2.1　爆炸性气体环境危险区域划分

爆炸性气体环境是指在大气条件下，气体或蒸气可燃物质与空气的混合物引燃后，能够保持燃烧自行传播的环境。

2.1.1　危险区域划分

2.1.1.1　基本划分

爆炸性气体环境通常根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间划分为0区、1区和2区，并符合以下描述：

① 0区应为连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境；

② 1区应为在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境；

③ 2区应为在正常运行时不太可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。

一般采用释放源级别来衡量爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间。释放源按照可燃物质的释放频度和持续时间长短分为连续级、一级和二级。存在连续级释放源的区域可划为0区，存在一级释放源的区域可划为1区，存在二级释放源的区域可划为2区。

（1）连续级释放源

连续释放或预计长期释放的释放源。下列情况可划为连续级释放源：

① 没有用惰性气体覆盖的固定顶盖贮罐中的可燃液体的表面；

② 油、水分离器等直接与空间接触的可燃液体的表面；

③ 经常或长期向空间释放可燃气体或可燃液体的蒸气的排气孔和其他孔口。

（2）一级释放源

在正常运行时，预计可能周期性或偶尔释放的释放源，下列情况可划为一级释放源：

① 在正常运行时，会释放可燃物质的泵、压缩机和阀门等的密封处；

② 储有可燃液体的容器上的排水口处，在正常运行中，当水排掉时，该处可能会向空间释放可燃物质；

③ 正常运行时，会向空间释放可燃物质的取样点；

④ 正常运行时，会向空间释放可燃物质的泄压阀、排气口和其他孔口。

（3）二级释放源

在正常运行时，预计不可能释放，当出现释放时，仅是偶尔和短期释放的释放源，下列情况可划为二级释放源：

① 正常运行时，不能出现释放可燃物质的泵、压缩机和阀门的密封处；

② 正常运行时，不能释放可燃物质的法兰、连接件和管道接头；

③ 正常运行时，不能向空间释放可燃物质的安全阀、排气孔和其他孔口处；

④ 正常运行时，不能向空间释放可燃物质的取样点。

《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058—2014）、《爆炸性环境　爆炸预防和防护　第1部分：基本原则和方法》（GB 25285.1—2010）、《爆炸性环境　第14部分：场所分类爆炸性气体环境》（GB 3836.14—2014）等标准中将爆炸性气体环境危险区域分为0区、1区、2区三种类型，划分条件基本一致。各标准的划分条件详见表2-1。

根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058—2014），符合下列条件之一时，可划分为非爆炸危险区域：

① 没有释放源且不可能有可燃物质侵入的区域；

② 可燃物质可能出现的最高浓度不超过爆炸下限值的10%；

③ 在生产过程中使用明火的设备附近，或炽热部件的表面温度超过区域内可燃物质引燃温度的设备附近；

④ 在生产装置区外，露天或开敞设置的输送可燃物质的架空管道地带，但其阀门处按具体情况确定。

根据有关资料报道，典型的爆炸性危险场所被划分为0区、1区、2区的比例分别为2%、28%和70%，与北美、欧洲等国家的划分比例存在一定差异，可能主要是由于爆炸危险区域自身界定较为模糊。为此，国外已开展采取定量概念划分爆炸性危险区域的相关研究，即根据一年中存在爆炸性混合物且其浓度介于爆炸极限范围内的频率来划分爆炸危险区域，见表2-2。一旦成为国际认可标准，将更为准确的定义爆炸性危险区域，提高人们的直观认知度，增加区域划分的准确性。

2.1.1.2　通风对爆炸危险区域的影响

在爆炸危险区域划分的实际工作中，本着“当通风良好时，可降低爆炸危险区域等级；当通风不良时，应提高爆炸危险区域等级”这一原则，可根据通风条件的不同对区域划分进行调整，如在障碍物、凹坑和死角处，局部提高爆炸危险区域等级；利用堤或墙等障碍物，限制比空气重的爆炸性气体混合物的扩散，以缩小爆炸危险区域的范围；采用局部机械通风降低爆炸危险区域等级等。

通风情况以通风等级和通风有效性来衡量。GB 3836.14—2014首次提出了定量评定通风等级、有效性及其对爆炸危险区域范围影响的方法，迈出了定量分析通风对爆炸危险区域范围影响的第一步。以下将予以简单介绍。

（1）通风等级

评定通风等级需要通过验证试验、合理计算、充分假设条件或制造商提供的有效数据等，得出释放源释放气体或蒸气的最大释放速率。通常采用估算假设体积Vz的方法。Vz通常为大于0.25倍或0.5倍LEL的可燃性气体或蒸气的体积，即按估计的假设体积，最终气体或蒸气的浓度将明显低于LEL。例如，浓度高于LEL的体积将低于Vz。Vz的计算方法如下所示：

