn)的情況下不會形成有效點燃。因此在確認(rèn)爆炸危險區(qū)域后，可根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的規(guī)定，選擇適用于該區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)設(shè)備保護級別的電氣設(shè)備，爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備保護級別與危險區(qū)域的對應(yīng)關(guān)系。
針對不同的爆炸危險區(qū)域可選用相對應(yīng)的防爆型式的電氣設(shè)備，即0區(qū)可選用本安型；1區(qū)可選擇隔爆型、增安型等及適用于0區(qū)防爆形式的電氣設(shè)備；2區(qū)可用無火花型及適用于0區(qū)和1區(qū)防爆形式的電氣設(shè)備。
3.2 根據(jù)氣體或蒸汽的引燃溫度選擇
由于多種爆炸性氣體(蒸汽)的點燃溫度各自不同，控制點燃源的最高表面溫度也是重要的一種防爆手段。由前文可知，引燃溫度是易燃性物質(zhì)的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規(guī)定條件下被熱表面點燃的溫度，所以防爆電氣設(shè)備的表面溫度最高不應(yīng)超過當(dāng)前環(huán)境下爆炸性氣體的引燃溫度，從組別t1到t6防爆等級要求依次提高，遵從以上要求并結(jié)合表1選型。
氣體或蒸汽的引燃溫度與設(shè)備溫度組別之間的關(guān)系
3.3 根據(jù)氣體或蒸汽的分級選擇
防爆設(shè)備選型的級別及組別不應(yīng)低于該爆炸危險環(huán)境內(nèi)爆炸性物質(zhì)的級別及組別，并且當(dāng)該環(huán)境下存在兩種或以上可燃性物質(zhì)形成的爆炸性氣體混合物時，應(yīng)按照混合后的爆炸性氣體混合物的級別和組別，選擇相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備，若混合爆炸性氣體級別等無據(jù)可查時，可按照較高級別和組別的氣體性質(zhì)，選擇相應(yīng)類別的防爆電氣。氣體和蒸汽與電氣設(shè)備類別的關(guān)系應(yīng)符合規(guī)范中的要求。
除以上提及的幾點重要選型原則外，還應(yīng)考慮周圍環(huán)境如防塵、防腐、溫度、濕度及大氣壓；設(shè)備選型是否符合經(jīng)濟性原則，即在同等級別及防護要求下，綜合考慮各個產(chǎn)品的價格、使用壽命、運行維護費用等因素；設(shè)備選型是否便于維護，即在同等條件下，應(yīng)選結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小的產(chǎn)品，選擇適用于當(dāng)下環(huán)境的設(shè)備且避免不必要的高選。
四、接線箱的選擇
4.1 接線箱介紹
接線箱主要作用是用于線路過渡連接的箱體，其內(nèi)部安裝有端子排、接地螺栓，箱體上配有進線密封格蘭。除普通的接線箱外，還有帶軌道可安裝軌道式溫度變送器的接線箱。所有接線箱進出線口的方向、數(shù)量、進線口大小及內(nèi)部端子數(shù)量可根據(jù)需求進行調(diào)整變化。接線箱外殼材質(zhì)也有多種選擇，可根據(jù)實際的要求選擇不同材質(zhì)的接線箱。通常在化工裝置內(nèi)現(xiàn)場儀表種類較多造成電纜過多，設(shè)置接線箱使其達到整齊統(tǒng)一，降低電纜費用，且預(yù)留接線為后期增加儀表提供便利。一般工程設(shè)計中，對接線箱做出統(tǒng)一性的要求，如接線箱尺寸、本體材質(zhì)、進出線口的數(shù)量及規(guī)格，以及要求每個接線箱配儀表位號的銘牌接地端子等。
4.2 不同類型接線箱的使用及選擇
接線箱的選擇也要根據(jù)其具體的環(huán)境要求，選擇相應(yīng)類型的接線箱。常用接線箱按其使用范圍不同常分為防水、防塵、防腐接線箱，即普通接線箱和防爆接線箱。防爆接線箱又根據(jù)其不同防爆型式分為很多種，但無論是防爆接線箱還是防水、防塵、防腐接線箱，它們的基本功能都是一樣的。
