Flameproof Enclosure "d" Deep Dive

GB/T 3836.2—2021 隔爆型"d"逐章深度解读

GB/T 3836.2—2021《爆炸性环境 第2部分:由隔爆外壳"d"保护的设备》是工业防爆领域应用最广、技术最复杂的标准之一。隔爆原理的核心是:接合面间隙 i(gap)足够小 + 宽度 L 足够长 → 内部爆炸火焰经冷却后不点燃外部环境。本文从第 4 章术语到附录逐章拆解,重点解析间隙/宽度表、火焰通路类型、静压/过压试验及 IIC 特殊要求。

15+正文章节
IIA/IIB/IIC气体分组
i × L核心参数
MOD修改采用IEC
📜 版权声明:本文为 AlliedEx 原创技术解读,引用 GB/T 3836.2—2021 标准条文用于说明性目的。标准正文仅跳转至国家标准全文公开系统或IEC Webstore官方渠道获取。不提供标准 PDF 下载。

核心参数速览 — 止口接合面(GB/T 3836.2—2021 图 2)

隔爆型d 止口接合面 L c d i f 参数示意图(GB/T 3836.2-2021 图 2 物理页 7)

图源自 GB/T 3836.2—2021 第 5.2.3 节 图 2(止口接合面 · 物理页 7)。说明性引用,标准正文请访问 国家标准全文公开系统 或 IEC Webstore 官方渠道获取。

外行 30 秒懂

隔爆型"d"是防爆里最常见的一招:把可能产生火花的电气元件,装进一个特别结实的外壳里。里面万一炸了,外壳扛得住,火焰从缝隙出去时也被"降温"到点不着外面的气体——所以叫"隔爆"。

打个比方:就像高压锅——里面压力再大,只要锅盖密封够好、缝隙够小,外面的人啥事没有。

关你(设备厂 / 设计 / 采购)啥事:矿用、化工厂的设备要合法使用、要卖、要过安标/防爆认证,外壳的"缝隙宽度 L"和"缝隙大小 i"是死规定,差一丝就可能卡在认证上。这篇解读就是把这套规定从术语到设计实务讲透,让你和检测机构对话时心里有数。

4 术语和定义 Terms & Definitions

隔爆型专用术语表

条款号术语英文核心含义
4.1隔爆外壳flameproof enclosure能承受内部爆炸压力且阻止传爆的外壳
4.2间隙(隔爆间隙)gap (i)接合面相对表面间的距离——隔爆的核心参数
4.3接合面宽度flamepath length (L)从隔爆外壳内部到外部的接合面最小长度
4.4火焰通路flamepath内部火焰向外传播的路径(经接合面冷却)
4.5压力重叠pressure piling由于在外壳的一个空腔或间隔内发生点燃,造成另一个空腔或间隔内被预压的气体混合物点燃时呈现的状态(→ 专节解读)
4.6容积volume (V)空腔净容积——决定试验压力和间隙值
4.7爆炸压力explosion pressure内部可燃混合物点燃后产生的最大压力
4.8参考压力reference pressure (p_ref)三种浓度下测得的最大爆炸压力(设计依据)
实务要点:"间隙 i" 和 "接合面宽度 L" 是隔爆设计的两个灵魂参数。所有隔爆外壳的设计都围绕这两个参数展开——i 决定能否熄灭火焰,L 决定冷却路径长度。两者共同作用才能实现隔爆效果。
5 隔爆外壳通用要求 General Requirements

5.1 隔爆原理简述

当外壳内部发生爆炸时:

  1. 外壳强度足以承受爆炸压力而不损坏或不永久变形
  2. 接合面(法兰、轴封、螺纹等)的间隙 i足够小 → 爆炸产物通过时被冷却到低于点燃温度
  3. 接合面宽度 L足够长 → 提供足够的冷却路径长度

5.2 外壳设计基本原则

5.3 外壳容积与试验压力的关系

容积 VI 类(矿用)参考压力IIA 参考压力IIB 参考压力IIC 参考压力
V ≤ 10 cm³10 bar10 bar12 bar15 bar
10 < V ≤ 500 cm³10 bar10 bar15 bar18 bar
V > 500 cm³10 bar12 bar15 bar20 bar
以上为典型参考压力范围,实际以标准中对应气体分组的精确表格为准。IIC 的试验压力最高(氢气/乙炔爆炸能量最大),这也是 IIC 设备成本更高的原因之一。
6 非金属部件与透明件 Non-metallic Parts

6.1 非金属材料要求

项目要求原因
热稳定性球压试验 ≥ 125°C(或更高按温度组别)高温下不软化变形导致间隙增大
阻燃性阻燃等级明确(V-0/V-1/V-2)内部点燃时不助燃
抗老化热老化试验(1000h)+ UV 老化(户外)长期使用性能不退化
表面电阻≤ 1 GΩ(防静电)防止静电积聚放电引燃
轻合金成分Mg 含量限制(Ti ≤ 0.1% 时 Mg ≤ 6%)防止摩擦火花

6.2 透明件(观察窗)的特殊要求

常见不符合项:透明件用普通玻璃替代钢化玻璃;透明件与框架之间的密封仅靠胶粘而无机械固定;透明件未做热剧变试验就投入使用。
7 紧固件 Fasteners

隔爆外壳的紧固件要求比通用要求更严格——因为紧固失效直接导致隔爆能力丧失:

7.1 紧固件基本规则

  1. 螺钉公称直径 ≥ M6(在特殊情况下允许 M4~M5 但必须有可靠的防松措施)
  2. 内六角圆柱头螺钉(杯头)禁止作为唯一紧固方式——除非有专门的防松结构
  3. 紧固孔不应穿透到外壳空腔内(形成非隔爆通路)
  4. 必须有可靠的防松措施:弹簧垫圈、锁紧螺母、螺纹胶(厌氧胶)、钢丝螺套等
  5. 螺栓/螺孔配合等级不低于 H13/h12

