2.1　爆炸性氣體環境危險區域劃分

爆炸性氣體環境是指在大氣條件下，氣體或蒸氣可燃物質與空氣的混合物引燃后，能夠保持燃燒自行傳播的環境。

2.1.1　危險區域劃分

2.1.1.1　基本劃分

爆炸性氣體環境通常根據爆炸性氣體混合物出現的頻繁程度和持續時間劃分為0區、1區和2區，并符合以下描述：

① 0區應為連續出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環境；

② 1區應為在正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的環境；

③ 2區應為在正常運行時不太可能出現爆炸性氣體混合物的環境，或即使出現也僅是短時存在的爆炸性氣體混合物的環境。

一般采用釋放源級別來衡量爆炸性混合物出現的頻繁程度和持續時間。釋放源按照可燃物質的釋放頻度和持續時間長短分為連續級、一級和二級。存在連續級釋放源的區域可劃為0區，存在一級釋放源的區域可劃為1區，存在二級釋放源的區域可劃為2區。

（1）連續級釋放源

連續釋放或預計長期釋放的釋放源。下列情況可劃為連續級釋放源：

① 沒有用惰性氣體覆蓋的固定頂蓋貯罐中的可燃液體的表面；

② 油、水分離器等直接與空間接觸的可燃液體的表面；

③ 經常或長期向空間釋放可燃氣體或可燃液體的蒸氣的排氣孔和其他孔口。

（2）一級釋放源

在正常運行時，預計可能周期性或偶爾釋放的釋放源，下列情況可劃為一級釋放源：

① 在正常運行時，會釋放可燃物質的泵、壓縮機和閥門等的密封處；

② 儲有可燃液體的容器上的排水口處，在正常運行中，當水排掉時，該處可能會向空間釋放可燃物質；

③ 正常運行時，會向空間釋放可燃物質的取樣點；

④ 正常運行時，會向空間釋放可燃物質的泄壓閥、排氣口和其他孔口。

（3）二級釋放源

在正常運行時，預計不可能釋放，當出現釋放時，僅是偶爾和短期釋放的釋放源，下列情況可劃為二級釋放源：

① 正常運行時，不能出現釋放可燃物質的泵、壓縮機和閥門的密封處；

② 正常運行時，不能釋放可燃物質的法蘭、連接件和管道接頭；

③ 正常運行時，不能向空間釋放可燃物質的安全閥、排氣孔和其他孔口處；

④ 正常運行時，不能向空間釋放可燃物質的取樣點。

《爆炸危險環境電力裝置設計規范》（GB 50058—2014）、《爆炸性環境　爆炸預防和防護　第1部分：基本原則和方法》（GB 25285.1—2010）、《爆炸性環境　第14部分：場所分類爆炸性氣體環境》（GB 3836.14—2014）等標準中將爆炸性氣體環境危險區域分為0區、1區、2區三種類型，劃分條件基本一致。各標準的劃分條件詳見表2-1。

根據《爆炸危險環境電力裝置設計規范》（GB 50058—2014），符合下列條件之一時，可劃分為非爆炸危險區域：

① 沒有釋放源且不可能有可燃物質侵入的區域；

② 可燃物質可能出現的最高濃度不超過爆炸下限值的10%；

③ 在生產過程中使用明火的設備附近，或熾熱部件的表面溫度超過區域內可燃物質引燃溫度的設備附近；

④ 在生產裝置區外，露天或開敞設置的輸送可燃物質的架空管道地帶，但其閥門處按具體情況確定。

根據有關資料報道，典型的爆炸性危險場所被劃分為0區、1區、2區的比例分別為2%、28%和70%，與北美、歐洲等國家的劃分比例存在一定差異，可能主要是由于爆炸危險區域自身界定較為模糊。為此，國外已開展采取定量概念劃分爆炸性危險區域的相關研究，即根據一年中存在爆炸性混合物且其濃度介于爆炸極限范圍內的頻率來劃分爆炸危險區域，見表2-2。一旦成為國際認可標準，將更為準確的定義爆炸性危險區域，提高人們的直觀認知度，增加區域劃分的準確性。

