國標(biāo)和美標(biāo)在海洋平臺電氣防爆選型設(shè)計(jì)中的對比

李長偉，張永革，許建奎，蔣志鵬

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

國標(biāo)和美標(biāo)在海洋平臺電氣防爆選型設(shè)計(jì)中的對比

李長偉，張永革，許建奎，蔣志鵬

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

文章詳細(xì)介紹了海洋平臺電氣防爆設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，介紹了國標(biāo)和美標(biāo)關(guān)于爆炸危險(xiǎn)區(qū)劃分的方法以及劃分區(qū)別，對比了2種標(biāo)準(zhǔn)體系在氣體組別、溫度組別、防爆標(biāo)識中的差異。針對海洋平臺電氣防爆的具體要求，闡述了電氣防爆技術(shù)的應(yīng)用，比較了2種標(biāo)準(zhǔn)在防爆電氣設(shè)備選型中的區(qū)別。最后針對海洋平臺電氣防爆設(shè)計(jì)中現(xiàn)存的一些問題，提出了一些建議。

海洋平臺；防爆電氣設(shè)計(jì)；中國標(biāo)準(zhǔn)；美國標(biāo)準(zhǔn)

海洋平臺空間狹小，設(shè)備高度集中，揮發(fā)性可燃物質(zhì)容易堆積，并且潮濕鹽霧等作業(yè)環(huán)境惡劣，對電氣設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕性，易引發(fā)事故。近年來，石化領(lǐng)域事故頻發(fā)，海洋平臺的電氣防爆設(shè)計(jì)更加引起重視。包括我國在內(nèi)的世界多個(gè)國家和地區(qū)對防爆電氣產(chǎn)品的制造和使用采取了嚴(yán)格的管理措施，制定更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)體系。

我國的電氣防爆標(biāo)準(zhǔn)(GB 3836系列)是在IEC標(biāo)準(zhǔn)(IEC 60079系列)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國情編制修訂的。國標(biāo)的修訂頻率慢，且落后于IEC標(biāo)準(zhǔn)的更新時(shí)間。

電氣法規(guī)是北美危險(xiǎn)場所體系的基礎(chǔ)[1]。法規(guī)中規(guī)定了包括設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能、安裝方面以及危險(xiǎn)場所劃分方面的要求。從1997年開始，美標(biāo)逐步接受了國際上廣泛采用的區(qū)域劃分體系，與傳統(tǒng)的“分級劃分體系”構(gòu)成了“雙軌”并存體系[2]。

1 爆炸危險(xiǎn)區(qū)劃分

1.1 適用規(guī)范情況

IEC標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于爆炸危險(xiǎn)區(qū)劃分的標(biāo)準(zhǔn)是IEC60079-10。其采用的是Ⅰ級/區(qū)/組別(ClassⅠ/Zone/Group)加溫度、氣體組別的劃分方法。目前也是歐洲和世界多國主要采用的危險(xiǎn)區(qū)劃分規(guī)范。

1997年以前，美標(biāo)劃分危險(xiǎn)區(qū)采用的是API 500，采取的是Ⅰ級/類/組別(ClassⅠ/Division/Group)加溫度、氣體組別的劃分方法。在接受IEC標(biāo)準(zhǔn)劃分方法后，美標(biāo)API 505中，也采用Ⅰ級/區(qū)/組別(ClassⅠ/Zone/Group)加溫度、氣體組別的劃分方法。

中國海上石油開采的研究起步較晚，開展研發(fā)時(shí)多與國外合作，采用了美標(biāo)劃分方法，一直延續(xù)到現(xiàn)在。目前國內(nèi)的海洋平臺進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)劃分采用美標(biāo)API 505。在中國海洋石油總公司拓展海外業(yè)務(wù)時(shí)，會應(yīng)業(yè)主要求參照其他的標(biāo)準(zhǔn)，如GB 3836.14、IEC60079-10、API 500等。

1.2 危險(xiǎn)區(qū)劃分

API 500規(guī)定的1類包括了GB 3836.14規(guī)定的0區(qū)和1區(qū),這是一種近似對應(yīng)關(guān)系。有資料[3]顯示，0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)劃分百分比分別為2%、28%和70%，而1類、2類的劃分百分比為5%、95%。由于2區(qū)防爆技術(shù)不斷發(fā)展和日趨成熟，2區(qū)劃分區(qū)域范圍在不斷增大。在海洋平臺中，0區(qū)范圍很小，主要存在于密閉工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，大范圍存在的是1區(qū)和2區(qū)。

IEC標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)和美標(biāo)API 505將危險(xiǎn)區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域，而美標(biāo)API 500則將危險(xiǎn)區(qū)劃分為2個(gè)區(qū)域。相對而言，IEC等標(biāo)準(zhǔn)對危險(xiǎn)區(qū)劃分的更加細(xì)致。從而使得防爆電氣設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)有更多型號可以選擇，可以降低成本，提高經(jīng)濟(jì)性。

