淺析爆炸性危險環境中電、儀設備的選型及設計

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司，遼寧大連 116023)

淺析爆炸性危險環境中電、儀設備的選型及設計

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司，遼寧大連 116023)

針對石油化工項目的基本特點，簡要說明了爆炸性危險區域的劃分原則，分析了爆炸性危險環境中電氣、儀表設備的選型及設計問題，討論了設計階段對于爆炸性危險環境所應當采取的防護措施，同時對易燃易爆事故的危險性后果進行了論述，以提高石油化工企業對易燃易爆危險環境的安全意識和水平。

爆炸性環境；區域劃分；電儀設備；選型；設計

在我國石油化工行業中，具有易燃易爆危險性質的工藝流程占據了很大一部分，高度的易燃易爆危險性決定了項目建設的各個參與方對爆炸性危險環境中電氣、儀表等設備選型及設計的高度重視。本文針對石油化工行業生產、儲存及運輸過程的鮮明特點，剖析了易燃易爆事故的危險性后果，從幾個方面重點討論了石油化工項目在設計階段對處于的爆炸性危險環境所應當采取的防護措施，最大程度上保障易燃易爆生產裝置的安全運行，將易燃易爆事故的危險性后果降低到最低限度，確保石油化工企業的長期可持續安全穩定發展。

1 爆炸性環境

所謂爆炸性環境，是指在正常的大氣條件下，具有可燃特點的物質以氣體、蒸氣等形式與空氣混合在一起，形成可燃混合物，達到點燃條件后，可以持續燃燒并傳播的一種危險環境。

在石油化工建設項目中，爆炸性環境主要以危險氣體的形式或危險蒸氣的形式存在，例如合成氨項目中的氣化工段、低溫甲醇洗工段等。主要分為以下幾類：

1)在正常的大氣條件下，具有可燃性質的氣體與空氣混合，進而形成具有爆炸性危險的氣體混合物；

2)當閃點位于環境溫度以下，具有可燃性質的液體所產生的蒸氣，與空氣相混合，形成具有爆炸危險的氣體混合物；

3)當投料的操作溫度大于可燃性質液體閃點的情況下，當發生有可能泄漏的情況時，具有可燃性質的液體所產生的蒸氣與空氣相混合，進而形成具有爆炸性危險的氣體混合物。

2 爆炸性環境危險區域的劃分原則

2.1 爆炸性氣體環境的危險區域劃分

按照《爆炸危險環境電力裝置設計規范》(GB 50058-2014)，對于爆炸性氣體環境的危險區域，做出如下的劃分依據：

區域特征0區通常情況下,連續釋出或長期釋出并產生爆炸性氣體混合物的危險環境1區正常運行的情況下,有可能產生爆炸性氣體混合物的危險環境2區正常運行的情況下,不可能產生爆炸性氣體混合物的危險環境,亦或即便是產生也僅僅存在于較短時間內的爆炸性氣體混合物的危險環境

2.2 爆炸性粉塵環境的危險區域劃分

通過查詢《爆炸危險環境電力裝置設計規范》(GB 50058-2014)可知，可將爆炸性粉塵環境的危險區域劃分原則做如下規定：

區域特征20區在正常情況下,空氣中存在的具有可燃性質的粉塵云,連續地或長時間地存在于爆炸性危險環境中的相關區域中21區在正常生產過程中,空氣中存在的具有可燃性質的粉塵云,有可能偶爾出現在具有爆炸性危險環境的相關區域中22區在正常情況下,空氣中存在的具有可燃性質的粉塵云,通常情況下不可能存在于具有爆炸性粉塵危險環境中的相關區域中,亦或是即使存在,其所持續的時間也是較為短暫的

一般情況下，20區的相關范圍主要有：粉塵云具有連續生產性質的管道、工藝生產和相關工藝設備的內部區域，當粉塵儲存容器的外部，有可能長期連續存在于爆炸性粉塵危險環境時，就可以劃分為20區。

而21區的范圍劃分，通常與一級釋放源有關，同時按照以下規定進行劃分：

1)具有一級釋放源的相關粉塵生產儲存設備，其內部就可確定為21區；

2)具有一級釋放源的設備外部的相關場所，該部分區域的范圍應該限制粉塵總量、粉塵釋放的速率、粉塵顆粒的大小和投料的濕度等參數，同時應考慮引起釋放的大部分條件。若受氣候相關的影響，在建筑物的外部場所，可考慮減小21區的劃分范圍；同時，21區的劃分范圍，應嚴格依據距離釋放源附近1 m進行確定。

3 爆炸性環境中電氣、儀表設備的選型及設計

3.1 電氣、儀表設備的選型

在爆炸性危險環境中，電氣、儀表設備的選型應遵循防爆原則，需嚴格按照現行的國家規范標準《爆炸性環境第1部分：設備 通用要求》(GB 3836.1-2010)進行選型。