2.1.1.2　通風對爆炸危險區域的影響

在爆炸危險區域劃分的實際工作中，本著“當通風良好時，可降低爆炸危險區域等級；當通風不良時，應提高爆炸危險區域等級”這一原則，可根據通風條件的不同對區域劃分進行調整，如在障礙物、凹坑和死角處，局部提高爆炸危險區域等級；利用堤或墻等障礙物，限制比空氣重的爆炸性氣體混合物的擴散，以縮小爆炸危險區域的范圍；采用局部機械通風降低爆炸危險區域等級等。

通風情況以通風等級和通風有效性來衡量。GB 3836.14—2014首次提出了定量評定通風等級、有效性及其對爆炸危險區域范圍影響的方法，邁出了定量分析通風對爆炸危險區域范圍影響的第一步。以下將予以簡單介紹。

（1）通風等級

評定通風等級需要通過驗證試驗、合理計算、充分假設條件或制造商提供的有效數據等，得出釋放源釋放氣體或蒸氣的最大釋放速率。通常采用估算假設體積Vz的方法。Vz通常為大于0.25倍或0.5倍LEL的可燃性氣體或蒸氣的體積，即按估計的假設體積，最終氣體或蒸氣的濃度將明顯低于LEL。例如，濃度高于LEL的體積將低于Vz。Vz的計算方法如下所示：

　　（2-1）

其中，，新鮮空氣的最小體積流速，m3/s；

式中，——釋放源的最大釋放速率（計算方法可參見GB 3836.14—2014的附錄A），kg/s；

k——適用于爆炸下限的安全系數，k=0.25（連續級和1級釋放）；k=0.5（2級釋放）；

LELm——爆炸下限，kg/m3；

T——環境溫度，K；

C——單位時間內新鮮空氣置換（充入）的次數，s-1，；

dV0/dt——通過實際通風體積的新鮮空氣的流速；m3/s；

V0——在釋放源附近由實際通風提供的總體積，通常為建筑物的體積；

f——爆炸性氣體環境有效的稀釋程度，即通風效率，f=1（理想狀態）～5（空氣流動受阻）。

對于露天場所，一般取C=0.03次/s，則

　　（2-2）

對于受限制的露天場所，如果V0=15m3，并且風速為0.05m/s，則C=0.01次/s。

可根據式（2-1）或式（2-2）計算出的Vz值來判斷通風等級。通風等級劃分如下所述。

① 高級通風（VH）　只有當風險評估表明，由于溫度和/或壓力的突然增加而導致潛在危險范圍作為點燃與Vz體積相同的爆炸性氣體環境的結果可以忽略不計時，才可視為高級通風（VH）。在實際中，一般情況下，高級通風僅用于釋放源周圍的局部人工通風系統，很小的封閉場所或釋放速率極低的場所。

② 低級通風（VL）　如果Vz>V0，即為低級通風（VL）。V0指在釋放源附近由實際通風構成的總體積。對于室內環境而言，在無特殊通風和局部釋放源時，通常將V0考慮為房屋或建筑物的體積。除非限制空氣流動（如在坑內），露天場所通常不會發生低級通風。

③ 中級通風（VM）　如果通風既不是高級通風，也不是低級通風，即為中級通風（VM）。通常此時，Vz≤V0。中級通風應控制釋放出的可燃性蒸氣和氣體的擴散。當體積Vz值小于某個封閉場所的體積值時，僅將該封閉場所劃分為危險區域。在戶外場所，除非Vz非常小或有有效限制空氣流動的措施，否則應視為中級通風。

