海上油氣生產(chǎn)設(shè)施防爆電氣設(shè)計

覃柳莎，李艷華，吳 磊，許曉麗，蔣 薇

(1. 海洋石油工程股份有限公司 天津300451；2. 中國海洋石油(中國)有限公司天津分公司 天津300451)

0 引 言

防爆電氣設(shè)備在海上平臺油氣生產(chǎn)設(shè)施上廣泛應(yīng)用，對降低平臺上火災(zāi)爆炸風(fēng)險有重要作用。國家相關(guān)法規(guī)、行業(yè)規(guī)范和工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對防爆電氣設(shè)備的設(shè)計、選型、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收均有明確規(guī)定[1-4]。但是在工程實(shí)踐中由于防爆電氣不合格而影響項(xiàng)目進(jìn)度的情況時有發(fā)生，主要原因是相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)較多，在工作實(shí)踐中難以保證防爆電氣設(shè)備各方面的要求面面俱到。因此，對防爆電氣設(shè)計的相關(guān)理論和國家法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的強(qiáng)制要求進(jìn)行梳理和分析，并以此指導(dǎo)海上油氣生產(chǎn)設(shè)施上的防爆電氣的設(shè)計、選型和采辦顯得十分必要。

1 防爆電氣設(shè)計

防爆電氣設(shè)計主要依據(jù)生產(chǎn)設(shè)施上的危險區(qū)進(jìn)行劃分。危險區(qū)是指生產(chǎn)設(shè)施上存在可燃?xì)怏w并且濃度可能達(dá)到了其爆炸下限的某個區(qū)域。根據(jù)該區(qū)域可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸下限的可能性高低，劃分不同的等級，表征某個區(qū)域的危險特征，主要考慮如下幾個方面：危險區(qū)類別、危險區(qū)等級、危險區(qū)內(nèi)可燃?xì)怏w的成分、可燃?xì)怏w被點(diǎn)燃的溫度等級。目前海上油氣生產(chǎn)設(shè)施上危險區(qū)劃分的標(biāo)準(zhǔn)有美國石油協(xié)會的危險區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)、國際電氣工程師協(xié)會的危險區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)以及歐盟危險區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)。各劃分標(biāo)準(zhǔn)在表征危險區(qū)特征的4個參數(shù)上略有差異，對防爆電氣設(shè)備的設(shè)計有較大的影響。

根據(jù)爆炸物質(zhì)的類別，危險區(qū)劃分為 3類，分別是I類危險區(qū)為煤礦瓦斯氣體，II類危險區(qū)為除煤礦瓦斯之外的可燃?xì)怏w，III類危險區(qū)為粉塵和纖維。我國國標(biāo)、國際電氣工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)以及歐盟標(biāo)準(zhǔn)均據(jù)此進(jìn)行分類[5-7]。美國石油協(xié)會的劃分標(biāo)準(zhǔn)與此不同，I類為可燃?xì)怏w，II類為爆炸性粉塵，III類為爆炸性纖維[8]。兩者的主要區(qū)別在于煤礦瓦斯氣體沒有單獨(dú)分類，在美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)中直接歸入可燃?xì)怏w一類。對于海上油氣生產(chǎn)設(shè)施按照國際通用劃分方法，危險區(qū)為 II類除煤礦瓦斯之外的可燃?xì)怏w，對應(yīng)標(biāo)記為 Group II；按照美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(API標(biāo)準(zhǔn))，應(yīng)該為I類危險區(qū)，對應(yīng)標(biāo)記為Class I。

根據(jù)可燃物質(zhì)存在的概率高低，危險區(qū)劃分為3個等級，分別是0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。0區(qū)表示該區(qū)域可燃物質(zhì)達(dá)到爆炸下限的時間每年超過 1000h，即每年有10%的時間存在可以被點(diǎn)燃的氣體；1區(qū)表示該區(qū)域可燃物質(zhì)達(dá)到爆炸下限的時間每年在 10～1000h之間，即每年有 0.1%～10%的時間存在可以被點(diǎn)燃的氣體；2區(qū)表示該區(qū)域可燃物質(zhì)達(dá)到爆炸下限的時間每年低于10h，每年存在被點(diǎn)燃?xì)怏w的概率低于 0.1%。在部分使用 API 500進(jìn)行危險區(qū)劃分的生產(chǎn)設(shè)施上，危險區(qū)只分 2個等級，其中 1級對應(yīng)0區(qū)和1區(qū)，2級對應(yīng)2區(qū)。

對于氣體爆炸物，按照氣體爆炸時的爆炸壓力和爆炸安全間隙，可以分為 3類，分別為 A、B、C 3個組別。美國 API RP 500標(biāo)準(zhǔn)將氣體組分劃分為 A、B、C、D 4個組別，其中A組和B組與國際通行標(biāo)準(zhǔn)中的C組對應(yīng)，C組與國際通行標(biāo)準(zhǔn)中的B組對應(yīng)，D組與A組對應(yīng)。

表1列出了目前各主流危險區(qū)劃分規(guī)范的對比。

表1 不同危險區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)對比Tab.1 Comparison between different hazardous area classification standards

2 防爆電氣設(shè)備選型

防爆電氣設(shè)備最根本的作用是在危險區(qū)內(nèi)使用而不會成為點(diǎn)燃源。根據(jù)國際電工委的標(biāo)準(zhǔn)，防爆電氣設(shè)備可分為隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型、正壓型、充油型、充砂型、澆封型、無引燃設(shè)備型和特殊型。各種不同類型的防爆電氣設(shè)備的主要工作原理以及設(shè)備代號如表 2所示。表 2中所列防爆電氣設(shè)備的形式也可概括歸納為 3種類型：①限制能量型，即限制電能的形式，如本質(zhì)安全型設(shè)備；②囚禁型，即把已引爆的氣體基本囚禁在殼內(nèi)，不引爆殼外的可燃?xì)怏w，如隔爆型設(shè)備；③隔離型，即把可能的引爆源與可燃?xì)庠锤糸_的形式，如充油、充砂、增安、澆封、正壓型等。

