爆炸危險化工企業(yè)電氣設(shè)計概覽

趙曉麟，馮穎

（天津市化工設(shè)計院，天津 300193)

1 爆炸危險區(qū)域劃分

1.1 釋放源的點選

在實際設(shè)計過程中，釋放源的位置是由工藝專業(yè)設(shè)計人員確定的，電氣設(shè)計人員需根據(jù)工藝專業(yè)提供的釋放源條件圖來進行細致的爆炸危險區(qū)域劃分。

1.1.1 釋放源的概念

根據(jù)《爆規(guī)》（GB50058-92）附錄一名詞解釋給出的描述，釋放源是可能放出形成爆炸性混合物的物質(zhì)所在的位置或地點。而在概念之后又明確注明了：在確定釋放源時，不應(yīng)考慮工藝容器、大型管道或貯罐等的毀壞性事故等。

1.1.2 這一條解釋就確定了，工藝專業(yè)在為電氣專業(yè)提供釋放源條件圖時不應(yīng)該將所有設(shè)備，如罐體，管道、設(shè)備等外壁作為釋放源泛泛的標注，而是應(yīng)該將釋放源作為一個個具體的釋放點來提出，如閥門、法蘭、管道接頭等。造成泛泛的將工藝設(shè)備本體作為釋放源條件的這種粗估方法的原因也是有的，由于設(shè)計過程中普遍存在的釋放源均為二級釋放源，而最典型的二級釋放源危險區(qū)域劃分距離為15m，以15m 為半徑的區(qū)域很大，多數(shù)情況會將裝置內(nèi)各個真實的釋放點包含進去，實際的危險區(qū)域劃分范圍與粗估的不會有太大差別，但是也會存在很多設(shè)計初期考慮不到的釋放源點被遺漏的問題。例如罐區(qū)、總圖等的爆炸危險區(qū)域。

1.1.3 例如罐區(qū)，如果單純以罐體作為釋放源參考的規(guī)范典型圖為2.3.5-1 和2.3.5-2。圖中解釋了如何劃分罐區(qū)的爆炸危險區(qū)域，而按照粗估的方式提出的釋放源條件最終的爆炸危險區(qū)域劃分往往將危險區(qū)域限制在防火堤內(nèi)，而沒有防火堤的罐區(qū)也僅僅以3m 為半徑做出的范圍。其實，罐體上有輸送管道，罐體內(nèi)的爆炸危險介質(zhì)沿管道由輸送泵與工藝生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)聯(lián)通，那么管道上必定有管道接頭、閥門之類的釋放點，而這些往往由于初期管道布置圖沒有繪制出而被忽略了。罐區(qū)、管廊等這些遺漏的釋放點會影響最終的危險區(qū)域范圍，使最終的劃分范圍出現(xiàn)偏差。

1.1.4 我的意見是上述粗估的版本適用于方案和初步設(shè)計階段，而到了施工圖階段的防爆分區(qū)圖應(yīng)按照工藝專業(yè)最終的管道布置將有可能影響到最終范圍的釋放源點位標出，由電氣設(shè)計人員將初設(shè)階段的防爆分區(qū)圖加以修正，確保準確無誤。

1.2 危險區(qū)域劃分應(yīng)注意的問題

有了準確的釋放源條件（包括位置、可燃氣體比重、級別和溫度組別等），就可以根據(jù)《爆規(guī)》的各種典型圖來繪制爆炸危險區(qū)域劃分圖?！侗?guī)》中的各種典型圖主要是來源于《API RP500》規(guī)范當中，實際繪制過程中應(yīng)多注意不同危險介質(zhì)所形成危險區(qū)域的邊界。例如比重、氣體等級及溫度等級。同時還應(yīng)注意不同高度之間形成的立體空間。筆者認為繪制爆炸危險區(qū)域劃分圖不應(yīng)只繪制平面圖，還應(yīng)補充繪制立面圖，同時平面圖中不同平臺的危險區(qū)域沉降和浮升也要體現(xiàn)在圖中，這樣能形成一幅更有參考價值且更加立體的危險區(qū)域劃分圖。