2 防爆電氣設(shè)備選型

2.1 氣體組別

爆炸性物質(zhì)分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。在國標(biāo)中，Ⅰ類物質(zhì)為煤礦瓦斯氣體；Ⅱ類為其他爆炸氣體；Ⅲ類為粉塵。其中Ⅱ類爆炸性氣體又分為A、B、C三級。美標(biāo)中，Ⅰ類物質(zhì)為爆炸性氣體，又細(xì)分為A、B、C和D四級；Ⅱ類為爆炸性粉塵；Ⅲ類物質(zhì)為纖維。

2種不同的氣體分級方法既有差異又有聯(lián)系，表1給出了兩者的對應(yīng)關(guān)系。可以看出，甲烷需要的點(diǎn)燃能量最大，ⅡC級氣體則最易被點(diǎn)燃。

表1 不同氣體分級體系對比

2.2 溫度組別

溫度組別是指防爆電氣設(shè)備本身發(fā)熱帶來的高溫，可能引燃周圍可燃性氣體而劃分的組別。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)的推薦，國標(biāo)將爆炸性氣體按其引燃溫度分為6個(gè)組別。美標(biāo)對溫度組別的劃分與IEC基本一致，只是將部分溫度組別劃分得更細(xì)。表2給出了2種分組體系與引燃溫度的對應(yīng)關(guān)系。

溫度組別劃分細(xì)致，就要求設(shè)備能夠更細(xì)致精確的控制本身溫升，要求對設(shè)備進(jìn)行更精密的設(shè)計(jì)和制造。在選型設(shè)計(jì)方面，可以更加合理、經(jīng)濟(jì)的選擇設(shè)備，降低成本。

海洋平臺的管線周圍充斥著密度較大的可燃?xì)怏w，這類氣體常見的是乙烷、汽油、硫化氫、乙炔等，所以在電氣防爆設(shè)備選型中，常見常用的溫度組別為T3級別。

2.3 電氣防爆技術(shù)的應(yīng)用

我國基于國際實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，積極致力于防爆技術(shù)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用，海洋平臺常見的防爆型式在不同防爆電氣設(shè)備中的應(yīng)用見表3。

表3 海洋平臺常見防爆型式在防爆電氣設(shè)備中的應(yīng)用

在海上防爆電氣設(shè)備中，隔爆型和增安型是最為常用的，此外，熒光燈中的鎮(zhèn)流器多采用澆封型。而正壓通風(fēng)型、引燃火花型和充油型則偶爾使用。本質(zhì)安全型則幾乎用不到。

2.4 防爆標(biāo)識

GB/IEC認(rèn)證的防爆標(biāo)識表示方法[4]：ExdⅡBT4 Gb。其中，Ex表示防爆認(rèn)證設(shè)備；d表示防爆形式為隔爆型；ⅡB表示氣體組別；T4表示溫度組別；Gb表示設(shè)備保護(hù)等級。

美標(biāo)(API 500體系和API 505體系)明確要求，在防爆標(biāo)識上注明設(shè)備適用的爆炸危險(xiǎn)區(qū)等級，如“Class Ⅰ，Division 1…”等。美標(biāo)API 500體系認(rèn)證的防爆標(biāo)識表示為：Class Ⅰ,Division 1,Group B,C,D,T6。其中，Class Ⅰ表示危險(xiǎn)場所級別；Division 1表示危險(xiǎn)場所類別；Group B，C，D表示氣體組別；T6表示溫度組別。美標(biāo)API 500體系認(rèn)證的防爆標(biāo)識也有如下表示方法：ClassⅠ,Division 2,ExdⅡBT4。

美標(biāo)API 505規(guī)定的區(qū)域劃分體系下的電氣防爆標(biāo)識為：ClassⅠ,Zone 2,AExdⅡCT5。其中，A表示設(shè)備滿足美標(biāo)要求。

2.5 防爆電氣設(shè)備選型

美標(biāo)API 500體系、API 505體系和國標(biāo)在防爆電氣設(shè)備選型上存在一定差異。表4列出了防爆型式與其適用的爆炸性區(qū)域之間的對應(yīng)關(guān)系?？梢?，在美標(biāo)API 500 體系中，一些防爆型式并沒有得到認(rèn)可，選型依據(jù)為承受的故障次數(shù)。而在API 505體系中，由于接納了IEC國際標(biāo)準(zhǔn)中的爆炸危險(xiǎn)區(qū)劃分方法，一些防爆型式的適用分區(qū)基本和國標(biāo)對應(yīng)，但也存在不同之處。

