淺談爆炸性氣體環(huán)境電氣設(shè)計

李然 趙佳音

摘 要 航天制造業(yè)存在較多易燃易爆的危險環(huán)境，其生產(chǎn)工藝及控制要求較復(fù)雜，對電氣設(shè)計要求較高。本文圍繞爆炸性氣體環(huán)境爆炸產(chǎn)生時應(yīng)具備的三個條件，分析爆炸危險場所在設(shè)計時采取的電氣防護措施。首先要認真劃分好防爆區(qū)域，盡量把變電所、配電室置于安全的非防爆區(qū)；其次正確選擇爆炸危險場所用的電氣設(shè)備，做好電氣線路敷設(shè)及防雷防靜電的接地工作，并加強監(jiān)控、管理工作，從而實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 防爆區(qū)域劃分；電氣設(shè)備；線路敷設(shè)；防雷防靜電設(shè)計

概述

航天制造業(yè)存在較多易燃易爆的危險環(huán)境，其生產(chǎn)工藝及控制要求較復(fù)雜，對電氣設(shè)計要求較高。從事電氣設(shè)計人員應(yīng)嚴格遵循相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范和標準，滿足不同環(huán)境下的安全生產(chǎn)要求。

爆炸性危險環(huán)境分為爆炸性氣體環(huán)境和爆炸性粉塵環(huán)境。對于生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運或貯存過程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)下列爆炸性氣體混合物環(huán)境之一時，應(yīng)進行爆炸性氣體環(huán)境的電力設(shè)計：

1、在大氣條件下、易燃氣體、易燃液體的蒸汽或薄霧等易燃物質(zhì)與空氣混合形成爆炸性氣體混合物；

2、閃點低于或等于環(huán)境溫度的可燃液體的蒸汽或薄霧與空氣混合物形成爆炸性氣體混合物；

3、在物料操作溫度高于可燃液體閃點的情況下，可燃液體有可能泄露時，其蒸氣與空氣混合形成爆炸性氣體混合物

對于生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運或貯存過程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)下列爆炸性粉塵、可燃性導電粉塵、可燃性非導電粉塵和可燃纖維與空氣形成的爆炸性粉塵混合物環(huán)境時，應(yīng)進行爆炸性粉塵環(huán)境的電力設(shè)計。

本文主要結(jié)合航天某所輔料庫設(shè)計簡要分析爆炸性氣體危險環(huán)境的電氣設(shè)計過程。

2 防爆區(qū)域劃分

氣體爆炸危險場所產(chǎn)生爆炸時應(yīng)同時具備三個條件，即：⑴存在爆炸危險介質(zhì)（易燃氣體、易燃液體的蒸氣或薄霧等）；⑵該介質(zhì)的濃度達到了爆炸范圍；⑶存在引爆條件，即存在足以點燃爆炸性混合物的火花等。防止爆炸的基本措施就是使爆炸的三個條件不得同時出現(xiàn)，并嚴格控制在安全的范圍。

工藝設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合具體工藝流程及要求對廠房進行合理的功能劃分。在劃分防爆區(qū)域和非防爆區(qū)域時，各專業(yè)要相互配合，在防止或抑制爆炸危險方面采取有效措施。對于電氣專業(yè)防止爆炸危險發(fā)生的最有效的防護措施之一就是盡量使電氣設(shè)備置于不具有爆炸危險的場所。在航天某所輔料庫設(shè)計中配電室如何置于安全的非防爆區(qū)域為設(shè)計初期考慮的關(guān)鍵問題。

航天某所輔料庫在設(shè)計初期，由工藝專業(yè)設(shè)計人員按照《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB 50058-2014明確爆炸性氣體危險環(huán)境等級，具體劃分如下：

0區(qū)：存在長期釋放或短時頻繁釋放的釋放源的區(qū)域

1區(qū)：存在正常運行時周期或偶爾釋放的釋放源的區(qū)域

2區(qū)：存在在正常運行下不會釋放，即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源的區(qū)域

