化工工藝設(shè)計中爆炸危險區(qū)域的劃分及防爆電氣設(shè)備的選型

徐政 姜慧

摘 要：安全生產(chǎn)是企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的關(guān)鍵性因素。在化工設(shè)計中，防爆電器的選型以及危險區(qū)域的劃分至關(guān)重要，是工作的重點內(nèi)容。探討了化工工藝設(shè)計中爆炸危險區(qū)域的劃分及防爆電氣設(shè)備的選型。

關(guān)鍵詞：化工工藝設(shè)計；危險區(qū)劃分；電氣選型

引言

目前，化工企業(yè)的主要職責(zé)就是完成氫氣、天然氣等易燃性氣體或者是石油等液體的處理和加工，所以，對存儲和加工等環(huán)節(jié)都有較高的要求。當(dāng)這些物質(zhì)從儲罐或者是管道中溢出時，就會與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生爆炸性物質(zhì)并引發(fā)爆炸。

一、爆炸的形成

爆炸的形成包括3個要素，即，易燃液體或者氣體形成薄霧與蒸汽、物料操作溫度超出可燃液體閃點或液體泄漏產(chǎn)生蒸汽、閃點不超過環(huán)境溫度的可燃液體的薄霧或者蒸汽，三者任意一種與空氣混合都會成為具有爆炸危險的氣體混合物，經(jīng)過不斷蓄積后，濃度值大于爆炸極限時，一旦出現(xiàn)高溫、火花以及電弧等點火源即可引發(fā)爆炸。

二、合理劃分爆炸危險區(qū)域

2.1釋放源的分析與確定

任意工程項目都離不開各類罐、泵、容器以及管道等加工設(shè)備，其中不可避免地存在易燃性物料，對于此種物料應(yīng)將其納入潛在釋放源中，結(jié)合易燃物質(zhì)釋放持續(xù)時間以及頻繁程度來劃分釋放源等級。遵循已有規(guī)范將其分為3個等級：1）連續(xù)級。對于短時間內(nèi)頻繁多次釋放或者長期持續(xù)釋放的釋放源，應(yīng)納入連續(xù)級釋放源的范疇。包括固定頂貯罐排氣口以及上部空間、水分離器以及油分離器、易燃液體與空氣直接接觸的表面、持續(xù)性將易燃液體以及易燃?xì)怏w蒸汽釋放至局部空間的各類孔口或自由排氣孔。2）Ⅰ級釋放源。偶爾釋放或者預(yù)計正常運(yùn)行時周期性釋放的釋放源，可納入Ⅰ級釋放源。主要包括正常運(yùn)行狀態(tài)下可向外釋放易燃物質(zhì)的閥門、泵以及壓縮機(jī)取樣口與密封處等。3）Ⅱ級釋放源。正常狀態(tài)下預(yù)計不會釋放或者偶爾短時釋放的釋放源，可納入Ⅱ級釋放源范疇。主要包括正常運(yùn)行狀態(tài)下不會向外釋放易燃物質(zhì)的閥門、泵以及壓縮機(jī)密封部位；正常工作狀態(tài)下不會向外部釋放易燃物質(zhì)的安全閥、取樣口、法蘭、管道接頭、排氣孔以及連接件等等。對于同時合并不少于2種的釋放源，我們將其定義為多級釋放源。

2.2合理劃分爆炸危險區(qū)域

按照爆炸性混合物持續(xù)時間以及釋放頻繁程度來劃分爆炸危險區(qū)域，共分為zone-0、zone-1、zone-2 3個區(qū)域。首先，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合相關(guān)專業(yè)規(guī)定的釋放源等級以及爆炸危險區(qū)域劃分條件對爆炸危險區(qū)域進(jìn)行劃分，基本原則是，zone-0區(qū)為存在連續(xù)釋放源的區(qū)域，zone-1區(qū)為存在Ⅰ級釋放源的區(qū)域，zone-2區(qū)為存在Ⅱ級釋放源的區(qū)域。其次，應(yīng)結(jié)合通風(fēng)狀況來對區(qū)域劃分作出調(diào)整。對于通風(fēng)狀況良好的區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)降低該區(qū)域危險等級；相反地，如果原本屬于低等級爆炸危險區(qū)域的情況，倘若伴有通風(fēng)不良的問題，則應(yīng)提高該區(qū)域危險等級。在化工企業(yè)各類生產(chǎn)裝置中，僅有極少數(shù)可劃分為zone-0區(qū)，而大部分區(qū)域均劃分為zone-2區(qū)。所以，設(shè)計人員在對化工企業(yè)生產(chǎn)場所進(jìn)行爆炸危險區(qū)域劃分時，應(yīng)采取有效措施，確保劃分的合理性，盡量減少zone-1區(qū)的數(shù)量。

