海上平臺(tái)防爆電氣設(shè)備的選型與安裝

(中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300131)

0 引言

石油作為基礎(chǔ)戰(zhàn)略物資受到各國的高度重視，隨著陸上石油逐漸短缺，海上油氣的開采變得至關(guān)重要[1]。海洋有著豐富的油氣資源，由于科技的進(jìn)步以及勘探技術(shù)的不斷提高，海洋石油產(chǎn)量在我國原油產(chǎn)量的比重逐年提高。海上石油開采不同于陸上采油，首先，開采成本高，一旦發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失；其次，距離陸地較遠(yuǎn)，發(fā)生事故后，很難組織及時(shí)有效的救援[2]。因此保證海上平臺(tái)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)運(yùn)行是至關(guān)重要的。

危險(xiǎn)化學(xué)品作業(yè)場所防爆電氣設(shè)備安全是保證海洋平臺(tái)安穩(wěn)運(yùn)營的重要組成部分。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局在《危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施目錄》中明確將防爆電氣設(shè)備、裝備和采取的安全措施列為預(yù)防事故安全設(shè)施[3]?！吨腥A人民共和國安全生產(chǎn)法》第三十四條規(guī)定：生產(chǎn)經(jīng)營單位使用的危險(xiǎn)物品的容器、運(yùn)輸工具，以及涉及人身安全、危險(xiǎn)性較大的海洋石油開采特種設(shè)備和礦山井下特種設(shè)備，必須按照國家有關(guān)規(guī)定，由專業(yè)生產(chǎn)單位生產(chǎn)，并經(jīng)具有專業(yè)資質(zhì)的檢測、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測、檢驗(yàn)合格，取得安全使用證或者安全標(biāo)志，方可投入使用。這充分表明國家對(duì)電氣防爆安全是極其重視的。對(duì)于生產(chǎn)經(jīng)營者來說，爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的防爆電氣設(shè)備的合理選用與正確安裝是保證平臺(tái)安全生產(chǎn)運(yùn)行的基本條件。

1 危險(xiǎn)區(qū)域劃分

防爆電氣的選型要依據(jù)有資質(zhì)的設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖(HAZARDOUS AREA)。要想經(jīng)濟(jì)合理的選用防爆電氣設(shè)備，就必須了解爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分依據(jù)。IEC(國際電工委員會(huì))、NEC(美國電氣規(guī)范)和國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 3836.14—2000、GB 50058—2014)對(duì)爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分、范圍和爆炸性氣體混合物的分級(jí)分組都做出了詳細(xì)的說明。我國采用標(biāo)準(zhǔn)等同于IEC標(biāo)準(zhǔn)，而NEC規(guī)范與IEC標(biāo)準(zhǔn)有一定的區(qū)別，因此精確了解海洋石油平臺(tái)的危險(xiǎn)區(qū)域劃分是十分重要的。IEC標(biāo)準(zhǔn)指出，依照爆炸性氣體的存在情況(出現(xiàn)頻率和持續(xù)時(shí)間)，可將危險(xiǎn)區(qū)域劃分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)[4]。根據(jù)海上石油平臺(tái)的特殊狀況，國內(nèi)在新建立平臺(tái)時(shí)常常最先依照以美國為代表的北美體系標(biāo)準(zhǔn)(NEC500)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分為DIVISION1、DIVISION2，分別對(duì)應(yīng)著IEC的0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)，氣體類別劃分為GROUP A、B、C和D。NEC500系列標(biāo)準(zhǔn)和IEC系列標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于爆炸性氣體環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的差異見表1。

表1 NEC500系列標(biāo)準(zhǔn)和和IEC系列標(biāo)準(zhǔn)差異

石化行業(yè)(石油、海洋石油、石油化工、化學(xué)工業(yè))中危險(xiǎn)化學(xué)品作業(yè)場所存在的的易燃易爆氣體/蒸汽類型繁雜(世界上現(xiàn)有定性的4000余種左右，其中定量的有1900余種)[5]。海上平臺(tái)存在的危險(xiǎn)化學(xué)品主要包括:天然氣(主要成分甲烷)等。值得注意的是海上平臺(tái)的電池間劃分為GROUPB級(jí)別氣體，對(duì)應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)的是ⅡC氫氣，在選型時(shí)要特別注意下，ⅡB類、ⅡA類設(shè)備都不可以在電池間內(nèi)使用。

2 防爆電氣設(shè)備選型

2.1 防爆電氣設(shè)備基本概念

防爆電氣設(shè)備是指：在爆炸危險(xiǎn)場所安全運(yùn)行的所有帶電設(shè)備[6]。防爆電氣設(shè)備的分類：I類：煤礦用防爆電氣設(shè)備；Ⅱ類：除煤礦用以外的電氣設(shè)備(包括海上平臺(tái))；Ⅲ類：粉塵環(huán)境，用“DIP”表示。由于防爆電氣設(shè)備種類的繁多，電氣設(shè)備的防爆型式也有許多種，下面主要列出海上平臺(tái)常見的防爆的型式和所執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)[6-10]見表2。

