化企爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分及防爆電氣的選型

劉道芳,李文廷

(1.濮陽(yáng)市第一中學(xué) ,河南濮陽(yáng) 457000;2.濮陽(yáng)市富力化工有限公司 ,河南濮陽(yáng) 457000)

化企爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分及防爆電氣的選型

劉道芳1,李文廷2

(1.濮陽(yáng)市第一中學(xué) ,河南濮陽(yáng) 457000;2.濮陽(yáng)市富力化工有限公司 ,河南濮陽(yáng) 457000)

利用作者在安全評(píng)價(jià)中運(yùn)用規(guī)范的一些體會(huì)和設(shè)計(jì)工作中的一些經(jīng)驗(yàn),介紹了石化企業(yè)中,爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分需遵照的規(guī)范要求和如何在不同的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域中選用不同防爆等級(jí)的電氣設(shè)備。

防爆區(qū)域 ;劃分 ;防爆電氣設(shè)備 ;選型

1 概述

在化工企業(yè)中,許多生產(chǎn)裝置的物料介質(zhì)是具有爆炸、火災(zāi)性危險(xiǎn)的。爆炸及它引起的火災(zāi)事故是威脅化工企業(yè)安全生產(chǎn)的一個(gè)重要問(wèn)題。如：以煤焦為原料的合成氨生產(chǎn)系統(tǒng),由原料至凈化的爆炸危險(xiǎn)氣體屬輕于空氣的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境;以油為原料的合成氨生產(chǎn)系統(tǒng),由油氣化至凈化的爆炸危險(xiǎn)氣體屬重于空氣的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境;合成、壓縮、尿素主廠房的部分樓層,屬于爆炸危險(xiǎn)氣體輕于空氣的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。石化和化工企業(yè)經(jīng)常要加工和處理易燃性液體或氣體,石化工業(yè)的原料中有相當(dāng)多的品種是易燃性的,如常用的原料中的石油、天然氣、氫氣是易燃性物質(zhì);半成品中的烷類、烴等化合物多數(shù)是易燃性物質(zhì);成品中的汽油、柴油等也是易燃性物質(zhì)。這些易燃性物質(zhì)在被加工、貯存的工程中不可避免的會(huì)從管道、反應(yīng)器、貯罐中逸出或漏出,與空氣中的氧氣混合后形成爆炸性混合物,如果當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)有點(diǎn)燃源,就會(huì)形成爆炸。爆炸產(chǎn)生高溫和沖擊波,造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。

由于上述特點(diǎn),石化企業(yè)的防爆安全就成為企業(yè)的頭等大事。為了防范這種工程爆炸,需在工程中采取相應(yīng)措施。工程上采用的防爆安全措施一般分兩類,第一類稱為一次防爆措施,如建筑物的防爆設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)施等。第二類稱為二次防爆措施,如選用防爆電氣設(shè)備等。這些措施都需要增加工程投資,其設(shè)備費(fèi)用、安裝費(fèi)用都高于普通電氣產(chǎn)品,且平時(shí)的運(yùn)行和維護(hù)都比普通電氣設(shè)備難度大。如何在設(shè)計(jì)中正確劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域,合理地按級(jí)選用防爆電氣設(shè)備,事關(guān)企業(yè)安全和工程投資的合理性。

2 爆炸危險(xiǎn)的產(chǎn)生

爆炸危險(xiǎn)必須同時(shí)存在三個(gè)條件：①存在易燃?xì)怏w、易燃液體的蒸氣或薄霧;②上述物質(zhì)與空氣混合其濃度在爆炸極限以內(nèi);③存在足以點(diǎn)燃爆炸性混合物的火花,電弧或高溫。對(duì)于設(shè)計(jì)而言,應(yīng)使產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的三個(gè)條件同時(shí)出現(xiàn)的可能性減到最小程度。

