爆炸危險(xiǎn)化工企業(yè)電氣設(shè)計(jì)概覽

趙曉麟，馮穎

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193)

1 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

1.1 釋放源的點(diǎn)選

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，釋放源的位置是由工藝專業(yè)設(shè)計(jì)人員確定的，電氣設(shè)計(jì)人員需根據(jù)工藝專業(yè)提供的釋放源條件圖來進(jìn)行細(xì)致的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分。

1.1.1 釋放源的概念

根據(jù)《爆規(guī)》（GB50058-92）附錄一名詞解釋給出的描述，釋放源是可能放出形成爆炸性混合物的物質(zhì)所在的位置或地點(diǎn)。而在概念之后又明確注明了：在確定釋放源時(shí)，不應(yīng)考慮工藝容器、大型管道或貯罐等的毀壞性事故等。

1.1.2 這一條解釋就確定了，工藝專業(yè)在為電氣專業(yè)提供釋放源條件圖時(shí)不應(yīng)該將所有設(shè)備，如罐體，管道、設(shè)備等外壁作為釋放源泛泛的標(biāo)注，而是應(yīng)該將釋放源作為一個(gè)個(gè)具體的釋放點(diǎn)來提出，如閥門、法蘭、管道接頭等。造成泛泛的將工藝設(shè)備本體作為釋放源條件的這種粗估方法的原因也是有的，由于設(shè)計(jì)過程中普遍存在的釋放源均為二級釋放源，而最典型的二級釋放源危險(xiǎn)區(qū)域劃分距離為15m，以15m 為半徑的區(qū)域很大，多數(shù)情況會將裝置內(nèi)各個(gè)真實(shí)的釋放點(diǎn)包含進(jìn)去，實(shí)際的危險(xiǎn)區(qū)域劃分范圍與粗估的不會有太大差別，但是也會存在很多設(shè)計(jì)初期考慮不到的釋放源點(diǎn)被遺漏的問題。例如罐區(qū)、總圖等的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

1.1.3 例如罐區(qū)，如果單純以罐體作為釋放源參考的規(guī)范典型圖為2.3.5-1 和2.3.5-2。圖中解釋了如何劃分罐區(qū)的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，而按照粗估的方式提出的釋放源條件最終的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分往往將危險(xiǎn)區(qū)域限制在防火堤內(nèi)，而沒有防火堤的罐區(qū)也僅僅以3m 為半徑做出的范圍。其實(shí)，罐體上有輸送管道，罐體內(nèi)的爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)沿管道由輸送泵與工藝生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)通，那么管道上必定有管道接頭、閥門之類的釋放點(diǎn)，而這些往往由于初期管道布置圖沒有繪制出而被忽略了。罐區(qū)、管廊等這些遺漏的釋放點(diǎn)會影響最終的危險(xiǎn)區(qū)域范圍，使最終的劃分范圍出現(xiàn)偏差。

1.1.4 我的意見是上述粗估的版本適用于方案和初步設(shè)計(jì)階段，而到了施工圖階段的防爆分區(qū)圖應(yīng)按照工藝專業(yè)最終的管道布置將有可能影響到最終范圍的釋放源點(diǎn)位標(biāo)出，由電氣設(shè)計(jì)人員將初設(shè)階段的防爆分區(qū)圖加以修正，確保準(zhǔn)確無誤。

1.2 危險(xiǎn)區(qū)域劃分應(yīng)注意的問題

有了準(zhǔn)確的釋放源條件（包括位置、可燃?xì)怏w比重、級別和溫度組別等），就可以根據(jù)《爆規(guī)》的各種典型圖來繪制爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖?！侗?guī)》中的各種典型圖主要是來源于《API RP500》規(guī)范當(dāng)中，實(shí)際繪制過程中應(yīng)多注意不同危險(xiǎn)介質(zhì)所形成危險(xiǎn)區(qū)域的邊界。例如比重、氣體等級及溫度等級。同時(shí)還應(yīng)注意不同高度之間形成的立體空間。筆者認(rèn)為繪制爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖不應(yīng)只繪制平面圖，還應(yīng)補(bǔ)充繪制立面圖，同時(shí)平面圖中不同平臺的危險(xiǎn)區(qū)域沉降和浮升也要體現(xiàn)在圖中，這樣能形成一幅更有參考價(jià)值且更加立體的危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖。

