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石化企業(yè)爆炸性氣體環(huán)境防爆電氣設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間：

2023-09-22 08:39

眾所周知，易燃?xì)怏w或其與空氣的混合物遇到火花、電弧或危險(xiǎn)高溫就會(huì)被點(diǎn)燃，形成燃燒或爆炸。石油和化工企業(yè)經(jīng)常要加工和處理易燃性液體或氣體，其原料中也有相當(dāng)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(lèi)、烴類(lèi)化合物；成品中的汽油、柴油等。這些易燃性物質(zhì)在被加工、貯存的過(guò)程中不可避免地會(huì)從管道及其連接處、反應(yīng)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(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)有點(diǎn)燃源，就會(huì)形成爆炸，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

由于上述特點(diǎn)，石化企業(yè)的防爆安全就成為設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵。為了防范爆炸的發(fā)生，需要在工程中采取相應(yīng)措施進(jìn)行預(yù)防。工程上采用的防爆安全措施一般分兩類(lèi)，第一類(lèi)稱(chēng)為一次防爆措施，如建筑物的防爆設(shè)計(jì)，通風(fēng)設(shè)施等。第二類(lèi)稱(chēng)為二次防爆措施，如選用防爆電氣設(shè)備等。這些措施都需要增加工程投資，且平時(shí)的運(yùn)行和維護(hù)都比普通電氣設(shè)備難度大。如何在設(shè)計(jì)中正確劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，合理地按級(jí)選用防爆電氣設(shè)備，成為了設(shè)計(jì)工作的重中之重。

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

如果對(duì)于一個(gè)裝置區(qū)域，因?yàn)樗脑匣虍a(chǎn)品有易燃性物質(zhì)，就把整個(gè)裝置區(qū)域甚至廠(chǎng)區(qū)都認(rèn)定為爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所是不合理的，顯然也是極不經(jīng)濟(jì)的。

易燃性物質(zhì)的出現(xiàn)形成了一個(gè)潛在的爆炸性環(huán)境。所謂潛在，說(shuō)明它們并不是時(shí)刻出現(xiàn)的，頻率或高或低，危險(xiǎn)性或大或小。因此，就有必要對(duì)這些危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行場(chǎng)所分類(lèi)。分類(lèi)實(shí)際上是將場(chǎng)所按其危險(xiǎn)程度劃分，以便按照不同的危險(xiǎn)區(qū)域類(lèi)型采取不同的防爆措施。

爆炸危險(xiǎn)性場(chǎng)所的分類(lèi)，應(yīng)由懂得易燃物質(zhì)性質(zhì)、設(shè)備工藝性能的技術(shù)人員提出易燃性介質(zhì)及其釋放源；由懂得安全、電氣的工程技術(shù)人員根據(jù)有關(guān)規(guī)范，來(lái)劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。場(chǎng)所分類(lèi)對(duì)工程設(shè)計(jì)很重要，為了盡量準(zhǔn)確地劃分區(qū)域，在根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范劃分的同時(shí)，還應(yīng)參考以往的經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)的特點(diǎn)。既要保證生產(chǎn)裝置安全可靠，又要避免人為提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)而造成工程投資浪費(fèi)。

爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的劃分首先要查找和確定釋放源，根據(jù)釋放源的等級(jí)，劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，還應(yīng)結(jié)合釋放源所在處的通風(fēng)條件調(diào)整區(qū)域劃分。

（1）查找和確定釋放源

涉及易燃易爆物質(zhì) 的設(shè) 備，如罐、泵、管道及其接口處等，應(yīng)視為潛在釋放源。其中易燃性氣體或液體的排入口、取樣點(diǎn)及可能泄漏的閥門(mén)等都是釋放源；而有的易燃性物料不會(huì)向環(huán)境中釋放，如全部焊接的管道等，則不可視為釋放源。在場(chǎng)所分類(lèi)中，首先應(yīng)按易燃物質(zhì)的釋放頻繁程度和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短確定釋放源的等級(jí)。根據(jù) GB50058-1992《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定共分為三級(jí)：

1）連續(xù)級(jí)釋放源。預(yù)計(jì)長(zhǎng)期釋放或短時(shí)頻繁釋放的釋放源，可劃為連續(xù)級(jí)釋放源。如沒(méi)有用惰性氣體覆蓋的固定頂蓋儲(chǔ)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(jīng)常或長(zhǎng)期向空間釋放易燃?xì)怏w或易燃液體的蒸氣的自由排氣孔或其他孔口等。