3 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

如果對(duì)于一個(gè)煉油廠或其中的一個(gè)裝置,由于它的原料、產(chǎn)品有易燃性物質(zhì),就把整個(gè)廠區(qū)或裝置都認(rèn)定為爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所,是極不經(jīng)濟(jì)的,顯然也是不合理的。

易燃性物質(zhì)的出現(xiàn)形成了一個(gè)潛在的爆炸性環(huán)境。所謂潛在的,就意味著它們并不是時(shí)刻出現(xiàn)的,有的出現(xiàn)頻率高,有的出現(xiàn)頻率低。在這種情況下,就存在危險(xiǎn)性大的場(chǎng)所和危險(xiǎn)性小的場(chǎng)所。因此,就有必要對(duì)這些危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行的“場(chǎng)所分類”。分類的目的就在于運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理,按照?qǐng)鏊袣怏w環(huán)境出現(xiàn)的頻率和存在的時(shí)間的長(zhǎng)短,將場(chǎng)所的危險(xiǎn)程度分類,以便按照危險(xiǎn)區(qū)域類型采用不同的防爆措施。

我國(guó)從 20世紀(jì) 70年代中期已經(jīng)開(kāi)始對(duì)防爆危險(xiǎn)環(huán)境出現(xiàn)的或然率進(jìn)行分級(jí)。如：70年代的《電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》、80年代的《爆炸危險(xiǎn)電氣安全規(guī)程》(試行)、1983年發(fā)布的《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ58-83)和 1992年發(fā)布的目前仍在使用的《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50058-92)。這此規(guī)程、規(guī)范,規(guī)定了爆炸性氣體環(huán)境、爆炸性粉塵環(huán)境等危險(xiǎn)區(qū)域的劃分及危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。

爆炸危險(xiǎn)性場(chǎng)所的分類,應(yīng)由懂得易燃性材料性能、設(shè)備工藝性能的技術(shù)人員提出易燃性介質(zhì)及其釋放源;由懂得安全、電氣的工程技術(shù)人員根據(jù)有關(guān)規(guī)范,來(lái)劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。場(chǎng)所分類對(duì)工程設(shè)計(jì)很重要,為了盡量準(zhǔn)確地劃分區(qū)域,在根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范劃分的同時(shí),還應(yīng)參考以往的經(jīng)濟(jì)和行業(yè)的特點(diǎn)。既要保證生產(chǎn)裝置的安全可靠,又要避免人為提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí),而造成工程投資浪費(fèi)。

爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的劃分首先要查找和確定釋放源,根據(jù)釋放源的等級(jí),劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域,然后還應(yīng)結(jié)合釋放源所在處的通風(fēng)條件調(diào)整區(qū)域劃分。

3.1 查找和確定釋放源

在每個(gè)工程項(xiàng)目中,每一臺(tái)加工設(shè)備 (如罐、泵、管道、容器等),其內(nèi)部含有易燃性物料,就應(yīng)視為潛在釋放源,如易燃性氣體或液體的排入口、取樣點(diǎn)、泄漏的閥門(mén)等,都是釋放源。該類設(shè)備中含有的易燃性物料不會(huì)向環(huán)境中釋放的,如全部焊接的管道等,則不可視為釋放源。在場(chǎng)所分類中,首先應(yīng)按易燃物質(zhì)的釋放頻繁程度和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短確定釋放源的等級(jí)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定共分為三級(jí)：

3.1.1 連續(xù)級(jí)釋放源

預(yù)計(jì)長(zhǎng)期釋放或短時(shí)頻繁釋放的釋放源,可劃為連續(xù)級(jí)釋放源。如：固定頂貯罐的上部空間和排氣口;油、水分離器等直接與空氣接觸的易燃液體的表面;經(jīng)?；蜷L(zhǎng)期向空間釋放易燃?xì)怏w或易燃液體的蒸氣的自由排氣孔或其它孔口等。

