化工企業爆炸危險環境的電氣設計方法的探究

　杜　濛,馬　濤,梁興煒（.中國石油工程建設公司華東設計分公司,山東青島　6607；.青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司,山東　青島　66）

化工企業爆炸危險環境的電氣設計方法的探究

杜濛1,馬濤2,梁興煒1
（1.中國石油工程建設公司華東設計分公司,山東青島266071；2.青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司,山東青島266111）

由于化工企業的電氣設備常處于爆炸危險環境中，其電氣設計較普通生產場所在安全方面有更高的要求。本文針對化工企業易爆炸危險環境的特殊性從配電設計、事故通風、電氣設備選型、配線要求等方面進行了電氣設計方法的探究和總結。

電氣設計；易燃易爆危險環境；配電設計；事故通風；設備選型

0　引言

化工企業爆炸危險環境的電力系統設計要遵循以預防為主，人身和財產安全第一的原則。設計應考慮到既能保證安全適用、技術先進、經濟合理的設計要求，還應具有防范危險的措施。

1　化工企業爆炸危險環境的配電設計

1.1 負荷分級

對于化工企業配電設計時的負荷分級，首先要參照《工業與民用配電設計規范》或GB50052-2009的規定，還要根據實際的易燃易爆環境的生產工藝及安全要求進行分級。一般情況，負荷劃分為一、二級負荷[1]。而需要注意：對一級負荷中斷供電會發生危險情況（如爆炸火災、中毒泄露等）的負荷和不允許中斷供電的負荷應劃分為特別重要負荷。如化工企業中關斷正常電源時，需處理安全停產所必須的應急照明、通信系統、自動控制裝置等，此類特別重要負荷是化工企業配電設計中需要特別注意的對象。

1.2 供電電源的設計

化工企業大多負荷為一級負荷，配電設計時常設兩個以上獨立電源，當一個電源故障時，另一個冗余電源可保證持續供電。對于特別重要負荷，還應增設應急電源。如發電機組、蓄電池以及專用饋電線路等都是常用的應急電源。應急電源應根據生產允許的中斷供電時間來選擇：（1）最大允許中斷供電時間為毫秒級可選用UPS不間斷電源；（2）最大允許中斷供電時間為0.25S以上可選用EPS應急電源；（3）最大允許中斷供電時間為1.5S或0.6S以上的可選用帶有自動投入裝置的專用饋電線路；（4）最大允許中斷時間為15S以上可選用快速自啟動的發電機組；（5）適用于容量不大的特別重要負荷的蓄電池電源。對于可采用直流電源直接供電的，實際設計中可根據情況稍作變動。

1.3 廠區、車間變配電所及控制室的設計

對于化工企業易燃易爆的特殊環境，廠區、車間的變配電所和控制室的設計除了必須符合相關國家標準規范的要求外，還要特別注意以下幾點：（1）不應在爆炸危險的區域內設置，正壓室可布置在1區、2區內；（2）不應在有火災危險區域的正上方或正下方設置；（3）在易燃物質比空氣重的氣體環境中，設于1區、2區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區的建筑物毗鄰，設計有以下特殊要求：對于電壓等級為1～10kV的配電所可由走廊或套間與危險區建筑物連通，通向走廊或套間的門應選用難燃體，共用隔墻應選用密封的非燃燒體；在管道穿過墻體和樓板的位置，應選用非燃燒性材料嚴密堵塞，且變壓器室的門窗應能通向無火災危險的區域。

2　化工企業爆炸危險環境的電氣設備選型

2.1 防爆電氣形式分類

針對化工企業進行電氣設備選型時，首先要將爆炸危險介質按其引燃能量、最小點燃溫度以及存在的時間周期進行分級分類。通過分級分類確定防爆設備的防爆標志和形式。不同防爆等級的區域對應不同的防爆形式，這些區域也有互相疊加的情況。我國標準與歐洲標準都是以最大實驗安全間隙和最小點燃電流兩個主要指標來劃分防爆等級。而最小點燃能量也是衡量防爆等級的重要指標，常見化工氣體在各國標準中的等級劃分如下表所示。

常見化工氣體最小點燃能量分級表

2.2 防爆電氣設備的選型

在化工企業電氣設計中，首先按照《爆炸與火災危險環境電力裝置設計規范》中附錄三中給出的分組規則，根據工藝人員提出的釋放源條件和可燃物的性質來確定危險區域的防爆電氣設備等級。在實際設計中，針對危險區域中的爆炸危險氣體并不單是一個類別的情況，需繪制防爆區域劃分圖將其區分開。例如，ⅡA、ⅡB、ⅡC級別的氣體要區分開，輕于空氣和重于空氣的介質也要區分開。

《爆炸與火災危險環境電力裝置設計規范》2.5.3條規定了爆炸危險區域中所包含的電氣設備的選型要求，所有常見的電氣設備如旋轉電機、變壓器、開關及燈具等都有相應的選型方案。如dⅡBT4和dⅡCT6是設計中最為常用的隔爆類型電氣設備。但需要注意：在選擇防爆電氣設備時，在滿足1區、2區要求的同時，還應滿足氣體組別及溫度組別等相關要求，以避免設計方案存在安全隱患。