2）第一級(jí)釋放源。預(yù)計(jì)正常運(yùn)行時(shí)周期或偶爾釋放的釋放源，可劃為第一級(jí)釋放源。如正常運(yùn)行時(shí)會(huì)釋放易燃物質(zhì)的泵、壓縮機(jī)和閥門(mén)等的密封處；正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)向空間釋放易燃物質(zhì)，安裝在貯有易燃液體的容器上的排水系統(tǒng)；正常運(yùn)行時(shí)會(huì)向空間釋放易燃物質(zhì)的取樣口。

3）第二級(jí)釋放源。預(yù)計(jì)在正常運(yùn)行下不會(huì)釋放，即使釋放也僅是偶爾短時(shí)釋放的釋放源，可劃為第二級(jí)釋放源。如正常運(yùn)行時(shí)不能出現(xiàn)釋放易燃物質(zhì)的泵、壓縮機(jī)和閥門(mén)的密封處；正常運(yùn)行時(shí)不能釋放易燃物質(zhì)的法蘭、連接件和管道接頭；正常運(yùn)行時(shí)不能向空間釋放易燃物質(zhì)的安全閥、排氣孔和其他孔口處；正常運(yùn)行時(shí)不能向空間釋放易燃物質(zhì)的取樣點(diǎn)。

4）多級(jí)釋放源。由上述兩種或三種級(jí)別釋放源組成的釋放源。

（2）爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分是根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間確定的，分為 0 區(qū)、 1區(qū)和2 區(qū)。首先根據(jù)工藝等有關(guān)專(zhuān)業(yè)提供的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分條件圖和釋放源的等級(jí)劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域:

1）存在連續(xù)級(jí)釋放源的區(qū)域可劃分為 0 區(qū)。

2）存在第一級(jí)釋放源的區(qū)域可劃分為 1 區(qū)。

3）存在第二級(jí)釋放源的區(qū)域可劃分為2 區(qū)。

其次應(yīng)根據(jù)通風(fēng)條件調(diào)整區(qū)域劃分。當(dāng)通風(fēng)良好時(shí)，應(yīng)降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)；當(dāng)通風(fēng)不良時(shí)或局部存在障礙物、凹坑和死角處應(yīng)提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。

在生產(chǎn)裝置中0區(qū)是極個(gè)別的，大多數(shù)屬于2區(qū)，在劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，應(yīng)采取合理措施盡量減少 1區(qū)。

（3）爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍劃分，除了按照規(guī)范條文的規(guī)定以外，還與易燃物質(zhì)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(diǎn)、液體混合物初沸點(diǎn)、爆炸下限、閃點(diǎn)和通風(fēng)量等因素有關(guān)。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(kuò)散，可縮小爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。

特別要注意的是，裝置區(qū)內(nèi) 的變電所、配電所和控制室應(yīng)盡量布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域范圍以外，對(duì)于易燃物質(zhì)比空氣重的爆炸性氣體環(huán)境，位于1、 2 區(qū)附近的變電所、配電所和控制室的室內(nèi)地面應(yīng)高出室外地面 0.6 m。

在爆炸危險(xiǎn)區(qū) 域劃分后，應(yīng)對(duì)其結(jié)果畫(huà) 出“ 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖”，作為在該區(qū)域范圍內(nèi)的電氣設(shè)備的選型依據(jù)。

爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆電氣設(shè)備選型

在選擇使用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的電氣設(shè)備前，應(yīng)首先明確以下內(nèi)容：

1）設(shè)備的類(lèi)、級(jí)和組別應(yīng)與爆炸危險(xiǎn)環(huán)境相適應(yīng)，如明確爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所環(huán)境的類(lèi)別是爆炸性氣體環(huán)境還是爆炸性粉塵環(huán)境。不同的爆炸性介質(zhì)其電氣設(shè)備的防爆結(jié)構(gòu)要求不一樣。通常所說(shuō)的防爆設(shè)備大多指在爆炸性氣體環(huán)境中使用的，如 d II BT4、d II CT6等等。

2）明確環(huán)境中爆炸性氣體混合物的爆炸級(jí)別，即IIA 、IIB 和IIC 。這是相應(yīng)于設(shè)備的最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流比的分級(jí)。其級(jí)別根據(jù)產(chǎn)生爆炸性氣體的介質(zhì)不同而不同，如丙烷屬I(mǎi)IA、乙烯屬I(mǎi)IB、乙炔和氫屬I(mǎi)I等。從IIA 到IIC隨著防爆電氣設(shè)備的最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流比的逐級(jí)減小而其防爆要求逐級(jí)提高。

3）明確環(huán)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(zhì)的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規(guī)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(shè)備的防爆要求逐級(jí)提高。

