化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)方法的探究

　杜　濛,馬　濤,梁興煒（.中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司,山東青島　6607；.青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司,山東　青島　66）

化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)方法的探究

杜濛1,馬濤2,梁興煒1
（1.中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司,山東青島266071；2.青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司,山東青島266111）

由于化工企業(yè)的電氣設(shè)備常處于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中，其電氣設(shè)計(jì)較普通生產(chǎn)場(chǎng)所在安全方面有更高的要求。本文針對(duì)化工企業(yè)易爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的特殊性從配電設(shè)計(jì)、事故通風(fēng)、電氣設(shè)備選型、配線要求等方面進(jìn)行了電氣設(shè)計(jì)方法的探究和總結(jié)。

電氣設(shè)計(jì)；易燃易爆危險(xiǎn)環(huán)境；配電設(shè)計(jì)；事故通風(fēng)；設(shè)備選型

0　引言

化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循以預(yù)防為主，人身和財(cái)產(chǎn)安全第一的原則。設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到既能保證安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)具有防范危險(xiǎn)的措施。

1　化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的配電設(shè)計(jì)

1.1 負(fù)荷分級(jí)

對(duì)于化工企業(yè)配電設(shè)計(jì)時(shí)的負(fù)荷分級(jí)，首先要參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)規(guī)范》或GB50052-2009的規(guī)定，還要根據(jù)實(shí)際的易燃易爆環(huán)境的生產(chǎn)工藝及安全要求進(jìn)行分級(jí)。一般情況，負(fù)荷劃分為一、二級(jí)負(fù)荷[1]。而需要注意：對(duì)一級(jí)負(fù)荷中斷供電會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)情況（如爆炸火災(zāi)、中毒泄露等）的負(fù)荷和不允許中斷供電的負(fù)荷應(yīng)劃分為特別重要負(fù)荷。如化工企業(yè)中關(guān)斷正常電源時(shí)，需處理安全停產(chǎn)所必須的應(yīng)急照明、通信系統(tǒng)、自動(dòng)控制裝置等，此類特別重要負(fù)荷是化工企業(yè)配電設(shè)計(jì)中需要特別注意的對(duì)象。

1.2 供電電源的設(shè)計(jì)

化工企業(yè)大多負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，配電設(shè)計(jì)時(shí)常設(shè)兩個(gè)以上獨(dú)立電源，當(dāng)一個(gè)電源故障時(shí)，另一個(gè)冗余電源可保證持續(xù)供電。對(duì)于特別重要負(fù)荷，還應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。如發(fā)電機(jī)組、蓄電池以及專用饋電線路等都是常用的應(yīng)急電源。應(yīng)急電源應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)允許的中斷供電時(shí)間來選擇：（1）最大允許中斷供電時(shí)間為毫秒級(jí)可選用UPS不間斷電源；（2）最大允許中斷供電時(shí)間為0.25S以上可選用EPS應(yīng)急電源；（3）最大允許中斷供電時(shí)間為1.5S或0.6S以上的可選用帶有自動(dòng)投入裝置的專用饋電線路；（4）最大允許中斷時(shí)間為15S以上可選用快速自啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組；（5）適用于容量不大的特別重要負(fù)荷的蓄電池電源。對(duì)于可采用直流電源直接供電的，實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)情況稍作變動(dòng)。

1.3 廠區(qū)、車間變配電所及控制室的設(shè)計(jì)

對(duì)于化工企業(yè)易燃易爆的特殊環(huán)境，廠區(qū)、車間的變配電所和控制室的設(shè)計(jì)除了必須符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求外，還要特別注意以下幾點(diǎn)：（1）不應(yīng)在爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)設(shè)置，正壓室可布置在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)；（2）不應(yīng)在有火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的正上方或正下方設(shè)置；（3）在易燃物質(zhì)比空氣重的氣體環(huán)境中，設(shè)于1區(qū)、2區(qū)附近的變配電所及控制室的地面需高出室外0.6m；（4）若變配電所與易燃易爆危險(xiǎn)區(qū)的建筑物毗鄰，設(shè)計(jì)有以下特殊要求：對(duì)于電壓等級(jí)為1～10kV的配電所可由走廊或套間與危險(xiǎn)區(qū)建筑物連通，通向走廊或套間的門應(yīng)選用難燃體，共用隔墻應(yīng)選用密封的非燃燒體；在管道穿過墻體和樓板的位置，應(yīng)選用非燃燒性材料嚴(yán)密堵塞，且變壓器室的門窗應(yīng)能通向無火災(zāi)危險(xiǎn)的區(qū)域。