　　（2-1）

其中，，新鲜空气的最小体积流速，m3/s；

式中，——释放源的最大释放速率（计算方法可参见GB 3836.14—2014的附录A），kg/s；

k——适用于爆炸下限的安全系数，k=0.25（连续级和1级释放）；k=0.5（2级释放）；

LELm——爆炸下限，kg/m3；

T——环境温度，K；

C——单位时间内新鲜空气置换（充入）的次数，s-1，；

dV0/dt——通过实际通风体积的新鲜空气的流速；m3/s；

V0——在释放源附近由实际通风提供的总体积，通常为建筑物的体积；

f——爆炸性气体环境有效的稀释程度，即通风效率，f=1（理想状态）～5（空气流动受阻）。

对于露天场所，一般取C=0.03次/s，则

　　（2-2）

对于受限制的露天场所，如果V0=15m3，并且风速为0.05m/s，则C=0.01次/s。

可根据式（2-1）或式（2-2）计算出的Vz值来判断通风等级。通风等级划分如下所述。

① 高级通风（VH）　只有当风险评估表明，由于温度和/或压力的突然增加而导致潜在危险范围作为点燃与Vz体积相同的爆炸性气体环境的结果可以忽略不计时，才可视为高级通风（VH）。在实际中，一般情况下，高级通风仅用于释放源周围的局部人工通风系统，很小的封闭场所或释放速率极低的场所。

② 低级通风（VL）　如果Vz>V0，即为低级通风（VL）。V0指在释放源附近由实际通风构成的总体积。对于室内环境而言，在无特殊通风和局部释放源时，通常将V0考虑为房屋或建筑物的体积。除非限制空气流动（如在坑内），露天场所通常不会发生低级通风。

③ 中级通风（VM）　如果通风既不是高级通风，也不是低级通风，即为中级通风（VM）。通常此时，Vz≤V0。中级通风应控制释放出的可燃性蒸气和气体的扩散。当体积Vz值小于某个封闭场所的体积值时，仅将该封闭场所划分为危险区域。在户外场所，除非Vz非常小或有有效限制空气流动的措施，否则应视为中级通风。

（2）通风有效性

通风有效性影响着爆炸性气体环境的存在或形成，它可划分为以下3个等级：

① 良好：通风连续存在，使可燃物质很快稀释至25%LEL以下；以下场所可定为通风良好场所：

a.露天场所；

b.敞开式建筑物；

c.有永久性开口的非敞开建筑物；

d.对封闭区域，换气为6次/h。

② 一般：在正常运行时，预计通风存在。允许发生短时、不经常的不连续通风；

③ 差：不能满足“良好”或“一般”标准的通风，但预计不会出现长时间的不连续通风。

对于不能满足“差”等级的通风场所，考虑其为不通风场所。

对户外场所，一般情况下，以假设最小风速0.5m/s为基础，且连续地存在，通风有效性即为“良好”。

对于人工通风而言，评定其有效性应考虑设备的可靠性和有效性。通常，良好的有效性要求在故障状态下，备用风机能自动启动。如在通风设备故障时能采取措施防止释放可燃性物质（如自动关闭加工设备等），也可以假定其通风有效性良好。

综上所述，独立通风对区域类型的影响详见表2-3。

释放源停止释放后，释放浓度从初始值降到k倍LEL的持续时间t可作为确定区域类型的辅助信息。t可由下式计算得出：

　　（2-3）

式中　t——释放浓度从初始值降到k倍LEL的时间，即爆炸性浓度持续时间，s；

X0——可燃性物质的初始浓度，%或kg/m3。

t虽然不直接参与确定爆炸危险区域类型，但提供了参考，例如可与特定释放过程或特定爆炸危险区域类型的时间范围进行比较，以进一步核准爆炸危险区域的类型。

以下将给出综合了通风等级、通风有效性及爆炸性浓度持续时间来确定爆炸危险区域的一个实例。

【例】　某爆炸危险场所的释放特性和通风特性如下，试讨论爆炸危险区域类型。

① 释放特性　可燃性物质甲苯，其分子量为92.14kg/kmol，爆炸下限为0.046kg/m3（1.2%）；释放源：法兰故障，2级，安全系数k：0.25，释放速率（dG/dt）max=2.8×10-6kg/s。

② 通风特性　室内场所，换气次数C为1/h（2.8×10-4/s），通风质量系数f为5；环境温度T为20℃（293K）；温度系数（T/293K）为1；建筑尺寸V0：10m×15m×6m。

新鲜空气最小体积流动速率：

假设体积Vz值：

持续时间：

③ 讨论　假设体积Vz虽然明显小于V0，但仍然大于0.1m3。对于该释放源的相关区域，通风等级可视为中级。但是，爆炸性气体环境持续时间较长（>10h），不能满足2区的定义，因此建议该释放源所在的相关区域划为1区。

