淺談甲類倉庫的電氣設(shè)計

周坤宏

（廈門華旸建筑工程設(shè)計有限公司，福建 廈門 361001）

0 引言

隨著國內(nèi)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及生產(chǎn)安全意識的普及，甲類倉庫已成為眾多工業(yè)廠區(qū)的重要組成部分。甲類倉庫基于其儲存物品的易燃易爆特性，使得其一旦出現(xiàn)問題，往往會造成嚴重的火災(zāi)或爆炸性事故。例如近年來發(fā)生的天津某甲類危險品庫的重大火災(zāi)爆炸事故，造成非常重大的人員及財產(chǎn)損失。這些觸目驚心的案例讓業(yè)內(nèi)人員對于甲類倉庫的安全運行越來越重視。本文將結(jié)合某生產(chǎn)企業(yè)的甲類危險品倉庫設(shè)計實例淺談甲類倉庫的幾個電氣設(shè)計要點。該倉庫設(shè)有4個儲存間和4個危廢間，儲存的主要危險物品為甲醇、乙醇和氫氣。

1 甲類倉庫電氣設(shè)計的相關(guān)概述

甲類倉庫的電氣設(shè)計主要包含爆炸性危險區(qū)域的劃分、配電系統(tǒng)及線路設(shè)計、防爆設(shè)備的選擇、防雷接地系統(tǒng)、危險氣體探測系統(tǒng)等。甲類倉庫存儲的大量爆炸性危險物質(zhì)有著易燃易爆的特性，而電氣裝置的存在是點燃源發(fā)生的一個重要途徑，決定了其對電氣設(shè)計的許多特殊要求。在設(shè)計過程中需要根據(jù)不同項目不同的存儲方案與其他專業(yè)進行綜合性的協(xié)同設(shè)計。在項目方案階段應(yīng)明確項目的具體存儲物質(zhì)進行合理的建筑布局，限制爆炸性危險區(qū)域的影響范圍。在施工圖設(shè)計階段以此為依據(jù)進行危險環(huán)境的電氣設(shè)計，從而得出科學(xué)合理且經(jīng)濟的設(shè)計成果。

2 甲類倉庫電氣設(shè)計要點分析

2.1 爆炸性危險區(qū)域的劃分

爆炸性危險區(qū)域的劃分是甲類倉庫電氣設(shè)計的第一個步驟，是設(shè)計的重點，也是設(shè)計的難點。如果在前期階段未能正確地劃分爆炸性危險區(qū)域而錯誤地將部分本應(yīng)為爆炸性危險的區(qū)域劃分為非爆炸性的區(qū)域，則有可能導(dǎo)致甲方在后續(xù)的使用中出現(xiàn)嚴重的事故。因此在項目前期就應(yīng)詳細了解倉庫存儲的所有爆炸性危險物質(zhì)的特性，結(jié)合建筑環(huán)境、工藝特點，按照規(guī)范要求制定正確合理的爆炸性危險區(qū)域劃分布置圖。

以下為《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》（GB 50058-2014）規(guī)范中對于爆炸性危險區(qū)域劃分涉及的主要條文要求[1]：

（1）爆炸性氣體環(huán)境應(yīng)根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)，分區(qū)應(yīng)符合下列規(guī)定：①0區(qū)應(yīng)為連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境；②1區(qū)應(yīng)為在正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境；③2區(qū)應(yīng)為在正常運行時不太可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境，或即使出現(xiàn)也僅是短時存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

（2）爆炸危險區(qū)域應(yīng)根據(jù)爆炸性粉塵環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間分為20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)，分區(qū)應(yīng)符合下列規(guī)定：①20區(qū)應(yīng)為空氣中的可燃性粉塵云持續(xù)地或長期地或頻繁地出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域；②21區(qū)應(yīng)為在正常運行時，空氣中的可燃性粉塵云很可能偶爾出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域；③22區(qū)應(yīng)為在正常運行時，空氣中的可燃粉塵云一般不可能出現(xiàn)于爆炸性粉塵環(huán)境中的區(qū)域，即使出現(xiàn)，持續(xù)時間也是短暫的。

接下來筆者將結(jié)合設(shè)計實例分析爆炸性危險區(qū)域的確定。該甲類倉庫設(shè)有4個儲存間和4個危廢間。其中儲存1房間和危廢2房間的爆炸性危險物質(zhì)為甲醇和乙醇；存儲2房間、存儲4房間、危廢1房間和危廢3房間的爆炸性危險物質(zhì)為氫氣?？紤]甲醇和乙醇在揮發(fā)的狀態(tài)下均為密度大于空氣的物質(zhì)，而氫氣為密度小于空氣的物質(zhì)。各存儲間和危廢間除大門外均未設(shè)置其他孔洞，且各房間內(nèi)為通風不良區(qū)域，危險物質(zhì)在正常情況下有可能在房間內(nèi)取樣泄露。故本項目爆炸危險區(qū)應(yīng)劃分作如下考慮：①各儲存有甲醇、乙醇和氫氣的房間內(nèi)均定性為爆炸性危險1區(qū)；②存放有甲醇和乙醇的房間，以房間門為中心，15米為半徑，距地坪高度為7.5米的垂直范圍內(nèi)定性為爆炸性危險2區(qū)。在爆炸危險二區(qū)域內(nèi)地坪下的坑、溝也劃為1區(qū)；③存放有氫氣的房間，以房間門為中心，4.5米為半徑，釋放源上方7.5米高度的范圍內(nèi)定性為爆炸性危險2區(qū)。