7.2 特殊紧固方式

方式适用场景额外要求
螺纹紧固端盖、法兰连接啮合扣数满足要求;防松可靠
销钉定位防止转动/错位不能作为承力紧固件
铆接永久性连接铆接后不可拆卸;检查是否开裂
粘接辅助密封不能作为唯一紧固手段
高频不符合项:① 杯头螺钉无防松直接不合格;② 紧固孔穿入壳内(破坏隔爆);③ M4 螺钉无额外防松措施;④ 弹簧垫圈缺失或规格不对。
8 隔爆接合面(核心!) Flamepaths — Core Chapter

8.1 接合面的五种基本类型

类型示意图描述典型应用特点
平面式两个平行平面贴合法兰连接、箱体端盖最常用,加工简单
圆筒式(止口)轴与孔的圆柱配合轴承座、转轴、操作杆旋转部件必需
螺纹式内外螺纹旋合灯座、电缆引入管、堵头自密封性好
迷宫/锯齿式多重曲折路径大型法兰、高压设备增加冷却路径
复合式上述两种以上组合复杂外壳最优但加工成本高

8.2 平面接合面的间隙 i 与宽度 L(完整查表)

查表指引(四步定位):① 确定外壳气体分组(I / IIA / IIB / IIC);② 确定接合面类型(平面 / 圆筒或止口 / 轴承压盖);③ 测量/设计接合面最小宽度 L;④ 查对应容积 V 行 → 得到最大允许间隙 i。i 为绝对上限,实际加工应留安全裕量。

表2 — I、IIA 和 IIB 类外壳接合面最小宽度 L 与最大间隙 i(源自 GB/T 3836.2—2021 表2,物理页 11)

接合面
类型
L
(mm)
最大间隙 i (mm)
V ≤ 100 cm³ 100 < V ≤ 500 500 < V ≤ 2000 2000 < V ≤ 5750 V > 5750
IIIAIIB IIIAIIB IIIAIIB IIIAIIB IIIAIIB
平面
接合面
60.300.300.20————
9.50.350.300.200.350.300.200.080.08—0.080.20—0.080.20—
12.50.400.300.200.400.300.200.400.300.200.400.200.150.400.200.15
250.500.400.200.500.400.200.500.400.200.500.400.200.500.400.20
圆筒形
或止口
60.300.300.20————
9.50.350.300.200.350.300.20———
12.50.400.350.250.400.300.250.400.300.200.400.20—0.400.20—
250.500.400.300.500.400.300.500.400.300.500.400.250.500.400.25
轴承压盖
(滑动)
60.300.300.20————
9.50.350.300.200.350.300.20———
12.50.400.350.250.400.350.250.400.300.200.400.20—0.400.20—
250.500.400.300.500.400.300.500.400.300.500.400.250.500.400.25
轴承压盖
(滚动)
60.450.450.30————
9.50.500.450.350.500.450.35———
12.50.600.500.450.600.500.450.600.450.300.600.30—0.600.30—
250.750.600.450.750.600.450.750.600.450.750.40—0.750.40—
400.800.750.600.800.750.600.800.750.450.800.750.400.800.750.40

注:表中部分数值引入了新标准(相对于旧版 GB 3836.2—1983)的更小间隙 L 或更大间隙值;这些数值基于美国 ANSI/UL 1203 中列出的 I 类段隔爆间隙。

表3 — IIC 类外壳接合面最小宽度 L 与最大间隙 i(源自 GB/T 3836.2—2021 表3,物理页 12)

接合面类型 L
(mm)
最大间隙 i (mm)
V ≤ 100 100 < V ≤ 500 500 < V ≤ 2000 V > 2000
平面接合面60.10———
9.50.100.10——
15.80.100.100.040.04
250.100.100.040.04
止口接合面
[图2a]

ℓ≤6, d≥0.5L
L=ℓ+d, ℓ≥1
12.50.150.150.15—
250.18b0.18b0.18b0.18b
400.20c0.20c0.20c0.20c
圆筒形/止口
[图2b]
60.10———
9.50.100.10——
12.50.150.150.15—
250.150.150.150.15
400.200.200.200.20
轴承压盖
(滚动电机)
60.15———
9.50.150.15——
12.50.250.250.25—
250.250.250.250.25
400.300.300.300.30

a 只有符合 5.2.7 的要求时,才允许乙炔和空气爆炸性混合物采用平面接合面。
b 如果 f ≤ 0.5 mm,则圆筒部分的最大间隙可增大到 0.20 mm。
c 如果 f < 0.5 mm,则圆筒部分的最大间隙可增大到 0.25 mm。

8.3 圆筒形接合面(止口/轴封)的要求

参数IIAIIBIIC说明
径向间隙 i_d0.30 mm0.20 mm0.10 mm直径方向总间隙
最小接合面宽度 L6 mm9.5 mm12.5 mm轴向最小长度
最小啮合长度(螺纹)5 扣5 扣6 扣螺纹接合面

8.4 螺纹接合面的特殊规定

设计诀窍:当外壳内容积增大时,允许的最大间隙 i 并不一定变大——实际上大容积外壳由于爆炸能量更大,有时需要更小的间隙。具体数值必须查标准中的"容积-间隙"对照表,不能凭经验估算。
审查重灾区:① 平面法兰间隙超标(加工误差累积);② 止口配合面 L 不够(只考虑了轴向定位没考虑隔爆宽度);③ 螺纹啮合扣数不足(实际装配后发现只有 3~4 扣);④ 忽略了热膨胀对间隙的影响(高温运行时间隙变小?不,材料膨胀可能导致变形从而增大局部间隙)。

