工业设备防爆设计核心要求与实施方案
设备防爆设计的核心目标是防止设备在爆炸性危险环境中成为点火源，需依据爆炸性环境的分区、危险介质的特性，结合国家标准 GB 3836 系列（等效 IEC 60079）和防爆型式，从结构、电气、散热、密封等维度进行全方面设计，确保设备运行时不会引燃周围的爆炸性混合物。
一、 防爆设计的前提：危险环境与介质分级
1. 爆炸性环境分区（按 GB 3836.14-2014）
| 环境类型 | 分区 | 定义 | 适用设备防爆要求 |
|---|---|---|---|
| 气体 / 蒸气爆炸环境 | 0 区 | 爆炸性气体混合物连续出现或长期存在的环境 | 仅允许本质安全型（ia）、特殊型（s）设备 |
| 1 区 | 正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境 | 本质安全型（ia/ib）、隔爆型（d）、增安型（e）等 | |
| 2 区 | 正常运行时不太可能出现，仅在故障时短时间出现的环境 | 可采用防护级别稍低的防爆型式（如 ib、d） | |
| 粉尘爆炸环境 | 20 区 | 爆炸性粉尘连续出现或长期存在的环境 | 粉尘防爆型（DIP A20） |
| 21 区 | 正常运行时可能出现爆炸性粉尘的环境 | 粉尘防爆型（DIP A21） | |
| 22 区 | 正常运行时不太可能出现，仅在故障时短时间出现的环境 | 粉尘防爆型（DIP A22） |
2. 危险介质分级分组
气体分级：按最大试验安全间隙（MESG）和最小点燃电流比（MICR）分为 Ⅰ 类（煤矿甲烷）、ⅡA/ⅡB/ⅡC 类（工业气体，ⅡC 危险性最高，如氢气）。
气体分组：按引燃温度分为 T1~T6 组（T1 引燃温度最高，T6 最低，如 T6≤85℃），设备最高表面温度需低于介质引燃温度。
粉尘分级：按粉尘性质分为 ⅢA（纤维类）、ⅢB（非导电粉尘）、ⅢC（导电粉尘，如铝粉）。
二、 核心防爆型式及设计要点
工业设备常用防爆型式需根据环境分区和介质特性选择，设计重点各有不同：
| 防爆型式 | 代号 | 核心原理 | 设计关键要求 | 适用环境 |
|---|---|---|---|---|
| 隔爆型 | d | 将设备可能产生火花的部件封闭在坚固外壳内，外壳承受内部爆炸压力，阻止火焰向外传播 | 1. 外壳材质：铸铝合金 / 不锈钢，抗拉强度≥120MPa2. 隔爆接合面：需满足间隙、宽度、表面粗糙度要求（如 ⅡC 类间隙≤0.2mm）3. 外壳防护等级≥IP54，防止粉尘 / 水进入4. 紧固件需加防松装置（如防松垫圈） | 1 区、2 区（气体环境） |
| 本质安全型 | ia/ib | 通过限制电路的能量（电压≤36V，电流≤100mA），确保在正常 / 故障状态下均不会产生点燃爆炸性混合物的火花或热量 | 1. 电路需用限流电阻、齐纳二极管等元件限制能量2. 本质安全电路与非本质安全电路需隔离（如光电隔离）3. 采用认证的本质安全元器件，线缆需用屏蔽线并单独敷设 | 0 区、1 区、2 区（气体环境），适用于仪表、传感器 |
| 增安型 | e | 在正常运行时不会产生火花、电弧的设备基础上，采取加强绝缘、温升限制、防腐蚀等措施，提高安全可靠性 | 1. 绕组绝缘等级≥F 级，温升≤规定值2. 裸露带电部件需防护，防止意外接触3. 电机轴承、接线盒需加强密封，防止潮气侵入 | 1 区、2 区（气体环境），适用于电机、变压器 |
