海上平臺電氣設(shè)備的防爆與防護(hù)等級分類

［摘 要］海上石油平臺作為大海中原油開采與處理的設(shè)施，相對孤立，一旦出現(xiàn)火災(zāi)、爆炸等事故，會造成巨大損失。因此海上平臺對火災(zāi)或爆炸等危險因素的預(yù)防，須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行。文章介紹了海洋平臺上危險區(qū)的劃分，以及電氣設(shè)備防爆、防護(hù)等級的確定。

［關(guān)鍵詞］防爆；防護(hù)；危險區(qū)

［中圖分類號］TE952 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0090–03

目前，我國海洋平臺電氣設(shè)備的防爆及防護(hù)等級劃分，主要通過綜合其標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的防護(hù)等級及實(shí)際工作環(huán)境進(jìn)行。

1 防爆等級

根據(jù)危險區(qū)域的劃分，海上平臺電氣設(shè)備的防爆等級一般有3 種分類依據(jù)，即防爆電氣設(shè)備的安全等級、防爆電氣設(shè)備的極限危險區(qū)域劃分及防爆電氣設(shè)備的爆炸性混合物分類。在海上平臺，電氣設(shè)備的安全等級通常為Ⅱ C 級，即按照我國GB 3836.1—2010《危險場所用電氣設(shè)備防爆性能分級》進(jìn)行分類，將危險區(qū)域劃分為：Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)。Ⅰ區(qū)指在該區(qū)域內(nèi)，存在著產(chǎn)生爆炸所需條件的設(shè)備或裝置，其為被保護(hù)的設(shè)備或裝置，也稱為爆炸性氣體混合物。我國海上平臺電氣設(shè)備安全等級為Ⅱ C 級的防爆電氣設(shè)備主要有隔爆型防爆電機(jī)、隔爆型防爆配電箱、隔爆型防爆照明等。此外，還有本質(zhì)安全型電氣產(chǎn)品、本質(zhì)安全型機(jī)械產(chǎn)品等。在海上平臺，其電氣設(shè)備使用環(huán)境通常比較惡劣，在正常運(yùn)行時可能會出現(xiàn)異常情況，如出現(xiàn)靜電放電、電弧、火花等現(xiàn)象。在這種情況下，可能會導(dǎo)致電氣設(shè)備的外殼被擊穿。另外在海上平臺發(fā)生火災(zāi)時，還可能會導(dǎo)致電氣設(shè)備外殼被引燃。因此，為確保電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)行，發(fā)生意外情況時能夠保護(hù)操作人員和周邊環(huán)境安全，在海上平臺電氣設(shè)備安裝過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。一般情況下需要使用相應(yīng)級別的防爆電氣產(chǎn)品進(jìn)行安裝，在實(shí)際應(yīng)用中也可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境具體情況進(jìn)行調(diào)整或采取其他防護(hù)措施。

2 防爆型式

隔爆型適用于爆炸危險區(qū)1、2 區(qū)；增安型適用于Ⅱ C，Ⅱ B，IIA，但不適用于1 區(qū)以外的其他區(qū)域的防爆電氣設(shè)備，亦不適用于交流接觸器（活動觸點(diǎn)）等在正常工作狀態(tài)下會產(chǎn)生火花、電弧或危險溫度的電氣；本安型適用于爆炸氣體環(huán)境，電氣設(shè)備所有接觸點(diǎn)都不導(dǎo)電，爆炸氣體混合物在正常條件下也不能引燃的爆炸性氣體。本安全型電氣設(shè)備的特點(diǎn)是：防爆電氣設(shè)備自身具有較好的防爆性能；因此，與隔爆型電氣設(shè)備相比，本安型電氣設(shè)備對爆炸事故的預(yù)防效果更好。海洋平臺電氣設(shè)備按其防爆及防護(hù)水平進(jìn)行分類，分為防爆類型及防護(hù)措施兩大類。防爆類型主要有隔爆型和增安型，前者適用于內(nèi)部有爆炸混合氣體的環(huán)境，后者適用于含有爆炸性氣體的環(huán)境。防護(hù)措施主要有：防塵，防水，防油，防腐蝕等。防塵方面主要采取防塵口罩和防塵帽等措施，避免灰塵進(jìn)入電器設(shè)備內(nèi)部；在防水方面，為了避免電氣設(shè)備在潮濕的環(huán)境下工作，主要采取防水手套和防水鞋；在防油方面，主要采取防油布和防油紙等措施，防止油、塵沾到電器設(shè)備表面；在防腐蝕方面，主要采取防腐蝕涂料、防腐蝕材料等措施來保護(hù)電氣設(shè)備不受腐蝕的環(huán)境。海洋平臺電氣設(shè)備的防爆及防護(hù)水平分級比較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件、使用要求具體分析、選擇。