2 變配電室建筑設(shè)計應(yīng)注意的問題

2.1 化工企業(yè)中的變配電站或者配電室一般設(shè)置在爆炸危險區(qū)域以外，并應(yīng)當考慮到主導(dǎo)風向等因素。雖說在《爆規(guī)》2.5.7 規(guī)定了正壓通風的配電室可以布置在1，2 區(qū)爆炸危險環(huán)境內(nèi)，但實際設(shè)計過程中這種現(xiàn)象很少見到。由于重于空氣密度的爆炸危險氣體的危險半徑很大，通風專業(yè)若取得正壓通風的新風會十分困難，若不小心將危險氣體引入到配電室內(nèi)，會使爆炸危險系數(shù)大增。因此在為變配電站及配電室選擇位置時大多放置在爆炸危險區(qū)域之外，并將配電室抬高600mm，這么做的目的也是要躲過重于空氣密度氣體的附加二區(qū)。

2.2 某些車間需要設(shè)置配電室而又沒有條件將配電室放在非防爆區(qū)，只好與二區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物貼臨，而這種貼臨的原則卻涉及到三本規(guī)范中的條款，掌握好這些條款既能保證生產(chǎn)區(qū)域的安全，又能節(jié)省配電室的土建投資。將配電室與爆炸危險車間貼臨應(yīng)該是：配電室只應(yīng)單面貼臨爆炸危險區(qū)域、配電室不能布置在爆炸危險區(qū)域的正上方、配電室不能布置在爆炸危險區(qū)域的正下方、爆炸危險車間的配電室只能作為該車間的專用配電室、附加二區(qū)內(nèi)的配電室應(yīng)抬高600mm。三本規(guī)范的條款分別是《10kV 及以下變電所設(shè)計規(guī)范》（GB50053-94）2.0.1 第八條、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2006）3.3.14、《爆規(guī)》2.3.15 及2.5.7。

2.3 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》3.3.14 提到：供甲、乙類廠房專用的10kv 及以下的變、配電所當采用無門窗洞的防火墻隔開時，可一面貼臨建造。這句話不注意很容易將其視為對于建筑的分隔要求，其實還有一個對于供電電源的嚴格規(guī)定，而且此條規(guī)范條文為黑體字，即為強制性規(guī)范，并且不在電氣專業(yè)的目錄中，所以很容易被電氣專業(yè)設(shè)計人員忽略。條文中提到的“專用”二字后面的條文解釋中有詳細的闡述。所謂“專用”是指其它廠房不依靠這個變電所、配電所供電。換句話說就是防爆車間貼臨的變、配電室應(yīng)避免出現(xiàn)，如難以避免的出現(xiàn)也將只用于該車間的供配電，而不能就近為其它廠房供電，這一點電氣設(shè)計人員在做系統(tǒng)供配電規(guī)劃的時候應(yīng)尤為注意。

3 事故通風的電氣設(shè)計

3.1 通風的時機

當一個無人值守的車間發(fā)生爆炸危險氣體泄漏的時候，第一時間能獲得泄露信息的就是可燃氣體探測器，探測器會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的氣體濃度閥值來決定是否報警，當某一區(qū)域內(nèi)濃度超過閥值的時候該區(qū)域內(nèi)探測器報警并將信號上傳給控制中心，同時也會啟動該區(qū)域內(nèi)的事故排風機，以達到盡快將易爆氣體稀釋到爆炸下限的目的。

3.2 事故排風機的電源

很多人認為事故通風的電源應(yīng)該是雙電源，因為事故通風比較重要，我認為這是個誤區(qū)。事故風機工作的時候是火災(zāi)還未發(fā)生的時候，排風的目的僅僅是稀釋可燃性氣體。而當火災(zāi)發(fā)生時，事故風機應(yīng)作為非消防電源被切掉，否則會起到助燃的作用。