按照爆炸性氣體釋放情況，工藝專業(yè)設(shè)計人員確定航天某所輔料庫爆炸性氣體危險環(huán)境為2區(qū)，主要氣體為氫氣、乙炔等。

該輔料庫設(shè)置配電室，為了將配電室置于安全的非防爆區(qū)域，房間功能劃分主要從以下幾個方面進行考慮：

航天某所輔料庫中有固體庫房房間，固體庫房內(nèi)無易燃易爆物質(zhì)、無腐蝕性物質(zhì)，把固體庫房（無易燃易爆物質(zhì)）放在配電間和易燃易爆房間之間，利用固體庫房起隔離作用，從而降低防爆等級，使配電室位于非防爆區(qū)域；

該輔料庫內(nèi)的爆炸性氣體危險區(qū)域為2區(qū)。根據(jù)《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB 50058-2014中附錄B第13條無釋放源的生產(chǎn)裝置區(qū)與通風不良的且有第二級釋放源的爆炸性氣體環(huán)境相鄰，并用非燃燒體的實體墻隔開，其爆炸危險區(qū)域的范圍劃分，宜符合下列規(guī)定

當易燃物質(zhì)重于空氣時，以釋放源為中心，半徑為15m的范圍內(nèi)劃分為2區(qū)；

當易燃物質(zhì)輕于空氣時，以釋放源為中心，半徑為4.5m的范圍內(nèi)劃分為2區(qū)

根據(jù)工藝條件可知該輔料庫中氫氣、乙炔輕于空氣；乙醇、汽油、煤油和柴油揮發(fā)的氣體重于空氣，通過合理劃分將配電室置于非防爆區(qū)域，且配電室的門向外開啟。具體房間功能劃分見下圖示意

將變電所、配電室置于非防爆區(qū)域不僅有利于電氣設(shè)備的選型、節(jié)約投資，而且有利于安全生產(chǎn)。

3 防爆區(qū)域電氣設(shè)備選型

氣體爆炸危險區(qū)域所用的防爆電氣設(shè)備，在運行過程中應(yīng)具備不引燃周圍爆炸性混合物的性質(zhì)。滿足上述要求的電氣設(shè)備可制成隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型、正壓型等類型。防爆場所選用的電氣設(shè)備要根據(jù)爆炸危險環(huán)境等級及易燃易爆物的級別和組別，采用相應(yīng)類型或高于相應(yīng)級別和組別的電氣設(shè)備，且必須符合國家有關(guān)規(guī)范、標準，經(jīng)國家檢驗部門檢驗合格的產(chǎn)品。

航天某所輔料庫內(nèi)的爆炸危險區(qū)域為2區(qū)，為了保證輔料庫安全，按照易燃易爆物質(zhì)的級別和組別，在易燃易爆區(qū)域僅設(shè)置相應(yīng)的隔爆燈具、隔爆開關(guān)以及隔爆按鈕等，不設(shè)置任何能產(chǎn)生明火花的配電箱、插座等。

按照爆炸性氣體混合物引燃溫度分組，輔料庫中的氫氣、乙炔、乙醇、汽油、煤油和柴油引燃溫度分組具體如下

4 防爆區(qū)域線路敷設(shè)

爆炸危險場所的動力、照明線路采用銅芯電纜，且電氣線路應(yīng)在爆炸危險性較小的環(huán)境或遠離釋放源的地方敷設(shè)。當易燃物比空氣重時，電氣線路應(yīng)在較高處敷設(shè)或直接埋地；架空敷設(shè)時宜采用電纜橋架；電纜溝敷設(shè)時溝內(nèi)應(yīng)充砂，并宜設(shè)置排水措施；當易燃物比空氣輕時，電氣線路宜在較低處敷設(shè)或電纜溝敷設(shè)。電氣線路宜在有爆炸危險的建、構(gòu)筑物的墻外敷設(shè)。敷設(shè)電氣線路的溝道、電纜或鋼管所穿過的不同區(qū)域之間墻或樓板處的孔洞，應(yīng)采用非燃性材料嚴密堵塞。

