化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境的電氣設(shè)計方法的探究

　杜　濛,馬　濤,梁興煒（.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司,山東青島　6607；.青島四方龐巴迪鐵路運輸設(shè)備有限公司,山東　青島　66）

化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境的電氣設(shè)計方法的探究

杜濛1,馬濤2,梁興煒1
（1.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司,山東青島266071；2.青島四方龐巴迪鐵路運輸設(shè)備有限公司,山東青島266111）

由于化工企業(yè)的電氣設(shè)備常處于爆炸危險環(huán)境中，其電氣設(shè)計較普通生產(chǎn)場所在安全方面有更高的要求。本文針對化工企業(yè)易爆炸危險環(huán)境的特殊性從配電設(shè)計、事故通風(fēng)、電氣設(shè)備選型、配線要求等方面進行了電氣設(shè)計方法的探究和總結(jié)。

電氣設(shè)計；易燃易爆危險環(huán)境；配電設(shè)計；事故通風(fēng)；設(shè)備選型

0　引言

化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境的電力系統(tǒng)設(shè)計要遵循以預(yù)防為主，人身和財產(chǎn)安全第一的原則。設(shè)計應(yīng)考慮到既能保證安全適用、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的設(shè)計要求，還應(yīng)具有防范危險的措施。

1　化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境的配電設(shè)計

1.1 負(fù)荷分級

對于化工企業(yè)配電設(shè)計時的負(fù)荷分級，首先要參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計規(guī)范》或GB50052-2009的規(guī)定，還要根據(jù)實際的易燃易爆環(huán)境的生產(chǎn)工藝及安全要求進行分級。一般情況，負(fù)荷劃分為一、二級負(fù)荷[1]。而需要注意：對一級負(fù)荷中斷供電會發(fā)生危險情況（如爆炸火災(zāi)、中毒泄露等）的負(fù)荷和不允許中斷供電的負(fù)荷應(yīng)劃分為特別重要負(fù)荷。如化工企業(yè)中關(guān)斷正常電源時，需處理安全停產(chǎn)所必須的應(yīng)急照明、通信系統(tǒng)、自動控制裝置等，此類特別重要負(fù)荷是化工企業(yè)配電設(shè)計中需要特別注意的對象。

1.2 供電電源的設(shè)計

化工企業(yè)大多負(fù)荷為一級負(fù)荷，配電設(shè)計時常設(shè)兩個以上獨立電源，當(dāng)一個電源故障時，另一個冗余電源可保證持續(xù)供電。對于特別重要負(fù)荷，還應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。如發(fā)電機組、蓄電池以及專用饋電線路等都是常用的應(yīng)急電源。應(yīng)急電源應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)允許的中斷供電時間來選擇：（1）最大允許中斷供電時間為毫秒級可選用UPS不間斷電源；（2）最大允許中斷供電時間為0.25S以上可選用EPS應(yīng)急電源；（3）最大允許中斷供電時間為1.5S或0.6S以上的可選用帶有自動投入裝置的專用饋電線路；（4）最大允許中斷時間為15S以上可選用快速自啟動的發(fā)電機組；（5）適用于容量不大的特別重要負(fù)荷的蓄電池電源。對于可采用直流電源直接供電的，實際設(shè)計中可根據(jù)情況稍作變動。

1.3 廠區(qū)、車間變配電所及控制室的設(shè)計

對于化工企業(yè)易燃易爆的特殊環(huán)境，廠區(qū)、車間的變配電所和控制室的設(shè)計除了必須符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求外，還要特別注意以下幾點：（1）不應(yīng)在爆炸危險的區(qū)域內(nèi)設(shè)置，正壓室可布置在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)；（2）不應(yīng)在有火災(zāi)危險區(qū)域的正上方或正下方設(shè)置；（3）在易燃物質(zhì)比空氣重的氣體環(huán)境中，設(shè)于1區(qū)、2區(qū)附近的變配電所及控制室的地面需高出室外0.6m；（4）若變配電所與易燃易爆危險區(qū)的建筑物毗鄰，設(shè)計有以下特殊要求：對于電壓等級為1～10kV的配電所可由走廊或套間與危險區(qū)建筑物連通，通向走廊或套間的門應(yīng)選用難燃體，共用隔墻應(yīng)選用密封的非燃燒體；在管道穿過墻體和樓板的位置，應(yīng)選用非燃燒性材料嚴(yán)密堵塞，且變壓器室的門窗應(yīng)能通向無火災(zāi)危險的區(qū)域。