目前，我國的防爆等級標志形式如下：

圖1 防爆等級標志

1)防爆原理

防爆原理主要有以下幾種類型：

防爆原理代號隔爆外殼增安型本質安全型正壓外殼型

油浸型充砂型“n”型電氣設備澆封型

在爆炸性危險環境中，電氣設備可劃分為Ⅰ類電氣設備、Ⅱ類電氣設備和Ⅲ類電氣設備。

Ⅰ類電氣設備，通常使用于產生煤礦瓦斯氣體的危險環境中；

Ⅱ類電氣設備，通常存在于除了煤礦瓦斯氣體之外，其他的爆炸性氣體危險環境；

Ⅱ類電氣設備，一般詳細劃分如下：ⅡA(具有代表性的氣體：丙烷)、ⅡB(具有代表性的氣體：乙烯)和ⅡC(具有代表性的氣體：氫氣)；

Ⅲ類電氣設備，通常應用于除煤礦以外的其它爆炸性粉塵的危險環境；

Ⅲ類電氣設備，一般詳細劃分如下：ⅢA(具有代表性物質：可燃性飛絮)、ⅢB(具有代表性物質：非導電性粉塵)和ⅢC(具有代表性物質：導電性粉塵)

3)引燃溫度級別

一般情況下，按照正常生產環境中的爆炸性氣體被引燃的溫度進行分類，引燃溫度可以劃分為以下組別：

大型系統或者管徑在DN150及DN150以上時，排氣裝置宜采用集氣罐與自動排氣閥結合的形式，以利于更好地收集管路中的氣體并及時排出。也可以使用大排氣量的自動排氣閥來實現這一功能。大排氣量自動排氣閥的材質應為黃銅，排氣控制零件一般為浮球。

組別引燃溫度tT1組450℃

根據以上所述，設計人員在進行施工圖設計的過程中，對于爆炸性危險環境中的電氣、儀表設備的選型工作，應嚴格按照規范標準進行，以確保石油化工生產裝置能夠更加安全穩定地運行。

3.2 電纜的敷設

在石油化工項目中，防爆區域與非防爆區域是共存且劃分明確的，但電纜的敷設卻是連續的，時常會穿梭敷設于防爆區域與非防爆區域中，為了預防爆炸性危險環境中的易燃易爆氣體或粉塵沿電纜敷設管線或建筑孔洞四處傳播，進而引發連環爆炸性安全事故，設計人員在施工圖設計的過程中，應該對電纜敷設管線的交接面或建筑孔洞等位置設計嚴密的密封措施，嚴防易燃易爆氣體或粉塵傳播。

同時，對于連接電動機的進線電纜，一般情況下采取穿不銹鋼防爆撓性連接管進行防爆，例如在合成氨項目中的氣化工段，所有電動機的進線電纜都應該按要求穿不銹鋼防爆撓性連接管，從而達到了防爆以及防機械損傷的要求。

3.3 接線箱的設計

在防爆區域內，普通的接線箱無法達到防爆的要求，此時就要選擇防爆接線箱。防爆接線箱應嚴格做好接地連接，包括防爆接線箱的內外，同時引入接線箱的電纜應確保達到密封要求，可以通過防爆密封圈及防爆密封墊圈進行防爆密封，從而達到良好的防爆效果。

3.4 應急照明設計

在爆炸性危險環境下，應當按照規范要求設置防爆應急電源照明，其維持工作時間至少應當達到90 min，且應獨立設計供配電線路以及控制開關，在正常供電電源發生故障時應可以自動轉換投入工作。

依據應急照明系統的負荷大小和轉換時間、最小持續工作時間等要求，同時考慮到供配電系統由于高、低壓電源之間進行切換所需要的時間無法保證，因此應急備用電源采用蓄電池是非常必要的，且采用正常市電配套蓄電池應急燈是目前比較可靠、且又具有經濟性的方案。

3.5 靜電接地設計

石油化工項目的生產、儲存和運輸過程中，設備、儲罐及管道等設施均會產生靜電，極有可能對項目的正常運行產生嚴重的危害，尤其是在石油化工等易燃易爆危險環境中。因此，在施工圖設計過程中，設備的外殼、儲罐的各種金屬部件、管道外壁等均應設置可靠的靜電接地措施。

4 結 語

伴隨著我國石油化工行業的迅速發展，“以人為本”的安全生產理念正得到越來越多的重視，尤其是在爆炸性危險環境中，采取可靠的防爆設計措施已成為預防爆炸性危害后果的首要措施，而電氣、儀表設備的選型及設計是防爆措施中的重要部分，電氣及儀表專業的設計人員應當嚴格按照現行國家規范標準進行防爆設計，以保證石油化工項目的安全穩定運行，將爆炸性危害后果降低到最低程度。

[1] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊(第三版)[M].北京：中國電力出版社，2005

[2] GB 50058-2014爆炸危險環境電力裝置設計規范[S]

[3] GB 3836.1-2010爆炸性環境第1部分：設備通用要求[S]

TQ086.3

B

1005-8370(2017)02-25-03

2017-02-15

欒家斌(1986—)，沈陽化工學院畢業，電氣工程及其自動化專業，工學學士，工程師，現就職于中昊(大連)化工研究設計院有限公司工程開發設計部。