防爆接線箱是各種危險區(qū)域所使用的特殊設(shè)備，通常采用鋁合金壓鑄或者是采用不銹鋼焊接而成，從而能夠起到防爆的接線箱。防爆接線箱的分類有隔爆型與增安型，無論哪一種防爆形式，所允許使用的最高防護級別，即能夠適應(yīng)的爆炸性氣體環(huán)境，都必須經(jīng)過嚴(yán)格的評定、認(rèn)證。根據(jù)環(huán)境的要求不同，可以選擇不同類型的接線箱。防爆型接線箱主要使用在爆炸性氣體環(huán)境區(qū)域，它能夠起到將防爆接線箱內(nèi)與外環(huán)境隔開，而且箱體具備非常強的抗壓能力。防水、防塵、防腐接線箱一般采用的是防腐蝕性的材質(zhì)，如玻璃纖維不飽和聚酯樹脂，設(shè)計上采用的是密封防水、防塵技術(shù)。綜上所述可以得出：防爆接線箱與防水、防塵、防腐接線箱的不同點主要在于使用的環(huán)境不一樣，其他功能大多是相同的。
4.2.1 隔爆型接線箱
隔爆型接線箱是通過atex或iecex防爆認(rèn)證的防爆接線箱，防爆原理是通過箱體隔爆面阻止和隔斷內(nèi)部的爆炸向外部爆炸危險環(huán)境傳播，即通過箱體有效地隔離和熄滅爆炸火花，并且將溫度降低至當(dāng)前環(huán)境下安全的溫度組別，因此該接線箱的隔爆接合面寬度、接合面間隙及表面的粗糙度均為隔爆的重要參數(shù)，外殼材質(zhì)多為鑄鋁合金。內(nèi)部接線端子采用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的ⅰ、ⅱ級絕緣材料，且接線端子間及端子與金屬箱體間的電氣間隙滿足規(guī)范要求，以確保該接線箱可用于1區(qū)及2區(qū)環(huán)境，電纜通過導(dǎo)線管或防爆格蘭接頭接到接線箱的內(nèi)部，對于不安裝電纜的接線口，可通過安裝有防爆認(rèn)證的堵頭來滿足安全等級需要。
4.2.2 增安型接線箱
增安型接線箱也是防爆接線箱的一種形式，由2.2節(jié)所述可知，防爆原理是在正常運行條件下不產(chǎn)生電弧、火花或者能點燃爆炸性混合物的設(shè)備結(jié)構(gòu)上，采取相應(yīng)措施提高其安全程度，防止以上情況產(chǎn)生的防爆接線箱。按照規(guī)范說明其可用于1，2區(qū)，它的結(jié)構(gòu)不同于隔爆接線箱，其接線箱外殼不要求具有承受內(nèi)部爆炸的強度，但應(yīng)該滿足規(guī)定中要求的能承受一定程度的機械性沖擊破壞，外殼材質(zhì)通常為不銹鋼。接線箱內(nèi)接線端子為經(jīng)認(rèn)證的增安型端子排，以及電纜接口應(yīng)為增安型電纜格蘭。
對比兩種防爆類型的接線箱，其差異基本在于由防爆原理不同產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)差異，隔爆型接線箱對箱內(nèi)的端子排無認(rèn)證要求，只需滿足材料及間隙位置要求即可，但接線箱的進線格蘭應(yīng)保證為隔爆型；增安型接線箱的端子排應(yīng)為認(rèn)證的增安型。
接線箱選用
在化工裝置中，爆炸危險區(qū)域劃分多為1區(qū)、2區(qū)，根據(jù)前文介紹的兩種隔爆類型的接線箱均可運用于實際項目中，在非爆炸危險區(qū)域選擇防水、防塵、防腐的普通接線箱即可，那么隔爆類型的接線箱由于價格及體積結(jié)構(gòu)上的差異，如何在實際項目中合理選擇就成了一個問題。并且對于剛接觸儀表行業(yè)的工程師來說，若對此不深究的話，可能會單純的從名稱上認(rèn)為隔爆信號的電纜應(yīng)該接入隔爆型接線箱，而其余的本安信號及非隔爆信號電纜就應(yīng)接入增安型接線箱，這是正確但并不是絕對合理的選擇。從第3章介紹的爆炸危險區(qū)域電氣設(shè)備選型原則來看，接線箱類型的選擇只與其所在位置環(huán)境的危險區(qū)域等級有關(guān)而與其究竟連接何種信號無關(guān)，因此在可用的危險區(qū)域內(nèi)隔爆信號電纜接入增安型接線箱。另外，從前文提到的可維護性來看，隔爆型接線箱對隔爆面要求很高，同時，隔爆型接線箱體積及質(zhì)量也比增安型接線箱大很多，不便于安裝與搬運。因此，在安裝及后期開箱檢查等方面可操作性較增安型接線箱來說更難一些；另外從經(jīng)濟性方面考慮，隔爆接線箱的金屬材料需求量大，并且由于隔爆面要求高，則加工精確程度也遠(yuǎn)高于增安型接線箱，因此其價格也是增安型接線箱的幾倍。
在目前的化工裝置中大多項目都采用增安型接線箱，隔爆型接線箱相對使用較少。通常會在設(shè)計階段中，規(guī)定對于接線箱要求選型為增安型隔爆接線箱的，本安信號要求其對應(yīng)接入的接線箱內(nèi)端子為藍色，本安電纜顏色要求為藍色，對隔爆信號并無特殊要求，隔爆信號電纜顏色為黑色。