防爆電氣設(shè)備的安全運(yùn)行

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(1.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300452;2.佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯 154005)

0 引言

在石油、化工、冶金等特殊環(huán)境的工業(yè)生產(chǎn)中，存在著易燃易爆的危險(xiǎn)。火災(zāi)和爆炸的發(fā)生必須具備三個(gè)條件：可燃性物質(zhì)、助燃物質(zhì)、引燃源。只要控制了其中一個(gè)條件，就能夠避免爆炸的形成。經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，采用防爆電氣設(shè)備來(lái)限制產(chǎn)生火花、電弧、危險(xiǎn)溫度等引燃源是比較科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的措施。通過(guò)對(duì)海上鉆井平臺(tái)及部分化工企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)隔爆型電氣設(shè)備在選型、安裝、維護(hù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面均存在問(wèn)題，形成安全隱患，嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)的安全運(yùn)行。

1 隔爆型電氣設(shè)備使用中的典型問(wèn)題

1.1 設(shè)備類別與使用環(huán)境不相符

隔爆型電氣設(shè)備按照使用場(chǎng)所的氣體環(huán)境分為I類和II類，其中I類設(shè)備用于煤礦瓦斯氣體環(huán)境，II類設(shè)備用于除煤礦瓦斯氣體之外的爆炸性氣體環(huán)境。

圖1所示為海上石油平臺(tái)選用了dI類設(shè)備，由于不同類別的氣體爆炸時(shí)的最大爆炸壓力和最大試驗(yàn)安全間隙不同，其對(duì)應(yīng)設(shè)備在隔爆結(jié)構(gòu)、參數(shù)上有不同的要求，其隔爆外殼的防爆性能是完全不同的。那么在II類場(chǎng)所海上石油平臺(tái)使用了I類設(shè)備，等同于選用了非防爆設(shè)備。

圖1 海上石油平臺(tái)選用dI產(chǎn)品

1.2 未按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行安裝

電氣設(shè)備因運(yùn)行及控制要求需將外部電纜引入到殼體內(nèi)，為滿足現(xiàn)場(chǎng)不同的使用方案，設(shè)備制造商會(huì)在設(shè)備上預(yù)留電纜引入口。GB 3836.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，隔爆外殼上設(shè)置的如電纜引入裝置和導(dǎo)管密封裝置的開孔如果不使用，應(yīng)用封堵件將其封堵，使外殼保持隔爆性能。圖2為隔爆箱多余電纜引入口未封堵，導(dǎo)致隔爆腔與外部環(huán)境相通，失去了隔爆外殼的作用，防爆性能失效。

圖2 電纜引入口未進(jìn)行封堵

1.3 使用中未保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完整性

按 GB 3836.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，防爆電氣設(shè)備必須進(jìn)行防爆性能測(cè)試，樣機(jī)合格后，產(chǎn)品制造商不得隨意更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及參數(shù)。在產(chǎn)品使用過(guò)程中同樣要注意保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性。圖3為照明開關(guān)殼蓋與殼體緊固螺栓應(yīng)為4個(gè)，而現(xiàn)場(chǎng)只安裝了2個(gè)，降低了產(chǎn)品承受爆炸壓力的聯(lián)接強(qiáng)度?，F(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與進(jìn)行隔爆性能檢驗(yàn)時(shí)不一致，不能保證產(chǎn)品仍具有原來(lái)的防爆性能。

圖3 照明開關(guān)緊固螺栓缺失

1.4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不符合隔爆型規(guī)定

GB 3836.2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隔爆型設(shè)備隔爆接合面結(jié)構(gòu)型式、緊固件及相關(guān)的孔進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，隔爆外殼不同部件相對(duì)應(yīng)的表面或外殼連接處配合在一起，應(yīng)能夠阻止內(nèi)部爆炸傳播到外殼周圍爆炸性氣體環(huán)境。連接隔爆接合面的緊固件不應(yīng)穿透隔爆外殼壁，除非它們與殼壁構(gòu)成隔爆接合面并且與外殼不可分開，例如使用焊接、鉚固或其他等效方法。圖4為隔爆型控制箱緊固螺栓孔與隔爆腔通透，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不能作為隔爆產(chǎn)品使用。

圖4 緊固螺栓孔與隔爆腔通透

通過(guò)以上4個(gè)案例分析，隔爆型電氣設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用中存在的問(wèn)題涵蓋了制造、選型、安裝及使用各方面的問(wèn)題。產(chǎn)生這些問(wèn)題的主要原因是相關(guān)人員對(duì)防爆基礎(chǔ)知識(shí)缺乏了解，缺乏管理。普及防爆專業(yè)知識(shí)、規(guī)范設(shè)備管理是確保現(xiàn)場(chǎng)安全運(yùn)行必要的措施。