2.3爆炸危險區(qū)域范圍

在劃分爆炸危險區(qū)域時，既要參考相關(guān)條文規(guī)范與規(guī)定，也應(yīng)充分考慮如下因素：1）易燃物質(zhì)釋放速度；2）易燃物質(zhì)逸出量；3）爆炸氣體混合物蓄積濃度；4）易燃液體沸點；5）閃點；6）爆炸下限；7）通風(fēng)情況。上述因素的變化均會直接影響爆炸危險區(qū)域面積的劃分。但受多種復(fù)雜因素的影響，我們尚難以精確界定上述指標(biāo)的量，因此，大多沿襲IEC規(guī)定來確定上述因素影響范圍。而這一規(guī)定僅僅是原則性的，缺乏具體可遵循的數(shù)據(jù)尺寸，加上生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)裝置、通風(fēng)布置、設(shè)備條件以及儀表性能也有一定的差異，所以設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理規(guī)劃，確保生產(chǎn)安全。具體劃分參考數(shù)值見設(shè)計規(guī)范GB50058-2014。

三、化工工業(yè)設(shè)計爆炸危險區(qū)域防爆電氣設(shè)備的合理選型

3.1防爆電氣設(shè)備選型的前提要素

設(shè)計人員在選擇爆炸危險區(qū)域防爆電氣設(shè)備時，應(yīng)對如下幾個要素予以明確：1）明確爆炸危險區(qū)域的具體環(huán)境，分析其屬于燃炸性粉塵環(huán)境還是燃炸性氣體環(huán)境，因為爆炸性介質(zhì)的差異必然會影響防爆電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)。通常情況下所指的防爆設(shè)備一般是用于爆炸性氣體彌散區(qū)域的，包括dⅡBT4、dⅡCT6等多種類型。在爆炸性粉塵區(qū)域應(yīng)用的電氣設(shè)備一般采用防塵結(jié)構(gòu)，其標(biāo)志為DP，主要用于可燃纖維以及可燃性非導(dǎo)電粉塵的11區(qū)環(huán)境；或者可采用標(biāo)志為DT，主要用于爆炸性粉塵10區(qū)環(huán)境以及其他爆炸性粉塵11區(qū)環(huán)境的塵密結(jié)構(gòu)。2）明確爆炸性氣體混合物逸散區(qū)域的爆炸級別，判定其屬于ⅡA、ⅡB還是ⅡC，這是基于設(shè)備最小點燃電流比以及試驗安全間隙最大數(shù)值的分級，并且受到產(chǎn)生爆炸性氣體介質(zhì)差異性的影響。例如，丙烷可劃入ⅡA級，乙烯則屬于ⅡB級，氫和乙炔均屬于ⅡC級，見表1。防爆電氣設(shè)備從ⅡA級至ⅡC級，其最小點燃電流比以及試驗安全間隙最大數(shù)值逐級減低，相應(yīng)的防爆要求也不斷提升。3）防爆電氣設(shè)備選型受周圍環(huán)境的影響，如化學(xué)性、霉菌、機(jī)械性以及高溫等，各類環(huán)境條件下防爆電氣設(shè)備的應(yīng)用存在差異性，需要綜合考慮。4）爆炸性氣體混合物引燃溫度或組別。在規(guī)定環(huán)境與條件下，易燃性物質(zhì)逸散的蒸汽或氣體混合空氣形成易燃性或爆炸性混合物受熱表面影響而引燃的溫度下限值，包括T1～T6不同等級，其引燃溫度漸次降低，同時電氣設(shè)備防爆性能與要求也相應(yīng)提升。

3.2防爆電氣設(shè)備的選型與適用區(qū)域

1）防爆型，代號為d，國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.2，適用于zone-1、zone-2區(qū)，通過將存在的點火源予以有效隔離來實現(xiàn)防爆的目的；2）增安型，代號為e，GB3836.3，適用于zone-1、zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生；3）本安型，代號為ia、ib，GB3836.4，適用于zone-0、zone-1、zone-2區(qū)，以限制點火源能量達(dá)到防爆目的；4）正壓型，代號為p，GB3836.5，適用于zone-1、zone-2區(qū)，將點火源隔離于危險物質(zhì)區(qū)域外；5）充油型，代號為o，GB3836.6，適用于zone-1、zone-2區(qū)，將點火源隔離于危險物質(zhì)區(qū)域外；6）充砂型，代號為q，GB3836.7，適用于zone-1、zone-2區(qū)，將點火源隔離于危險物質(zhì)區(qū)域外；7）無火花型，代號為n，GB3836.8，適用于zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生；8）澆封型，代號為m，GB3836.9，適用于zone-1、zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生；9）氣密型，代號為h，GB3836.10，適用于zone-1、zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生。

四、結(jié)束語

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化工企業(yè)的數(shù)量在逐漸增加，同時為了滿足社會的發(fā)展需求，在研究和生產(chǎn)量上也在與日俱增，所涉及的易燃易爆物質(zhì)的種類呈現(xiàn)多樣性。而作為電氣工程師在進(jìn)行電氣設(shè)計的過程中，必須綜合考慮多方面的因素，保證系統(tǒng)設(shè)計的可靠性、安全性以及使用持續(xù)性，實現(xiàn)化工企業(yè)生產(chǎn)和加工的正常運(yùn)行。

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