3.3 事故風機的控制與保護

事故排風要求同時兼有手動和自動的功能。自動功能是要將可燃氣體探測器的濃度報警信號與事故風機聯(lián)鎖，達到事故時啟動所有風機的目的。而手動功能與此類似，是要在室內(nèi)外設(shè)置啟動按鈕，保證在事故發(fā)生時可以手動的將事故區(qū)域內(nèi)所有風機同時啟動?；S房內(nèi)為提高通風換氣次數(shù)，常采用多點控制防爆風機，而風機通常只有幾十或幾百瓦，而且數(shù)量很多，在設(shè)計事故風機控制回路時，往往由于節(jié)省配電柜回路，而采取一回路串聯(lián)多個風機的做法，并且控制在回路容量3kW以下，這樣就可以不設(shè)置熱保護繼電器了，滿足了《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》中相關(guān)條款的要求。但根據(jù)GB3836.12-1991：隔爆電機在內(nèi)部爆炸時不會引起電機表面溫度超標；但這一條未對內(nèi)部匝間短路或接地等引起的過熱是否對外殼引燃溫度影響作出規(guī)定，因此如未設(shè)置過載保護，在發(fā)生電機過載時仍有因溫度超標而引爆的可能。而設(shè)置過載保護又因為回路所串聯(lián)風機數(shù)量較多也起不到很好的保護效果，所以這里建議串聯(lián)風機數(shù)量不宜超過3 個，以兩個為宜，這樣既做到了過載保護也相應(yīng)的節(jié)約了配電柜空間。

4 合理的用電設(shè)備的選型

4.1 防爆電氣形式分類

將化工廠爆炸危險介質(zhì)，按其引燃能量，最小點燃溫度以及現(xiàn)場爆炸性危險氣體存在的時間周期進行科學(xué)分類分級，以確定現(xiàn)場防爆設(shè)備的防爆標志和防爆形式。不同的防爆形式可以應(yīng)對不同防爆等級的區(qū)域，它們之間的應(yīng)用區(qū)域也有互相疊加的情況。不同的防爆形式及其特點和應(yīng)用區(qū)域總結(jié)如表1：

表1

設(shè)備、氣體的防爆等級這一項中，我國定制的標準與IEC 標準一致，采用的是最大實驗安全間隙(MESG)和最小點燃電流(MICR)兩個指標來界定的。最小引爆火花能量也是衡量等級的一個指標，不同標準中的參考值如表2。

表2

這種分類方法顯然要比上述標準更加詳細。

4.2 防爆電氣設(shè)備的選擇流程

再設(shè)計過程中，由工藝專業(yè)提出的釋放源條件和可燃物的性質(zhì)，并依據(jù)《爆規(guī)》中附錄三中給出的分組舉例，我們可以基本確定危險區(qū)域的防爆電氣設(shè)備等級了。但是設(shè)計情況復(fù)雜多樣，危險區(qū)域中的爆炸危險氣體往往不是一個類別的，這就需要針對不同性質(zhì)的可燃氣體繪制防爆區(qū)域劃分圖。一般來說輕于空氣和重于空氣的介質(zhì)要區(qū)分開來，IIA、IIB、IIC 級別的氣體也要區(qū)分開來。

《爆規(guī)》2.5.3 條中的各個表格基本上將爆炸危險區(qū)域中所包含的電氣設(shè)備做了詳細的選型推薦，無論是選擇旋轉(zhuǎn)電機、變壓器、開關(guān)及燈具都有據(jù)可依。日常設(shè)計中隔爆類型電氣以d II BT4 和d II CT6最為常用，但是當選擇增安型或其它防爆類型的電氣設(shè)備時應(yīng)注意在滿足一區(qū)或者二區(qū)要求的同時是否滿足氣體組別和溫度組別等相關(guān)信息，否則很可能為生產(chǎn)帶來隱患。

4.3 其它應(yīng)該注意的問題

在化工企業(yè)防爆廠房內(nèi)要盡量不用攜帶式或移動式設(shè)備，因為鐵殼之間的碰撞、磨擦，以及落在水泥地面時均可能產(chǎn)生火花,使其成為點燃源。裝在反應(yīng)釜窺視孔上方的局部照明應(yīng)采用固定安裝方式，不允許采用捆扎等臨時性固定措施。在設(shè)備非移動不可的情況下(如檢修等)，應(yīng)選用鋁制件。如果采用合金材料時,則含鎂量不得超過6%，鋁合金中鋁的含量不得少于80%，還應(yīng)注意，由于鋅會引起電弧,因而在導(dǎo)線與設(shè)備的聯(lián)接處，不得采用鍍鋅方式。設(shè)備選型要注意配套，在一些中小型化工廠中?？梢钥吹诫姍C是隔爆型而控制設(shè)備是增安型，燈具是隔爆型而開關(guān)是普通型，這是十分危險的，因為控制設(shè)備和燈開關(guān)經(jīng)常產(chǎn)生電火花。

