石化企業爆炸性氣體環境 防爆電氣設計
發布時間：
2023-09-22 08:39
眾所周知， 易燃氣體或其與空氣的混合物遇到火花、 電弧或危險高溫就會被點燃， 形成燃燒或爆炸。 石油和化工企業經常要加工和處理易燃性液體或氣體， 其原料中也有相當多的品種是易燃性的， 如常用原料中的石油、 天然氣和氫氣； 半成品中的烷類、 烴類化合物； 成品中的汽油、 柴油等。 這些易燃性物質在被加工、貯存的過程中不可避免地會從管道及其連接處、 反應器和貯罐中逸出或漏出， 與空氣中氧氣混合后形成爆炸性混合物， 如果當時現場有點燃源， 就會形成爆炸， 造成人員傷亡和財產損失。
由于上述特點， 石化企業的防爆安全就成為設計工作中的關鍵。 為了防范爆炸的發生， 需要在工程中采取相應措施進行預防。 工程上采用的防爆安全措施一般分兩類， 第一類稱為一次防爆措施， 如建筑物的防爆設計， 通風設施等。第二類稱為二次防爆措施， 如選用防爆電氣設備等。 這些措施都需要增加工程投資， 且平時的運行和維護都比普通電氣設備難度大。 如何在設計中正確劃分爆炸危險區域， 合理地按級選用防爆電氣設備， 成為了設計工作的重中之重。
爆炸危險區域的劃分
如果對于一個裝置區域， 因為它的原料或產品有易燃性物質， 就把整個裝置區域甚至廠區都認定為爆炸危險場所是不合理的， 顯然也是極不經濟的。
易燃性物質的出現形成了一個潛在的爆炸性環境。 所謂潛在， 說明它們并不是時刻出現的， 頻率或高或低， 危險性或大或小。 因此， 就有必要對這些危險場所進行場所分類。 分類實際上是將場所按其危險程度劃分， 以便按照不同的危險區域類型采取不同的防爆措施。
爆炸危險性場所的分類， 應由懂得易燃物質性質、 設備工藝性能的技術人員提出易燃性介質及其釋放源； 由懂得安全、電氣的工程技術人員根據有關規范， 來劃分爆炸危險區域。 場所分類對工程設計很重要， 為了盡量準確地劃分區域， 在根據有關標準和規范劃分的同時， 還應參考以往的經驗和行業的特點。 既要保證生產裝置安全可靠， 又要避免人為提高爆炸危險區域等級而造成工程投資浪費。
爆炸危險場所的劃分首先要查找和確定釋放源， 根據釋放源的等級， 劃分爆炸危險區域， 還應結合釋放源所在處的通風條件調整區域劃分。
（1） 查找和確定釋放源
涉及 易 燃 易 爆 物 質 的 設 備， 如 罐、泵、 管道及其接口處等， 應視為潛在釋放源。 其中易燃性氣體或液體的排入口、 取樣點及可能泄漏的閥門等都是釋放源； 而有的易燃性物料不會向環境中釋放， 如全部焊接的管道等， 則不可視為釋放源。 在場所分類中， 首先應按易燃物質的釋放頻繁程度和持續時間 長短確定釋放源的等級。 根據 GB50058-1992《 爆炸和火災危險環境電氣裝置設計規范》 中的規定共分為三級：
1） 連續級釋放源。 預計長期釋放或短時頻繁釋放的釋放源， 可劃為連續級釋放源。 如沒有用惰性氣體覆蓋的固定頂蓋儲罐中的易燃液體的表面； 油、 水分離器等直接與空間接觸的易燃液體的蒸氣的自 由排氣孔和其他孔口； 經常或長期向空間釋放易燃氣體或易燃液體的蒸氣的自 由排氣孔或其他孔口等。
2） 第一級釋放源。 預計正常運行時周 期或偶爾釋放的釋放源， 可劃為第一級釋放源。 如正常運行時會釋放易燃物質的泵、 壓縮機和閥門等的密封處； 正常運行時， 會向空間釋放易燃物質，安裝在貯有易燃液體的容器上的排水系統； 正常運行時會向空間釋放易燃物質的取樣口。
3） 第二級釋放源。 預計在正常運行下不會釋放， 即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源，可劃為第二級釋放源。 如正常運行時不能出現釋放易燃物質的泵、 壓縮機和閥門的密封處； 正常運行時不能釋放易燃物質的法蘭、 連接件和管道接頭； 正常運行時不能向空間釋放易燃物質的安全閥、 排氣孔和其他孔口 處； 正常運行時不能向空間釋放易燃物質的取樣點。
4） 多級釋放源。 由 上述兩種或三種級別釋放源組成的釋放源。
（2） 爆炸危險區域的劃分
爆炸危險區域的劃分是根據爆炸性混合物出現的頻繁程度和持續時間確定的， 分為 0 區、 1區和2 區。 首先根據工藝等有關專業提供的爆炸危險區域劃分條件圖和釋放源的等級劃分爆炸危險區域:
1） 存在連續級釋放源的區域可劃分為 0 區。
2） 存在第一級釋放源的區域可劃分為 1 區。
3） 存在第二級釋放源的區域可劃分為2 區。
其次應根據通風條件調整區域劃分。 當通風良好時， 應降低爆炸危險區域等級； 當通風不良時或局部存在障礙物、 凹坑和死角處應提高爆炸危險區域等級。
在生產裝置中0區是極個別的， 大多數屬于2區， 在劃分爆炸危險區域時， 應采取合理措施盡量減少 1區。
（3） 爆炸危險區域的范圍
爆炸危險區域的范圍劃分， 除了按照規范條文的規定以外， 還與易燃物質的泄出量、 釋放速度、 釋放的爆炸性氣體混合物的濃度、 易燃液體的沸點、 液體混合物初沸點、 爆炸下限、 閃點和通風量等因素有關。 而利用堤或墻等障礙物， 限制比重比空氣重的爆炸性混合物的擴散， 可縮小爆炸危險區域的范圍。
特別要注意的是， 裝置區內 的變電所、 配電所和控制室應盡量布置在爆炸危險區域范圍以外，對于易燃物質比空氣重的爆炸性氣體環境， 位于1、 2 區附近的變電所、 配電所和控制室的室內地面應高出室外地面 0.6 m。
在爆炸危險區 域劃 分后， 應對其結果畫 出“ 爆炸危險區域劃分圖”， 作為在該區域范圍內的電氣設備的選型依據。
爆炸危險場所防爆電氣設備選型
在選擇使用 于爆炸危險場所的電氣設備前，應首先明確以下內容：
1） 設備的類、 級和組別應與爆炸危險環境相適應， 如明確爆炸危險場所環境的類別是爆炸性氣體環境還是爆炸性粉塵環境。 不同的爆炸性介質其電氣設備的防爆結構要求不一樣。 通常所說的防爆設備大多指在爆炸性氣體環境中使用的，如 d II BT4、d II CT6等等。
2） 明確環境中 爆炸性氣體混合物的爆炸級別， 即IIA 、IIB 和IIC 。 這是相應于設備的最大試驗安全間隙和最小點燃電流比的分級。 其級別根據產生爆炸性氣體的介質不同而不同， 如丙烷屬IIA、 乙烯屬IIB、 乙炔和氫屬II等。 從IIA 到IIC隨著防爆電氣設備的最大試驗安全間隙和最小點燃電流比的逐級減小而其防爆要求逐級提高。
3） 明確環境中 爆炸性氣體混合物的組別或引燃溫度。 這是易燃性物質的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規定條件下被熱表面引燃的最低溫度。 從組別 T1 到T6 ,( 隨著引燃溫度的降低， 其電氣設備的防爆要求逐級提高。
4） 周 圍 環境對防爆電氣設備的 選型要求。如周圍環境內化學、 機械、 熱及霉菌等不同環境條件， 在防爆電氣設備選型時應同時考慮。
5） 還應遵循經濟性原則和環境適應性原則。為了不過分提高工程造價， 在電氣設備選型時，只要滿足環境要求和爆炸性混合氣體級別的要求即可， 不宜為了提高安全度， 而選用更高一級的電氣設備。 在同等條件下， 應選用結構簡單， 重量輕， 運行可靠性高、 低費用、 低耗能的產品。必要時還應考慮系統運行要求， 如連續的自 動化運行的系統， 應優先選用本質安全型產品。
在考慮以上幾條基本要求后， 可選擇能滿足要求的防爆電氣產品。 對于有些必須布置在爆炸危險區域內的電氣設備， 而其防爆要求又不能滿足場所要求的時候， 可采用正壓通風的措施來達到防爆的要求。
爆炸危險場所防爆電氣線路設計
防爆設備如果沒有正確的配線， 將會失去防爆的意義。 防爆區的電氣線路往往不易檢修， 因此電氣線路的設計非常重要。
（1） 絕緣導線和電纜截面的選擇在爆炸性氣體環境1、2區內， 絕緣導線和電纜截面的選擇應遵循以下原則：
1） 導體允許載流量不應小于熔斷器熔體額定電流的 1.25倍， 不應小于自動開關長延時過電流脫扣器額定電流的1.25 倍。
2） 引至電壓為1000V以下的籠型異步電動機支線的長期允許載流量不應小于電動機額定電流的1.25倍。
3） 在1 區內， 電力、 照明和控制電纜的截面均應選擇 2.5mm2 及以上的銅芯線纜； 接線盒需用隔爆型； 移動電纜應選重型。
4） 在2區內，電力電纜均應選擇 1.5 mm及以上的銅芯線纜，或4mm及以上的鋁芯線纜照明電纜應選擇1.5 mm及以上的銅芯線纜，或2.5mm2及以上的鋁芯線纜;控制線應選擇1.5 mm及以上的銅芯線纜;接線盒選用隔爆型或增安型:移動電纜選中型