（2）通風有效性

通風有效性影響著爆炸性氣體環境的存在或形成，它可劃分為以下3個等級：

① 良好：通風連續存在，使可燃物質很快稀釋至25%LEL以下；以下場所可定為通風良好場所：

a.露天場所；

b.敞開式建筑物；

c.有永久性開口的非敞開建筑物；

d.對封閉區域，換氣為6次/h。

② 一般：在正常運行時，預計通風存在。允許發生短時、不經常的不連續通風；

③ 差：不能滿足“良好”或“一般”標準的通風，但預計不會出現長時間的不連續通風。

對于不能滿足“差”等級的通風場所，考慮其為不通風場所。

對戶外場所，一般情況下，以假設最小風速0.5m/s為基礎，且連續地存在，通風有效性即為“良好”。

對于人工通風而言，評定其有效性應考慮設備的可靠性和有效性。通常，良好的有效性要求在故障狀態下，備用風機能自動啟動。如在通風設備故障時能采取措施防止釋放可燃性物質（如自動關閉加工設備等），也可以假定其通風有效性良好。

綜上所述，獨立通風對區域類型的影響詳見表2-3。

釋放源停止釋放后，釋放濃度從初始值降到k倍LEL的持續時間t可作為確定區域類型的輔助信息。t可由下式計算得出：

　　（2-3）

式中　t——釋放濃度從初始值降到k倍LEL的時間，即爆炸性濃度持續時間，s；

X0——可燃性物質的初始濃度，%或kg/m3。

t雖然不直接參與確定爆炸危險區域類型，但提供了參考，例如可與特定釋放過程或特定爆炸危險區域類型的時間范圍進行比較，以進一步核準爆炸危險區域的類型。

以下將給出綜合了通風等級、通風有效性及爆炸性濃度持續時間來確定爆炸危險區域的一個實例。

【例】　某爆炸危險場所的釋放特性和通風特性如下，試討論爆炸危險區域類型。

① 釋放特性　可燃性物質甲苯，其分子量為92.14kg/kmol，爆炸下限為0.046kg/m3（1.2%）；釋放源：法蘭故障，2級，安全系數k：0.25，釋放速率（dG/dt）max=2.8×10-6kg/s。

② 通風特性　室內場所，換氣次數C為1/h（2.8×10-4/s），通風質量系數f為5；環境溫度T為20℃（293K）；溫度系數（T/293K）為1；建筑尺寸V0：10m×15m×6m。

新鮮空氣最小體積流動速率：

假設體積Vz值：

持續時間：

③ 討論　假設體積Vz雖然明顯小于V0，但仍然大于0.1m3。對于該釋放源的相關區域，通風等級可視為中級。但是，爆炸性氣體環境持續時間較長（>10h），不能滿足2區的定義，因此建議該釋放源所在的相關區域劃為1區。

2.1.2　危險區域范圍確定

危險區域范圍主要受氣體或蒸氣釋放速率、爆炸下限、通風條件、釋放氣體或蒸氣的相對密度、氣候條件、地形分布狀況等因素影響，應根據釋放源的級別、釋放量、釋放速率、沸點、溫度、閃點、相對密度、爆炸下限、障礙物和位置、生產條件、運行經驗等，結合實踐經驗綜合確定。

《爆炸性環境　第14部分：場所分類　爆炸性氣體環境》（GB 3836.14—2014）就主要影響危險區域范圍的化學和物理參數、可燃性物質某些固有特性及加工過程中特有的其他因素（如氣候條件、地形分布狀況等）進行了詳細說明，分析、解釋了各因素與區域范圍確定之間的對應變化關系，明確了區域范圍隨各因素變化的趨勢。假定其他因素均保持不變時，釋放速率越大，區域范圍越大；對于給出的釋放體積，爆炸下限越低，區域范圍越大；風量越大，區域范圍通常越小，如有障礙物阻礙通風則會使區域范圍擴大；如果氣體或蒸氣明顯重于空氣，則趨于沉積地面，故在地面上，相對密度越大區域水平范圍越大；如果明顯輕于空氣，則其趨于向上飄逸，故相對密度越小，釋放源上方的垂直方向范圍就越大（如果氣體或蒸氣的相對密度<0.8，視為輕于空氣；相對密度>1.2，視為重于空氣；相對密度為0.8～1.2，在工程設計的爆炸危險區域時，視為重于空氣）。

