粉塵爆炸環境

資料來源: 勞工安全衛生研究所
http://www.iosh.gov.tw/Book/Message_Publish.aspx?P=100&U=1101

國際電工委員會(IEC)之粉塵類防爆電氣設備標準主要有IEC 61241-0(通則)、IEC 61241-1(外殼保護型 ”tD”)、 IEC 61241-4(正壓型 ”pD”)、IEC 61241- 11(本質安全型 ”mD”)、IEC 61241-18 (模鑄型 ”mD”)、IEC 61241-10(區域劃分)與IEC 61241-14(選用)。而有關歐盟之粉塵防爆電氣設備標準係指歐盟電工委員會( C E N E L E C ) 之EN標準,目前有EN 61241-0(通則)、EN 61241-1(外殼保護型 ”tD”)、EN 61241-4(正壓型 ”pD”)、 EN 61241-11(本質安全型 ”mD”)、EN 61241-18(模鑄型 ”mD”)、EN 61241-10 (區域劃分)與EN 61241-14(選用),其皆參考IEC標準。

粉塵危險場所之分類

一、爆炸性粉塵環境( e x p l o s i v e d u s t atmosphere)係指可燃性物質在大氣壓下以粉塵(dust)、纖維(fiber)或飛絮(flying)的形式與空氣混合後之混合物區,其在引燃後,燃燒會散佈至全部混合物區。

二、粉塵危險場所依爆炸性粉塵環境存在之頻率(frequency)及期間(duration)分成 20區、21區及22區。

20區(zone 20)係指爆炸性粉塵環境連續存在或長時間存在或經常性地短時間存在之場所。

21區(zone 21)係指爆炸性粉塵環境在正常操作下,可能有時會存在之場所。

22區(zone 22)係指爆炸性粉塵環境在正常操作下不太可能存在,如果存在,也只存在一段短時間之場所。

粉塵防爆電氣設備之構造

粉塵防爆電氣設備之構造可分為:

外殼保護型,符號為 "tD"; 又可分為A型設備及B型設備。

正壓型,符號為 "pD";

模鑄型,符號為 "mD";又可細分為"maD"及"mbD";

本質安全型,符號為"iD";又可細分為"iaD"及"ibD"。

粉塵防爆電氣設備之選擇

粉塵防爆電氣設備之選擇主要應考慮危險場所之等級(含粉塵之導電性)及粉塵之點火溫度等級。

一、依危險場所之等級(含粉塵之導電性)選擇
依危險場所之等級與粉塵之導電性,選擇粉塵防爆電氣設備時,應依表1選擇。

表1 依危險場所之等級與粉塵之導電性選擇粉塵防爆電氣設備

場所等級

粉塵型態

20 區
21 區
22 區
非導電性
tD A20
tD B20
iaD
maD
tD A20 或 tD A21
tD B20 或 tD B21
iaD 或 ibD
maD或 mbD
pD
tD A20 、 tD A21或 tD A22
tD B20 、 tD B21或 tD B22
iaD 或 ibD
maD或 mbD
pD
導電性
tD A20
tDB20
iaD
ma
tD A20 或 tD A21
tDB20 或 tD B21
iaD 或 ibD
maD或 mbD
pD
tD A20 、 tD A21或 tD A22
(IP 6X)
tD B20或 tD B21
iaD 或 ibD
maD或 mbD
pD

*IP 6X係塵密級外殼,可參考IEC60529。

二、依溫度等級選擇

粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度,應符合下列規定:

a. 外殼保護型式(tD)為A型(practice A)之粉塵防爆電氣設備或其他保護型式之粉塵防爆電氣設備,其允許最高表面溫度為(一)、(二)之1及3中之最低溫度。

b.外殼保護型式(tD)為B型(practice B)之粉塵防爆電氣設備,其允許最高表面溫度為(一)、(二)之2及3中之最低溫度。

㈠粉塵雲(dust cloud)對粉塵防爆電氣設備之溫度限制粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度不可超過該粉塵雲最低點火溫度的三分之二,即

Tmax = 2/3 TCL

TCL 為粉塵雲之最低點火溫度

㈡粉塵層(dust layer)對粉塵防爆電氣設備之溫度限制

1. 外殼保護型式(tD)為A型(practice A)之粉塵防爆電氣設備或其他保護型式之粉塵防爆電氣設備

a. 粉塵層在5mm以下時粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度應比該5mm粉塵層之最低點火溫度低75℃,即

Tmax = T5mm - 75℃

T5mm 為5mm粉塵層之最低點火溫度

b. 粉塵層超過5mm,但在50 mm以下時粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度應隨著粉塵層厚度之增加而降低,其依該5mm粉塵層之最低點火溫度是否大於250℃,而分為下列兩種情況:

  • 該5mm粉塵層之最低點火溫度大於 250℃時粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度可依圖1來決定,其溫度隨著粉塵層厚度之增加而降低。
  • 該5mm粉塵層之最低點火溫度低於 250℃時粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度應以實驗驗證。

圖1 粉塵防爆電氣設備之最高表面溫度與粉塵層厚度之關係

圖1 粉塵防爆電氣設備之最高表面溫度與粉塵層厚度之關係
(資料來源:IEC 61241-14)

c. 粉塵層超過50 mm時粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度TLmax(即粉塵防爆電氣設備所標示特定厚度(L)之最高表面溫度TL),應比該Lmm粉塵層之最低點火溫度低75℃,即

TLmax = TLmm - 75℃

TLmm 為Lmm粉塵層之最低點火溫度。

2. 外殼保護型式(tD)為B型(practice B)之粉塵防爆電氣設備

a. 粉塵層在12.5mm以下時

粉塵防爆電氣設備之最高表面溫度應比該 12.5mm粉塵雲之最低點火溫度低25℃,即

Tmax = T12.5mm - 25℃

T12.5mm 為12.5mm粉塵層之最低點火溫度

b. 粉塵層超過12.5mm時

粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度 TLmax(即粉塵防爆電氣設備所標示特定厚度(L)之最高表面溫度TL),應比該 Lmm粉塵層之最低點火溫度低75℃,即

TLmax = TLmm - 75℃

TLmm 為Lmm粉塵層之最低點火溫度。

3. 無法避免的堆積粉塵

粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度原則上係以粉塵只堆積在電氣設備之頂部為條件而決定,若無法避免粉塵亦堆積在設備之側邊或底部,或設備整個埋入粉塵內時,則粉塵防爆電氣設備之允許最高表面溫度應以實驗驗證。

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