3.1.2 第一級(jí)釋放源

預(yù)計(jì)正常運(yùn)行時(shí)周期或偶爾釋放的釋放源,可劃為第一級(jí)釋放源。如：正常運(yùn)行時(shí),會(huì)釋放易燃物質(zhì)的泵、壓縮機(jī)和閥門(mén)等的密封處;正常運(yùn)行時(shí),會(huì)向空間釋放易燃物質(zhì)、安裝在貯有易燃液體的容器上的排水系統(tǒng);正常運(yùn)行時(shí)會(huì)向空間釋放易燃物質(zhì)的取樣口。

3.1.3 第二級(jí)釋放源

預(yù)計(jì)在正常情況下不會(huì)釋放,即使釋放也僅是偶爾短時(shí)釋放的釋放源,或劃為第二級(jí)釋放源。如：正常運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)釋放易燃物質(zhì)的泵、壓縮機(jī)和閥門(mén)的密封處;正常運(yùn)行時(shí)不釋放易燃物質(zhì)的法蘭、連接件和管道接頭;正常運(yùn)行時(shí)不向空間釋放易燃物質(zhì)的安全閥、排氣孔和其它孔口處;正常運(yùn)行時(shí)不向空間釋放易燃物質(zhì)的取樣口。

由上述兩種或三種級(jí)別釋放源組成的釋放源,稱為多級(jí)釋放源。

3.2 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間確定,分為 0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。

首先根據(jù)工藝專業(yè)等有關(guān)專業(yè)提供的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分條件圖和釋放源的等級(jí)劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域：①存在連續(xù)級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為 0區(qū);②存在第一級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為 1區(qū);③存在第二級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為 2區(qū)。

然后應(yīng)根據(jù)通風(fēng)條件調(diào)整區(qū)域劃分。當(dāng)通風(fēng)良好時(shí),應(yīng)降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí);當(dāng)通風(fēng)不良時(shí)應(yīng)提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。在生產(chǎn)裝置中 0區(qū)是極個(gè)別的,大多數(shù)屬于 2區(qū),在設(shè)計(jì)中劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域時(shí),應(yīng)采取合理措施盡量減少 1區(qū)。

3.3 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍劃分,除了按照規(guī)范條文的規(guī)定以外,還與以下幾個(gè)因素有關(guān)：①易燃物質(zhì)的泄出量;②釋放速度;③釋放的爆炸性氣體混合物的濃度;④易燃液體的沸點(diǎn) (液體混合物初沸點(diǎn));⑤爆炸下限;⑥閃點(diǎn);⑦通風(fēng)量。

這些量的增加與減少都與爆炸危險(xiǎn)區(qū)域范圍的大小有直接的關(guān)系。因這些量界定的因素較復(fù)雜。所以上述所列的影響范圍大小的參數(shù),只是采用了IEC規(guī)定,而該規(guī)定迄今為止只是一個(gè)原則性規(guī)定,無(wú)具體尺寸可遵循。由于實(shí)際生產(chǎn)裝置的工藝、設(shè)備、儀表、通風(fēng)布置等條件各不相同,在具體設(shè)計(jì)中均需結(jié)合實(shí)際情況妥善選擇,才能確保安全。具體劃分尺寸見(jiàn)有關(guān)規(guī)范(GB50058-92)。

在區(qū)域劃分中有兩個(gè)場(chǎng)所要特別引起注意,一是裝置區(qū)內(nèi)的變配電所,應(yīng)盡量布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域范圍以外,位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域場(chǎng)所附加 2區(qū)內(nèi)的變配電所,設(shè)計(jì)中其室內(nèi)外地坪高差應(yīng) ＞0.6 m。二是加熱爐區(qū)的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域,離爐子外壁 1.5 m內(nèi)應(yīng)視為非防爆區(qū)。

在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分后,應(yīng)對(duì)其結(jié)果畫(huà)出“爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖”,作為在該區(qū)域范圍內(nèi)的電氣設(shè)備的選型依據(jù)。