2　化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境的電氣設(shè)備選型

2.1 防爆電氣形式分類

針對化工企業(yè)進行電氣設(shè)備選型時，首先要將爆炸危險介質(zhì)按其引燃能量、最小點燃溫度以及存在的時間周期進行分級分類。通過分級分類確定防爆設(shè)備的防爆標(biāo)志和形式。不同防爆等級的區(qū)域?qū)?yīng)不同的防爆形式，這些區(qū)域也有互相疊加的情況。我國標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)都是以最大實驗安全間隙和最小點燃電流兩個主要指標(biāo)來劃分防爆等級。而最小點燃能量也是衡量防爆等級的重要指標(biāo)，常見化工氣體在各國標(biāo)準(zhǔn)中的等級劃分如下表所示。

常見化工氣體最小點燃能量分級表

2.2 防爆電氣設(shè)備的選型

在化工企業(yè)電氣設(shè)計中，首先按照《爆炸與火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》中附錄三中給出的分組規(guī)則，根據(jù)工藝人員提出的釋放源條件和可燃物的性質(zhì)來確定危險區(qū)域的防爆電氣設(shè)備等級。在實際設(shè)計中，針對危險區(qū)域中的爆炸危險氣體并不單是一個類別的情況，需繪制防爆區(qū)域劃分圖將其區(qū)分開。例如，ⅡA、ⅡB、ⅡC級別的氣體要區(qū)分開，輕于空氣和重于空氣的介質(zhì)也要區(qū)分開。

《爆炸與火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》2.5.3條規(guī)定了爆炸危險區(qū)域中所包含的電氣設(shè)備的選型要求，所有常見的電氣設(shè)備如旋轉(zhuǎn)電機、變壓器、開關(guān)及燈具等都有相應(yīng)的選型方案。如dⅡBT4和dⅡCT6是設(shè)計中最為常用的隔爆類型電氣設(shè)備。但需要注意：在選擇防爆電氣設(shè)備時，在滿足1區(qū)、2區(qū)要求的同時，還應(yīng)滿足氣體組別及溫度組別等相關(guān)要求，以避免設(shè)計方案存在安全隱患。

2.3 其他設(shè)備選型問題

（1）化工企業(yè)的防爆廠房內(nèi)盡量不選用攜帶式或移動式設(shè)備，由于設(shè)備金屬殼體之間的碰撞、磨擦，以及落地時都可能產(chǎn)生火花。必須采用移動設(shè)備時（如檢修設(shè)備），盡量選用鋁制件。若為合金材料設(shè)備，鎂含量不得超過6%，鋁合金中鋁含量不得少于80%。另外，導(dǎo)線與設(shè)備的聯(lián)接處不得采用鍍鋅方式以避免產(chǎn)生電弧。（2）防爆廠房內(nèi)反應(yīng)釜窺視孔上方的局部照明必須采用固定安裝方式，不得采用捆扎等臨時性固定措施。（3）電氣設(shè)備選型還要注意配套問題。如設(shè)計中常出現(xiàn)的燈具是隔爆型而開關(guān)是普通型，電機是隔爆型而控制設(shè)備是增安型的情況，這樣的設(shè)計方案是不允許的，控制設(shè)備和燈開關(guān)產(chǎn)生電火花都會成為化工廠房爆炸的危險源。

3　化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境的電氣配線設(shè)計

3.1鋼管敷設(shè)和連接

化工企業(yè)爆炸環(huán)境的電氣線路主要有鋼管和電纜配線組成。鋼管必須明敷，且采用鍍鋅鋼管。鋼管連接均采用螺紋連接方式，且有效嚙合扣數(shù)不得低于6扣；在鋼管與電氣設(shè)備無法直接連接處，以及建筑物的伸縮、沉降縫的管路應(yīng)采用撓性連接管。

3.2 電纜配線

化工企業(yè)爆炸環(huán)境中的電纜配線應(yīng)遵循以下原則：（1）不同用途的電纜應(yīng)分開敷設(shè)，如照明和動力線路嚴(yán)禁合用；（2）1區(qū)及2區(qū)的電纜配線宜采用銅芯鎧裝電纜；采用鋁芯電纜時，設(shè)備連接處應(yīng)采用可靠的銅鋁接頭等過渡連接措施。（3）在管溝、通風(fēng)溝中不允許進行電纜和鋼管布線；（4）埋設(shè)的鎧裝電纜不應(yīng)有接線盒及中間接頭；（5）防爆電機、風(fēng)機等設(shè)備宜采用電纜進線方式。

