爆炸氣體環(huán)境電氣設(shè)計(jì)

黃 俊

(江西省化工設(shè)計(jì)院)

引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油化工企業(yè)在給國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做貢獻(xiàn)的同時(shí)，由于化工廠爆炸事故造成的經(jīng)濟(jì)損失大，傷亡率高，使得國(guó)家高度重視化工企業(yè)的安全形勢(shì)。2013年6·3吉林寶源豐特大事故，共造成121人死亡、76人受傷，17234平方米主廠房及主廠房?jī)?nèi)生產(chǎn)設(shè)備被損毀，直接經(jīng)濟(jì)損失1.82億元。根據(jù)國(guó)家安監(jiān)局事故調(diào)查報(bào)告，主生產(chǎn)車(chē)間一處電氣線路短路，引燃周?chē)扇嘉?，?dāng)火勢(shì)蔓延到氨設(shè)備和氨管道區(qū)域，燃燒產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致氨設(shè)備和氨管道發(fā)生物理爆炸，大量氨氣泄漏，介入了燃燒，火勢(shì)蔓延至主廠房的其余區(qū)域，從而造成了無(wú)法挽回的后果。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在化工廠爆炸事故中，有一半以上爆炸事故是由電氣設(shè)備引起，每每看到化工廠爆炸，讓作為石化行業(yè)電氣設(shè)計(jì)的人員都深感肩上的責(zé)任之重。下面就化工廠爆炸性氣體車(chē)間電氣設(shè)計(jì)淺談幾點(diǎn)看法。

1 爆炸發(fā)生的前提條件

在爆炸性氣體環(huán)境中產(chǎn)生爆炸必須同時(shí)存在下列條件：

(1)存在易燃?xì)怏w、易燃液體的蒸氣、薄霧；

(2)爆炸性氣體混合物濃度在爆炸極限以?xún)?nèi)；

(3)存在足以點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物的火花、電弧或高溫。

從以上看出爆炸性氣體環(huán)境中發(fā)生爆炸必須滿足以上條件，缺少其中任何一個(gè)條件時(shí)，均夠不成爆炸，因此，電氣設(shè)計(jì)中的安全措施應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。

2 防止爆炸發(fā)生的電氣措施

2.1 爆炸性車(chē)間總配電設(shè)計(jì)

當(dāng)車(chē)間用電量較大時(shí)，變、配電所不應(yīng)設(shè)置在甲、乙類(lèi)廠房?jī)?nèi)或貼鄰建造，且不應(yīng)設(shè)置在爆炸性氣體、粉塵環(huán)境的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)為正壓室時(shí)，可布置在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)。供甲、乙類(lèi)廠房專(zhuān)用的10kV及以下的變、配電所，當(dāng)采用無(wú)門(mén)窗洞口的防火墻隔開(kāi)時(shí)，可一面貼鄰建造，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058等規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。乙類(lèi)廠房的配電所必須在防火墻上開(kāi)窗時(shí)，應(yīng)設(shè)置密封固定的甲級(jí)防火窗。需要強(qiáng)調(diào)的是“專(zhuān)用”，是指其他廠房不依靠這個(gè)變電所、配電所供電，并且對(duì)于易燃物質(zhì)比空氣重的爆炸性氣體環(huán)境，位于1區(qū)、2區(qū)附近的變電所、配電所室內(nèi)地面，應(yīng)高出室外地面0.6m。

當(dāng)車(chē)間用電量不大時(shí)，在車(chē)間內(nèi)設(shè)置少量防爆配電柜或者由附近配電所向車(chē)間用電設(shè)備直接供電。

2.2 電氣設(shè)備選型

(1)根據(jù)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的分區(qū)、電氣設(shè)備的種類(lèi)和防爆結(jié)構(gòu)的要求，應(yīng)選擇相應(yīng)的電氣設(shè)備。

(2)選用的防爆電氣設(shè)備的級(jí)別和組別，不應(yīng)低于該爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)爆炸性氣體混合物的級(jí)別和組別。當(dāng)存在有兩種以上易燃性物質(zhì)形成的爆炸性氣體混合物時(shí)，應(yīng)按危險(xiǎn)程度較高的級(jí)別和組別選用防爆電氣設(shè)備。

