石油化工儀表系統(tǒng)防爆典型案例探討

李楨

(中國石油化工股份有限公司 茂名分公司,廣東 茂名 525000)

防爆是石油化工行業(yè)易燃易爆場所的儀表系統(tǒng)必不可少的功能,通過控制易爆氣體、爆炸范圍、引爆源等降低爆炸的危險性、抑制爆炸事故的發(fā)生。依據(jù)GB/T 3836系列規(guī)范規(guī)定,石油化工儀表系統(tǒng)防爆結(jié)構(gòu)型式主要包括: 隔爆型(d)、增安型(e)、本質(zhì)安全型(i)、正壓外殼型(p)。隔爆型使儀表設(shè)備的外殼能夠承受殼內(nèi)爆炸性混合物爆炸而不損壞,且不會引起殼外爆炸性氣體環(huán)境的點燃;增安型儀表設(shè)備通過采取附加措施防止溫度過高和產(chǎn)生電弧和火花;本質(zhì)安全型儀表設(shè)備將設(shè)備內(nèi)部和暴露于爆炸性環(huán)境的連接導線可能產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)能量限制在不能產(chǎn)生點燃的水平;正壓外殼型儀表設(shè)備保持外殼內(nèi)部保護氣體的壓力高于外部的壓力。GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》、 GB 50257—2014《電氣裝置安裝工程爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電氣裝置施工及驗收規(guī)范》《中華人民共和國爆炸危險場所電氣安全規(guī)程(試行)》、GB 3836.14—2014《爆炸性環(huán)境 第14部分: 場所分類 爆炸性氣體環(huán)境》、GB 3836.15—2017《爆炸性環(huán)境 第15部分: 電氣裝置的設(shè)計、選型和安裝等防爆設(shè)備安全使用相關(guān)的技術(shù)標準和規(guī)范》是防爆儀表設(shè)備安全使用的規(guī)則,但在實際應(yīng)用中,由于對標準、規(guī)范的理解不透徹或未嚴格落實標準、規(guī)范的要求,出現(xiàn)不正確的選型設(shè)計、不恰當?shù)陌惭b方式和不到位的維護都會影響防爆儀表的安全使用。本文分析了某大型煉化企業(yè)儀表系統(tǒng)應(yīng)用中防爆的典型案例,給出了建議的解決措施。

1 常用儀表防爆型式簡介

1.1 隔爆型“d”

隔爆型“d”的外殼防爆機理是基于“間隙防爆”原理,隔爆外殼必須滿足兩個條件: 外殼具有足夠強度,能承受內(nèi)部的爆炸壓力而不損壞;外殼接合面具有足夠小的間隙和足夠長的嚙合長度,內(nèi)部的爆炸產(chǎn)物不會竄出外殼并點燃周圍環(huán)境中的爆炸性混合物。如緊固件的擰入深度、儀表外殼螺紋的精度和圈數(shù)、電纜引入裝置接合間隙等都必須滿足GB 3836系列規(guī)范的要求,并且應(yīng)與實際使用的現(xiàn)場環(huán)境相適應(yīng)。

安裝在爆炸性環(huán)境的隔爆儀表,不允許帶電開蓋檢查,如確實需要,必須按用火制度執(zhí)行。該防爆型式通常用于功耗相對較大的儀表或者采用“三線制”“四線制”的儀表。

1.2 增安型“e”

增安型“e”的儀表外殼不必具有可以承受內(nèi)部爆炸的強度,但需要能耐受規(guī)定的機械沖擊力。提高外殼的防護等級,以防止水、外物、灰塵進入電氣設(shè)備內(nèi)部,對位于易燃易爆場所的儀表設(shè)備,外殼防護等級至少應(yīng)達到IP66。設(shè)備內(nèi)部和外部的電路和導線要連接可靠,防止接觸不良產(chǎn)生危險的火花或高溫。

主要措施包括: 電氣連接件的可靠連接、接線的防松、爬電距離和電氣間隙的控制、絕緣、溫度保護、外殼的防護等。該防爆型式典型應(yīng)用有接線盒、接線箱等。

1.3 本質(zhì)安全型“i”