（2） 線路保護選擇
線路保護方面， 在1區內， 單相網路中的相線及中性線應裝設短路保護， 并使用雙極開關同時切斷相線及中性線； 對3-10KV 的電纜線路，宜裝設零序電流保護。 在 1 區內保護裝置宜動作于跳閘， 2 區內宜動作于信號。
（3） 電氣線路布置
在爆炸危險場所， 通常都采用銅芯線穿鋼管明敷設的方式。 若廠房美觀要求較高時， 可在吊頂內敷設管線。 從吊頂內引下的管線， 穿越不同環境區域時， 應嚴格按照規范和國標圖集的要求，做好密封隔離措施。 隔離點應選擇在相對低的危險區一側， 在連接兩個防爆設備的電氣管管口處，須各設置一個密封點。 管線與電氣設備均采用撓性連接管連接。 上述各項要求均應在電氣設計圖樣中一一做詳細說明， 以便在施工中得到很好的貫徹。
爆炸危險場所的等電位聯結
防爆區的電氣安全， 除了采取非防爆區內 采用的常規措施外， 還要進行等電位聯結。
在石化企業廠房內， 有很多的金屬容器、 管道和構架等， 加上一些明設的電氣管線， 這些管線很容易形成不同的感應電位和靜電電壓。 為防止不同金屬件之間由于電荷釋放而產生電火花而引起爆炸， 必須采取等電位聯結。
等電位聯結分為總等電位聯結和輔助等電位聯結。 總等電位聯結將區域內的接地干線與其他管線等相互連通， 再與整個廠房的防雷接地系統相連。 輔助等電位聯結在爆炸性氣體環境1區內的所有電氣設備， 2區內 除照明以外的其他電氣設備應從配電箱引出專用的PE線， 即采用TN—S接地系統。 等電位聯結不但包括電氣設備的聯結，還包括所有金屬構件的聯結。
常見的防爆電氣誤區
（1） 誤區一： 防爆電氣設備能防水
不少人認為， 防爆電氣設備的外殼能阻止有爆炸危險的氣體進入其內部， 其密封性能一定很好， 同樣能阻止雨水進入， 安裝在戶外露天使用應該沒有問題。 這種觀點混淆了防爆電氣設備的防爆形式和外殼防護等級兩個概念。
防爆電氣設備按其防爆原理的不同而分為不同的防爆形式。 如隔爆型防爆電氣設備能承受內部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力， 并阻止內部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播。 顯然其防爆性能與外殼防護等級無關， 國家標準對其外殼防護等級并無特別要求， 只要滿足電動機及低壓電器外殼防護等級要求即可， 但對其外殼的材質和機械強度作了嚴格的規定。
因此， 絕大多數防爆電氣設備均不能阻止氣體或水進入其內 部， 因此不能將這些防爆電氣設備直接安裝在戶外露天場所， 也不能用水沖洗其外殼。 設備的防水性能是由其外殼防護等級決定，因此在購買防爆電氣設備時必須同時提出外殼防護等級要求。
（2） 誤區之二： 氣體防爆電氣設備可以用于粉塵爆炸危險場所
許多人對粉塵防爆及粉塵防爆電氣設備缺乏充分的認識， 實際應用中不管是氣體爆炸危險場所還是粉塵爆炸危險場所， 都選用氣體防爆電氣設備， 這是錯誤的。 因為絕大多數氣體防爆電氣設備外殼防護等級低于粉塵防爆電氣設備， 若將防爆形式和外殼防護等級兩個概念。防爆電氣設備按其防爆原理的不同而分為不同的防爆形式。 如隔爆型防爆電氣設備能承受內部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力， 并阻止內部的氣體防爆電氣設備用于粉塵爆炸危險場所， 粉塵會進入設備內部并堆積， 防礙防爆電氣設備的安全運行。 當然也可以將氣體防爆電氣設備的外殼防護等級提高而用于粉塵爆炸危險場所， 但這是極不經濟的， 因為用于氣體防爆的隔爆、 增安等功能被白白浪費。 反過來， 粉塵防爆電氣設備也不可以用于氣體性爆炸危險場所。 因為粉塵防爆電氣設備只是外殼防護等級較高而已， 并沒有隔爆、 增安等防爆措施， 所以這兩種防爆電氣設備決不能換用。
結束語
進行爆炸性危險場所電氣設計， 必須明確生產工藝流程、 主要物料的物理及化學性質以及物料的分布情況， 根據這些準確劃分爆炸危險區域。在爆炸危險環境內， 嚴格執行國家規范， 進行電氣設備選型， 電氣線路設計等.
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