(3)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，應(yīng)符合周?chē)h(huán)境內(nèi)化學(xué)的、機(jī)械的、熱的、霉菌以及風(fēng)沙等不同環(huán)境條件對(duì)電氣設(shè)備的要求。

電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足電氣設(shè)備在規(guī)定的運(yùn)行條件下不降低防爆性能的要求。

爆炸性氣體環(huán)境電氣線路應(yīng)根據(jù)易燃物質(zhì)對(duì)空氣的相對(duì)密度，來(lái)確定安裝方式。當(dāng)比空氣重時(shí)，電氣線路應(yīng)在較高處敷設(shè)或直接埋地；架空敷設(shè)時(shí)宜采用電纜橋架；當(dāng)比空氣輕時(shí)，電氣線路宜在較低處敷設(shè)或電纜溝敷設(shè)。電氣線路在敷設(shè)時(shí)應(yīng)該盡量避開(kāi)可能受到機(jī)械損傷、振動(dòng)、腐蝕以及可能受熱的地方，不能避開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取預(yù)防措施。在爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)，低壓電力、照明線路用的絕緣導(dǎo)線和電纜的額定電壓，必須不低于工作電壓，且不應(yīng)低于500V。(比空氣重的物質(zhì)：以空氣密度為1，與空氣相對(duì)密度在0.75以上的氣體或蒸氣視為比空氣重的物質(zhì))

2.3 電氣線路設(shè)計(jì)

爆炸性氣體環(huán)境電氣線路的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)注意的幾點(diǎn)：

(1)電氣線路應(yīng)在爆炸危險(xiǎn)性較小的環(huán)境或遠(yuǎn)離釋放源的地方敷設(shè)。

①當(dāng)易燃物質(zhì)比空氣重時(shí)，電氣線路應(yīng)在較高處敷設(shè)或直接埋地；架空敷設(shè)時(shí)盡量采用電纜橋架；電纜溝敷設(shè)時(shí)溝內(nèi)應(yīng)充砂，并設(shè)置排水措施。

②當(dāng)易燃物質(zhì)比空氣輕時(shí)，電氣線路宜在較低處敷設(shè)或電纜溝敷設(shè)。

③電氣線路宜在有爆炸危險(xiǎn)的建、構(gòu)筑物的墻外敷設(shè)。

(2)敷設(shè)電氣線路的溝道、電纜或鋼管，所穿過(guò)的不同區(qū)域之間墻或樓板處的孔洞，必須采用非可燃性材料嚴(yán)密堵塞。

(3)敷設(shè)電氣線路時(shí)盡量避開(kāi)可能受到機(jī)械損傷、振動(dòng)、腐蝕以及可能受熱的地方，不能避開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取預(yù)防措施。

(4)在爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)，低壓電力、照明線路用的絕緣導(dǎo)線和電纜的額定電壓，必須不低于工作電壓，且不應(yīng)低于500V。工作中性線的絕緣的額定電壓應(yīng)與相線電壓相等，并應(yīng)在同一護(hù)套或管子內(nèi)敷設(shè)。

(5)在1區(qū)內(nèi)單相網(wǎng)絡(luò)中的相線及中性線均應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)，必須使用雙極開(kāi)關(guān)同時(shí)切斷相線及中性線。

(6)在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)都應(yīng)采用銅芯電纜。

2.4 防雷接地設(shè)計(jì)

爆炸性氣體車(chē)間大部分是第二類(lèi)防雷建筑物，其防雷設(shè)計(jì)甚為重要，應(yīng)用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)(帶)或避雷針或由其混合組成的接閃器防直擊雷。當(dāng)車(chē)間屋頂有排放爆炸危險(xiǎn)氣體的放散管、呼吸閥、排風(fēng)管等時(shí)應(yīng)根據(jù)氣體比重、裝置內(nèi)壓力與周?chē)諝鈮毫Σ睢⒂袩o(wú)管帽來(lái)確定防雷接閃器措施。第二類(lèi)防雷建筑物避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不大于10m×10m或12m×8m。屋頂上所有凸起的金屬構(gòu)筑物或管道等，均應(yīng)與避雷帶焊連接。當(dāng)車(chē)間為金屬屋面時(shí)并滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010中的規(guī)定(罩棚鋁材厚度須大于7mm，鋼板厚度須大于4mm)，可利用其金屬屋面作防雷接閃器。