2　化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)備選型

2.1 防爆電氣形式分類

針對(duì)化工企業(yè)進(jìn)行電氣設(shè)備選型時(shí)，首先要將爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)按其引燃能量、最小點(diǎn)燃溫度以及存在的時(shí)間周期進(jìn)行分級(jí)分類。通過分級(jí)分類確定防爆設(shè)備的防爆標(biāo)志和形式。不同防爆等級(jí)的區(qū)域?qū)?yīng)不同的防爆形式，這些區(qū)域也有互相疊加的情況。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)都是以最大實(shí)驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流兩個(gè)主要指標(biāo)來劃分防爆等級(jí)。而最小點(diǎn)燃能量也是衡量防爆等級(jí)的重要指標(biāo)，常見化工氣體在各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的等級(jí)劃分如下表所示。

常見化工氣體最小點(diǎn)燃能量分級(jí)表

2.2 防爆電氣設(shè)備的選型

在化工企業(yè)電氣設(shè)計(jì)中，首先按照《爆炸與火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中附錄三中給出的分組規(guī)則，根據(jù)工藝人員提出的釋放源條件和可燃物的性質(zhì)來確定危險(xiǎn)區(qū)域的防爆電氣設(shè)備等級(jí)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，針對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域中的爆炸危險(xiǎn)氣體并不單是一個(gè)類別的情況，需繪制防爆區(qū)域劃分圖將其區(qū)分開。例如，ⅡA、ⅡB、ⅡC級(jí)別的氣體要區(qū)分開，輕于空氣和重于空氣的介質(zhì)也要區(qū)分開。

《爆炸與火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》2.5.3條規(guī)定了爆炸危險(xiǎn)區(qū)域中所包含的電氣設(shè)備的選型要求，所有常見的電氣設(shè)備如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、開關(guān)及燈具等都有相應(yīng)的選型方案。如dⅡBT4和dⅡCT6是設(shè)計(jì)中最為常用的隔爆類型電氣設(shè)備。但需要注意：在選擇防爆電氣設(shè)備時(shí)，在滿足1區(qū)、2區(qū)要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足氣體組別及溫度組別等相關(guān)要求，以避免設(shè)計(jì)方案存在安全隱患。

2.3 其他設(shè)備選型問題

（1）化工企業(yè)的防爆廠房?jī)?nèi)盡量不選用攜帶式或移動(dòng)式設(shè)備，由于設(shè)備金屬殼體之間的碰撞、磨擦，以及落地時(shí)都可能產(chǎn)生火花。必須采用移動(dòng)設(shè)備時(shí)（如檢修設(shè)備），盡量選用鋁制件。若為合金材料設(shè)備，鎂含量不得超過6%，鋁合金中鋁含量不得少于80%。另外，導(dǎo)線與設(shè)備的聯(lián)接處不得采用鍍鋅方式以避免產(chǎn)生電弧。（2）防爆廠房?jī)?nèi)反應(yīng)釜窺視孔上方的局部照明必須采用固定安裝方式，不得采用捆扎等臨時(shí)性固定措施。（3）電氣設(shè)備選型還要注意配套問題。如設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的燈具是隔爆型而開關(guān)是普通型，電機(jī)是隔爆型而控制設(shè)備是增安型的情況，這樣的設(shè)計(jì)方案是不允許的，控制設(shè)備和燈開關(guān)產(chǎn)生電火花都會(huì)成為化工廠房爆炸的危險(xiǎn)源。

3　化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣配線設(shè)計(jì)

3.1鋼管敷設(shè)和連接

化工企業(yè)爆炸環(huán)境的電氣線路主要有鋼管和電纜配線組成。鋼管必須明敷，且采用鍍鋅鋼管。鋼管連接均采用螺紋連接方式，且有效嚙合扣數(shù)不得低于6扣；在鋼管與電氣設(shè)備無法直接連接處，以及建筑物的伸縮、沉降縫的管路應(yīng)采用撓性連接管。

3.2 電纜配線

化工企業(yè)爆炸環(huán)境中的電纜配線應(yīng)遵循以下原則：（1）不同用途的電纜應(yīng)分開敷設(shè)，如照明和動(dòng)力線路嚴(yán)禁合用；（2）1區(qū)及2區(qū)的電纜配線宜采用銅芯鎧裝電纜；采用鋁芯電纜時(shí)，設(shè)備連接處應(yīng)采用可靠的銅鋁接頭等過渡連接措施。（3）在管溝、通風(fēng)溝中不允許進(jìn)行電纜和鋼管布線；（4）埋設(shè)的鎧裝電纜不應(yīng)有接線盒及中間接頭；（5）防爆電機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備宜采用電纜進(jìn)線方式。