4）周圍環(huán)境對(duì)防爆電氣設(shè)備的選型要求。如周?chē)h(huán)境內(nèi)化學(xué)、機(jī)械、熱及霉菌等不同環(huán)境條件，在防爆電氣設(shè)備選型時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮。

5）還應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則和環(huán)境適應(yīng)性原則。為了不過(guò)分提高工程造價(jià)，在電氣設(shè)備選型時(shí)，只要滿(mǎn)足環(huán)境要求和爆炸性混合氣體級(jí)別的要求即可，不宜為了提高安全度，而選用更高一級(jí)的電氣設(shè)備。在同等條件下，應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，運(yùn)行可靠性高、低費(fèi)用、低耗能的產(chǎn)品。必要時(shí)還應(yīng)考慮系統(tǒng)運(yùn)行要求，如連續(xù)的自動(dòng)化運(yùn)行的系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先選用本質(zhì)安全型產(chǎn)品。

在考慮以上幾條基本要求后，可選擇能滿(mǎn)足要求的防爆電氣產(chǎn)品。對(duì)于有些必須布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，而其防爆要求又不能滿(mǎn)足場(chǎng)所要求的時(shí)候，可采用正壓通風(fēng)的措施來(lái)達(dá)到防爆的要求。

爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆電氣線(xiàn)路設(shè)計(jì)

防爆設(shè)備如果沒(méi)有正確的配線(xiàn)，將會(huì)失去防爆的意義。防爆區(qū)的電氣線(xiàn)路往往不易檢修，因此電氣線(xiàn)路的設(shè)計(jì)非常重要。

（1）絕緣導(dǎo)線(xiàn)和電纜截面的選擇在爆炸性氣體環(huán)境1、2區(qū)內(nèi)，絕緣導(dǎo)線(xiàn)和電纜截面的選擇應(yīng)遵循以下原則：

1）導(dǎo)體允許載流量不應(yīng)小于熔斷器熔體額定電流的 1.25倍，不應(yīng)小于自動(dòng)開(kāi)關(guān)長(zhǎng)延時(shí)過(guò)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(dòng)機(jī)支線(xiàn)的長(zhǎng)期允許載流量不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定電流的1.25倍。

3）在1 區(qū)內(nèi)，電力、照明和控制電纜的截面均應(yīng)選擇 2.5mm2 及以上的銅芯線(xiàn)纜；接線(xiàn)盒需用隔爆型；移動(dòng)電纜應(yīng)選重型。

4）在2區(qū)內(nèi)，電力電纜均應(yīng)選擇 1.5 mm及以上的銅芯線(xiàn)纜，或4mm及以上的鋁芯線(xiàn)纜照明電纜應(yīng)選擇1.5 mm及以上的銅芯線(xiàn)纜，或2.5mm2及以上的鋁芯線(xiàn)纜;控制線(xiàn)應(yīng)選擇1.5 mm及以上的銅芯線(xiàn)纜;接線(xiàn)盒選用隔爆型或增安型:移動(dòng)電纜選中型

（2）線(xiàn)路保護(hù)選擇

線(xiàn)路保護(hù)方面，在1區(qū)內(nèi)，單相網(wǎng)路中的相線(xiàn)及中性線(xiàn)應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)，并使用雙極開(kāi)關(guān)同時(shí)切斷相線(xiàn)及中性線(xiàn)；對(duì)3-10KV 的電纜線(xiàn)路，宜裝設(shè)零序電流保護(hù)。在 1 區(qū)內(nèi)保護(hù)裝置宜動(dòng)作于跳閘， 2 區(qū)內(nèi)宜動(dòng)作于信號(hào)。

（3）電氣線(xiàn)路布置

在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，通常都采用銅芯線(xiàn)穿鋼管明敷設(shè)的方式。若廠(chǎng)房美觀要求較高時(shí)，可在吊頂內(nèi)敷設(shè)管線(xiàn)。從吊頂內(nèi)引下的管線(xiàn)，穿越不同環(huán)境區(qū)域時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范和國(guó)標(biāo)圖集的要求，做好密封隔離措施。隔離點(diǎn)應(yīng)選擇在相對(duì)低的危險(xiǎn)區(qū)一側(cè)，在連接兩個(gè)防爆設(shè)備的電氣管管口處，須各設(shè)置一個(gè)密封點(diǎn)。管線(xiàn)與電氣設(shè)備均采用撓性連接管連接。上述各項(xiàng)要求均應(yīng)在電氣設(shè)計(jì)圖樣中一一做詳細(xì)說(shuō)明，以便在施工中得到很好的貫徹。
爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的等電位聯(lián)結(jié)