2.1 隔爆型

隔爆型電氣設(shè)備的防爆結(jié)構(gòu)由隔爆箱及其內(nèi)部零件組成。隔爆殼是指用于隔爆的金屬外殼，其結(jié)構(gòu)形式有焊合、壓接、鑄鍛、鍛壓等，主要由金屬件（軸、軸座、端帽等）和隔爆表面（隔爆板、隔爆槽、隔爆螺栓等）構(gòu)成。隔爆型設(shè)備在正常工作狀態(tài)下，其殼體內(nèi)的爆炸性氣體達(dá)不到爆炸濃度，故不會發(fā)生爆炸。但是如果殼體內(nèi)發(fā)生了故障或火花，則會引發(fā)爆炸。

2.2 增安型

增安型電氣設(shè)備是指在正常工作狀態(tài)或出現(xiàn)故障時，內(nèi)部元件安全動作，使內(nèi)部電路不產(chǎn)生火花、電弧，起到預(yù)防事故的作用。一般包括增安式開關(guān)，保險絲，限流熔絲，安全柵等。

（1）增安式開關(guān)。也稱為保護(hù)開關(guān)，是第一個使用的防爆型電氣設(shè)備，能防止因故障或過熱而產(chǎn)生危險溫度。增安開關(guān)結(jié)構(gòu)形式多樣，主要包括：①根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為3 類：A 型、B 型、C 型；②按安裝形式可分為固定式、半固定式及移動式；③根據(jù)外殼的構(gòu)造可以分為凸形和凹形兩種。

（2）增安式保險絲。有保險絲作用，但在正常情況下不發(fā)生保險絲的元件，具有過載和短路保護(hù)功能。

3 隔爆結(jié)構(gòu)

由于海上平臺的電氣設(shè)備大多工作環(huán)境較為惡劣，還要經(jīng)受來自各個方面的沖擊、振動等外部因素的影響，所以在安裝使用時要嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。隔爆結(jié)構(gòu)主要是指利用隔爆結(jié)構(gòu)來提高電氣設(shè)備內(nèi)部元件的溫度，從而實(shí)現(xiàn)防爆的一種方法，在電氣設(shè)備中，隔爆結(jié)構(gòu)一般分為隔爆殼、隔爆面、隔爆索和其他部件。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)故障時，不會出現(xiàn)因內(nèi)部元器件溫升過高而造成的內(nèi)部元件損壞或損壞的現(xiàn)象。同時，隔爆型結(jié)構(gòu)還可以有效地防止電氣設(shè)備內(nèi)部元件因溫升過高而發(fā)生故障，從而避免電氣設(shè)備的損壞。另外，隔爆型結(jié)構(gòu)還能有效地減小電氣設(shè)備中的短路電流，防止因短路造成的危害。電氣設(shè)備發(fā)生故障后，內(nèi)部元件受短路電流的影響，會產(chǎn)生損壞現(xiàn)象。

3.1 隔爆面

隔爆表面主要是指電氣設(shè)備內(nèi)部電氣元件與殼體之間的連接部分，同時它還是設(shè)備內(nèi)的絕緣構(gòu)件，用于保護(hù)電氣元件。按其功能可分為隔爆型、增安型、本安型和充砂型等。其中，具有良好絕緣性能的隔爆面，可用于保護(hù)設(shè)備內(nèi)部元件，有效地防止因絕緣性能降低而引起的內(nèi)部元件溫升而導(dǎo)致的電氣故障。同時，具有良好絕緣性能的隔爆面也能有效地防止因短路電流引起的電氣故障。海上平臺用電設(shè)備一般功率大、電壓高，所以在安裝和使用時要特別注意隔爆面的安裝位置，防止由于安裝位置不合理而引起的電氣設(shè)備在運(yùn)行時產(chǎn)生火花從而引發(fā)火災(zāi)等危險情況。通常，在電氣設(shè)備內(nèi)設(shè)置有對應(yīng)的電纜槽，以供電纜敷設(shè)。海上平臺所用電纜多為阻燃型電纜，在安裝過程中必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定。同時，由于海上平臺所采用的纜繩一般都很長，故須通過特殊的支架來固定。