8.5 接合面上的孔(4 种典型示例)

接合面上不可避免地需要加工螺栓孔、定位孔、销钉孔等。GB/T 3836.2 在 5.2.4 节给出了 4 种典型示例(标准图 3~图 6),核心要求是 孔到外壳边缘的距离 l 必须满足间隙/宽度的整体要求——孔削弱了接合面,L 要从最不利路径算起。

标准原图 — 接合面上的孔示例(图 3~图 6)

接合面上的孔示例 GB/T 3836.2-2021 图 3~图 6 物理页 8

图源自 GB/T 3836.2—2021 第 5.2.4 节 图 3~图 6(平面/止口接合面上的孔 · 物理页 8)。说明性引用,标准正文请访问 国家标准全文公开系统 或 IEC Webstore 官方渠道获取。

4 种示例要点:

8.6 止口接合面上的孔(孔只计平面接合面)

当止口接合面上需要加工孔时,距离 l 的起点是 "外壳内侧",而不是孔的物理边缘(见 5.2.4.5)。标准图 7 和图 8 分别表示孔位于外壳外侧/内侧时的 l 计算方法。

标准原图 — 止口接合面上的孔(图 7、图 8)

止口接合面上的孔 GB/T 3836.2-2021 图 7 图 8 物理页 9

图源自 GB/T 3836.2—2021 第 5.2.4.5 节 图 7、图 8(止口接合面上的孔 · 物理页 9)。说明性引用,标准正文请访问 国家标准全文公开系统 或 IEC Webstore 官方渠道获取。

8.7 锥形接合面 / 圆弧面接合面(特殊几何)

GB/T 3836.2 第 5.2.5 和 5.2.6 节分别规定了锥形接合面和圆弧面接合面。这两类接合面没有标准剖面图,仅以文字规定要点:

9 安全措施与联锁 Safety Measures

9.1 联锁装置

9.2 紧急断开

对于需要经常开启的大型隔爆外壳,应设置紧急断电开关,确保开门前电源已切断。

9.3 呼吸/排水装置

10 型式试验 Type Tests

10.1 试验项目总览

序号试验项目目的判定准则
1静压试验验证外壳耐压强度施加 1.5 倍参考压力,保压 10~60s,无变形/渗漏
2过压试验(爆炸法)模拟真实爆炸工况内部引爆后外壳不损坏、不传爆
3不传爆试验验证接合面有效性外部混合物不被内部爆炸点燃
4冲击试验机械强度I 类 7J / II/III 类 4J,无裂纹/变形
5热剧变试验透明件可靠性50°C 温差循环,不破裂
6绝缘介电强度电气绝缘工频耐压通过

10.2 静压试验详解

10.3 过压试验(内部引爆)详解

国标差异:GB/T 3836.2 规定的静压试验压力在某些情况下比 IEC 更高,特别是 I 类矿用设备的附加安全系数。此外国标对试验记录和报告格式有更详细的规定。
11 IIB 类设备及含氢气特殊要求 IIB + H₂ Special

11.1 IIB 的特殊性

IIB 代表乙烯级别的爆炸性气体(MESG 0.5~0.9 mm),比 IIA 严格但比 IIC 宽松。然而当 IIB 设备可能接触到氢气(H₂)时,需要满足额外的特殊要求:

11.2 "IIB + H₂" 标志的含义

11.3 IIB + H₂ 的附加要求

项目普通 IIBIIB + H₂
最大间隙 i按 IIB 表部分情况下按 IIC 表或中间值
参考压力15 bar(典型)可能提高到 18 bar
试验气体乙烯/丙烷混合物增加氢气试验
实务要点:很多化工现场的实际情况是"主要是乙烯类气体但偶尔可能有氢气泄漏",这时选择 IIB + H₂ 比直接上 IIC 成本更低但仍能满足安全需求。关键是在技术协议中明确氢气的出现概率和浓度范围。
12 IIC 类设备(最严格级别) IIC — Most Stringent

12.1 为什么 IIC 最严格?

IIC 代表氢气、乙炔、二硫化碳等最易点燃的气体:

12.2 IIC 的特殊设计要求

项目IIC 要求vs IIB 差异
最大间隙 i≤ 0.10 mm(小容积)IIB 可达 0.20 mm
接合面宽度 L≥ 12.5 mm(圆筒)IIB 可为 9.5 mm
螺纹啮合≥ 6 扣完整IIB 可为 5 扣
参考压力15~20 barIIB 为 12~15 bar
外壳强度壁厚更大 / 加强筋更多同容积下 IIC 更厚重
表面粗糙度Ra ≤ 3.2 μm(推荐)IIB 允许 Ra 6.3 μm

12.3 乙炔分解爆炸的特殊处理

严重警告:乙炔在压力超过 1.5 bar(绝对压力)时会发生分解爆炸(不是氧化燃烧而是分子链断裂),此时常规隔爆措施可能不足够。IIC 设备用于乙炔环境时必须:
  1. 限制内部空腔容积(减小爆炸能量)
  2. 采用卸压装置(如果允许)
  3. 或者选用其他防爆型式(如本安 ia)来处理乙炔危险源

12.4 IIC 常见应用场景

💥 压力重叠(Pressure Piling)——隔爆外壳的"隐形杀手" GB/T 3836.2 — 3.10 / 15.2.2.4

想象一下:你设计了一个隔爆外壳,内部有两个腔室——主腔装电路板,接线腔装端子。两个腔之间有一个小孔连通。做型式试验时,点燃主腔里的爆炸性气体,结果测得的压力竟然是正常爆炸压力的 5 倍!外壳直接变形,试验不合格。

这不是仪器坏了。这就是压力重叠(pressure piling)——隔爆外壳设计中"最容易被忽视、后果最严重"的现象之一。标准 GB/T 3836.2—2021 专门为它写了定义(3.10 条)和试验方法(15.2.2.4 条)。本节用大白话讲清楚它是什么、为什么危险、怎么应对。

🔨 交互演示:压力重叠是如何发生的

点击下方按钮切换「隔离」和「联通」两种方案,观察爆炸时两腔的压力变化差异。

🔎 上方为交互式动画演示,可重复播放。数据示意值仅供理解原理,非标准规定值。

一、原理:为什么两个腔连在一起会"炸得更猛"?