表2 防爆型式和對(duì)應(yīng)執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)

其中GB 3836.1—2010《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用要求》[6]規(guī)定的是各種防爆結(jié)構(gòu)類型電氣設(shè)備所共同需要遵守的技術(shù)指標(biāo)。這些技術(shù)條款約束著它們共性的潛在危險(xiǎn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容除非被其它專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修改或補(bǔ)充。

2.2 防爆電氣設(shè)備選型問題

海上平臺(tái)發(fā)生的爆炸和火災(zāi)事故大部分是由電氣設(shè)備的選型、安裝或使用不符合標(biāo)準(zhǔn)要求造成的，在進(jìn)行采購防爆電氣設(shè)備時(shí)首先要確定使用場所的危險(xiǎn)區(qū)域類別，判斷是Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類場所[11]，海上平臺(tái)通常是Ⅱ類爆炸環(huán)境，在檢查時(shí)通常會(huì)發(fā)現(xiàn)Ⅰ類防爆電氣設(shè)備使用在海上平臺(tái)，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，如圖1所示，Ⅱ類爆炸性環(huán)境選用Ⅰ類防爆電話。

圖1 某海上平臺(tái)防爆電話機(jī)

由于采購人員的專業(yè)技術(shù)能力有限，往往是采購到非防爆電氣設(shè)備或者是假的防爆電氣設(shè)備，如圖2、圖3所示。因此在采購時(shí)首先注意設(shè)備銘牌是否具有防爆標(biāo)志和防爆合格證編號(hào)，可在發(fā)證機(jī)構(gòu)的網(wǎng)站上查詢防爆合格證是否有效。

圖3 防爆合格證號(hào)

上文提到過的ⅡC級(jí)環(huán)境中使用ⅡB類設(shè)備，也是常見問題，在海上平臺(tái)的電池間應(yīng)該特別注意如圖4所示。

圖4 ⅡB類船用防爆燈使用在ⅡC環(huán)境中

在進(jìn)行防爆設(shè)備選型時(shí)還要注意的防爆合格證有效期為5年，通常是發(fā)證的年份加上5小于產(chǎn)品生產(chǎn)日期即可，若防爆設(shè)備防爆合格證失去效力，應(yīng)按規(guī)定重新取證。

3 防爆電氣設(shè)備安裝

防爆電氣設(shè)備需依照不同防爆原理特征和有關(guān)安裝標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確安裝。因此在海上平臺(tái)建造初期，危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)防爆電氣設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照GB 3836.15—2000《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備第15部分-危險(xiǎn)場所電氣安裝(煤礦除外)》[12]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝。由于海上平臺(tái)作業(yè)環(huán)境有限，一旦建成再去整改，會(huì)影響平臺(tái)正常的生產(chǎn)運(yùn)行，還會(huì)消耗巨大的人力、物力和財(cái)力。下面介紹現(xiàn)場檢查時(shí)常遇到不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的安裝誤區(qū)。

(1)引入口處無密封圈，安裝時(shí)用填料封堵

某些施工作業(yè)人員為圖方便，在電纜穿過設(shè)備引入口后，常把防爆電氣設(shè)備引入口處的密封圈直接丟棄，改用阻火膠泥來堵塞如圖5所示，并以為可以阻止外部爆炸性氣體進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部從而起到防爆的作用。其實(shí)不然，首先隔爆型電氣設(shè)備引入口處密封圈有兩個(gè)作用，一是夾緊電纜，防止電纜拔脫；二是實(shí)現(xiàn)引入口處致密封堵，防止內(nèi)部產(chǎn)生爆炸產(chǎn)生的火焰向外界擴(kuò)散。通常阻火膠泥為軟膠泥，不能起到隔離密封的作用，因此不能當(dāng)作密封填料來使用。正確的安裝方法為：補(bǔ)齊對(duì)應(yīng)的密封圈、墊圈，密封圈的內(nèi)徑與電纜外護(hù)套外徑的配套符合要求(建議允許差值為±1mm)。重新接線，電纜護(hù)套穿入壓緊元件、墊圈、密封圈后，旋緊壓緊元件，彈性密封圈壓緊后，應(yīng)該可以將電纜沿圓周均勻地被擠緊。

圖5 引入口處無密封圈

(2)引入口與鋼管直接相連，沒有過度壓緊元件

在海上平臺(tái)進(jìn)行防爆電氣設(shè)備現(xiàn)場檢查時(shí)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)組、撬裝和二氧化碳滅火系統(tǒng)采用鋼管布線系統(tǒng)，針對(duì)這種布線系統(tǒng)，引入口穿一根電纜時(shí)，引入口處應(yīng)加一個(gè)過度壓緊元件再連接鋼管，連接有困難處可以增加活接頭；內(nèi)穿多根到導(dǎo)線或電纜時(shí)，需在點(diǎn)燃源外殼的450mm范圍內(nèi)安裝設(shè)置隔離密封盒[13]。