本質(zhì)安全型“i”利用限能關(guān)聯(lián)設(shè)備或本身具有的特性,將儀表設(shè)備和連接導線可能產(chǎn)生電火花或熱表面的能量限制在不足以點燃爆炸環(huán)境的水平。

安全柵是本質(zhì)安全防爆儀表系統(tǒng)中最常用的限能關(guān)聯(lián)設(shè)備,它連接在本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路之間,其作用是限制電流和電壓,不使危險能量竄入到本質(zhì)安全電路中,以確保本質(zhì)安全電路的安全性能。

該防爆型式是一種低功率的設(shè)計技術(shù),允許帶電開蓋維護,廣泛應(yīng)用于自動化儀表中,典型應(yīng)用有本質(zhì)安全型變送器、閥門定位器等。

1.4 正壓外殼型“p”

正壓外殼型“p”結(jié)構(gòu)通過將保護性氣體送入或封在外殼內(nèi)部,使外殼內(nèi)的壓力高于外殼外部的壓力,從而在通電狀態(tài)下,可防止周圍的爆炸性氣體進入外殼內(nèi)部;存在可燃性氣體或蒸氣的釋放源時,可在外殼內(nèi),稀釋可燃性氣體或蒸氣。

依據(jù)GB/T 3836.5—2021《爆炸性環(huán)境 第5部分: 由正壓外殼“p”保護的設(shè)備》規(guī)定,正壓外殼保護的設(shè)備分為pxb,pyb,pzc三種保護等級。pxb型是將正壓外殼內(nèi)的危險分類從1區(qū)降至非危險的保護型式;pyb型是將正壓外殼內(nèi)的危險分類從1區(qū)降至2區(qū)的保護型式(國內(nèi)使用較少);pzc型是將正壓外殼內(nèi)的危險分類從2區(qū)降至非危險的保護型式。

pxb,pyb型外殼內(nèi)的正壓必須為50 Pa以上,pzc型外殼內(nèi)的正壓必須為25 Pa以上。典型應(yīng)用如正壓分析小屋、正壓控制柜等。

2 防爆儀表典型案例

2.1 設(shè)備保護等級、級別與環(huán)境不匹配

某煤制氫車間制氫裝置氣化分析小屋內(nèi)有一防爆控制箱,防爆標志為Ex d IIB T6,該分析小屋中可能會有氫氣(H2)存在。d IIB隔爆結(jié)構(gòu)代表性氣體是乙烯(C2H4),依據(jù)GB 3836.11—2017《爆炸性環(huán)境 第11部分: 由隔爆外殼“d”保護的設(shè)備 最大試驗安全間隙測定方法》規(guī)定,C2H4的最大試驗安全間隙為0.65 mm,H2的最大試驗安全間隙為0.28 mm。顯然,d IIB隔爆結(jié)構(gòu)無法滿足H2的防爆要求。建議的解決措施: 依據(jù)GB 50058—2014規(guī)定,采取滿足有氫存在場所防爆要求的隔爆結(jié)構(gòu)d IIC,或采用同時滿足IIB級可燃性氣體和H2隔爆要求的隔爆結(jié)構(gòu)“d IIB+H2”。

某2號催化裂化裝置一分析小屋中防爆正壓柜的防爆標志為EX e m b pz IIC T3 Gc。依據(jù)GB 50058—2014規(guī)定,具有爆炸性環(huán)境內(nèi)設(shè)備保護級別(EPL)Gc的儀表設(shè)備只能用于危險區(qū)域2區(qū),而依據(jù)SH/T 3174—2013《石油化工在線分析儀系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,樣品含可燃氣體時,分析小屋內(nèi)的分析儀和電氣設(shè)備應(yīng)按1區(qū)爆炸危險場所設(shè)計。因此,該防爆正壓柜不適合在該分析小屋中使用。建議的解決措施: 采用EPL為Gb的防爆正壓柜。