标准原文定义(GB/T 3836.2—2021 第 3.10 条):

"由于在外壳的一个空腔或间隔内发生点燃,造成另一个空腔或间隔内被预压的气体混合物点燃时呈现的状态。"

翻译成工程语言,分三步走:

  1. 预压缩阶段:腔 A 发生爆炸 → 爆炸波通过联通孔冲入腔 B → 腔 B 内的气体被预先压缩(还没点燃,但压力已经升高了)
  2. 二次点燃阶段:火焰前锋也通过联通孔进入腔 B → 点燃了已经被预压的混合气体
  3. 超压爆发:预压后的气体点燃 → 爆炸压力呈非线性叠加(不是 1+1=2,而是可能达到正常压力的 3~8 倍)
关键物理机制:正常爆炸压力取决于初始状态(常压下点燃)。但压力重叠中,腔 B 的气体在点燃前已经被"压紧"了——相当于在高压环境下再点火,峰值压力自然远超常压试验值。
标准附录中的参考压力公式 P = 100 × [293 / (Tatm + 273)] 只适用于常压起始条件;压力重叠时初始压力已非常压,该公式不再直接适用。

二、标准怎么测?15.2.2.4 试验要求逐条解读

压力重叠主要影响 ⅡB 类设备(丙烷/乙烯环境)。标准第 15.2.2.4 条 规定了完整的试验方法:

📋 GB/T 3836.2—2021 第 15.2.2.4 条(已从标准 PDF 原文逐字核验)

试验步骤具体要求
第一步:常规试验 采用 15.2.2.2 规定的相应级别的每种气体至少进行 5 次试验
(ⅡB 类 = 3 种气体:丙烷、乙烯、氢气,各 5 次,共 15 次)
第二步:附加试验 接着还应采用 (24±1)% 氢气 / (85±1)% 甲烷 的混合物
至少重试 5 次试验
注 1 — 为什么要加做 H₂/CH₄ 混合气?
无压力重叠时,乙炔不产生典型压力;有压力重叠时,乙炔会产生不典型的高压。H₂/CH₄(85/15) 模拟的就是"有压力重叠时的乙炔等效行为"。
注 2 — 怎么判断"出现了压力重叠"?(二选一即判定存在)
a) 压力偏差判据:同一配置多次试验中,某个压力值与其它值的比例偏差 > 1.5

b) 压力上升时间判据:压力上升时间 < 5 ms
(压力上升时间 = 从最大压力 10% 到 90% 所经过的时间,排除波形开头的平稳期)

标准原图:两种典型的压力波形对比

✔ 图 23 — 规则形状波(无/弱压力重叠)

压力从零平滑上升至峰值后下降,上升过程接近指数曲线。压力上升时间较长(通常 > 5 ms),波形光滑。

✖ 图 24 — 不规则形状波(压力重叠特征)

波形开头有一段平稳期(预压缩阶段,压力缓慢上升),然后突然陡升(二次点燃超压)。这个"先平后陡"的拐点是压力重叠的典型指纹。

三、设计与认证避坑指南

坑 1 "多腔外壳"不自知

设计师只算了主腔容积,没意识到接线腔、按钮腔、显示窗腔通过电缆引入口或内部走线孔实际上已经和主腔"联通"了。型式试验时压力重叠爆发。

画一张内部空腔连通关系图:标出每个空腔及其之间的所有通路(包括电缆入口、穿线孔、安装间隙)。如果两个腔体之间有任何 > 1 mm² 的通路,就视为联通,按总容积计算并评估压力重叠风险。

坑 2 ⅡB 设备不做 15.2.2.4 附加试验

送检时只做了常规 15.2.2.2 的三种气体试验,漏掉了 H₂/CH₄(85/15) 附加试验。检测机构按 15.2.2.4 要求补做后发现压力偏差 > 1.5,判定压力重叠存在,参考压力需重新评定。

ⅡB 类设备送检前主动确认:是否进行了 15.2.2.4 规定的压力重叠判定试验?如果外壳有多腔结构,必须在型式试验委托书中明确包含此项。

坑 3 用"加强壁厚"对抗压力重叠

发现压力重叠后单纯加厚外壳壁板,不从结构上消除多腔联通。结果是壁厚增加但成本飙升,且不能根除风险(压力重叠倍数不确定,可能超出任何合理壁厚)。

正确对策按优先级:
➡ 首选:消除多腔——重新设计为一整个空腔(如果空间允许);
➡ 次选:完全隔离——腔体间用实体隔板彻底封死,不留任何通孔;
➡ 最后:加大通道——如果必须联通,通道截面积要足够大(标准提示"足够大的通道防止压力叠加"),使爆炸波能自由通过而不产生预压缩效应。

