淺析爆炸性危險環(huán)境中電、儀設(shè)備的選型及設(shè)計

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設(shè)計院有限公司，遼寧大連 116023)

淺析爆炸性危險環(huán)境中電、儀設(shè)備的選型及設(shè)計

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設(shè)計院有限公司，遼寧大連 116023)

針對石油化工項目的基本特點，簡要說明了爆炸性危險區(qū)域的劃分原則，分析了爆炸性危險環(huán)境中電氣、儀表設(shè)備的選型及設(shè)計問題，討論了設(shè)計階段對于爆炸性危險環(huán)境所應(yīng)當(dāng)采取的防護措施，同時對易燃易爆事故的危險性后果進行了論述，以提高石油化工企業(yè)對易燃易爆危險環(huán)境的安全意識和水平。

爆炸性環(huán)境；區(qū)域劃分；電儀設(shè)備；選型；設(shè)計

在我國石油化工行業(yè)中，具有易燃易爆危險性質(zhì)的工藝流程占據(jù)了很大一部分，高度的易燃易爆危險性決定了項目建設(shè)的各個參與方對爆炸性危險環(huán)境中電氣、儀表等設(shè)備選型及設(shè)計的高度重視。本文針對石油化工行業(yè)生產(chǎn)、儲存及運輸過程的鮮明特點，剖析了易燃易爆事故的危險性后果，從幾個方面重點討論了石油化工項目在設(shè)計階段對處于的爆炸性危險環(huán)境所應(yīng)當(dāng)采取的防護措施，最大程度上保障易燃易爆生產(chǎn)裝置的安全運行，將易燃易爆事故的危險性后果降低到最低限度，確保石油化工企業(yè)的長期可持續(xù)安全穩(wěn)定發(fā)展。

1 爆炸性環(huán)境

所謂爆炸性環(huán)境，是指在正常的大氣條件下，具有可燃特點的物質(zhì)以氣體、蒸氣等形式與空氣混合在一起，形成可燃混合物，達到點燃條件后，可以持續(xù)燃燒并傳播的一種危險環(huán)境。

在石油化工建設(shè)項目中，爆炸性環(huán)境主要以危險氣體的形式或危險蒸氣的形式存在，例如合成氨項目中的氣化工段、低溫甲醇洗工段等。主要分為以下幾類：

1)在正常的大氣條件下，具有可燃性質(zhì)的氣體與空氣混合，進而形成具有爆炸性危險的氣體混合物；

2)當(dāng)閃點位于環(huán)境溫度以下，具有可燃性質(zhì)的液體所產(chǎn)生的蒸氣，與空氣相混合，形成具有爆炸危險的氣體混合物；

3)當(dāng)投料的操作溫度大于可燃性質(zhì)液體閃點的情況下，當(dāng)發(fā)生有可能泄漏的情況時，具有可燃性質(zhì)的液體所產(chǎn)生的蒸氣與空氣相混合，進而形成具有爆炸性危險的氣體混合物。

2 爆炸性環(huán)境危險區(qū)域的劃分原則

2.1 爆炸性氣體環(huán)境的危險區(qū)域劃分

按照《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 50058-2014)，對于爆炸性氣體環(huán)境的危險區(qū)域，做出如下的劃分依據(jù)：

區(qū)域特征0區(qū)通常情況下,連續(xù)釋出或長期釋出并產(chǎn)生爆炸性氣體混合物的危險環(huán)境1區(qū)正常運行的情況下,有可能產(chǎn)生爆炸性氣體混合物的危險環(huán)境2區(qū)正常運行的情況下,不可能產(chǎn)生爆炸性氣體混合物的危險環(huán)境,亦或即便是產(chǎn)生也僅僅存在于較短時間內(nèi)的爆炸性氣體混合物的危險環(huán)境

2.2 爆炸性粉塵環(huán)境的危險區(qū)域劃分

通過查詢《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 50058-2014)可知，可將爆炸性粉塵環(huán)境的危險區(qū)域劃分原則做如下規(guī)定：