5 防雷防靜電設(shè)計

防雷防靜電接地對于爆炸危險場所的安全生產(chǎn)十分重要。

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，根據(jù)建筑物的重要性、生產(chǎn)性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果分析，航天某所輔料庫按二類防雷建筑物進行防雷設(shè)計。

建筑物采取防直擊雷和雷電波侵入的措施：

⑴沿建筑物屋頂女兒墻敷設(shè)φ10熱浸鋅圓鋼，并在屋面采用25×4的熱浸鋅扁鋼組成不大于10m×10m或 12m×8m 的網(wǎng)格；

⑵設(shè)置接閃帶與接閃網(wǎng)混合組成接閃器，將本建筑物所有突出屋面的排放爆炸危險性氣體、蒸汽的放散管、呼吸閥、排風管等的管口外的危險區(qū)域置于接閃器的保護范圍內(nèi)。

⑶所有突出屋面的排放無爆炸危險性氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管等均與屋面防雷裝置相連。

⑷利用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)截面積總和不小于1根直徑10mm鋼筋的截面積的主筋（鋼結(jié)構(gòu)柱）作防雷引下線并與基礎(chǔ)接地相連，引下線之間距離不大于18m。

⑸利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地裝置，外部防雷、防閃電感應(yīng)、內(nèi)部防雷的接地裝置與電氣和電子系統(tǒng)的接地裝置共用，共同利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地裝置；

⑹建筑構(gòu)件內(nèi)連接箍筋及鋼筋之間必須連接成電氣通路。

⑺建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬物和突出屋面的放散管、風管等金屬物均應(yīng)就進與防雷裝置或共用接地裝置連接。

⑻防閃電感應(yīng)的接地干線與接地裝置的連接不少于2處；

⑼外墻內(nèi)、外豎直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的頂端和底端應(yīng)與防雷裝置等電位聯(lián)結(jié)。

航天某所輔料庫低壓系統(tǒng)工作接地、低壓線路保護接地、防雷接地、防靜電接地等共用一個接地裝置，接地電阻不大于1Ω。采用TN-C-S接地系統(tǒng)。

爆炸危險區(qū)域內(nèi)沿墻明敷接地扁鋼，除按要求實施等電位聯(lián)結(jié)以外，所有進入該區(qū)域的設(shè)備金屬外殼均須與接地扁鋼可靠連接。

6 防爆區(qū)域監(jiān)控、管理工作

為了方便管理人員實時對防爆區(qū)域爆炸性氣體釋放情況進行監(jiān)控和管理，降低爆炸性危險環(huán)境事故發(fā)生率，應(yīng)在爆炸性氣體危險環(huán)境設(shè)置可燃氣體探測器和事故排風機，當可燃氣體濃度達到爆炸下限的25%時，可燃氣體探測器發(fā)出報警信號，連鎖啟動相應(yīng)的事故排風機。并將報警信號上傳至火災(zāi)報警控制器。

另外應(yīng)在爆炸性氣體環(huán)境的房間外設(shè)置聲光報警器，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)接收到可燃氣體探測器發(fā)出報警信號時，可顯示報警部位并發(fā)出聲光報警。及早疏散工作人員，采取保護措施，從而減少爆炸危險出現(xiàn)時對人員的傷害，做到防患于未然。

7 小結(jié)

以上是在結(jié)合航天某所輔料庫項目的基礎(chǔ)上對氣體爆炸危險環(huán)境電氣設(shè)計的幾點認識。在實際設(shè)計過程中，還需要工藝、建筑、通風等多個專業(yè)之間的溝通、協(xié)調(diào)和配合。

對于爆炸性氣體危險場所的設(shè)計，電氣設(shè)計人員先要明確其工藝要求，及時和工藝、建筑設(shè)計人員溝通，按照規(guī)范要求進行防爆電氣設(shè)計，并對暖通專業(yè)設(shè)計人員提出相關(guān)要求，在易燃易爆區(qū)域設(shè)置可燃氣體探測器，實現(xiàn)防爆場所內(nèi)通風設(shè)備與濃度報警器連鎖，盡量降低危險環(huán)境等級。