2 變配電室建筑設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

2.1 化工企業(yè)中的變配電站或者配電室一般設(shè)置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域以外，并應(yīng)當(dāng)考慮到主導(dǎo)風(fēng)向等因素。雖說在《爆規(guī)》2.5.7 規(guī)定了正壓通風(fēng)的配電室可以布置在1，2 區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)，但實(shí)際設(shè)計(jì)過程中這種現(xiàn)象很少見到。由于重于空氣密度的爆炸危險(xiǎn)氣體的危險(xiǎn)半徑很大，通風(fēng)專業(yè)若取得正壓通風(fēng)的新風(fēng)會十分困難，若不小心將危險(xiǎn)氣體引入到配電室內(nèi)，會使爆炸危險(xiǎn)系數(shù)大增。因此在為變配電站及配電室選擇位置時(shí)大多放置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域之外，并將配電室抬高600mm，這么做的目的也是要躲過重于空氣密度氣體的附加二區(qū)。

2.2 某些車間需要設(shè)置配電室而又沒有條件將配電室放在非防爆區(qū)，只好與二區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物貼臨，而這種貼臨的原則卻涉及到三本規(guī)范中的條款，掌握好這些條款既能保證生產(chǎn)區(qū)域的安全，又能節(jié)省配電室的土建投資。將配電室與爆炸危險(xiǎn)車間貼臨應(yīng)該是：配電室只應(yīng)單面貼臨爆炸危險(xiǎn)區(qū)域、配電室不能布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的正上方、配電室不能布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的正下方、爆炸危險(xiǎn)車間的配電室只能作為該車間的專用配電室、附加二區(qū)內(nèi)的配電室應(yīng)抬高600mm。三本規(guī)范的條款分別是《10kV 及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50053-94）2.0.1 第八條、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）3.3.14、《爆規(guī)》2.3.15 及2.5.7。

2.3 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》3.3.14 提到：供甲、乙類廠房專用的10kv 及以下的變、配電所當(dāng)采用無門窗洞的防火墻隔開時(shí)，可一面貼臨建造。這句話不注意很容易將其視為對于建筑的分隔要求，其實(shí)還有一個(gè)對于供電電源的嚴(yán)格規(guī)定，而且此條規(guī)范條文為黑體字，即為強(qiáng)制性規(guī)范，并且不在電氣專業(yè)的目錄中，所以很容易被電氣專業(yè)設(shè)計(jì)人員忽略。條文中提到的“專用”二字后面的條文解釋中有詳細(xì)的闡述。所謂“專用”是指其它廠房不依靠這個(gè)變電所、配電所供電。換句話說就是防爆車間貼臨的變、配電室應(yīng)避免出現(xiàn)，如難以避免的出現(xiàn)也將只用于該車間的供配電，而不能就近為其它廠房供電，這一點(diǎn)電氣設(shè)計(jì)人員在做系統(tǒng)供配電規(guī)劃的時(shí)候應(yīng)尤為注意。

3 事故通風(fēng)的電氣設(shè)計(jì)

3.1 通風(fēng)的時(shí)機(jī)

當(dāng)一個(gè)無人值守的車間發(fā)生爆炸危險(xiǎn)氣體泄漏的時(shí)候，第一時(shí)間能獲得泄露信息的就是可燃?xì)怏w探測器，探測器會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的氣體濃度閥值來決定是否報(bào)警，當(dāng)某一區(qū)域內(nèi)濃度超過閥值的時(shí)候該區(qū)域內(nèi)探測器報(bào)警并將信號上傳給控制中心，同時(shí)也會啟動該區(qū)域內(nèi)的事故排風(fēng)機(jī)，以達(dá)到盡快將易爆氣體稀釋到爆炸下限的目的。

3.2 事故排風(fēng)機(jī)的電源

很多人認(rèn)為事故通風(fēng)的電源應(yīng)該是雙電源，因?yàn)槭鹿释L(fēng)比較重要，我認(rèn)為這是個(gè)誤區(qū)。事故風(fēng)機(jī)工作的時(shí)候是火災(zāi)還未發(fā)生的時(shí)候，排風(fēng)的目的僅僅是稀釋可燃性氣體。而當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，事故風(fēng)機(jī)應(yīng)作為非消防電源被切掉，否則會起到助燃的作用。

3.3 事故風(fēng)機(jī)的控制與保護(hù)