坑 4 Ⅰ类/ⅡA/ⅡC 设备忽略压力重叠

虽然 15.2.2.4 明确写的是"对于 ⅡB 类电气设备",但压力重叠的物理现象与气体类别无关——任何多腔隔爆外壳在特定条件下都可能产生。

Ⅰ类(矿用):甲烷环境下的多腔设备同样需要关注,尤其是含接线盒的起动器、组合电器。ⅡC 类:虽然标准条文未强制 ⅡC 做 15.2.2.4,但如果ⅡC 设备有多腔结构,建议参照执行——ⅡC 的参考压力本身就高(15~20 bar),叠加后更危险。ⅡA 类:风险最低,但大容积多腔设备仍不应忽视。

四、快速自查卡

自查问题如果是 → 行动
外壳内部是否有 ≥ 2 个空腔?→ 进入压力重叠风险评估
空腔之间是否有通孔/缝隙 > 1 mm²?→ 视为联通,按多腔处理
设备类别是否为 ⅡB?→ 型式试验必须包含 15.2.2.4
能否改为一整个空腔?→ 最佳方案,从根本上消除
如果不能合并,能否完全隔离?→ 用实体隔板封死所有通路
如果必须联通,通道够大吗?→ 参考 Ch5 通则"足够大的通道"
本节数据来源声明:3.10 定义与 15.2.2.4 试验条款均从 GB/T 3836.2—2021 标准原文 PDF(扫描版)逐页视觉核验(p10 / p38),图 23/图 24 波形说明引自标准 p30–p31 原图。Ch5 通则中"避免压力重叠"的设计原则引自标准 p13(5.1 / 5.2)。交互演示图为 AlliedEx 原创教学动画,数据值为示意性质。
13 例行检查与出厂试验 Routine Inspection

13.1 出厂必检项目(每台 100%)

  1. 外观检查:铸件无裂纹、表面涂层完好、标志清晰
  2. 尺寸检查:关键接合面间隙抽检(使用塞尺)
  3. 水压试验(降压版):通常为型式试验压力的 80%~100%,保压时间缩短
  4. 绝缘电阻测定:≥ 规定最小值(通常 ≥ 1 MΩ)
  5. 通电功能测试:正常运行无误

13.2 现场安装后检查

🔧 隔爆外壳设计实务(工程篇) Enclosure Design Practice
前面第 4~13 章回答的是「标准怎么规定」,本章回答的是「拿到一个外壳,我该怎么算」。隔爆外壳设计是两条主线的协同:隔爆路径(L / i,决定内部爆炸火焰能否在通路中被淬熄)与承压强度(壁厚 / 加强筋,决定壳体能否扛住内部爆炸压力而不破、不产生有害永久变形)。两条线最终在静压试验处闭环。

14.1 第一步:确定设计压力 p(参考压力 Pref)

参考压力由爆炸压力测定(标准 15.2.2)给出:在外壳内充入对应类别的爆炸性混合物并点火,测得的压力波形经 5 kHz(1±10%) 三点低通滤波平滑后,取多次试验的最大平滑压力作为 Pref。无法测定参考压力的小型设备,直接采用下表基准。

表 8 小型设备的相应压力(GB/T 3836.2—2021 表 8)
容积 V类别压力 / kPa
≤ 10 cm³ aI、IIA、IIB、IIC1 000
> 10 cm³I1 000
> 10 cm³IIA、IIB1 500
> 10 cm³IIC2 000

a V ≤ 10 cm³ 这一档仅适用于焊接结构。
b 预期用于 -20 ℃ 以下环境温度的设备,上述压力须按下表系数增加。

表 7 降低环境条件的系数(GB/T 3836.2—2021 表 7)
最低环境温度 Ta,min试验系数
≥ -20 ℃1.0
≥ -30 ℃1.37
≥ -40 ℃1.45
≥ -50 ℃1.53
≥ -60 ℃1.62
低温工况是隔爆外壳最容易被忽略的放大项:-40 ℃ 环境的试验压力比常温高 45%。若产品目标市场含东北、西北或高原矿区,设计阶段就必须把系数并进去,否则后期只能在壁厚上一次补回来,代价高昂。

14.2 第二步:按容积 V 与类别查 L 与 i

容积 V 是"净容积"——外壳内部总容积扣除内部不可拆分元件所占体积。多腔外壳若腔体间有通孔连通,必须按总容积计;完全隔离的腔可分别计算。灯具在未安装光源状态下测定。容积落在分档边界(例如刚好 2000 cm³)时,建议按高一档设计。

表 2 I、IIA、IIB 类 — 平面接合面、圆筒形接合面或止口接合面

最小宽度
L / mm
V ≤ 100 cm³ 100 < V ≤ 500 cm³ 500 < V ≤ 2000 cm³ 2000 < V ≤ 5750 cm³ V > 5750 cm³
IIIAIIB IIIAIIB IIIAIIB IIIAIIB IIIAIIB
60.300.300.20————————————
9.50.350.300.200.350.300.200.080.080.08—0.080.08—0.08—
12.50.400.300.200.400.300.200.400.300.200.400.200.150.400.200.15
250.500.400.200.500.400.200.500.400.200.500.400.200.500.400.20

单位:mm,均为最大间隙 i。「—」表示该宽度不适用于此容积区间。
注意:表 2 中另有「滑动轴承」「旋转电机转轴/滚动轴承接合面」两组独立数值(例如滑动轴承 L=25 时为 0.50/0.40/0.30),不可与上方主表混用——这是最常见的抄表错误。

2021 版相较旧版,表 2 把原来的「V > 2000 cm³」一栏细分为「2000 < V ≤ 5750 cm³」与「V > 5750 cm³」两栏,以便纳入原先未规定的 L = 9.5 mm 平面/圆筒/止口接合面在更大容积下的最大间隙。细分后的 0.08 mm 取值源自美国 ANSI/UL 1203 中 I 类 1 段(Class I, Division 1)的隔爆间隙。

表 3 IIC 类(节选关键行)