盡管上述標準的頒布在一定程度上規范了爆炸危險區域范圍的確定，使其趨于一致，但因影響爆炸危險區域范圍確定的因素眾多，條件多樣，很難制定確定爆炸危險區域范圍的定量要求，從而導致在實際工作中出現不同人員確定的危險區域范圍不一致的情況。因此，在進行爆炸危險區域范圍確定時，應綜合生產、安全、電氣等多領域專業人員的意見，根據現場實際情況確定。

2.1.3　危險區域劃分典型示例

2.1.3.1　工業泵

一般機械（隔膜）密封的工業泵，流量50m3/h，安裝于室外地坪，抽吸可燃性液體，低壓運行。可燃性液體閃點低于加工溫度和環境溫度，蒸氣相對密度大于空氣，比空氣重。泵為2級釋放源，處于自然通風狀態，通風等級為中級，有效性良好；儲槽為人工通風，通風等級為低級，有效性良好。工業泵爆炸危險區域劃分圖見圖2-1。

2.1.3.2　壓力呼吸閥

壓力呼吸閥安裝于露天氣體儲罐上。儲罐內儲存氣體相對密度大于空氣，比空氣重。閥門出口為1級釋放源，處于自然通風狀態，通風等級為中級，有效性良好，壓力呼吸閥開啟壓力為0.15MPa。壓力呼吸閥爆炸危險區域劃分圖見圖2-2。

2.1.3.3　控制閥

控制閥安裝于靠近傳輸可燃性氣體的加工管道系統上。傳輸的可燃性氣體相對密度大于空氣，比空氣重。閥門轉軸密封處為2級釋放源，處于自然通風狀態，通風等級為中級，有效性良好。控制閥爆炸危險區域劃分圖見圖2-3。

2.1.3.4　混合反應釜

室內固定安裝的混合反應釜操作時經常打開，易燃液體通過容器上焊接的管道法蘭盤進行輸送。經過反應釜的易燃液體閃點低于加工溫度和環境溫度，蒸氣相對密度大于空氣，比空氣重。反應釜內液體表面為0級釋放源，反應釜開口處為1級釋放源，靠近反應釜液體的濺飛或泄漏為2級釋放源。混合反應釜采用人工通風，反應釜內的通風等級為低級，反應釜外通風等級為中級，有效性一般。混合反應釜爆炸危險區域劃分圖見圖2-4。

2.1.3.5　油/水比重分離裝置

用于石油冶煉的油/水比重分離裝置安裝于室外，敞開設置。油/水比重分離裝置內儲存的液體（油水混合物）閃點低于加工溫度和環境溫度，蒸氣相對密度大于空氣，比空氣重。正常操作下的液體表面為0級釋放源，加工過程故障下的液體表面為1級釋放源，加工過程異常運行下的液體表面為2級釋放源。油/水比重分離裝置處于自然通風狀態，分離裝置內的通風等級為低級，分離裝置外的通風等級為中級，有效性良好。油/水比重分離裝置爆炸危險區域劃分圖見圖2-5。

2.1.3.6　可燃性液體儲罐

可燃性液體儲罐安裝于室外，帶有固定頂，不設內浮頂。儲罐內儲存液體的閃點低于加工溫度和環境溫度，蒸氣相對密度大于空氣，比空氣重。液體表面為0級釋放源，頂部排氣口和其他開口處為1級釋放源，法蘭盤等罐的連接和溢出口旁為2級釋放源。儲罐處于自然通風狀態，儲罐內的通風等級為低級，儲罐外的通風等級為中級，有效性良好。可燃性液體儲罐爆炸危險區域劃分圖見圖2-6。