2.1.2　危险区域范围确定

危险区域范围主要受气体或蒸气释放速率、爆炸下限、通风条件、释放气体或蒸气的相对密度、气候条件、地形分布状况等因素影响，应根据释放源的级别、释放量、释放速率、沸点、温度、闪点、相对密度、爆炸下限、障碍物和位置、生产条件、运行经验等，结合实践经验综合确定。

《爆炸性环境　第14部分：场所分类　爆炸性气体环境》（GB 3836.14—2014）就主要影响危险区域范围的化学和物理参数、可燃性物质某些固有特性及加工过程中特有的其他因素（如气候条件、地形分布状况等）进行了详细说明，分析、解释了各因素与区域范围确定之间的对应变化关系，明确了区域范围随各因素变化的趋势。假定其他因素均保持不变时，释放速率越大，区域范围越大；对于给出的释放体积，爆炸下限越低，区域范围越大；风量越大，区域范围通常越小，如有障碍物阻碍通风则会使区域范围扩大；如果气体或蒸气明显重于空气，则趋于沉积地面，故在地面上，相对密度越大区域水平范围越大；如果明显轻于空气，则其趋于向上飘逸，故相对密度越小，释放源上方的垂直方向范围就越大（如果气体或蒸气的相对密度<0.8，视为轻于空气；相对密度>1.2，视为重于空气；相对密度为0.8～1.2，在工程设计的爆炸危险区域时，视为重于空气）。

尽管上述标准的颁布在一定程度上规范了爆炸危险区域范围的确定，使其趋于一致，但因影响爆炸危险区域范围确定的因素众多，条件多样，很难制定确定爆炸危险区域范围的定量要求，从而导致在实际工作中出现不同人员确定的危险区域范围不一致的情况。因此，在进行爆炸危险区域范围确定时，应综合生产、安全、电气等多领域专业人员的意见，根据现场实际情况确定。

2.1.3　危险区域划分典型示例

2.1.3.1　工业泵

一般机械（隔膜）密封的工业泵，流量50m3/h，安装于室外地坪，抽吸可燃性液体，低压运行。可燃性液体闪点低于加工温度和环境温度，蒸气相对密度大于空气，比空气重。泵为2级释放源，处于自然通风状态，通风等级为中级，有效性良好；储槽为人工通风，通风等级为低级，有效性良好。工业泵爆炸危险区域划分图见图2-1。

2.1.3.2　压力呼吸阀

压力呼吸阀安装于露天气体储罐上。储罐内储存气体相对密度大于空气，比空气重。阀门出口为1级释放源，处于自然通风状态，通风等级为中级，有效性良好，压力呼吸阀开启压力为0.15MPa。压力呼吸阀爆炸危险区域划分图见图2-2。

2.1.3.3　控制阀

控制阀安装于靠近传输可燃性气体的加工管道系统上。传输的可燃性气体相对密度大于空气，比空气重。阀门转轴密封处为2级释放源，处于自然通风状态，通风等级为中级，有效性良好。控制阀爆炸危险区域划分图见图2-3。

2.1.3.4　混合反应釜

室内固定安装的混合反应釜操作时经常打开，易燃液体通过容器上焊接的管道法兰盘进行输送。经过反应釜的易燃液体闪点低于加工温度和环境温度，蒸气相对密度大于空气，比空气重。反应釜内液体表面为0级释放源，反应釜开口处为1级释放源，靠近反应釜液体的溅飞或泄漏为2级释放源。混合反应釜采用人工通风，反应釜内的通风等级为低级，反应釜外通风等级为中级，有效性一般。混合反应釜爆炸危险区域划分图见图2-4。

2.1.3.5　油/水比重分离装置

用于石油冶炼的油/水比重分离装置安装于室外，敞开设置。油/水比重分离装置内储存的液体（油水混合物）闪点低于加工温度和环境温度，蒸气相对密度大于空气，比空气重。正常操作下的液体表面为0级释放源，加工过程故障下的液体表面为1级释放源，加工过程异常运行下的液体表面为2级释放源。油/水比重分离装置处于自然通风状态，分离装置内的通风等级为低级，分离装置外的通风等级为中级，有效性良好。油/水比重分离装置爆炸危险区域划分图见图2-5。

2.1.3.6　可燃性液体储罐

可燃性液体储罐安装于室外，带有固定顶，不设内浮顶。储罐内储存液体的闪点低于加工温度和环境温度，蒸气相对密度大于空气，比空气重。液体表面为0级释放源，顶部排气口和其他开口处为1级释放源，法兰盘等罐的连接和溢出口旁为2级释放源。储罐处于自然通风状态，储罐内的通风等级为低级，储罐外的通风等级为中级，有效性良好。可燃性液体储罐爆炸危险区域划分图见图2-6。