接合面类型L / mmV ≤ 100100 < V ≤ 500500 < V ≤ 2000V > 2000
平面接合面60.10———
9.50.100.10——
15.80.100.100.04—
250.100.100.040.04
圆筒形接合面9.50.100.10——
止口接合面
[图 2b)]
12.50.150.150.15—
250.150.150.150.15
400.200.200.200.20
止口接合面
[图 2a)] c≥6
d≥0.5L, f<1
12.50.150.150.15—
250.1850.180.1850.18 b
400.20 c0.20 c0.20 c0.20 c
带滚动轴承旋转电机
轴承压盖圆筒接合面
400.300.300.300.30

b 若 f < 0.5 mm,圆筒部分最大间隙可增大到 0.20 mm。
c 若 f < 0.5 mm,圆筒部分最大间隙可增大到 0.25 mm。
d 滚动轴承行:仅适用于带滚动轴承的旋转电机轴承压盖圆筒接合面(GB/T 3836.2—2021 表3)。IIC 类选型请务必以标准原文表 3 为准。

乙炔环境的特殊限制(5.2.7):规定用于含乙炔爆炸性气体环境的 IIC 类设备,只有同时满足下列全部条件才允许采用平面接合面——① 间隙 i < 0.04 mm;② 宽度 L ≥ 9.5 mm;③ 容积 V ≤ 500 cm³。三者缺一不可。

14.3 第三步:矩形外壳壁厚计算

矩形隔爆外壳的壁板可简化为四边固定、受均布载荷的矩形薄板,最大应力出现在板中心。按弹性小挠度理论:

δ  =  b · √( k · C · p  /  σT )
δ 壁厚计算厚度(cm) b 矩形薄板短边长度(cm) k 安全系数(一般取 1.3~1.5)
C 应力系数(见下表,与长边 a / 短边 b 之比有关) p 设计压力(MPa) σT 材料屈服极限(MPa)
应力系数 C
a / b1.01.11.21.31.41.5≥ 1.6
C0.13740.16020.18120.19680.21000.22080.2208
a/b 越接近 1(越接近正方形),C 越小,所需壁厚越薄;a/b ≥ 1.6 后 C 恒为 0.2208。这就是加强筋要把大面板切成"近正方形"的力学根据——不是经验说法,是公式直接推出来的。

计算案例 IIB 类隔爆控制箱

外形 1000 × 750 × 350 mm,Q235-A 钢板焊接,设计压力 p = 1 MPa,安全系数 k = 1.3,σT = 240 MPa。

① 大面(底板 1000×750):a/b = 1.33,插值 C ≈ 0.1990,b = 75 cm
δ₁ = 75 × √(1.3 × 0.1990 × 1 / 240) = 75 × 0.03283 = 2.46 cm ≈ 24.6 mm

② 小面(顶板 750×350):a/b = 2.14 > 1.6,C = 0.2208,b = 35 cm
δ₂ = 35 × √(1.3 × 0.2208 × 1 / 240) = 35 × 0.03458 = 1.21 cm ≈ 12.1 mm

③ 侧板(1000×350):a/b = 2.86,C = 0.2208,b = 35 cm → δ₃ = 12.1 mm(与②相同,因为短边相同)

④ 大面加十字加强筋:面板被分成 4 个 500×375 区块,a/b = 1.33,C = 0.1990,b = 37.5 cm
δ₁′ = 37.5 × 0.03283 = 1.23 cm ≈ 12.3 mm → 壁厚从 24.6 mm 降到 12.3 mm,减半

⑤ 结论:加筋后大面与小面基本一致,整箱壁厚取 15 mm,兼顾强度与加工一致性。(本案例数值经有限元模拟与防爆试验验证合格)

14.4 圆筒形外壳壁厚计算

δ  =  p · Di  /  ( 2 [σ]t · φ − p )
δ 圆筒壁厚(cm) p 设计压力(MPa) Di 圆筒内径(cm)
[σ]t 设计温度下材料许用应力(MPa) φ 焊缝系数
焊接方式100% 无损探伤局部无损探伤不做无损探伤
双面对接焊1.00.90.7
单面对接焊(有垫板)0.90.80.7
单面对接焊(无垫板)0.750.70.6
不做无损探伤的单面焊,焊缝系数低至 0.6 —— 意味着壁厚要比 100% 探伤的双面焊厚 67%。这是焊接外壳成本失控的隐形源头:省下的探伤费,最终以钢材重量加倍偿还。

14.5 加强筋:把大面板切成近正方形

对比项焊接加筋机加工预留(压铸/铸造一体)
适用壳体钢板焊接、不锈钢焊接压铸铝、铸铝、铸铁
成型方式筋板焊接固定于壳体内壁模具预留,与壳体一次铸造成型
筋高范围壁厚的 3~5 倍壁厚的 2~4 倍
优点灵活可变,适合非标大尺寸壳体整体性好、无焊缝、外观整洁
缺点存在焊接变形与焊缝缺陷风险模具成本高、修改困难
适用批量单件、小批量、非标定制中大型批量、标准化产品

焊接加筋要点:筋板宽度取壁厚的 3~5 倍、厚度取壁厚的 1.0~1.5 倍;纵横交错布置,把面板分割成 a/b ≤ 1.5 的区块;筋板与壳体须连续焊,点焊在爆炸压力下易脱开;重要筋板建议做渗透检测(PT);焊后须校平或去应力。

压铸/铸造加筋要点:筋与壁厚均匀过渡,避免截面突变造成缩孔、裂纹;筋根圆角 R ≥ 2 mm 防应力集中;压铸工艺中筋厚不宜超过壁厚的 0.8 倍以防缩松;布置须利于充型与脱模,避免深腔、倒扣;铸后可用 CNC 精加工保证接合面平面度。