2.2 電纜引入裝置使用不正確

在儀表安裝過程中,鎧裝電纜引入隔爆儀表時,存在電纜和防爆密封接頭尺寸不匹配的情況。電纜鋼鎧無法順利進入密封接頭,施工人員剝?nèi)ヤ撴z后,將電纜壓入密封接頭。依據(jù)GB/T 3836.15—2017規(guī)定,每個布線的電纜終端均應(yīng)通過電纜引入裝置將電纜的鎧裝連接在等電位系統(tǒng)上,避免鎧裝與等電位系統(tǒng)間可能存在的電位差產(chǎn)生電火花。因此,上述做法不能滿足防爆的要求。建議的解決措施: 鎧裝電纜應(yīng)采用匹配的鎧裝型電纜引入裝置,鎧裝應(yīng)在引入裝置中套進鎧裝環(huán),使鎧裝的頂端固定在鎧裝錐體頂部。

在儀表安裝過程中,電纜引入防爆接線箱時,存在將2根電纜穿入同一個防爆密封接頭的情況,依據(jù)GB 50257—2014規(guī)定,電纜引入裝置內(nèi)的彈性密封圈的1個孔應(yīng)密封1根電纜,以避免密封圈處于不完全密封狀態(tài)。建議的解決措施: 電纜應(yīng)與電纜引入裝置匹配,1個防爆電纜密封接頭只穿入1根電纜。

2.3 電涌防護器選用不正確

該2號催化裂化裝置SIS的儀表回路設(shè)計為本質(zhì)安全回路,其回路連接如圖1所示。選用德國Pepperl+Fuchs公司生產(chǎn)的K-LB-1.30G型電涌防護器對采用隔離式安全柵形成的本質(zhì)安全回路進行電涌保護,K-LB-1.30G型電涌防護器的擊穿電壓(線對地)是90 V。依據(jù)GB 50058—2014規(guī)定,本質(zhì)安全回路線對地的絕緣強度應(yīng)大于500 V。因此,該隔離式安全柵形成的回路達不到本質(zhì)安全的要求。建議的解決措施: 本質(zhì)安全回路中使用電涌防護器應(yīng)選擇擊穿電壓(線對地)≥500 V的型號,可選用K-LB-1.30型號(擊穿電壓是500 V)。

圖1 SIS儀表回路連接示意

2.4 保護氣體供給達不到規(guī)定要求

某2號苯乙烯裝置分析小屋采用新風系統(tǒng)實現(xiàn)正壓通風保護,作為保護氣體的新風入口面對生產(chǎn)裝置,距離不到10 m,新風入口未設(shè)置可燃、有毒氣體檢測裝置。依據(jù)SH/T 3174—2013規(guī)定,當分析小屋設(shè)置新風系統(tǒng)時,若引風口處在危險區(qū)引風,風機入口處應(yīng)設(shè)置可燃或有毒氣體檢測報警器。建議的解決措施: 將引風口延伸到安全區(qū)引風,或在引風口設(shè)置可燃、有毒氣體檢測報警器。

3 結(jié)束語

儀表系統(tǒng)防爆應(yīng)從選型設(shè)計、安裝、使用、維護等生命周期各個環(huán)節(jié)按照防爆技術(shù)、使用標準形成日常管理的機制。選型設(shè)計時,應(yīng)考慮設(shè)備保護等級、設(shè)備的保護級別與爆炸性環(huán)境相匹配以及防爆系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的選用對防爆性能造成的影響;安裝時,應(yīng)依據(jù)廠家產(chǎn)品使用說明書、防爆有關(guān)規(guī)范、標準要求嚴格把好施工質(zhì)量關(guān);使用、維護時,應(yīng)考慮危險場所中的儀表設(shè)備可能會受到使用環(huán)境的不利影響,必須考慮一些主要因素,如腐蝕、環(huán)境溫度、水汽的進入、機械和化學作用等。如果受到振動,應(yīng)特別注意螺栓和電纜引入裝置的緊固性;應(yīng)注意保證在危險場所中接地和等電位連接處于良好狀態(tài)。

此外,只有提高技術(shù)人員儀表系統(tǒng)防爆的意識及管理水平,實現(xiàn)防爆安全管理科學化、規(guī)范化、標準化,才能保障防爆儀表設(shè)備的安全運行。