防爆區(qū)的電氣安全，除了采取非防爆區(qū)內(nèi) 采用的常規(guī)措施外，還要進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。

在石化企業(yè)廠(chǎng)房?jī)?nèi)，有很多的金屬容器、管道和構(gòu)架等，加上一些明設(shè)的電氣管線(xiàn)，這些管線(xiàn)很容易形成不同的感應(yīng)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(chǎn)生電火花而引起爆炸，必須采取等電位聯(lián)結(jié)。

等電位聯(lián)結(jié)分為總等電位聯(lián)結(jié)和輔助等電位聯(lián)結(jié)。總等電位聯(lián)結(jié)將區(qū)域內(nèi)的接地干線(xiàn)與其他管線(xiàn)等相互連通，再與整個(gè)廠(chǎng)房的防雷接地系統(tǒng)相連。輔助等電位聯(lián)結(jié)在爆炸性氣體環(huán)境1區(qū)內(nèi)的所有電氣設(shè)備， 2區(qū)內(nèi) 除照明以外的其他電氣設(shè)備應(yīng)從配電箱引出專(zhuān)用的PE線(xiàn)，即采用TN—S接地系統(tǒng)。等電位聯(lián)結(jié)不但包括電氣設(shè)備的聯(lián)結(jié)，還包括所有金屬構(gòu)件的聯(lián)結(jié)。

常見(jiàn)的防爆電氣誤區(qū)

（1）誤區(qū)一：防爆電氣設(shè)備能防水

不少人認(rèn)為，防爆電氣設(shè)備的外殼能阻止有爆炸危險(xiǎn)的氣體進(jìn)入其內(nèi)部，其密封性能一定很好，同樣能阻止雨水進(jìn)入，安裝在戶(hù)外露天使用應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。這種觀點(diǎn)混淆了防爆電氣設(shè)備的防爆形式和外殼防護(hù)等級(jí)兩個(gè)概念。

防爆電氣設(shè)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(shè)備能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周?chē)ㄐ曰旌衔飩鞑ァ?顯然其防爆性能與外殼防護(hù)等級(jí)無(wú)關(guān)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其外殼防護(hù)等級(jí)并無(wú)特別要求，只要滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)及低壓電器外殼防護(hù)等級(jí)要求即可，但對(duì)其外殼的材質(zhì)和機(jī)械強(qiáng)度作了嚴(yán)格的規(guī)定。

因此，絕大多數(shù)防爆電氣設(shè)備均不能阻止氣體或水進(jìn)入其內(nèi) 部，因此不能將這些防爆電氣設(shè)備直接安裝在戶(hù)外露天場(chǎng)所，也不能用水沖洗其外殼。設(shè)備的防水性能是由其外殼防護(hù)等級(jí)決定，因此在購(gòu)買(mǎi)防爆電氣設(shè)備時(shí)必須同時(shí)提出外殼防護(hù)等級(jí)要求。

（2）誤區(qū)之二：氣體防爆電氣設(shè)備可以用于粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所

許多人對(duì)粉塵防爆及粉塵防爆電氣設(shè)備缺乏充分的認(rèn)識(shí)，實(shí)際應(yīng)用中不管是氣體爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所還是粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，都選用氣體防爆電氣設(shè)備，這是錯(cuò)誤的。因?yàn)榻^大多數(shù)氣體防爆電氣設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)低于粉塵防爆電氣設(shè)備，若將防爆形式和外殼防護(hù)等級(jí)兩個(gè)概念。防爆電氣設(shè)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(shè)備能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的氣體防爆電氣設(shè)備用于粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，粉塵會(huì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部并堆積，防礙防爆電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。當(dāng)然也可以將氣體防爆電氣設(shè)備的外殼防護(hù)等級(jí)提高而用于粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，但這是極不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)橛糜跉怏w防爆的隔爆、增安等功能被白白浪費(fèi)。反過(guò)來(lái)，粉塵防爆電氣設(shè)備也不可以用于氣體性爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所。因?yàn)榉蹓m防爆電氣設(shè)備只是外殼防護(hù)等級(jí)較高而已，并沒(méi)有隔爆、增安等防爆措施，所以這兩種防爆電氣設(shè)備決不能換用。
結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)行爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣設(shè)計(jì)，必須明確生產(chǎn)工藝流程、主要物料的物理及化學(xué)性質(zhì)以及物料的分布情況，根據(jù)這些準(zhǔn)確劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家規(guī)范，進(jìn)行電氣設(shè)備選型，電氣線(xiàn)路設(shè)計(jì)等.