2.3 其他設備選型問題

（1）化工企業的防爆廠房內盡量不選用攜帶式或移動式設備，由于設備金屬殼體之間的碰撞、磨擦，以及落地時都可能產生火花。必須采用移動設備時（如檢修設備），盡量選用鋁制件。若為合金材料設備，鎂含量不得超過6%，鋁合金中鋁含量不得少于80%。另外，導線與設備的聯接處不得采用鍍鋅方式以避免產生電弧。（2）防爆廠房內反應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性固定措施。（3）電氣設備選型還要注意配套問題。如設計中常出現的燈具是隔爆型而開關是普通型，電機是隔爆型而控制設備是增安型的情況，這樣的設計方案是不允許的，控制設備和燈開關產生電火花都會成為化工廠房爆炸的危險源。

3　化工企業爆炸危險環境的電氣配線設計

3.1鋼管敷設和連接

化工企業爆炸環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，且有效嚙合扣數不得低于6扣；在鋼管與電氣設備無法直接連接處，以及建筑物的伸縮、沉降縫的管路應采用撓性連接管。

3.2 電纜配線

化工企業爆炸環境中的電纜配線應遵循以下原則：（1）不同用途的電纜應分開敷設，如照明和動力線路嚴禁合用；（2）1區及2區的電纜配線宜采用銅芯鎧裝電纜；采用鋁芯電纜時，設備連接處應采用可靠的銅鋁接頭等過渡連接措施。（3）在管溝、通風溝中不允許進行電纜和鋼管布線；（4）埋設的鎧裝電纜不應有接線盒及中間接頭；（5）防爆電機、風機等設備宜采用電纜進線方式。

另外，本質安全型防爆系統的一次現場設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方式可達到系統防爆的目的。

3.3 防護措施

由于防爆的需要，化工企業防爆廠房的電氣管線多為明設[2]。由于眾多的管線易形成不同的感應電位和靜電電位。為了防止電位不平衡的金屬件之間的放電產生電火花，以及防止設備放電漏電對操作人員安全的危害，化工企業防爆廠房內設計必須要采取接地防護措施。

4　　化工企業爆炸危險環境事故通風的電氣設計

4.1 可燃氣體探測器

可燃氣體探測器的工作原理如下：可燃氣體探測器是用于在探測爆炸危險氣體泄漏的設備。若探測器檢測到的氣體濃度超過了預先設定的氣體濃度閥值等級就會觸發報警，同時探測器會將報警信號傳輸至控制中心，并自動啟動該區域內的事故排風機，以實現在最短時間內將易爆氣體濃度稀釋到爆炸下限的目的。

4.2 事故排風機電源

很多設計者存在一個誤區，認為由于事故通風的重要性，排風機電源應為雙電源。實際上事故風機的工作時間是火災發生前，用以稀釋可燃氣體濃度。而當火災發生時，事故風機作為非消防電源需被切除，避免會起到助燃的作用。

4.3 事故排風機

化工廠房內事故排風的控制與保護設計必須同時兼有手動和自動功能[3]。自動功能是要求事故發生時可燃氣體探測器的報警信號能夠自動啟動所有風機；手動功能是通過在室內外設置啟動按鈕以保證緊急境況時可手動啟動事故區域內的所有風機。

設計中為了提高通風換氣次數，常采用由多點控制且數量眾多的小功率型防爆風機，為了節省配電柜回路，風機控制回路常采取單回路串聯多個風機的設計方式，且容量控制在3kw以下，這種方式即使設置熱保護繼電器，也可滿足《通用用電設備配電設計規范》的要求。但是，雖然隔爆電機內部爆炸不會引起電機表面溫度超標[4]；電機匝間短路或接地故障等引起的過熱仍可至電機外殼達到引燃溫度。因此，未設置過載保護的電機發生過載時仍有爆炸的危險。而由于回路串聯風機數量過多會影響過載保護效果，故建議串聯數量以2個為宜，既可實現過載保護也節約了配電柜空間。

5　結結

化工企業因其電氣設備處于爆炸危險環境的特殊性。電氣設計人員應引起重視，遵循相關的設計規范，合理選取設計方案，通過完善和優化的設計防范措施以杜絕爆炸事故的發生。

[1]GB50052-2009 供配電系統設計規范[S].

[2]張艷輪.淺談化工企業爆炸危險環境電氣設計的若干問題[J].中國化工貿易，2011(03):16-17.

[3]陸棋，胡嗣炯，夏明奎.石化工程電氣設計中的環境判據[J].電氣技術，2008(07)114-115.

[4]GB 3836.12 爆炸性環境用防爆電氣設備 第12部分：氣體或蒸氣混合物按照其最大試驗安全間隙和最小點燃電流的分級[S].

杜濛,女,助理工程師,大學本科,研究方向: 石油化工電氣系統設計。