加强筋的隐藏红利:筋体占据壳内空间,会减小净容积 V。而表 2 / 表 3 的 L、i 取值完全由容积分档决定——加筋后容积可能从上一档掉到下一档,接合面宽度要求随之放宽。这是加筋除减重之外的第二重收益,常被漏算。

14.6 承压能力核算(反向验证)

  1. 确定试验压力:过压型式试验(静压法)= 1.5 × Pref;不做例行试验的外壳 = 4 × Pref;以批量试验代替例行试验的外壳 = 3 × Pref;小型设备按表 8。
  2. 反算壁板最大应力 σmax:把试验压力代入 14.3 / 14.4 公式反算。
  3. 强度校核:σmax ≤ [σ] = σs / n(n 为安全系数)。
  4. 变形校核:最大挠度 ≤ 允许值,一般不超过短边的 1/200。
  5. 焊缝校核:焊接结构须单独校核焊缝强度(焊缝系数 φ 已计入壁厚公式)。
上述薄板公式属弹性小挠度理论,而标准 15.2.1 的合格判据允许"未使防爆型式失效的"永久变形。因此计算给出的是偏保守的初始设计值,最终必须以 计算 + 型式试验 双轨确认,对铸铝、铸铁等脆性材料尤其不能只靠弹性计算下结论。

14.7 静压(过压)试验:七步闭环

试验前准备

  • 外壳组装完整,所有开口用堵头封堵,紧固件按规定扭矩拧紧
  • 介质优先用水或液压油等不可压缩介质;若用压缩空气/惰性气体,必须在安全防护舱内进行
  • 压力表经校准合格,精度不低于 1.6 级,管路连接无泄漏
  • 内腔充满水并彻底排尽空气(残留空气会导致压力不稳)
  1. 连接管路 水压试验机出口与外壳试压口连接
  2. 充液排气 缓慢注入介质,至排气口连续流出后关闭
  3. 缓慢升压 以均匀速率升至规定试验压力(1.5 × Pref)
  4. 保压观察 保压时间不少于 10 s,观察压力表是否稳定
  5. 外观检查 检查有无渗漏、变形、焊缝开裂
  6. 缓慢卸压 确认无异常后缓慢卸压,禁止快速泄压
  7. 拆检测量 拆卸后复测接合面间隙有无永久性增大
合格判据(15.2.1 / 15.2.3.2 原意):外壳未发生使防爆型式失效的永久性变形或损坏,且接合面任何部位的间隙都不应有永久性的增大,同时不得通过外壳壁泄漏。静压试验在每个样品上通常只进行一次。
即使壳体没破,只要接合面间隙发生永久性增大,即判不合格——间隙增大直接削弱隔爆传爆能力。
对比项型式试验(过压)例行试验
目的验证设计是否符合标准确保每台隔爆外壳合格
样品代表性样品(通常 2 件)逐台,或满足免检条件
压力(静压法)1.5 × Pref,不做例行则 4 倍,批量替例行则 3 倍1.5 × Pref
动压法可替代静压法;IIC 类每种气体 3 次可按 15.2.3 方法二执行
焊接结构—含焊接结构的外壳必须做例行静压

免做例行过压试验的条件(16.2,不含焊接结构的外壳):容积 ≤ 10 cm³;或容积 > 10 cm³ 且已按 4 倍参考压力的静压完成规定的型式试验。

14.8 七类常见不合格项(避坑清单)

坑 1 接合面间隙"无意超标"

图纸标注合格,实际加工后平面度超差,局部间隙超标;法兰厚度不足导致螺栓紧固后翘曲。

加工后检测平面度;大面板增加工艺加强筋减少变形;止口接合面的圆筒部分与平面部分分别标注间隙,不能只标总宽度 L;校核法兰刚度。

坑 2 壁厚"经验主义"不计算

照搬同类产品壁厚,容积增大后仍用原厚度,静压试验时面板鼓包变形。

容积 > 2 L 必须做壁厚理论计算;长边 > 500 mm 的面板必须设计加强筋并纵横交错分割成近正方形区块。

坑 3 紧固件"偷工减料"

螺栓间距过大、规格偏小,爆炸压力下法兰张开导致间隙超标甚至螺栓断裂。

螺栓和螺母不准许使用塑料或轻合金材质;拧入螺孔长度:钢件 ≥ 1 倍螺栓直径,铸铁/铜/铝件 ≥ 1.5 倍;不透螺孔底部至内腔的壁厚 ≥ 螺栓直径的 1/3 且 ≥ 3 mm;紧固后须留 ≥ 2 倍防松垫圈厚度的螺纹余量;同规格、对角均匀紧固,弹簧垫圈压平即可。

坑 4 焊接结构"暗藏缺陷"

焊缝未焊透、夹渣、气孔,静压试验时开裂或渗漏。

明确焊缝系数 φ 并计入壁厚公式;重要焊缝做无损检测(MT/PT/UT),至少做外观与渗透检查;厚板与大尺寸壳体焊后去应力;含焊接结构的外壳必须做例行静压试验,不能免检。

坑 5 隔爆面"画蛇添足"

在隔爆接合面上刷漆、喷塑或加普通橡胶垫,以为密封更好,实则破坏隔爆性能。

隔爆接合面严禁刷漆、喷塑;可涂薄层非凝结性防锈油脂(如矿脂、皂稠化矿物油)或磷化处理;弹性衬垫不得隔断接合面且不计入隔爆宽度;需防水防尘时,在隔爆路径之外增设密封圈沟槽;电镀层厚度 > 0.008 mm 时,须按无镀层状态验证间隙与传爆性能。

坑 6 容积计算"算大不算小"

