淺談爆炸性氣體危險區域劃分

【摘 要】本文淺析在化工廠的電氣設計中，對于產生爆炸性氣體的區域危險范圍的劃分，根據對比國內外對于此類范圍劃分的對比，分析國內工程師在進行此類圖紙設計時的設計原則和理念。

【關鍵詞】爆炸性氣體；隔爆型；釋放源；易燃易爆

一、概述

易燃氣體或蒸汽與空氣的混合物遇到火花、電弧或危險高溫就會被點燃，會形成燃燒或爆炸。化工企業要加工和處理易燃性液體或氣體，其原料中有相當多的品種是易燃性的，如常用原料中的石油、天然氣、氫氣是易燃性物質；半成品中的烷類、烴燈化合物多數是易燃性物質；成品中的汽油、柴油等也是易燃性物質。這些易燃性物質在被加工、貯存的工程中不可避免的會從管道、反應器、貯罐中逸出或漏出，與空氣中的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。爆炸產生高溫和沖擊波，造成人員傷亡和財產的巨大損失。由于上述特點，石化企業的防爆安全就成為企業的頭等大事。為了防范這種工程爆炸，需在工程中采取相應的措施。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，使得這些易燃易爆性氣體混合物在空氣中的濃度迅速降低。第二類稱為二次防爆措施，如選用防爆電氣設備等。

二、爆炸危險區域的劃分

如果對于化工廠或者一個裝置，由于它的原料、產品有易燃性物質，就把整個廠區或裝置都認定為爆炸危險場所，是極不經濟的，顯然也是不合理的。易燃性物質的出現形成了一個潛在的爆炸性環境。所謂潛在的，就意味著它們并不是時刻出現的，有的出現頻率高，有的出現頻率低。在這種情況下，就存在危險性大的場所和危險性小的場所。因此，就有必要對這些危險場所進行的“場所分類”。分類的目的就在于運用統計學的原理，按照場所中氣體環境出現的頻率和存在的時間的長短，將場所的危險程度分類，以便按照危險區域類型采用不同的防爆措施。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，然后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。在每個工程項目中，每一臺加工設備（如罐、泵、管道、容器等），其內部含有易燃性物料，就應視為潛在釋放源，如易燃性氣體或液體的排入口、取樣點、泄漏的閥門等，都是釋放源。如該類設備中含有的易燃性物料不會向環境中釋放的。如全部焊接的管道等，則不可視為釋放源。在分類中，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。根據規范規定共分為三級：（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。（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。（3）第二級釋放源：預計在正常下不會釋放，即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源，或劃為第二級釋放源。由上述兩種或三種級別釋放源組成的釋放源，稱為多級釋放源。

2.爆炸危險區域的劃分。（1）在我國國家標準中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、2區。首先根據工藝專業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：第一，存在連續級釋放源的區域可劃為0區；第二，存在第一級釋放源的區域可劃為1區；第三，存在第二級釋放源的區域可劃為2區。然后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，在設計中劃分爆炸危險區域時，應采取合理措施盡量減少1區。（2）這種劃分形式與國際電工委員會IEC所規定的分區方式是相同的。在IEC的規定中，我們所說的“區”用英文單詞“zone”來表示。（3）而在美國電氣規程委員會（NEC）中的分區方式與我國國標（GB）和IEC有些區別，在NEC中，爆炸危險分為I，II，III三個等級（Class），即：I級（Class I）：易燃氣體或蒸汽會以足能產生爆炸或形成燃燒混合物的數量在大氣中出現或可能出現的危險區域。II級（Class II）：存在易燃粉塵的危險區域。III級（Class III）：有易燃纖維或粉塵存在，但懸浮于空氣中的數量沒有達到足以產生燃燒混合物的危險區域。顯然I級中所述內容為爆炸性氣體危險區域的劃分，與本文有關，其余兩級與本文無關暫不討論。在I級中NEC又將危險區域分為1區（Division 1）和2區（Division 2），級（Class）和區（Division）共同構成完整的NEC危險區域劃分。I級1區是指：第一，易燃氣體或蒸汽的可燃濃度在正常運行時出現；第二，由于修理或維護操作或由于泄漏，易燃氣體或蒸汽的可燃濃度頻繁出現；第三，由于設備破裂或工藝的誤操作，以可燃濃度釋放出易燃氣體或蒸汽，同時引起電氣設備的實效。I級2區是指：第一，易揮發的易燃液體或易燃氣體被處理、加工或使用，但這些液體、蒸汽或氣體通常被密封在密閉的容器或封閉的系統內，只有當這些密閉容器或封閉系統偶然破裂或設備誤操作時，這些液體、氣體才可能泄漏；第二，氣體或蒸汽的可燃濃度通常受到強制式機械通風裝置控制，只有通風設備發生故障或非正常操作時，才有可能成為危險區域；第三，與I級1區接近，氣體或蒸汽的可燃濃度偶然出現，但又輸送足夠清潔空氣的正壓通風裝置的防護，并且配備有防止通風裝置發生故障的有限安全裝置。

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，還與以下幾個因素有關：（1）易燃物質的泄出量；（2）釋放速度；（3）釋放的爆炸性氣體混合物的濃度；（4）易燃液體的沸點、液體混合物初沸點；（5）爆炸下限；（6）閃點；（7）通風量等等。這些量的增加與減少都與爆炸危險區域范圍的大小有直接的關系。具體劃分尺寸見有關規范GB50058-92。

三、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）燃炸危險場所環境的類別，是燃炸性氣體環境還是燃炸性粉塵環境。不同的爆炸性介質其電氣設備的防爆結構要求是不一樣的。我們通常在說的防爆設備大多指的是爆炸性氣體環境中使用的，如dIIBT4、dIICT6等等，而用于爆炸性粉塵環境的電氣設備應為防塵結構標志為DP，主要用于可燃性非導電粉塵和可燃纖維的11區環境或塵密結構標志為DT，主要用于爆炸性粉塵10區環境和其它爆炸性粉塵11區環境。（2）環境中爆炸性氣體混合物的爆炸級別，即IIA、IIB、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極。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IIC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）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。如周圍環境內化學的、機械的、熱的、霉菌等不同環境條件，在防爆電氣設備選型時應同時考慮。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。有關正壓通風的具體要求詳見國標G50058-92。有關爆炸危險區域環境內，除了爆炸危險區的劃分、電氣設備的選型等內容，還有許多不同于普通環境的要求，如電氣線路的設計安裝、接地系統的設計安裝等都有特殊的要求，國家規范和有關設計手冊都有嚴格的標準和詳細的介紹。

參 考 文 獻

[1]丹尼爾·A·克勞爾（Daniel A Crowl），約瑟夫·F·盧瓦爾（Joseph F Louvar）.化工過程安全理論及應用

[2]GB50058-92.爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范

[3]國際電工委員會IEC的相關規定

[4]美國國家電氣委員會NEC的相關規定