4 爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆電氣設(shè)備選型

在選擇使用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的電氣設(shè)備前,應(yīng)首先明確以下內(nèi)容：①燃炸危險(xiǎn)場(chǎng)所環(huán)境的類別,是燃炸性氣體環(huán)境還是燃炸性粉塵環(huán)境。不同的爆炸性介質(zhì)其電氣設(shè)備的防爆結(jié)構(gòu)要求是不一樣的。我們通常說(shuō)的防爆設(shè)備大多指的是爆炸性氣體環(huán)境中使用的,如 dⅡBT4、dⅡCT6等等,而用于爆炸性粉塵環(huán)境的電氣設(shè)備應(yīng)為防塵結(jié)構(gòu)(標(biāo)志為DP,主要用于可燃性非導(dǎo)電粉塵和可燃纖維的 11區(qū)環(huán)境)或塵密結(jié)構(gòu)(標(biāo)志為DT,主要用于爆炸性粉塵 10區(qū)環(huán)境和其它爆炸性粉塵 11區(qū)環(huán)境)。②環(huán)境中爆炸性氣體混合物的爆炸級(jí)別,即ⅡA、ⅡB、ⅡC。這是相應(yīng)于設(shè)備的最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流比的分級(jí)。其級(jí)別根據(jù)產(chǎn)生爆炸性氣體的介質(zhì)不同而不同,如丙烷屬ⅡA、乙烯屬ⅡB、乙炔和氫屬ⅡC等。從ⅡA到ⅡC隨著防爆電氣設(shè)備的最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流比的逐級(jí)減小而其防爆要求逐級(jí)提高。③環(huán)境中爆炸性氣體混合物的組別或引燃溫度。這是易燃性物質(zhì)的氣體或蒸氣與空氣形成的混合物在規(guī)定條件下被熱表面引燃的最低溫度。從組別 T1到 T6隨著引燃溫度的降低,其電氣設(shè)備的防爆要求逐級(jí)提高。④周?chē)h(huán)境對(duì)防爆電氣設(shè)備的選型要求。如周?chē)h(huán)境內(nèi)化學(xué)的、機(jī)械的、熱的、霉菌等不同環(huán)境條件,在防爆電氣設(shè)備選型時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮。

在考慮以上幾條基本要求后,可選擇能滿足要求的防爆電氣產(chǎn)品。對(duì)有些必須布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備,當(dāng)其防爆要求不能滿足場(chǎng)所要求時(shí),可采用正壓通風(fēng)的措施來(lái)達(dá)到防爆的要求。有關(guān)正壓通風(fēng)的具體要求詳見(jiàn)國(guó)標(biāo) GB50058-92。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》規(guī)定,各種防爆類型標(biāo)志如下：

隔爆型,d;增安型,e;本質(zhì)安全型,ia,ib;正壓型,p;充油型,o;充砂型,q;無(wú)火花型,n;特殊型,s。

電氣設(shè)備分為兩類：Ⅰ類為煤礦井下用的電氣設(shè)備;Ⅱ類為工廠用的電氣設(shè)備;如工廠用的隔爆型B級(jí) T4組：dⅡBT4;工廠用的增安型B級(jí) T3一組：eⅡBT3。

5 結(jié)束語(yǔ)

在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境內(nèi),除本文所述爆炸危險(xiǎn)區(qū)的劃分、電氣設(shè)備的選型外,要保證安全生產(chǎn),還有許多方面要考慮。如電氣線路的設(shè)計(jì)安裝、接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝等,這方面國(guó)家規(guī)范和有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)的介紹。文中所寫(xiě)內(nèi)容,僅為作者對(duì)規(guī)范的一些理解和工作中的一些體會(huì),希望能對(duì)廣大工程設(shè)計(jì)人員起到拋磚引玉的作用。如有不當(dāng)之處,請(qǐng)各位同仁批評(píng)指正。

TQ086

B

1003-3467(2010)16-0091-03

2010-07-21

劉道芳(1969-),男,中教一級(jí),從事教學(xué)研究工作,電話：13839277098。