區(qū)域特征20區(qū)在正常情況下,空氣中存在的具有可燃性質(zhì)的粉塵云,連續(xù)地或長時間地存在于爆炸性危險環(huán)境中的相關(guān)區(qū)域中21區(qū)在正常生產(chǎn)過程中,空氣中存在的具有可燃性質(zhì)的粉塵云,有可能偶爾出現(xiàn)在具有爆炸性危險環(huán)境的相關(guān)區(qū)域中22區(qū)在正常情況下,空氣中存在的具有可燃性質(zhì)的粉塵云,通常情況下不可能存在于具有爆炸性粉塵危險環(huán)境中的相關(guān)區(qū)域中,亦或是即使存在,其所持續(xù)的時間也是較為短暫的

一般情況下，20區(qū)的相關(guān)范圍主要有：粉塵云具有連續(xù)生產(chǎn)性質(zhì)的管道、工藝生產(chǎn)和相關(guān)工藝設(shè)備的內(nèi)部區(qū)域，當(dāng)粉塵儲存容器的外部，有可能長期連續(xù)存在于爆炸性粉塵危險環(huán)境時，就可以劃分為20區(qū)。

而21區(qū)的范圍劃分，通常與一級釋放源有關(guān)，同時按照以下規(guī)定進行劃分：

1)具有一級釋放源的相關(guān)粉塵生產(chǎn)儲存設(shè)備，其內(nèi)部就可確定為21區(qū)；

2)具有一級釋放源的設(shè)備外部的相關(guān)場所，該部分區(qū)域的范圍應(yīng)該限制粉塵總量、粉塵釋放的速率、粉塵顆粒的大小和投料的濕度等參數(shù)，同時應(yīng)考慮引起釋放的大部分條件。若受氣候相關(guān)的影響，在建筑物的外部場所，可考慮減小21區(qū)的劃分范圍；同時，21區(qū)的劃分范圍，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)距離釋放源附近1 m進行確定。

3 爆炸性環(huán)境中電氣、儀表設(shè)備的選型及設(shè)計

3.1 電氣、儀表設(shè)備的選型

在爆炸性危險環(huán)境中，電氣、儀表設(shè)備的選型應(yīng)遵循防爆原則，需嚴(yán)格按照現(xiàn)行的國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備 通用要求》(GB 3836.1-2010)進行選型。

目前，我國的防爆等級標(biāo)志形式如下：

圖1 防爆等級標(biāo)志

1)防爆原理

防爆原理主要有以下幾種類型：

防爆原理代號隔爆外殼增安型本質(zhì)安全型正壓外殼型

油浸型充砂型“n”型電氣設(shè)備澆封型

在爆炸性危險環(huán)境中，電氣設(shè)備可劃分為Ⅰ類電氣設(shè)備、Ⅱ類電氣設(shè)備和Ⅲ類電氣設(shè)備。

Ⅰ類電氣設(shè)備，通常使用于產(chǎn)生煤礦瓦斯氣體的危險環(huán)境中；

Ⅱ類電氣設(shè)備，通常存在于除了煤礦瓦斯氣體之外，其他的爆炸性氣體危險環(huán)境；

Ⅱ類電氣設(shè)備，一般詳細(xì)劃分如下：ⅡA(具有代表性的氣體：丙烷)、ⅡB(具有代表性的氣體：乙烯)和ⅡC(具有代表性的氣體：氫氣)；

Ⅲ類電氣設(shè)備，通常應(yīng)用于除煤礦以外的其它爆炸性粉塵的危險環(huán)境；

Ⅲ類電氣設(shè)備，一般詳細(xì)劃分如下：ⅢA(具有代表性物質(zhì)：可燃性飛絮)、ⅢB(具有代表性物質(zhì)：非導(dǎo)電性粉塵)和ⅢC(具有代表性物質(zhì)：導(dǎo)電性粉塵)

3)引燃溫度級別

一般情況下，按照正常生產(chǎn)環(huán)境中的爆炸性氣體被引燃的溫度進行分類，引燃溫度可以劃分為以下組別：

大型系統(tǒng)或者管徑在DN150及DN150以上時，排氣裝置宜采用集氣罐與自動排氣閥結(jié)合的形式，以利于更好地收集管路中的氣體并及時排出。也可以使用大排氣量的自動排氣閥來實現(xiàn)這一功能。大排氣量自動排氣閥的材質(zhì)應(yīng)為黃銅，排氣控制零件一般為浮球。