另外，本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)的一次現(xiàn)場設(shè)備必須通過本安電纜連接。通過安全柵采取限流、限壓、快速切斷電路等保護方式可達到系統(tǒng)防爆的目的。

3.3 防護措施

由于防爆的需要，化工企業(yè)防爆廠房的電氣管線多為明設(shè)[2]。由于眾多的管線易形成不同的感應(yīng)電位和靜電電位。為了防止電位不平衡的金屬件之間的放電產(chǎn)生電火花，以及防止設(shè)備放電漏電對操作人員安全的危害，化工企業(yè)防爆廠房內(nèi)設(shè)計必須要采取接地防護措施。

4　　化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境事故通風(fēng)的電氣設(shè)計

4.1 可燃?xì)怏w探測器

可燃?xì)怏w探測器的工作原理如下：可燃?xì)怏w探測器是用于在探測爆炸危險氣體泄漏的設(shè)備。若探測器檢測到的氣體濃度超過了預(yù)先設(shè)定的氣體濃度閥值等級就會觸發(fā)報警，同時探測器會將報警信號傳輸至控制中心，并自動啟動該區(qū)域內(nèi)的事故排風(fēng)機，以實現(xiàn)在最短時間內(nèi)將易爆氣體濃度稀釋到爆炸下限的目的。

4.2 事故排風(fēng)機電源

很多設(shè)計者存在一個誤區(qū)，認(rèn)為由于事故通風(fēng)的重要性，排風(fēng)機電源應(yīng)為雙電源。實際上事故風(fēng)機的工作時間是火災(zāi)發(fā)生前，用以稀釋可燃?xì)怏w濃度。而當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，事故風(fēng)機作為非消防電源需被切除，避免會起到助燃的作用。

4.3 事故排風(fēng)機

化工廠房內(nèi)事故排風(fēng)的控制與保護設(shè)計必須同時兼有手動和自動功能[3]。自動功能是要求事故發(fā)生時可燃?xì)怏w探測器的報警信號能夠自動啟動所有風(fēng)機；手動功能是通過在室內(nèi)外設(shè)置啟動按鈕以保證緊急境況時可手動啟動事故區(qū)域內(nèi)的所有風(fēng)機。

設(shè)計中為了提高通風(fēng)換氣次數(shù)，常采用由多點控制且數(shù)量眾多的小功率型防爆風(fēng)機，為了節(jié)省配電柜回路，風(fēng)機控制回路常采取單回路串聯(lián)多個風(fēng)機的設(shè)計方式，且容量控制在3kw以下，這種方式即使設(shè)置熱保護繼電器，也可滿足《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》的要求。但是，雖然隔爆電機內(nèi)部爆炸不會引起電機表面溫度超標(biāo)[4]；電機匝間短路或接地故障等引起的過熱仍可至電機外殼達到引燃溫度。因此，未設(shè)置過載保護的電機發(fā)生過載時仍有爆炸的危險。而由于回路串聯(lián)風(fēng)機數(shù)量過多會影響過載保護效果，故建議串聯(lián)數(shù)量以2個為宜，既可實現(xiàn)過載保護也節(jié)約了配電柜空間。

5　結(jié)結(jié)

化工企業(yè)因其電氣設(shè)備處于爆炸危險環(huán)境的特殊性。電氣設(shè)計人員應(yīng)引起重視，遵循相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，合理選取設(shè)計方案，通過完善和優(yōu)化的設(shè)計防范措施以杜絕爆炸事故的發(fā)生。

[1]GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]張艷輪.淺談化工企業(yè)爆炸危險環(huán)境電氣設(shè)計的若干問題[J].中國化工貿(mào)易，2011(03):16-17.

[3]陸棋，胡嗣炯，夏明奎.石化工程電氣設(shè)計中的環(huán)境判據(jù)[J].電氣技術(shù)，2008(07)114-115.

[4]GB 3836.12 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 第12部分：氣體或蒸氣混合物按照其最大試驗安全間隙和最小點燃電流的分級[S].

杜濛,女,助理工程師,大學(xué)本科,研究方向: 石油化工電氣系統(tǒng)設(shè)計。