表2 不同類型防爆電氣設(shè)備及主要工作原理Tab.2 Types of explosion-proof electrical equipment and their working principles

爆炸性氣體環(huán)境用防爆電氣設(shè)備分為 I類和II類，該分類與危險區(qū)劃分中危險區(qū)類型分類相同。I類設(shè)備用于煤礦爆炸環(huán)境，II類設(shè)備用于其他氣體爆炸環(huán)境。在海上油氣生產(chǎn)設(shè)施上用到的防爆電氣設(shè)備屬于 II類設(shè)備。不同防爆類型的電氣設(shè)備適用于不同類別和等級的危險區(qū)。表 3列出了防爆設(shè)備類型與危險區(qū)類別和等級的對應(yīng)關(guān)系。由表 3可知，0區(qū)對防爆電氣設(shè)備的選用要求最為嚴(yán)格。除了無引燃型設(shè)備只能用于2區(qū)，大部分防爆電氣設(shè)備在1區(qū)和2區(qū)是可以通用的。增安型、澆封型、正壓型、充油型和充砂型設(shè)備，也就是說所有的隔離型設(shè)備可適用于任何種類的可燃性氣體環(huán)境中，因?yàn)樗鼈兊姆辣ぷ髟砼c氣體性質(zhì)沒有關(guān)系。但是隔爆型與本安型的工作原理與每種氣體的性質(zhì)密切相關(guān)，在選用這2類設(shè)備時要考慮氣體組分。氣體組分的劃分與危險區(qū)劃分中的氣體組分相同。

表3 各危險區(qū)所適宜的標(biāo)準(zhǔn)的防爆電氣設(shè)備形式Tab.3 Standard explosion-proof electrical equipment suitable for each hazardous area

防爆設(shè)備的選擇還需要考慮設(shè)備表面溫度不能超過對應(yīng)氣體組分的最低點(diǎn)燃溫度，各氣體組分對應(yīng)的溫度等級如表 4所示。在表 4中設(shè)備的級別從上到下越來越高，也可以說設(shè)備從上到下檔次越來越高。如果設(shè)備溫度組別相同，如都是T1組設(shè)備，那么IIB T1設(shè)備就比 IIAT1高一檔，在實(shí)際選擇時，如IIAT1設(shè)備不可獲得，可用IIB T1設(shè)備來代替，反之則不行。表中同一氣體組分內(nèi)，從左往右溫度級別越來越高，如 IIBT3可以代替 IIBT2，反之不行。表中IICT6是最高等級，可以替代表中所有的溫度等級。在同一個危險區(qū)范圍內(nèi)如果有多種可燃?xì)怏w組分存在，在防爆設(shè)備選型上就要按照最高級別的防爆設(shè)備選取。

表4 設(shè)備和氣體級別以及溫度組別對應(yīng)序列Tab.4 Corresponding sequence of equipment, gas level and temperature groups

3 防爆電氣設(shè)備采購

防爆電氣設(shè)備的采購是防爆電氣設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。防爆電氣設(shè)備采購是落實(shí)危險區(qū)劃分和防爆電氣設(shè)備選型技術(shù)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在。目前我國對于防爆電氣設(shè)備采取了嚴(yán)格的認(rèn)證制度，對生產(chǎn)企業(yè)有防爆電氣設(shè)備生產(chǎn)許可證書要求，對產(chǎn)品有防爆產(chǎn)品認(rèn)證證書要求。因此在設(shè)備采購環(huán)節(jié)，對防爆產(chǎn)品證書進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)是保證防爆電氣設(shè)備質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。防爆證書上有防爆證書編號和防爆認(rèn)證標(biāo)志兩項(xiàng)重要信息。表 5列出了防爆證書編號和防爆認(rèn)證標(biāo)志的組成和含義。在證書上還應(yīng)關(guān)注防爆設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成并與實(shí)物進(jìn)行對比驗(yàn)證，確保設(shè)備結(jié)構(gòu)與證書一致，是沒有經(jīng)過修改的防爆結(jié)構(gòu)。通過防爆證書編號可以在國家相關(guān)網(wǎng)站上進(jìn)行證書真?zhèn)舞b別，保證證書的真實(shí)可靠。

表5 防爆證書主要信息組成Tab.5 Main information in explosion-proof certification

4 結(jié)論與展望

防爆電氣設(shè)備對保障海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的安全非常重要，從前期危險區(qū)的劃分、設(shè)備選型、設(shè)備采購到后期設(shè)備的安裝、驗(yàn)收以及設(shè)備變更管理應(yīng)該形成閉環(huán)，嚴(yán)格遵守國家法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。設(shè)備的設(shè)計、選型和采購是防爆電氣設(shè)備管理的前期環(huán)節(jié)，設(shè)備設(shè)計和選型的正確與否，產(chǎn)品質(zhì)量好與壞直接影響后期的安裝和驗(yàn)收。目前關(guān)于防爆電氣設(shè)備的設(shè)計、選型和制造等國際上相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較多，但大部分要求都是一致的。在使用不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范時要留意其中的差異，在危險區(qū)劃分、設(shè)備選型、設(shè)備制造等各個環(huán)節(jié)應(yīng)盡量選擇同一體系的標(biāo)準(zhǔn)，既為后期設(shè)備采辦和驗(yàn)收提供便利，也可以避免因標(biāo)準(zhǔn)差異導(dǎo)致的設(shè)備不滿足要求的情況發(fā)生。