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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、 烴類化合物； 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， 第一類稱為一次防爆措施， 如建筑物的防爆設(shè)計(jì)， 通風(fēng)設(shè)施等。第二類稱為二次防爆措施， 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)域甚至廠區(qū)都認(rèn)定為爆炸危險(xiǎn)場所是不合理的， 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， 就有必要對這些危險(xiǎn)場所進(jìn)行場所分類。 分類實(shí)際上是將場所按其危險(xiǎn)程度劃分， 以便按照不同的危險(xiǎn)區(qū)域類型采取不同的防爆措施。
爆炸危險(xiǎn)性場所的分類， 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， 來劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。 場所分類對工程設(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)域等級而造成工程投資浪費(fèi)。
爆炸危險(xiǎn)場所的劃分首先要查找和確定釋放源， 根據(jù)釋放源的等級， 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。 在場所分類中， 首先應(yīng)按易燃物質(zhì)的釋放頻繁程度和持續(xù)時(shí)間 長短確定釋放源的等級。 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：
1） 連續(xù)級釋放源。 預(yù)計(jì)長期釋放或短時(shí)頻繁釋放的釋放源， 可劃為連續(xù)級釋放源。 如沒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(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劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域:
1） 存在連續(xù)級釋放源的區(qū)域可劃分為 0 區(qū)。
2） 存在第一級釋放源的區(qū)域可劃分為 1 區(qū)。
3） 存在第二級釋放源的區(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； 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。
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)對其結(jié)果畫 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)場所防爆電氣設(shè)備選型
在選擇使用 于爆炸危險(xiǎn)場所的電氣設(shè)備前，應(yīng)首先明確以下內(nèi)容：
1） 設(shè)備的類、 級和組別應(yīng)與爆炸危險(xiǎn)環(huán)境相適應(yīng)， 如明確爆炸危險(xiǎn)場所環(huán)境的類別是爆炸性氣體環(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。 其級別根據(jù)產(chǎn)生爆炸性氣體的介質(zhì)不同而不同， 如丙烷屬IIA、 乙烯屬IIB、 乙炔和氫屬II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)燃電流比的逐級減小而其防爆要求逐級提高。
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)備的防爆要求逐級提高。
4） 周 圍 環(huán)境對防爆電氣設(shè)備的 選型要求。如周圍環(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。為了不過分提高工程造價(jià)， 在電氣設(shè)備選型時(shí)，只要滿足環(huán)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(shè)備。 在同等條件下， 應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡單， 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， 可選擇能滿足要求的防爆電氣產(chǎn)品。 對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足場所要求的時(shí)候， 可采用正壓通風(fēng)的措施來達(dá)到防爆的要求。
爆炸危險(xiǎn)場所防爆電氣線路設(shè)計(jì)
防爆設(shè)備如果沒有正確的配線， 將會(huì)失去防爆的意義。 防爆區(qū)的電氣線路往往不易檢修， 因此電氣線路的設(shè)計(jì)非常重要。
（1） 絕緣導(dǎo)線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)開關(guān)長延時(shí)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(dòng)機(jī)支線的長期允許載流量不應(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 及以上的銅芯線纜； 接線盒需用隔爆型； 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及以上的銅芯線纜，或4mm及以上的鋁芯線纜照明電纜應(yīng)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(yīng)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(dòng)電纜選中型
（2） 線路保護(hù)選擇
線路保護(hù)方面， 在1區(qū)內(nèi)， 單相網(wǎng)路中的相線及中性線應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)， 并使用雙極開關(guān)同時(shí)切斷相線及中性線； 對3-10KV 的電纜線路，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。
（3） 電氣線路布置
在爆炸危險(xiǎn)場所， 通常都采用銅芯線穿鋼管明敷設(shè)的方式。 若廠房美觀要求較高時(shí)， 可在吊頂內(nèi)敷設(shè)管線。 從吊頂內(nèi)引下的管線， 穿越不同環(huán)境區(qū)域時(shí)， 應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范和國標(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)說明， 以便在施工中得到很好的貫徹。
爆炸危險(xiǎn)場所的等電位聯(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)廠房內(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， 這些管線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)的接地干線與其他管線等相互連通， 再與整個(gè)廠房的防雷接地系統(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)從配電箱引出專用的PE線， 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， 安裝在戶外露天使用應(yīng)該沒有問題。 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)部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播。 顯然其防爆性能與外殼防護(hù)等級無關(guān)， 國家標(biāo)準(zhǔn)對其外殼防護(hù)等級并無特別要求， 只要滿足電動(dòng)機(jī)及低壓電器外殼防護(hù)等級要求即可， 但對其外殼的材質(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)備直接安裝在戶外露天場所， 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)等級決定，因此在購買防爆電氣設(shè)備時(shí)必須同時(shí)提出外殼防護(hù)等級要求。
（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)場所
許多人對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)場所還是粉塵爆炸危險(xiǎn)場所， 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)等級提高而用于粉塵爆炸危險(xiǎn)場所， 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)。 反過來， 粉塵防爆電氣設(shè)備也不可以用于氣體性爆炸危險(xiǎn)場所。 因?yàn)榉蹓m防爆電氣設(shè)備只是外殼防護(hù)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(shè)備決不能換用。
結(jié)束語
進(jìn)行爆炸性危險(xiǎn)場所電氣設(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)行國家規(guī)范， 進(jìn)行電氣設(shè)備選型， 電氣線路設(shè)計(jì)等.
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