引下線宜采用建筑物四周結(jié)構(gòu)柱內(nèi)四對(duì)角主筋(不小于φ10)或者鋼柱作為避雷引下線。引下線的平均間距不應(yīng)大于18m。引下線上與避雷帶焊接，下與接地裝置連通。

接地裝置可利用閉合條形混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋，當(dāng)條形基礎(chǔ)內(nèi)無(wú)鋼筋時(shí)，應(yīng)當(dāng)敷設(shè)人工接地體。人工接地體規(guī)格應(yīng)根據(jù)條形閉合基礎(chǔ)的周長(zhǎng)選擇。

每根引下線在距室外地坪下1.0m處出外墻由結(jié)構(gòu)柱鋼筋焊出一接地連接板(熱鍍鋅扁鋼100×100×8)并引出3m預(yù)留與人工接地極連通體；在若干引下線的室外地坪上0.5m處焊出一接地測(cè)試板(熱鍍鋅扁鋼100×100×8)，并在車(chē)間電源引入處設(shè)置總等電位箱進(jìn)行總等電位連接。

利用結(jié)構(gòu)獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)主鋼筋(深度不小于-0.6m)做接地極并與防雷引下線、環(huán)形接地聯(lián)接體作可靠焊接。

2.5 防靜電設(shè)計(jì)

在廠房?jī)?nèi)距地+0.3m墻上明敷-40×4熱鍍鋅扁鋼，作為防靜電接地干線，在地面暗敷-25×4熱鍍鋅扁鋼，作為室內(nèi)防靜電支線。在每層結(jié)構(gòu)柱上預(yù)留接地鋼板100×100×8，并與室內(nèi)接地干線連接。而接地鋼板通過(guò)防靜電引上線(采用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)鋼筋)與基礎(chǔ)接地裝置相連。

所有金屬設(shè)備，管道及鋼平臺(tái)扶手均應(yīng)與防靜電接地干線作可靠焊接，具體參見(jiàn)<<接地裝置安裝>>03D501-4。為防靜電室內(nèi)外一切工藝設(shè)備管道及電器設(shè)備外殼及防直擊雷，防雷防靜電及電氣保護(hù)接地均連均應(yīng)可靠接地，平行敷設(shè)的長(zhǎng)金屬管道其凈距小于100mm的應(yīng)每隔20～30m用金屬線連接，交叉凈距小于100mm時(shí)交叉處也應(yīng)跨接。彎頭閥門(mén)；法蘭盤(pán)等應(yīng)在連接處用金屬線跨接并與接地網(wǎng)連成閉合回路。

防雷，防靜電及保護(hù)接地連為一體，接地網(wǎng)電阻不大于1歐姆，如實(shí)測(cè)未達(dá)到要求應(yīng)增打接地極，接地極間距5M。

2.6 氣體報(bào)警設(shè)計(jì)

爆炸性氣體車(chē)間大部分均存在可燃?xì)怏w或者有毒氣體，并且在化工廠車(chē)間中存在的爆炸性氣體的同時(shí)，也常存在有毒氣體，應(yīng)根據(jù)在日常生產(chǎn)中更容易出現(xiàn)的危險(xiǎn)狀態(tài)，相應(yīng)的進(jìn)行設(shè)置防爆可燃?xì)怏w探測(cè)器或者防爆有毒氣體探測(cè)器。具體設(shè)置應(yīng)遵循如下條件：

(1)可燃?xì)怏w或其中含有毒氣體，一旦泄漏，可燃?xì)怏w可能達(dá)到25%LEL，但有毒氣體不能達(dá)到最高容許濃度時(shí)，應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀；

(2)有毒氣體或其中含有可燃?xì)怏w，一旦泄漏，有毒氣體可能達(dá)到最高容許濃度，但可燃?xì)怏w不能達(dá)到25%LEL時(shí)，應(yīng)設(shè)置有毒氣體檢測(cè)報(bào)警儀；