2 設(shè)備選型應(yīng)注意的問(wèn)題

防爆標(biāo)志是防爆電氣設(shè)備的最重要技術(shù)參數(shù)，包括符號(hào)Ex、防爆型式、設(shè)備類別、溫度組別、保護(hù)級(jí)別。對(duì)于爆炸性氣體環(huán)境選擇防爆電氣設(shè)備時(shí)應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)場(chǎng)所區(qū)域、氣體類別、氣體引燃溫度及使用環(huán)境條件來(lái)確定防爆標(biāo)志及相應(yīng)要求。

2.1 按照爆炸性氣體存在的不同狀況，爆炸性氣體環(huán)境分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。防爆電氣設(shè)備根據(jù)采取技術(shù)措施的不同分為隔爆型“d”、增安型“e”、本質(zhì)安全型“i”、澆封型“m”、油浸型“o”、無(wú)火花型“n”、充砂型“q”、正壓型“p”等防爆型式。電氣設(shè)備的防爆型式與區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系見表1。

表1 防爆型式與區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系

注：適用于0區(qū)的設(shè)備還可使用于1區(qū)和2區(qū)；適用于1區(qū)的設(shè)備還可使用于2區(qū)。

2.2 爆炸性氣體分為I類和II類，其中I類為煤礦環(huán)境用，II類為工廠環(huán)境用。II類按氣體/蒸汽最大試驗(yàn)安全間隙及最小點(diǎn)燃電流比可分為IIA、IIB和IIC三種類別。氣體分類與設(shè)備的類別標(biāo)志對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 氣體/蒸汽分類與設(shè)備防爆等級(jí)間的關(guān)系

2.3 電氣設(shè)備的最高表面溫度不應(yīng)超過(guò)氣體或蒸汽的引燃溫度。例如現(xiàn)場(chǎng)氣體溫度組別為T3，那么標(biāo)志T3、T4、T5和T6的設(shè)備即滿足要求。隔爆型設(shè)備最高表面溫度指殼體外表面溫度，增安型設(shè)備最高表面溫度包括內(nèi)部元器件和殼體外表面溫度。電氣設(shè)備上溫度組別標(biāo)志意義見表3。

表3 溫度組別、表面溫度和引燃溫度之間的關(guān)系

如果電氣設(shè)備未標(biāo)示環(huán)境溫度范圍，設(shè)備應(yīng)在-20℃～40℃溫度范圍內(nèi)使用。如果電氣設(shè)備標(biāo)注了溫度范圍，設(shè)備只能在該范圍內(nèi)使用。

2.4 隔爆型電氣設(shè)備外殼多采用金屬制成，這些材料在海洋氣候、濕熱、腐蝕性等環(huán)境下會(huì)受到影響，在選定防爆電氣設(shè)備時(shí)應(yīng)對(duì)制造商明確使用環(huán)境條件的特殊要求。設(shè)備使用時(shí)應(yīng)注意外部熱源對(duì)設(shè)備最高表面溫度的影響。

3 現(xiàn)場(chǎng)安裝注意事項(xiàng)

3.1 電源系統(tǒng)安裝時(shí)應(yīng)限制接地故障電流(幅值和/或持續(xù)時(shí)間)和防止等電位接地導(dǎo)體電位升高。

如果使用TN型電源系統(tǒng)，應(yīng)為危險(xiǎn)場(chǎng)所中的TN-S型(具有單獨(dú)的中性線N和保護(hù)線PE)，即在危險(xiǎn)場(chǎng)所中，中性線與保護(hù)線不應(yīng)連在一起或合并成一根導(dǎo)線，從TN-C到TN-S型轉(zhuǎn)換的任何部位，保護(hù)線應(yīng)在非危險(xiǎn)場(chǎng)所與等電位連接系統(tǒng)相連。危險(xiǎn)場(chǎng)所內(nèi)中性線和PE保護(hù)線間的漏電監(jiān)視應(yīng)給予考慮。

如果在1區(qū)使用TT型電源系統(tǒng)(電源接地與裸露導(dǎo)體部件接地分開)，那么電源將使用(剩余)漏電電流動(dòng)作保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。但接地電阻率高的地方，不允許使用該系統(tǒng)。如果使用IT型電源系統(tǒng)(中性線與地隔離或經(jīng)阻抗接地)，應(yīng)提供一絕緣監(jiān)視裝置指示第1次接地故障。

3.2 布線要求

電路安裝時(shí)，在鋁被用作導(dǎo)體材料的地方，導(dǎo)體應(yīng)采取適當(dāng)?shù)倪B接方法，且橫截面積不能小于16mm2。1區(qū)和2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所用軟電纜應(yīng)選用下列電纜：普通橡膠護(hù)套軟電纜；普通氯丁護(hù)套軟電纜；加厚橡膠護(hù)套軟電纜；與加厚橡膠護(hù)套軟電纜耐用結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)乃芰辖^緣電纜；加厚氯丁護(hù)套軟電纜。