澆封型(ma)在我國國內(nèi)可以使用在0區(qū)，而美標(biāo)API 505則不允許。正壓外殼型在國標(biāo)上又分為px、py、pz型，分別應(yīng)用在不同區(qū)域，美標(biāo)中則沒有明顯區(qū)分。而pz型可以使用在美標(biāo)的1區(qū)，國標(biāo)則不允許。根據(jù)我國的實(shí)際情況，允許使用的e型設(shè)備僅限于：①在正常運(yùn)行中不產(chǎn)生火花、電弧或危險(xiǎn)高溫的接線盒或箱，包括主體為d或m型，接線部分為e型的電氣產(chǎn)品；②配有合適熱保護(hù)裝置的e型低壓異步電動(dòng)機(jī)(啟動(dòng)頻繁和環(huán)境惡劣條件除外)；③單插頭e型熒光燈。美標(biāo)則沒有區(qū)分。

在美標(biāo)API 500體系中，本質(zhì)安全型(i型)，對應(yīng)的是國標(biāo)體系中的本質(zhì)安全型的ia型，沒有本質(zhì)安全ib型，ib型在國標(biāo)體系中也僅限于使用在1區(qū)，在結(jié)構(gòu)要求上,等同于美標(biāo)API 500體系中的“非誘發(fā)火花”電路。

3 結(jié)束語

海洋平臺的開采、維修等作業(yè)中都存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合實(shí)際工作環(huán)境需求，必須對可能導(dǎo)致災(zāi)難的電氣設(shè)備進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)。世界范圍內(nèi)使用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范比較多，本文比較了國標(biāo)(以IEC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ))和美標(biāo)在海洋平臺危險(xiǎn)區(qū)劃分的不同，分析出2種標(biāo)準(zhǔn)在電氣防爆設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用情況。

在此對海洋平臺電氣防爆設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)建議。

嚴(yán)格遵守國家法律和法規(guī)，可以參照其他適合的標(biāo)準(zhǔn)。國家法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是防爆電氣設(shè)計(jì)工作的重要依據(jù)，通過對比可知，國標(biāo)比IEC等國外標(biāo)準(zhǔn)更新速度慢，在一些傳統(tǒng)工程問題、新技術(shù)、新產(chǎn)品方面，尤其是針對海洋工程電氣設(shè)計(jì)方面，國外標(biāo)準(zhǔn)更新及時(shí)，能夠解決工程中的部分缺乏設(shè)計(jì)依據(jù)的問題。因此建議在遵守國標(biāo)的前提下，結(jié)合工程實(shí)際，積極吸收國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中有益的要求，盡可能提高防爆電氣設(shè)計(jì)的安全型。

表4 防爆電氣設(shè)備選型

2) 合理、經(jīng)濟(jì)的選擇防爆電氣設(shè)備。在滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下，結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)和工程實(shí)際，合理選擇防爆型式，避免一味選擇防爆性能高的產(chǎn)品。例如不論1區(qū)還是2區(qū)都不加判斷的選擇防爆型。合理選型，不僅能降低成本，還能減輕質(zhì)量，便于現(xiàn)場安裝和維護(hù)工作。

3) 工程中關(guān)注防爆電氣設(shè)備的安裝和維護(hù)。在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮防爆設(shè)備后期維護(hù)的安全性和便利性，要注意設(shè)備空間位置擺放、角度安置等問題。如果沒有規(guī)范的安裝方法和良好的維護(hù)，即使是滿足防爆要求的電氣設(shè)備也可能會失去防爆能力，如電纜引入裝置與電纜不匹配，安裝不到位；對隔爆型設(shè)備焊接，現(xiàn)場開孔；隔爆面銹蝕，密封圈損壞；未有效接地，多余開孔未封堵或封堵不嚴(yán)等，都會對防爆性能產(chǎn)生影響。應(yīng)由專業(yè)防爆技術(shù)人員定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，確保電氣防爆安全。

[1] 寇曉光．北美防爆電氣安全體系和認(rèn)證[J]．電氣防爆，2006(4)：17-21．

[2] 李向光，付薇．淺談國內(nèi)外爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)[J]．電氣防爆，2014(4)：26-29．

[3] 徐建平．工業(yè)防爆技術(shù)與產(chǎn)品認(rèn)證體系[J] ．化工自動(dòng)化及儀表，2007,34(4)：1-8．

[4] 徐偉，邱宣振．國內(nèi)外防爆標(biāo)準(zhǔn)對照和認(rèn)證及推廣的新形式[J]．醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2007,28(2)：56-61．

In this article,the characteristic of offshore electrical explosion-proof design is described in detail,the method and difference are introduced on how to divide Chinese standard American standard about hazardous area classification,the differences are compared of gas group,temperature group and explosion-proof identification between the two systems of standard.The application is set forth of the electrical explosion-proof technology based on the requirements and the differences are compared in selecting electrical explosion-proof equipments between two standards.Some certain suggestions are given to the issues in offshore platform electrical explosion-proof design.

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李長偉(1981-)，男，山東聊城人，工程師，大學(xué)本科，主要從事海洋平臺電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.015

2015-12-28