5 配線的一些要求

5.1 爆炸危險場所電氣線路主要有鋼管和電纜配線。鋼管配線工程必須明敷，應(yīng)使用鍍鋅鋼管。電纜配線1 區(qū)應(yīng)采用銅芯鎧裝電纜；2 區(qū)也宜采用銅芯鎧裝電纜。當采用鋁芯電纜時，與電氣設(shè)備連接應(yīng)有可靠的銅—鋁過渡接頭等措施。

5.2 鋼管配線工程，兩段鋼管之間，鋼管及其附件之間，鋼管與電氣設(shè)備引入裝置之間的連接，應(yīng)采用螺紋連接，其有效嚙合扣數(shù)不得少于6 扣；鋼管與電氣設(shè)備直接連接有困難處，以及管路通過建筑物的伸縮、沉降縫處應(yīng)裝撓性連接管。

5.3 在爆炸危險場所，不同用途的電纜應(yīng)分開敷設(shè)，動力與照明線路必須分設(shè)，嚴禁合用；不應(yīng)在管溝、通風溝中敷有電纜和鋼管布線；埋設(shè)的鎧裝電纜不允許有中間接頭或埋設(shè)接線盒；防爆電機、風機宜優(yōu)先采用電纜進線。

5.4 在本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)中必須采用本安電纜將一次現(xiàn)場設(shè)備與系統(tǒng)連接。我們知道安全柵可將故障狀態(tài)下，如一次儀表側(cè)的短路、異常電壓侵入等過載能量通過(限流、限壓、快速切斷電路等)箝制住，從而控制點爆能量，保證系統(tǒng)防爆。

6 不可忽視的靜電接地

在化工企業(yè)防爆廠房中,金屬容器、管道、構(gòu)架及操作平臺很多。由于防爆的需要,電氣管路大多為明設(shè)。這么多的管線長短不一,很容易形成不同的感應(yīng)電位和靜電電位。為了預(yù)防不同電位金屬件之間的電荷釋放而產(chǎn)生電火花,并防止用電設(shè)備對操作人員安全的危害,化工企業(yè)防爆廠房內(nèi)一定要采取靜電接地措施。

7 降低爆炸危險區(qū)域等級的措施總結(jié)

規(guī)范中一些條款可以縮小或者去除爆炸危險區(qū)域，合理設(shè)計和布置后能減少爆炸危險區(qū)域，已達到減少項目投資，節(jié)能環(huán)保的目的，列出如下：

規(guī)范2.2.5 條通風良好時可降低爆炸危險區(qū)域等級局部機械通風可降低爆炸危險區(qū)域等級利用堤或墻等障礙物限制比空氣重的爆炸性氣體混合物的擴散，可縮小爆炸危險區(qū)域的范圍。

規(guī)范2.2.2 條易燃物質(zhì)可能出現(xiàn)的最高濃度不超過爆炸下限的10%。

規(guī)范2.3.17 條工藝設(shè)備容積不大于95m3、壓力不大于3.5MPa、流量不大于38L/s 的生產(chǎn)裝置，且為第二級釋放源，其爆炸危險區(qū)域范圍的半徑可縮小到半徑為4.5m 的區(qū)域。

規(guī)范2.3.18 條爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)的車間采用正壓或連續(xù)通風稀釋措施后，車間可降為非爆炸危險環(huán)境。

規(guī)范2.3.15 條爆炸危險車間可以通過安排防火墻體、門窗位置、釋放源的位置這三方面因素而達到縮小爆炸危險區(qū)域的目的。

這里提到的通風良好的概念為：危險區(qū)域內(nèi)的空氣流量能使易燃物質(zhì)很快稀釋到爆炸下限值的25%以下時定義為通風良好。