另外，本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)的一次現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備必須通過本安電纜連接。通過安全柵采取限流、限壓、快速切斷電路等保護(hù)方式可達(dá)到系統(tǒng)防爆的目的。

3.3 防護(hù)措施

由于防爆的需要，化工企業(yè)防爆廠房的電氣管線多為明設(shè)[2]。由于眾多的管線易形成不同的感應(yīng)電位和靜電電位。為了防止電位不平衡的金屬件之間的放電產(chǎn)生電火花，以及防止設(shè)備放電漏電對(duì)操作人員安全的危害，化工企業(yè)防爆廠房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)必須要采取接地防護(hù)措施。

4　　化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境事故通風(fēng)的電氣設(shè)計(jì)

4.1 可燃?xì)怏w探測(cè)器

可燃?xì)怏w探測(cè)器的工作原理如下：可燃?xì)怏w探測(cè)器是用于在探測(cè)爆炸危險(xiǎn)氣體泄漏的設(shè)備。若探測(cè)器檢測(cè)到的氣體濃度超過了預(yù)先設(shè)定的氣體濃度閥值等級(jí)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，同時(shí)探測(cè)器會(huì)將報(bào)警信號(hào)傳輸至控制中心，并自動(dòng)啟動(dòng)該區(qū)域內(nèi)的事故排風(fēng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)在最短時(shí)間內(nèi)將易爆氣體濃度稀釋到爆炸下限的目的。

4.2 事故排風(fēng)機(jī)電源

很多設(shè)計(jì)者存在一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為由于事故通風(fēng)的重要性，排風(fēng)機(jī)電源應(yīng)為雙電源。實(shí)際上事故風(fēng)機(jī)的工作時(shí)間是火災(zāi)發(fā)生前，用以稀釋可燃?xì)怏w濃度。而當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，事故風(fēng)機(jī)作為非消防電源需被切除，避免會(huì)起到助燃的作用。

4.3 事故排風(fēng)機(jī)

化工廠房?jī)?nèi)事故排風(fēng)的控制與保護(hù)設(shè)計(jì)必須同時(shí)兼有手動(dòng)和自動(dòng)功能[3]。自動(dòng)功能是要求事故發(fā)生時(shí)可燃?xì)怏w探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)能夠自動(dòng)啟動(dòng)所有風(fēng)機(jī)；手動(dòng)功能是通過在室內(nèi)外設(shè)置啟動(dòng)按鈕以保證緊急境況時(shí)可手動(dòng)啟動(dòng)事故區(qū)域內(nèi)的所有風(fēng)機(jī)。

設(shè)計(jì)中為了提高通風(fēng)換氣次數(shù)，常采用由多點(diǎn)控制且數(shù)量眾多的小功率型防爆風(fēng)機(jī)，為了節(jié)省配電柜回路，風(fēng)機(jī)控制回路常采取單回路串聯(lián)多個(gè)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方式，且容量控制在3kw以下，這種方式即使設(shè)置熱保護(hù)繼電器，也可滿足《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。但是，雖然隔爆電機(jī)內(nèi)部爆炸不會(huì)引起電機(jī)表面溫度超標(biāo)[4]；電機(jī)匝間短路或接地故障等引起的過熱仍可至電機(jī)外殼達(dá)到引燃溫度。因此，未設(shè)置過載保護(hù)的電機(jī)發(fā)生過載時(shí)仍有爆炸的危險(xiǎn)。而由于回路串聯(lián)風(fēng)機(jī)數(shù)量過多會(huì)影響過載保護(hù)效果，故建議串聯(lián)數(shù)量以2個(gè)為宜，既可實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)也節(jié)約了配電柜空間。

5　結(jié)結(jié)

化工企業(yè)因其電氣設(shè)備處于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的特殊性。電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)引起重視，遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，合理選取設(shè)計(jì)方案，通過完善和優(yōu)化的設(shè)計(jì)防范措施以杜絕爆炸事故的發(fā)生。

[1]GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]張艷輪.淺談化工企業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電氣設(shè)計(jì)的若干問題[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2011(03):16-17.

[3]陸棋，胡嗣炯，夏明奎.石化工程電氣設(shè)計(jì)中的環(huán)境判據(jù)[J].電氣技術(shù)，2008(07)114-115.

[4]GB 3836.12 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 第12部分：氣體或蒸氣混合物按照其最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流的分級(jí)[S].

杜濛,女,助理工程師,大學(xué)本科,研究方向: 石油化工電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。