無(wú)護(hù)套單芯電線，應(yīng)安裝在導(dǎo)管系統(tǒng)內(nèi)，其所用附件應(yīng)選用隔爆型產(chǎn)品。為了降低導(dǎo)管在同隔爆外殼連通中壓力重疊效應(yīng)，導(dǎo)管應(yīng)按照下列規(guī)定配備密封件：導(dǎo)管進(jìn)入或離開危險(xiǎn)場(chǎng)所的地方；在正常運(yùn)行時(shí)，所有點(diǎn)燃源外殼的450mm范圍內(nèi)；含有分接頭、接頭、電纜頭或終端的外殼，與直徑為50mm以上導(dǎo)管連接的地方；導(dǎo)管所有螺紋連接處應(yīng)嚴(yán)密擰緊。

電氣設(shè)備的電纜或?qū)Ч芤胙b置未使用的通孔應(yīng)采用隔爆型堵塞元件進(jìn)行封堵，堵塞元件應(yīng)保證只能用工具才能拆開。

在危險(xiǎn)場(chǎng)所中使用的電纜不能有中間接頭。當(dāng)不能避免時(shí)，除適合于機(jī)械的、電的和環(huán)境情況外，連接應(yīng)該在適應(yīng)于場(chǎng)所防爆型式的外殼內(nèi)進(jìn)行，或配置的連接不能承受機(jī)械應(yīng)力，應(yīng)按制造廠說(shuō)明，用環(huán)氧樹脂、復(fù)合劑或用熱縮管材進(jìn)行密封。但不能在1區(qū)使用。

3.3 電纜引入系統(tǒng)

當(dāng)電纜引入系統(tǒng)直接引入隔爆型設(shè)備時(shí)，應(yīng)滿足下列條件之一。

(1)電纜引人裝置滿足GB 3836.2的要求，并滿足該設(shè)備使用的電纜具體型號(hào)要求；

(2)致密和圓形的熱塑性、熱固性或彈性電纜具有擠壓成的襯層和不吸水填料，可以使用隔爆型引入裝置，按照GB 3836.15—2000標(biāo)準(zhǔn)中圖1選擇密封圈與之結(jié)合；

(3)有塑料外套或無(wú)塑料外套礦物絕緣電纜具有相應(yīng)的隔爆型電纜引人裝置；

(4)設(shè)備文件規(guī)定的隔爆型密封裝置(例如填料盒或密封腔)或者有文件批準(zhǔn)并且與使用電纜相適應(yīng)的電纜引人裝置。密封裝置如填料盒或密封空腔應(yīng)有密封填料或其他允許填充在芯線周圍的相應(yīng)密封。密封裝置應(yīng)配置在電纜引入設(shè)備的位置；

(5)隔爆型電纜引入裝置應(yīng)采取填料密封各根芯線或其他等效密封措施；

(6) 其他能保證隔爆外殼整體性的措施。

如果隔爆型設(shè)備僅含接線端子或有單獨(dú)接線空腔，其電纜引入可使用帶密封圈的裝置；如果設(shè)備為IIA、IIB級(jí)安裝于2區(qū)或外殼容積小于2 000cm3，其電纜引入可使用帶密封圈的裝置；除以上情況外，隔爆型設(shè)備電纜引入裝置須符合(4)或(5)的規(guī)定。

4 結(jié)語(yǔ)

隔爆型電氣設(shè)備的使用及工作狀態(tài)對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。如何確?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備滿足安全生產(chǎn)要求，應(yīng)引起安全管理部門及設(shè)備使用單位的高度重視。我國(guó)針對(duì)防爆電器產(chǎn)品生產(chǎn)采取了防爆證和生產(chǎn)許可證管理制度，不定期對(duì)制造企業(yè)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督抽查，但仍有一些假冒偽劣產(chǎn)品流入市場(chǎng)。而產(chǎn)品最終使用單位對(duì)產(chǎn)品是否符合規(guī)定不具備鑒別能力，在工程改造等項(xiàng)目中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題產(chǎn)品。因此，除了正確的選用、安裝、使用和維護(hù)設(shè)備外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢查，通過(guò)專業(yè)人員判定或?qū)τ挟愖h產(chǎn)品送檢驗(yàn)單位檢驗(yàn)來(lái)杜絕問(wèn)題產(chǎn)品的使用，確?，F(xiàn)場(chǎng)安全運(yùn)行。

[1] GB 3836.1—2010 爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求.

[2] GB 3836.2—2010 爆炸性環(huán)境 第2部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備.

[3] GB 3836.15—2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第15部分：危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安裝(煤礦除外).

[4] GB 3836.16—2006爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第16部分：電氣裝置的檢查和維護(hù)(煤礦除外).