GB 50058—2014要求鋼管與設(shè)備引入口連接，有效嚙合不小于5扣，而施工人員現(xiàn)場通過套絲機(jī)制作出來的鋼管外螺紋多為錐形，并與設(shè)備引入口直接連接，不能符合與設(shè)備引入口內(nèi)螺紋有效嚙合扣數(shù)的要求，只要隔爆型防爆電氣設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生火花，并點(diǎn)燃可能通過隔爆接合面進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的爆炸性氣體，造成設(shè)備內(nèi)部發(fā)生爆炸，未壓緊的橡膠密封圈可能承受不了爆炸時(shí)產(chǎn)生的壓力，導(dǎo)致爆炸時(shí)產(chǎn)生的火焰進(jìn)入到設(shè)備外部，因而引起更大范圍的爆炸產(chǎn)生，后果將不堪設(shè)想。所以在鋼管布線系統(tǒng)中，應(yīng)該在鋼管與設(shè)備引入口中間加裝防爆過渡壓緊元件，達(dá)到壓緊密封圈的效果。

圖6 引入口與鋼管直接連接

(3)外殼上存在改裝的電纜引入口

在安裝施工過程中，最常見的就是：由于進(jìn)線引入口不夠，擅自在隔爆控制箱外殼上自行開孔進(jìn)線，如圖7所示某平臺(tái)振動(dòng)篩房內(nèi)隔爆型電氣控制箱，私自在外殼上開孔進(jìn)線。施工人員誤認(rèn)為增加引入口不會(huì)影響設(shè)備整體防爆安全，然而事實(shí)上，在設(shè)備外殼開孔，孔處達(dá)不到隔爆螺紋要求，一旦內(nèi)部發(fā)生爆炸，火焰會(huì)沿著開孔處向外傳播。

防爆電氣設(shè)備改動(dòng)后需將改動(dòng)的圖紙和相關(guān)說明交到原檢驗(yàn)單位備案，重新審查和檢驗(yàn)合格后，方能再次進(jìn)行使用。

圖7 設(shè)備外殼上存在改裝的電纜引入口

對(duì)于海上平臺(tái)來說，防爆電氣設(shè)備安裝不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致巨大的安全隱患，而且非常容易引起使用者的麻痹意識(shí)。安裝問題通常是安裝人員造成的，可從兩方面把控風(fēng)險(xiǎn)，一是在平臺(tái)建造初期，從到貨驗(yàn)收到安裝調(diào)試，請(qǐng)有資質(zhì)的防爆電氣檢測人員進(jìn)行全方面把關(guān)；二是提高安裝施工人員的防爆電氣設(shè)備安裝施工水平，這就要加強(qiáng)對(duì)安裝人員定期進(jìn)行防爆知識(shí)相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)或繼續(xù)教育，實(shí)施從業(yè)企業(yè)和人員的資質(zhì)考評(píng)制度，從而規(guī)范防爆電氣安裝；同時(shí)還要建立全面科學(xué)、合理、有效的管理體系，規(guī)范安裝流程，加強(qiáng)安裝監(jiān)管，避免安裝人為因素造成的安裝缺陷所導(dǎo)致的防爆電氣設(shè)備性能降低或失效。

4 結(jié)語

本文主要介紹了海上平臺(tái)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)防爆電氣設(shè)備在選型和安裝時(shí)常見的一些問題和誤區(qū)，因此在平臺(tái)建造初期應(yīng)該建立一套完整的防爆電氣管理體系，從選型、安裝、使用和維護(hù)都進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)在用防爆電氣設(shè)備全壽命周期安全管理的科學(xué)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，并同時(shí)增加人員培訓(xùn)，提高專業(yè)技能，從而最大限度確保了防爆電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

[1] 陳進(jìn)娥，何順利，劉廣峰.我國海洋石油勘探開發(fā)裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā)，2012(2)：67-71.

[2] 殷紅.海上平臺(tái)防爆電氣設(shè)備常見問題淺析[J].電氣防爆，2013(1):38-42.

[3] 徐剛.論防爆電氣設(shè)備選型與安裝應(yīng)用[J].電氣防爆，2009(1):13-20.

[4] 馬俊.淺談海洋石油鉆井平臺(tái)防爆設(shè)備的管理[J].電氣防爆,2013(2):35-39.

[5] 龐建軍,徐剛.非礦用防爆電器、燈具的設(shè)計(jì)和制造應(yīng)注意的問題[J].電氣防爆，2007(3):13-16.

[6] GB 3836.1—2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用要求[S].

[7] GB 3836.2—2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分：隔爆型“d”[S].

[8] GB 3836.3—2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分：增安型“e”[S].

[9] GB 3836.4—2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4部分：本質(zhì)安全型“i”[S].

[10] GB 3836.8—2003爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第8部分：“n”型電氣設(shè)備[S].

[11] 付林志.冶金企業(yè)煤氣爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分及泄漏擴(kuò)散模擬[D].東北大學(xué)，2015.

[12] GB 3836.15—2000《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 第15部分：危險(xiǎn)場所電氣安裝(煤礦除外)》[S].

[13] AQ 3009—2007，危險(xiǎn)場所電氣防爆安全規(guī)范[S]．