只算主腔,忽略接线腔与互连空腔,按小容积选了偏窄的接合面,实际总容积超标。

按内部总净容积计(扣除不可拆分内装件);腔体间有通孔连通的按总容积计,完全隔离的可分别计;灯具在未装光源时测定;容积处于分档边界时按高一档设计。

坑 7 试验后"不修不换"

静压试验后外壳有轻微变形但未破裂,认为可以继续使用。

试验后必须复测接合面间隙,有永久性增大即判废;型式试验样品不得作为正品出厂;例行抽检不合格须追溯同批次,扩大抽检或全检。

14.9 外壳材质的硬门槛(GB/T 3836.1—2021 第 8 章)

这一节常被设计端忽略,却是方案阶段就必须锁定的前提——材质成分不达标,后面所有壁厚与间隙计算都白做。

权威条款定位与完整数值以 GB/T 3836.1 解读 7.5 节 为准(同源,该页为权威出处)。本节为隔爆设计场景的同源引用,便于在 3836.2 设计实务中直接查阅。

8.2 I 类设备(煤矿井下) ★ 矿用客户高频踩坑点

  • 制造 I 类 EPL Ma 级或 Mb 级设备外壳的材料,总含量(质量分数)不应超过 15% 的铝、镁、钛和锆,其中镁、钛和锆不超过 7.5%
  • 不适用于 I 类携带式测量设备,但应按 29.3 e) 标志"X",并在特殊使用条件中指明贮存、运输和使用中的特别注意事项

8.3 II 类设备(工厂气体环境)

  • EPL Ga:总含量不超过 10% 的铝、镁、钛和锆,其中镁、钛和锆不超过 7.5%
  • EPL Gb:镁、钛和锆不超过 7.5%
  • EPL Gc:除风扇、风扇罩和通风孔挡板应符合 EPL Gb 要求外,无其他要求
  • 超出 EPL Ga / Gb 限值的,应按 29.3 e) 标志"X",特殊使用条件须包含让用户判断适用性的充分信息(例如防止冲击或摩擦引起的点燃危险)

8.4 III 类设备(粉尘环境)

  • EPL Da / Db:总含量不超过 7.5% 的镁、钛和锆
  • EPL Dc:除风扇、风扇罩和通风孔挡板应符合 EPL Db 要求外,无其他要求

8.5 铜合金

  • 应涂锌、镍或其他涂层;或合金中最高铜含量不超过 65%
  • 附录 A 规定的电缆引入装置、封堵件、螺纹式管接头和绝缘套管,不视为要求涂层或铜含量限制的外壳表面
  • 原因:限制铜在乙炔环境使用,是因为铜外表面可能形成能被摩擦或撞击点燃的乙炔化物
锌与锌合金(8.1 注 3):锌和含锌 80% 或更高的锌合金容易迅速劣化(尤其是抗拉强度),在温暖潮湿空气中尤为明显;锌也被认为比其他金属更有活性,一些防爆型式不允许将锌用于外壳。选材阶段就要排除。
本章 14.3~14.7 的壁厚计算公式、应力系数表与焊缝系数表属于工程设计方法,源自压力容器与机械设计手册体系,并非 GB/T 3836.2 的规范性内容——标准只规定"外壳应能承受规定压力而不产生有害变形",不规定怎么算。因此这些公式用于初始设计估算与送检前自查,最终判定一律以型式试验结果为准。IEC 60079-1 同样不作壁厚计算规定。
Appx 隔爆设计速查卡 Quick Reference Card

A. 接合面间隙快速查询(常温,简化值)

接合面类型IIA (mm)IIB (mm)IIC (mm)
平面法兰(V≤100cm³)i ≤ 0.30i ≤ 0.20i ≤ 0.10
圆筒形(止口)i ≤ 0.30, L ≥ 6i ≤ 0.20, L ≥ 9.5i ≤ 0.10, L ≥ 12.5
螺纹接合面≥ 5 扣≥ 5 扣≥ 6 扣

* 精确值请以 GB/T 3836.2 原文表 1~表 4 及容积修正系数为准

B. 隔爆认证送检文件清单

文件要点提示
总装配图标注所有接合面尺寸(i/L)、容积 V、材质
零件图接合面零件的公差、粗糙度、硬度
计算书强度校核(壁厚/加强筋)、间隙计算
说明书安装/维护/限制条件(X 条件)
BOM 表非金属材料证明、紧固件规格
📜 MOD 差异汇总:GB/T 3836.2 vs IEC 60079-1 MOD Differences
#差异项GB/T 3836.2IEC 60079-1影响
1I 类矿用设备冲击能量7 J4 J⚠️ 高
2煤尘表面温度上限150°C无此硬限⚠️ 高
3引用标准体系GB 系列EN/ISO 系列💡 低
4试验报告格式CNEx 格式各机构自定💡 低
5电缆引入装置补充了国内常用型号以欧洲型号为主💡 低
总体评价:GB/T 3836.2 与 IEC 60079-1 技术核心高度一致,主要差异集中在 I 类(矿用)设备的强化要求和本地化适配。对于 II 类气体设备,两者的设计和试验要求基本可以互认(IECEx 证书转换 CNEx 证书时的主要工作在文件层面)。
📋 隔爆认证实务速查卡 Practical Checklist
送检前自查要点
✅ 接合面间隙 i 符合气体分组表;宽度 L 足够;粗糙度达标
✅ 紧固件≥M6;有防松;孔不穿壳;无裸露杯头
✅ 强度计算书齐全;壁厚/加强筋合理;通过静压预估
✅ 材料塑料件防静电;轻合金成分合规
✅ 透明件钢化玻璃/PC;热剧变试验通过
✅ 标志Ex d IIB/IIC T× Gb/Gc 正确;证书号齐全