事故排風(fēng)要求同時(shí)兼有手動和自動的功能。自動功能是要將可燃?xì)怏w探測器的濃度報(bào)警信號與事故風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，達(dá)到事故時(shí)啟動所有風(fēng)機(jī)的目的。而手動功能與此類似，是要在室內(nèi)外設(shè)置啟動按鈕，保證在事故發(fā)生時(shí)可以手動的將事故區(qū)域內(nèi)所有風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動?；S房內(nèi)為提高通風(fēng)換氣次數(shù)，常采用多點(diǎn)控制防爆風(fēng)機(jī)，而風(fēng)機(jī)通常只有幾十或幾百瓦，而且數(shù)量很多，在設(shè)計(jì)事故風(fēng)機(jī)控制回路時(shí)，往往由于節(jié)省配電柜回路，而采取一回路串聯(lián)多個(gè)風(fēng)機(jī)的做法，并且控制在回路容量3kW以下，這樣就可以不設(shè)置熱保護(hù)繼電器了，滿足了《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)條款的要求。但根據(jù)GB3836.12-1991：隔爆電機(jī)在內(nèi)部爆炸時(shí)不會引起電機(jī)表面溫度超標(biāo)；但這一條未對內(nèi)部匝間短路或接地等引起的過熱是否對外殼引燃溫度影響作出規(guī)定，因此如未設(shè)置過載保護(hù)，在發(fā)生電機(jī)過載時(shí)仍有因溫度超標(biāo)而引爆的可能。而設(shè)置過載保護(hù)又因?yàn)榛芈匪?lián)風(fēng)機(jī)數(shù)量較多也起不到很好的保護(hù)效果，所以這里建議串聯(lián)風(fēng)機(jī)數(shù)量不宜超過3 個(gè)，以兩個(gè)為宜，這樣既做到了過載保護(hù)也相應(yīng)的節(jié)約了配電柜空間。

4 合理的用電設(shè)備的選型

4.1 防爆電氣形式分類

將化工廠爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)，按其引燃能量，最小點(diǎn)燃溫度以及現(xiàn)場爆炸性危險(xiǎn)氣體存在的時(shí)間周期進(jìn)行科學(xué)分類分級，以確定現(xiàn)場防爆設(shè)備的防爆標(biāo)志和防爆形式。不同的防爆形式可以應(yīng)對不同防爆等級的區(qū)域，它們之間的應(yīng)用區(qū)域也有互相疊加的情況。不同的防爆形式及其特點(diǎn)和應(yīng)用區(qū)域總結(jié)如表1：

表1

設(shè)備、氣體的防爆等級這一項(xiàng)中，我國定制的標(biāo)準(zhǔn)與IEC 標(biāo)準(zhǔn)一致，采用的是最大實(shí)驗(yàn)安全間隙(MESG)和最小點(diǎn)燃電流(MICR)兩個(gè)指標(biāo)來界定的。最小引爆火花能量也是衡量等級的一個(gè)指標(biāo)，不同標(biāo)準(zhǔn)中的參考值如表2。

表2

這種分類方法顯然要比上述標(biāo)準(zhǔn)更加詳細(xì)。

4.2 防爆電氣設(shè)備的選擇流程

再設(shè)計(jì)過程中，由工藝專業(yè)提出的釋放源條件和可燃物的性質(zhì)，并依據(jù)《爆規(guī)》中附錄三中給出的分組舉例，我們可以基本確定危險(xiǎn)區(qū)域的防爆電氣設(shè)備等級了。但是設(shè)計(jì)情況復(fù)雜多樣，危險(xiǎn)區(qū)域中的爆炸危險(xiǎn)氣體往往不是一個(gè)類別的，這就需要針對不同性質(zhì)的可燃?xì)怏w繪制防爆區(qū)域劃分圖。一般來說輕于空氣和重于空氣的介質(zhì)要區(qū)分開來，IIA、IIB、IIC 級別的氣體也要區(qū)分開來。

《爆規(guī)》2.5.3 條中的各個(gè)表格基本上將爆炸危險(xiǎn)區(qū)域中所包含的電氣設(shè)備做了詳細(xì)的選型推薦，無論是選擇旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、開關(guān)及燈具都有據(jù)可依。日常設(shè)計(jì)中隔爆類型電氣以d II BT4 和d II CT6最為常用，但是當(dāng)選擇增安型或其它防爆類型的電氣設(shè)備時(shí)應(yīng)注意在滿足一區(qū)或者二區(qū)要求的同時(shí)是否滿足氣體組別和溫度組別等相關(guān)信息，否則很可能為生產(chǎn)帶來隱患。