組別引燃溫度tT1組450℃

根據(jù)以上所述，設(shè)計人員在進行施工圖設(shè)計的過程中，對于爆炸性危險環(huán)境中的電氣、儀表設(shè)備的選型工作，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行，以確保石油化工生產(chǎn)裝置能夠更加安全穩(wěn)定地運行。

3.2 電纜的敷設(shè)

在石油化工項目中，防爆區(qū)域與非防爆區(qū)域是共存且劃分明確的，但電纜的敷設(shè)卻是連續(xù)的，時常會穿梭敷設(shè)于防爆區(qū)域與非防爆區(qū)域中，為了預(yù)防爆炸性危險環(huán)境中的易燃易爆氣體或粉塵沿電纜敷設(shè)管線或建筑孔洞四處傳播，進而引發(fā)連環(huán)爆炸性安全事故，設(shè)計人員在施工圖設(shè)計的過程中，應(yīng)該對電纜敷設(shè)管線的交接面或建筑孔洞等位置設(shè)計嚴(yán)密的密封措施，嚴(yán)防易燃易爆氣體或粉塵傳播。

同時，對于連接電動機的進線電纜，一般情況下采取穿不銹鋼防爆撓性連接管進行防爆，例如在合成氨項目中的氣化工段，所有電動機的進線電纜都應(yīng)該按要求穿不銹鋼防爆撓性連接管，從而達到了防爆以及防機械損傷的要求。

3.3 接線箱的設(shè)計

在防爆區(qū)域內(nèi)，普通的接線箱無法達到防爆的要求，此時就要選擇防爆接線箱。防爆接線箱應(yīng)嚴(yán)格做好接地連接，包括防爆接線箱的內(nèi)外，同時引入接線箱的電纜應(yīng)確保達到密封要求，可以通過防爆密封圈及防爆密封墊圈進行防爆密封，從而達到良好的防爆效果。

3.4 應(yīng)急照明設(shè)計

在爆炸性危險環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)范要求設(shè)置防爆應(yīng)急電源照明，其維持工作時間至少應(yīng)當(dāng)達到90 min，且應(yīng)獨立設(shè)計供配電線路以及控制開關(guān)，在正常供電電源發(fā)生故障時應(yīng)可以自動轉(zhuǎn)換投入工作。

依據(jù)應(yīng)急照明系統(tǒng)的負(fù)荷大小和轉(zhuǎn)換時間、最小持續(xù)工作時間等要求，同時考慮到供配電系統(tǒng)由于高、低壓電源之間進行切換所需要的時間無法保證，因此應(yīng)急備用電源采用蓄電池是非常必要的，且采用正常市電配套蓄電池應(yīng)急燈是目前比較可靠、且又具有經(jīng)濟性的方案。

3.5 靜電接地設(shè)計

石油化工項目的生產(chǎn)、儲存和運輸過程中，設(shè)備、儲罐及管道等設(shè)施均會產(chǎn)生靜電，極有可能對項目的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，尤其是在石油化工等易燃易爆危險環(huán)境中。因此，在施工圖設(shè)計過程中，設(shè)備的外殼、儲罐的各種金屬部件、管道外壁等均應(yīng)設(shè)置可靠的靜電接地措施。

4 結(jié) 語

伴隨著我國石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展，“以人為本”的安全生產(chǎn)理念正得到越來越多的重視，尤其是在爆炸性危險環(huán)境中，采取可靠的防爆設(shè)計措施已成為預(yù)防爆炸性危害后果的首要措施，而電氣、儀表設(shè)備的選型及設(shè)計是防爆措施中的重要部分，電氣及儀表專業(yè)的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行防爆設(shè)計，以保證石油化工項目的安全穩(wěn)定運行，將爆炸性危害后果降低到最低程度。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊(第三版)[M].北京：中國電力出版社，2005

[2] GB 50058-2014爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范[S]

[3] GB 3836.1-2010爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求[S]

TQ086.3

B

1005-8370(2017)02-25-03

2017-02-15

欒家斌(1986—)，沈陽化工學(xué)院畢業(yè)，電氣工程及其自動化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師，現(xiàn)就職于中昊(大連)化工研究設(shè)計院有限公司工程開發(fā)設(shè)計部。