3.2 隔爆索

隔爆索的主要功能是防止電氣設(shè)備在使用過程中發(fā)生爆炸，是隔爆結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的一部分，主要功能有：①當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時，內(nèi)部元件溫度升高，若不采取隔熱結(jié)構(gòu)保護(hù)，內(nèi)部元件會因高溫而發(fā)生損壞，所以采用隔爆索可以有效地防止電氣設(shè)備在運(yùn)行時發(fā)生爆炸。②電氣設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時，采用隔爆索保護(hù)電氣設(shè)備，可有效降低電氣設(shè)備內(nèi)部元件的溫度。③隔爆索既能保護(hù)電氣設(shè)備內(nèi)部元件不受高溫影響，又能防止發(fā)生故障時內(nèi)部元件因短路電流而損壞。因此，采用隔爆索保護(hù)海上平臺的電氣設(shè)備，可以有效地減少因運(yùn)行時因溫度升高引起的內(nèi)部元件的損傷。

3.3 其他部件

除上述結(jié)構(gòu)之外，電氣設(shè)備還可采用隔板將外殼與隔爆結(jié)構(gòu)分隔開來，從而將電氣設(shè)備分為外殼與隔爆表面兩部分。在海上平臺上，通常采用鋼板作為隔離層，將電氣設(shè)備分成兩部分。其中，在殼體部件中，內(nèi)部部件主要是通過螺栓或螺母與外部部件相連接。同時，為防止內(nèi)部零件過熱而損壞內(nèi)部零件，一般都是用橡膠墊片固定。在隔爆表面部分，為了防止電氣設(shè)備在運(yùn)行時溫度升高，一般采用隔爆件對電氣設(shè)備進(jìn)行隔離。隔爆件是指由兩個及以上的隔爆表面及相關(guān)元件構(gòu)成的隔爆件。防爆元件一般為不銹鋼。電氣設(shè)備的隔爆型結(jié)構(gòu)，可按其內(nèi)部元件類型加以分類。海上平臺常用的隔爆結(jié)構(gòu)通常為鋼板。由鋼板制成的隔爆面通常由厚度較大，硬度較高，韌性較強(qiáng)，表面光滑程度較高，導(dǎo)熱性較差，表面電阻系數(shù)較小，熱膨脹系數(shù)也比較小，在鋼板制成的隔爆面中，內(nèi)部元件由螺栓或螺母連接，結(jié)構(gòu)相對簡單，便于在海上平臺上安裝。

4 隔爆外殼防護(hù)等級

①隔爆殼體具有IP54 保護(hù)等級。此保護(hù)等級適用于海上平臺上的所有電氣設(shè)備。②按照GB50058、GB50745《爆炸危險環(huán)境電氣裝置設(shè)計規(guī)范》、GB50745《固定式電氣設(shè)備隔爆技術(shù)規(guī)范》對隔爆箱的保護(hù)等級劃分為2 級，即IP54、IP54。③對防爆電氣，除符合上述規(guī)范外，還應(yīng)滿足其他規(guī)范要求。另外，依據(jù)GB50745《固定式電氣設(shè)備隔爆技術(shù)規(guī)范》，除滿足上述要求外，還應(yīng)滿足GB4203.1—2011《爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備第1 部分：一般規(guī)定》中有關(guān)規(guī)定的其他要求。

4.1 防爆標(biāo)志

①標(biāo)識應(yīng)按GB3836.1-2010 規(guī)定制作，防爆電氣的標(biāo)識應(yīng)與之相一致。②無火花，無電弧，無危險溫度，無有害物質(zhì)的電氣，其標(biāo)識可以不顯示。③當(dāng)裝置內(nèi)有爆炸物時，應(yīng)使標(biāo)識與周圍環(huán)境相區(qū)分。④裝置內(nèi)有火花型爆炸物時，其標(biāo)識應(yīng)符合GB3836.1 規(guī)定。⑤在有危險溫度，有有害氣體或蒸氣的情況下，應(yīng)在殼體上標(biāo)明該裝置的位置。⑥如果設(shè)備內(nèi)部可能存在火焰或高溫，則應(yīng)在外殼上標(biāo)明設(shè)備位置。在這種情況下，設(shè)備應(yīng)具有防爆證書。這份防爆合格證號應(yīng)當(dāng)能夠證明設(shè)備是防爆的，并且有相應(yīng)的安全標(biāo)識（如GB3836.1-2010 中所定義的“I”類）。如果有可能產(chǎn)生火花，電弧或危險溫度的電氣設(shè)備靠近離岸平臺，則應(yīng)在外殼上標(biāo)明或標(biāo)明防爆合格證號碼；當(dāng)靠近陸地平臺時，這個標(biāo)記應(yīng)該被標(biāo)記在它的外殼上，或在它的防爆證書編號中。