該目最終爆炸危險區(qū)劃分平面圖如下：

圖1 爆炸危險區(qū)劃分平面圖

基于以上設(shè)計實例我們不難發(fā)現(xiàn)在爆炸性危險區(qū)域的劃分過程中需要熟知倉庫內(nèi)甲類物質(zhì)的特性并在設(shè)計過程中主動與建筑、通風等其他專業(yè)協(xié)商，以確定出合理的爆炸性危險區(qū)域布置圖。比如在方案階段應(yīng)盡量避免將電氣間布置于爆炸危險區(qū)域，可采用調(diào)整甲類房間門的位置或可以把電氣間布置在端頭，電氣間與甲類房間之間用非燃燒體的防爆墻隔開等措施；應(yīng)與建筑專業(yè)協(xié)商使得甲類房間除門洞以外不再開多余的孔洞，以避免爆炸性危險區(qū)域不必要的擴大。

2.2 防爆設(shè)備選型及配電線路的設(shè)計

基于明確的爆炸性危險區(qū)域劃分布置圖，設(shè)計過程中應(yīng)盡量減少電氣設(shè)備或線路布置于爆炸性危險區(qū)域內(nèi)，對于無法避免而必須安裝于爆炸性危險區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備及其線路應(yīng)采取防爆措施。因此甲類倉庫內(nèi)通常僅設(shè)置必要的照明燈具及事故風機配電設(shè)備，其余非必要的電氣設(shè)備建議集中設(shè)置于非爆炸性危險區(qū)域內(nèi)。在確定電氣設(shè)備的防爆等級之前設(shè)計人員需熟知甲類倉庫內(nèi)存儲的甲類物質(zhì)的特性：①需明確甲類物質(zhì)的儲存環(huán)境是屬于爆炸性粉塵環(huán)境還是屬于爆炸性氣體環(huán)境，不同的爆炸性介質(zhì)需匹配不同的防爆電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)（EPL）。設(shè)計中常見的爆炸性環(huán)境為氣體環(huán)境，其電氣設(shè)備防爆結(jié)構(gòu)為Ga，Gb，Gc。而在爆炸性粉塵環(huán)境中對應(yīng)的電氣設(shè)備防爆結(jié)構(gòu)應(yīng)為Da，Db。應(yīng)嚴格根據(jù)不同的爆炸性環(huán)境選擇不同的電氣設(shè)備防爆結(jié)構(gòu)。②爆炸性氣體混合物的級別按照最大試驗安全間隙或最小點燃電流依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種級別。當存在有兩種及以上可燃性物質(zhì)形成的爆炸性混合物時，應(yīng)按照混合后的爆炸性混合物的級別和組別選用防爆設(shè)備，無據(jù)可查又不可能進行試驗時，可按危險程度較高的級別和組別選用防爆電氣設(shè)備。③爆炸性氣體的引燃組別。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。

爆炸性危險區(qū)域內(nèi)的所有電氣線路均需采取防爆措施，為降低電氣線路采取防爆措施的施工難度以及后續(xù)使用過程中電氣線路的檢修便利，建議爆炸性危險區(qū)域內(nèi)的電氣線路均采用穿鍍鋅焊接鋼管沿墻、頂棚或地面明敷設(shè)。電氣線路宜在爆炸環(huán)境危險性較小的環(huán)境或遠離釋放源的地方敷設(shè)。設(shè)計過程中應(yīng)采取措施確保電氣線路保護管的密閉性，否則容易造成爆炸性氣體在保護管內(nèi)的累積或不同區(qū)域的不同類別的爆炸性氣體相互混合，從而產(chǎn)生爆炸的隱患。故電氣線路保護鋼管連接的螺紋部分應(yīng)涂以鉛油或磷化膏，在可能凝結(jié)冷凝水的地方，管線上應(yīng)裝設(shè)排除冷凝水的密封接頭，鋼管穿越防爆區(qū)域采用非燃性材料嚴密堵塞。

