淺談爆炸性氣體危險(xiǎn)區(qū)域劃分

【摘 要】本文淺析在化工廠的電氣設(shè)計(jì)中，對(duì)于產(chǎn)生爆炸性氣體的區(qū)域危險(xiǎn)范圍的劃分，根據(jù)對(duì)比國(guó)內(nèi)外對(duì)于此類范圍劃分的對(duì)比，分析國(guó)內(nèi)工程師在進(jìn)行此類圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)原則和理念。

【關(guān)鍵詞】爆炸性氣體；隔爆型；釋放源；易燃易爆

一、概述

易燃?xì)怏w或蒸汽與空氣的混合物遇到火花、電弧或危險(xiǎn)高溫就會(huì)被點(diǎn)燃，會(huì)形成燃燒或爆炸?；て髽I(yè)要加工和處理易燃性液體或氣體，其原料中有相當(dāng)多的品種是易燃性的，如常用原料中的石油、天然氣、氫氣是易燃性物質(zhì)；半成品中的烷類、烴燈化合物多數(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)的措施。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，使得這些易燃易爆性氣體混合物在空氣中的濃度迅速降低。第二類稱為二次防爆措施，如選用防爆電氣設(shè)備等。

二、爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

如果對(duì)于化工廠或者一個(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。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。

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)、泄漏的閥門等，都是釋放源。如該類設(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)：（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。（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。（3）第二級(jí)釋放源：預(yù)計(jì)在正常下不會(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。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。

2.爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分。（1）在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分是根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間確定的，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：第一，存在連續(xù)級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為0區(qū)；第二，存在第一級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為1區(qū)；第三，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)。（2）這種劃分形式與國(guó)際電工委員會(huì)IEC所規(guī)定的分區(qū)方式是相同的。在IEC的規(guī)定中，我們所說的“區(qū)”用英文單詞“zone”來表示。（3）而在美國(guó)電氣規(guī)程委員會(huì)（NEC）中的分區(qū)方式與我國(guó)國(guó)標(biāo)（GB）和IEC有些區(qū)別，在NEC中，爆炸危險(xiǎn)分為I，II，III三個(gè)等級(jí)（Class），即：I級(jí)（Class I）：易燃?xì)怏w或蒸汽會(huì)以足能產(chǎn)生爆炸或形成燃燒混合物的數(shù)量在大氣中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)區(qū)域。II級(jí)（Class II）：存在易燃粉塵的危險(xiǎn)區(qū)域。III級(jí)（Class III）：有易燃纖維或粉塵存在，但懸浮于空氣中的數(shù)量沒有達(dá)到足以產(chǎn)生燃燒混合物的危險(xiǎn)區(qū)域。顯然I級(jí)中所述內(nèi)容為爆炸性氣體危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，與本文有關(guān)，其余兩級(jí)與本文無關(guān)暫不討論。在I級(jí)中NEC又將危險(xiǎn)區(qū)域分為1區(qū)（Division 1）和2區(qū)（Division 2），級(jí)（Class）和區(qū)（Division）共同構(gòu)成完整的NEC危險(xiǎn)區(qū)域劃分。I級(jí)1區(qū)是指：第一，易燃?xì)怏w或蒸汽的可燃濃度在正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)；第二，由于修理或維護(hù)操作或由于泄漏，易燃?xì)怏w或蒸汽的可燃濃度頻繁出現(xiàn)；第三，由于設(shè)備破裂或工藝的誤操作，以可燃濃度釋放出易燃?xì)怏w或蒸汽，同時(shí)引起電氣設(shè)備的實(shí)效。I級(jí)2區(qū)是指：第一，易揮發(fā)的易燃液體或易燃?xì)怏w被處理、加工或使用，但這些液體、蒸汽或氣體通常被密封在密閉的容器或封閉的系統(tǒng)內(nèi)，只有當(dāng)這些密閉容器或封閉系統(tǒng)偶然破裂或設(shè)備誤操作時(shí)，這些液體、氣體才可能泄漏；第二，氣體或蒸汽的可燃濃度通常受到強(qiáng)制式機(jī)械通風(fēng)裝置控制，只有通風(fēng)設(shè)備發(fā)生故障或非正常操作時(shí)，才有可能成為危險(xiǎn)區(qū)域；第三，與I級(jí)1區(qū)接近，氣體或蒸汽的可燃濃度偶然出現(xiàn)，但又輸送足夠清潔空氣的正壓通風(fēng)裝置的防護(hù)，并且配備有防止通風(fēng)裝置發(fā)生故障的有限安全裝置。

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)量等等。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。具體劃分尺寸見有關(guān)規(guī)范GB50058-92。

三、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。我們通常在說的防爆設(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)燃電流比的分極。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)的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規(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）周圍環(huán)境對(duì)防爆電氣設(shè)備的選型要求。如周圍環(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，而其防爆要求又不能滿足場(chǎng)所要求的時(shí)候，可采用正壓通風(fēng)的措施來達(dá)到防爆的要求。有關(guān)正壓通風(fēng)的具體要求詳見國(guó)標(biāo)G50058-92。有關(guān)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境內(nèi)，除了爆炸危險(xiǎn)區(qū)的劃分、電氣設(shè)備的選型等內(nèi)容，還有許多不同于普通環(huán)境的要求，如電氣線路的設(shè)計(jì)安裝、接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝等都有特殊的要求，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。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]丹尼爾·A·克勞爾（Daniel A Crowl），約瑟夫·F·盧瓦爾（Joseph F Louvar）.化工過程安全理論及應(yīng)用

[2]GB50058-92.爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范

[3]國(guó)際電工委員會(huì)IEC的相關(guān)規(guī)定

[4]美國(guó)國(guó)家電氣委員會(huì)NEC的相關(guān)規(guī)定