4.3 其它應(yīng)該注意的問題

在化工企業(yè)防爆廠房內(nèi)要盡量不用攜帶式或移動式設(shè)備，因?yàn)殍F殼之間的碰撞、磨擦，以及落在水泥地面時(shí)均可能產(chǎn)生火花,使其成為點(diǎn)燃源。裝在反應(yīng)釜窺視孔上方的局部照明應(yīng)采用固定安裝方式，不允許采用捆扎等臨時(shí)性固定措施。在設(shè)備非移動不可的情況下(如檢修等)，應(yīng)選用鋁制件。如果采用合金材料時(shí),則含鎂量不得超過6%，鋁合金中鋁的含量不得少于80%，還應(yīng)注意，由于鋅會引起電弧,因而在導(dǎo)線與設(shè)備的聯(lián)接處，不得采用鍍鋅方式。設(shè)備選型要注意配套，在一些中小型化工廠中?？梢钥吹诫姍C(jī)是隔爆型而控制設(shè)備是增安型，燈具是隔爆型而開關(guān)是普通型，這是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)榭刂圃O(shè)備和燈開關(guān)經(jīng)常產(chǎn)生電火花。

5 配線的一些要求

5.1 爆炸危險(xiǎn)場所電氣線路主要有鋼管和電纜配線。鋼管配線工程必須明敷，應(yīng)使用鍍鋅鋼管。電纜配線1 區(qū)應(yīng)采用銅芯鎧裝電纜；2 區(qū)也宜采用銅芯鎧裝電纜。當(dāng)采用鋁芯電纜時(shí)，與電氣設(shè)備連接應(yīng)有可靠的銅—鋁過渡接頭等措施。

5.2 鋼管配線工程，兩段鋼管之間，鋼管及其附件之間，鋼管與電氣設(shè)備引入裝置之間的連接，應(yīng)采用螺紋連接，其有效嚙合扣數(shù)不得少于6 扣；鋼管與電氣設(shè)備直接連接有困難處，以及管路通過建筑物的伸縮、沉降縫處應(yīng)裝撓性連接管。

5.3 在爆炸危險(xiǎn)場所，不同用途的電纜應(yīng)分開敷設(shè)，動力與照明線路必須分設(shè)，嚴(yán)禁合用；不應(yīng)在管溝、通風(fēng)溝中敷有電纜和鋼管布線；埋設(shè)的鎧裝電纜不允許有中間接頭或埋設(shè)接線盒；防爆電機(jī)、風(fēng)機(jī)宜優(yōu)先采用電纜進(jìn)線。

5.4 在本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)中必須采用本安電纜將一次現(xiàn)場設(shè)備與系統(tǒng)連接。我們知道安全柵可將故障狀態(tài)下，如一次儀表側(cè)的短路、異常電壓侵入等過載能量通過(限流、限壓、快速切斷電路等)箝制住，從而控制點(diǎn)爆能量，保證系統(tǒng)防爆。

6 不可忽視的靜電接地

在化工企業(yè)防爆廠房中,金屬容器、管道、構(gòu)架及操作平臺很多。由于防爆的需要,電氣管路大多為明設(shè)。這么多的管線長短不一,很容易形成不同的感應(yīng)電位和靜電電位。為了預(yù)防不同電位金屬件之間的電荷釋放而產(chǎn)生電火花,并防止用電設(shè)備對操作人員安全的危害,化工企業(yè)防爆廠房內(nèi)一定要采取靜電接地措施。

7 降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級的措施總結(jié)

規(guī)范中一些條款可以縮小或者去除爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，合理設(shè)計(jì)和布置后能減少爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，已達(dá)到減少項(xiàng)目投資，節(jié)能環(huán)保的目的，列出如下：

規(guī)范2.2.5 條通風(fēng)良好時(shí)可降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級局部機(jī)械通風(fēng)可降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)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(kuò)散，可縮小爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。

規(guī)范2.2.2 條易燃物質(zhì)可能出現(xiàn)的最高濃度不超過爆炸下限的10%。

規(guī)范2.3.17 條工藝設(shè)備容積不大于95m3、壓力不大于3.5MPa、流量不大于38L/s 的生產(chǎn)裝置，且為第二級釋放源，其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域范圍的半徑可縮小到半徑為4.5m 的區(qū)域。

規(guī)范2.3.18 條爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)的車間采用正壓或連續(xù)通風(fēng)稀釋措施后，車間可降為非爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。

規(guī)范2.3.15 條爆炸危險(xiǎn)車間可以通過安排防火墻體、門窗位置、釋放源的位置這三方面因素而達(dá)到縮小爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的目的。

這里提到的通風(fēng)良好的概念為：危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的空氣流量能使易燃物質(zhì)很快稀釋到爆炸下限值的25%以下時(shí)定義為通風(fēng)良好。