(3)既屬可燃?xì)怏w又屬有毒氣體，只設(shè)有毒氣體檢測(cè)報(bào)警儀；

(4)可燃?xì)怏w與有毒氣體同時(shí)存在的場(chǎng)所，應(yīng)同時(shí)設(shè)置可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警儀。

LEL可燃?xì)怏w爆炸下限濃度(V%)值。

TLV車(chē)間空氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度值。

檢測(cè)可燃?xì)怏w的測(cè)量范圍：0～100%LEL；有毒氣體的測(cè)量范圍宜為0～3TLV。

可燃?xì)怏w檢測(cè)器的有效覆蓋水平平面半徑，室內(nèi)宜為7.5m；室外宜為15m。在有效覆蓋面積內(nèi)，可設(shè)一臺(tái)檢測(cè)器。

有毒氣體檢測(cè)器與釋放源的距離，室外不宜大于2m，室內(nèi)不宜大于1m。

可燃?xì)怏w檢測(cè)器、有毒氣體檢測(cè)器的型式，應(yīng)根據(jù)被檢測(cè)的氣體的具體特性選擇。

在車(chē)間控制室或者廠區(qū)監(jiān)控中心設(shè)置報(bào)警控制器，與氣體探測(cè)器組成報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)有情況時(shí)報(bào)警器應(yīng)能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并精確定位發(fā)生情況的地點(diǎn)。

3 提高電氣防爆安全水平的幾條措施

3.1 做好電氣設(shè)備選型，使其不成為點(diǎn)燃源

為了防止電弧和電火花的外泄，降低電氣設(shè)備表面溫度，化工企業(yè)防爆廠房常選用充油型、隔爆型、無(wú)火花型、充氣型、增安型電氣設(shè)備。如使用氣體絕緣的六氟化硫開(kāi)關(guān)裝置等。這些設(shè)備雖然費(fèi)用較高，但能有效地防止電火花外泄。在化工企業(yè)防爆廠房?jī)?nèi)要盡量不用攜帶式或移動(dòng)式設(shè)備，一但有鐵殼之間的碰撞、摩擦，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。由于鋅會(huì)引起電弧，因而在導(dǎo)線與設(shè)備的連結(jié)處，不得采用鍍鋅方式。此外在設(shè)備選型時(shí)要注意配套，在一些化工廠中常發(fā)現(xiàn)電機(jī)是隔爆型而控制按鈕是增安型，這種做法十分危險(xiǎn)，極易產(chǎn)生火花。

3.2 加強(qiáng)通風(fēng)降低燃燒爆炸危險(xiǎn)的物質(zhì)濃度

配合建筑專(zhuān)業(yè)、暖通專(zhuān)業(yè)在自然通風(fēng)無(wú)法滿足的情況下，使用風(fēng)機(jī)進(jìn)行人工通風(fēng)，并接入廠區(qū)DCS系統(tǒng)，一旦有可燃?xì)怏w泄漏，立刻可以啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。

3.3 注重配線質(zhì)量

防爆區(qū)域的電氣配線是最重要的一環(huán)，由于不易檢查，往往是最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)。與設(shè)備相連的長(zhǎng)導(dǎo)管要隔一定距離密封一次，而且在防爆區(qū)域內(nèi)，所有電線電纜保護(hù)管應(yīng)采用低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管。當(dāng)采用螺紋旋合時(shí)，對(duì)直徑25mm及以下的鋼管，螺紋旋合不應(yīng)少于5扣，對(duì)直徑32mm及以上的鋼管，不應(yīng)少于6扣，鋼管與電氣設(shè)備的鏈接處宜采用撓性連結(jié)管。

4 結(jié)束語(yǔ)

化工廠爆炸性氣體環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)，有其特殊要求，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)，并以相應(yīng)規(guī)范中要求最高的規(guī)范條文為準(zhǔn)。電氣設(shè)計(jì)中要針對(duì)構(gòu)成爆炸的基本條件，采取完整的設(shè)計(jì)措施，與其它專(zhuān)業(yè)特別是工藝專(zhuān)業(yè)進(jìn)行配合，做到既安全又經(jīng)濟(jì)。

[1]張修正.化工廠電氣手冊(cè).

[2]任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).

[3]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-2010.

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

[5]石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范SH3063—2009.