| 粉尘防爆型 | DIP | 防止粉尘进入设备内部，或阻止粉尘在设备内积聚形成爆炸性混合物 | 1. 外壳防护等级≥IP65（防尘）2. 设备表面避免粉尘堆积，设计成光滑斜面3. 导电粉尘环境需防静电接地，接地电阻≤10Ω | 20 区、21 区、22 区（粉尘环境） |
| 浇封型 | m | 将设备的带电部件浇封在环氧树脂等绝缘材料中，隔绝与爆炸性混合物的接触 | 1. 浇封材料需耐温、耐化学腐蚀，固化后无气泡2. 浇封层厚度需满足标准，确保完全包裹带电部件3. 浇封后需进行温度循环试验，无开裂、脱落 | 1 区、2 区（气体环境），适用于接线盒、电容器 |
三、 设备防爆设计的通用要求
1. 电气系统设计
电机选型：根据环境选择防爆电机（如 dⅡBT4、DIP A21 T135℃），电机外壳表面温度需≤介质引燃温度（如 T4 组≤135℃）。
接线设计：采用防爆接线盒，电缆引入需用防爆格兰头，防止电缆拔脱和火花外泄；本质安全电路与非本质安全电路需分开接线。
接地设计：设备金属外壳、框架需可靠接地，接地电阻≤4Ω；导电粉尘环境需防静电接地，避免静电积聚引燃粉尘。
2. 机械结构设计
散热设计：防爆设备散热需避免表面温度超标，可采用散热片、强制风冷（需确保风机故障时表面温度仍达标）；禁止使用易产生火花的摩擦部件（如金属与金属撞击）。
密封设计：设备的轴、法兰等连接处需用防爆密封圈（耐油、耐温），防护等级需匹配环境（如户外设备≥IP65）。
紧固件设计：所有紧固螺栓需采用高强度螺栓，加装防松装置；隔爆外壳的螺栓不得任意更换，需保证拧紧力矩。
3. 控制与保护设计
过载保护：电机需加装热继电器、熔断器，防止过载导致温度过高；电路需设置短路保护，避免故障时产生过大电流。
报警联锁：设备故障（如温度超标、密封失效）时，需触发报警或联锁停机，防止危险扩大；粉尘环境需加装粉尘浓度监测，超标时停机。
四、 防爆设计的认证与检验要求
认证标准：国内防爆设备需符合GB 3836 系列（气体防爆）、GB 12476 系列（粉尘防爆），通过国家防爆检验机构（如 CQST）认证，获得防爆合格证。
检验项目：包括隔爆外壳耐压试验、隔爆接合面间隙测量、表面温度测试、绝缘电阻测试、冲击试验等。
标识要求：防爆设备需在明显位置标注防爆标志，格式为：防爆型式 + 类别 + 级别 + 温度组别，示例：Ex d ⅡC T6 Gb、Ex tD A21 IP65 T135℃ Db。
五、 常见防爆设计误区及规避措施
| 设计误区 | 风险 | 规避措施 |
|---|---|---|
| 隔爆外壳随意开孔、更换螺栓 | 破坏隔爆性能，内部爆炸时火焰外泄引燃环境 | 严格按设计图纸加工，螺栓规格、数量不得更改；开孔需经防爆认证机构认可 |
| 本质安全电路与非本质安全电路混线敷设 | 非本质安全电路的能量窜入，导致本质安全电路失效 | 分开敷设，间距≥50mm；采用屏蔽线，屏蔽层单端接地 |
| 设备表面温度未考虑环境温度 | 高温环境下设备表面温度超标，引燃介质 | 设计时需计入环境温度，确保最高环境温度下设备表面温度仍低于介质引燃温度 |
| 粉尘防爆设备未设计防尘结构 | 粉尘进入设备内部积聚，形成爆炸性混合物 | 采用密封结构，防护等级≥IP65；设备表面设计成光滑无死角，便于清洁 |
六、 防爆设备的安装与维护要求
安装要求：防爆设备需安装在符合设计要求的危险环境分区内；电缆引入需用配套防爆格兰头，不得用非防爆管件替代；接地需可靠，不得虚接。
维护要求：禁止在爆炸性环境中开盖检修；检修时需断电，使用防爆工具（如铜制工具，避免撞击产生火花）；定期检查隔爆接合面、密封圈，损坏时及时更换。