4.2 防爆電氣設(shè)備

①按照GB50058 的規(guī)定，在Ⅱ C 級危害環(huán)境下，必須設(shè)置防爆裝置，或增設(shè)裝置。②用于海上平臺的電氣設(shè)備，必須滿足GB50745 所列Ⅱ C 類危險環(huán)境下的電氣設(shè)備的規(guī)定。③在海上平臺使用的防爆電氣設(shè)備，必須滿足GB4203.1-2011《爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備第1 部分：一般規(guī)定》中規(guī)定的防爆標(biāo)志及等級，并在規(guī)定的范圍內(nèi)對電氣設(shè)備進(jìn)行防爆處理。

4.3 防爆電氣設(shè)備的試驗

①隔爆電氣設(shè)備的測試，是指通過測試防爆電氣的隔爆表面及密封表面，判斷其防爆性能是否符合規(guī)定，并判定其有無安全隱患。②隔爆殼體的測試，是在殼體或隔爆體表面施加規(guī)定的測試電壓，以檢查隔爆殼體是否有足夠的火花、電弧及危險溫度。③隔爆殼體的測試分為隔爆式殼體測試和增安式殼體測試兩種。前一種方法是對隔爆體施加一定的電壓，檢查隔爆體能否承受規(guī)定的電壓；后一種方法是在防爆電氣中加上規(guī)定的電壓，來檢驗它們的防爆性能是否達(dá)到要求。④按照GB50058 的6.1.2 部分的規(guī)定，測試電壓，測試時間，測試頻率。按規(guī)定，防爆電氣設(shè)備的測試電壓要高于其最高工作電壓，測試頻率要高于其最大工作頻率。⑤對隔爆電氣設(shè)備，絕緣耐壓及漏電流的試驗，應(yīng)按GB50058 的6.1.3 部分進(jìn)行；增安型電氣設(shè)備的絕緣耐壓試驗，也要按照GB50058的6.1.4部分進(jìn)行。⑥絕緣性電氣設(shè)備，其絕緣電阻額定值為2.5 MΩ 以上時，其隔爆箱不應(yīng)有開裂；增安型電氣設(shè)備的隔爆箱，其額定絕緣電阻值為2.5 MΩ 以上時，不應(yīng)有開裂現(xiàn)象。⑦用直徑12 mm 的鋼纜將隔爆表面纏繞兩圈（但不要纏繞在一起），并測量其長度。

5 電氣設(shè)備的保護(hù)接地要求

①供電終端應(yīng)就近接地，不得二點(diǎn)接地。每個電氣設(shè)備應(yīng)有專用的接地終端，不能與其他終端或電纜相連。②在發(fā)生爆炸危險區(qū)域，應(yīng)設(shè)置專門的靜電接地裝置，以防止靜電積聚。③電源端子不應(yīng)有地線保護(hù)。④爆炸危險區(qū)的接地應(yīng)符合下列要求：TN-C系統(tǒng)：電源端子必須用銅芯線連到專用接地極上，PE 線不得接零接；在三號線系統(tǒng)中，如果保護(hù)地線連接到外殼上，則保護(hù)地線不應(yīng)為零。

6 結(jié)束語

海上平臺在原油開采、處理、存儲、外輸?shù)冗^程中，或在工藝設(shè)備的維修改造過程中，有可能出現(xiàn)原油或可燃?xì)獾男孤．?dāng)遇到引燃源，就可能引起火災(zāi)，甚至爆炸。因此，在相應(yīng)的危險區(qū)合理選用防爆電氣設(shè)備，將可以保證在發(fā)生可燃?xì)庑孤r，避免火災(zāi)或爆炸事故發(fā)生。

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