2.3 防雷和接地系統(tǒng)設(shè)計

因甲類倉庫易燃易爆的特性，使得此類建筑在遭受雷擊損害或接地保護不到位造成的損害比普通建筑要嚴重得多，一旦出問題往往都很容易造成巨大的破壞及損失。甲類倉庫應(yīng)根據(jù)其存儲物品的特性來確定其防雷類別。如存儲物質(zhì)為火炸藥及其制品，則應(yīng)按照一類防雷進行設(shè)計。其余倉庫可根據(jù)分區(qū)及影響程度確定，大多情況下按照二類防雷進行設(shè)計。但是如果遇到甲類倉庫存在排放爆炸性氣體、蒸氣或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管的情況時需注意，僅當其排放物達不到爆炸濃度、長期點火燃燒、一排放就點火燃燒以及發(fā)生事故時排放物才達到爆炸濃度的情況時，通風管、安全閥、接閃器的保護范圍可只保護到管帽，無管帽時應(yīng)保護到管口。其余情況應(yīng)嚴格按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB 50057-2010第4．2．1條第2款的規(guī)定進行防雷保護設(shè)計[2]。

甲類倉庫的設(shè)計中除防雷接地設(shè)計外容易被忽略的一點便是防靜電接地設(shè)計。倉庫的倉儲屬性決定了其在使用過程中必然發(fā)生經(jīng)常性的物品搬運、堆垛等行為、部分倉庫對于空氣的干燥度也有較高的要求以及人體自帶的靜電，這些都可能導(dǎo)致靜電的積累，如果無法有效地釋放這些積累的靜電則可能導(dǎo)致靜電放電而產(chǎn)生的火花，從而成為爆炸性危險物質(zhì)的點火源。因此甲類倉庫內(nèi)凡可能產(chǎn)生靜電危害的管道和設(shè)備均應(yīng)做靜電接地，且一般接地點不少于2處。對于專門用于靜電接地的接地系統(tǒng)其接地電阻不宜大于100歐。以某甲類危險品庫的設(shè)計實例為例，鑒于甲方無法對此倉庫后續(xù)實際使用中倉儲物品或設(shè)備的擺放位置在設(shè)計階段明確，故我司只能按照常規(guī)做法從室內(nèi)局部等電位箱引出一根40＊4的熱鍍鋅扁鋼，明敷設(shè)于四周側(cè)墻踢腳線處并應(yīng)焊接地螺栓，作為防靜電接地的預(yù)留干線[3-4]。并明確要求倉庫爆炸危險區(qū)域內(nèi)的所有金屬設(shè)備外殼、金屬柜體、金屬管道等均應(yīng)就近至少兩處接入防靜電接地干線，且接地連接線為截面不小于6平方毫米的銅芯電線或電纜。另外人員經(jīng)常性的出入使得人體自帶靜電成為了一個移動的靜電源，特別是在氣候干燥的地區(qū)尤為嚴重[5-7]。因此建議于在此倉庫的入口處設(shè)置一個人體靜電荷釋放球，靜電荷釋放球與防靜電接地網(wǎng)可靠連接。在人員進入倉庫前需觸摸靜電荷釋放球釋放人體靜電荷，方可進入倉庫內(nèi)作業(yè)。

2.4 危險氣體探測系統(tǒng)

爆炸性危險物質(zhì)在存儲過程中存在泄漏的風險，有可能造成可燃氣體或可燃液體的蒸氣或薄霧與空氣混合形成爆炸性氣體混合物。當混合物達到一定的濃度值時就有可能造成爆炸的風險。因此及早地發(fā)現(xiàn)并及時地通過安全措施控制爆炸性氣體混合物的濃度可大大減少危險物質(zhì)泄漏引發(fā)的事故。應(yīng)根據(jù)倉庫各房間內(nèi)存放的爆炸性危險物質(zhì)設(shè)置相對應(yīng)的可燃氣體探測系統(tǒng)。當房間內(nèi)可燃氣體濃度超過下限值25% LEL時，安裝在現(xiàn)場的氣體報警裝置發(fā)出一級報警，同時啟動相應(yīng)區(qū)域的事故排風機強制排風，并切斷進氣閥；當氣體濃度超過50% LEL時二級報警設(shè)備發(fā)出警報后，即使安裝場所被測氣體濃度發(fā)生變化恢復(fù)到正常水平，仍應(yīng)持續(xù)報警，只有經(jīng)確認并采取措施后才能停止報警?？扇細怏w報警系統(tǒng)發(fā)出警報的同時應(yīng)立即切斷除事故風機外的其他所有非消防電源的供電。

3 結(jié)語

電氣設(shè)計是甲類倉庫設(shè)計的重要組成部分，一個好的電氣設(shè)計不僅要能保證安全性這個最基本的要求，還應(yīng)該兼顧實用性及經(jīng)濟性。這就要求我們在設(shè)計過程中應(yīng)嚴格以國家規(guī)范為依據(jù)，密切結(jié)合實際的工藝設(shè)計需求并與其他各專業(yè)協(xié)同配合，制定出科學(xué)合理的設(shè)計方案。