空氣潛水系統電氣設備防爆措施研究

程 微，肖曉凌，李宗偉，徐 進，金信岑

（深圳市杉葉實業有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

油氣田設施對于布置在危險區Ⅱ類區域的設備均有嚴格要求，海上設施通常選擇ExdIIBT4 級別對電氣防爆進行規范，能夠達到IP56 的防護等級，海上設施危險區II 類區域的潛水系統必須滿足A60 防火要求。海上油氣開采設施的固有特點，使得設施水下部分的檢測要以潛水作業方式完成。在海上設施潛水作業工程項目中，由于受場地限制，潛水系統常常需要布置在危險區II類區域。潛水系統布放在危險區II 類區域，在既符合各相關潛水標準和規范要求的同時，又能夠滿足防爆、防火安全要求，是實現潛水系統滿足危險區II 類區域作業安全要求的根本。

1 防爆電氣設備選型

在具備可燃物、助燃的氧氣等物質，以及高溫、電弧、火花等引燃源的情況下，爆炸才有可能發生。因此，為了實現對爆炸事故的有效控制，海油單位需要針對上述結構條件制定相應的控制措施，避免同時具備3 個條件。在實際操作時，相關單位針對防爆工作研發了多種技術，能夠對爆炸危險環境進行遏制以規避其形成，同時對爆炸進行阻止。

（1）隔爆型（d）。隔爆型防爆是把設備可能成為點燃源的部件全部封閉在一個外殼內，其外殼能夠承受內部的可燃性氣體在內部爆炸而不損壞，同時也不會導致可燃性氣體于殼體外部出現爆炸情況。

（2）增安型（e）。此類防爆設備的原理：通過一定的附加措施避免正常運行期間無法變成點燃源的元器件成為點燃源，通過對其安全可靠性的提升來規避電火花等問題的出現。

（3）本質安全型（i）。此類防爆設備用于規避可燃氣體的點燃情況，設備內部電路無論是故障、正常運行，都不會因產生的電火花導致可燃氣體燃燒。相對而言，這類防爆設備更加安全，在儀表檢測元件中應用較為廣泛。

（4）正壓型（p）。此類防爆設備能夠依靠對設備內外氣壓的控制來規避可燃氣體進入設備內部，其正常運行時的殼內氣壓比外界氣壓高。

現階段海洋石油平臺均要求具備ExdIIBT4 級別的電氣防爆能力，具有IP56 的防護等級。ExdIIBT4 中的英文數字符號解釋：Ex 代表防爆電氣標識，d 代表隔爆型設備，IIB 代表氣體組別，而T4 指電氣設備不會具有超過135 ℃的表面溫度，而防水防塵等外殼性能要求則用IP56 來規范。電池間的標準也在海洋石油平臺中進行了規范，電池在充放電過程中并不會導致天然氣等危險氣體的出現，但是會形成IIC 類氣體中的氫氣，這也導致平臺會針對電池間使用ExdIICT4 級別的電氣防爆能力。

按照以上技術要求，確定用于危險區II 類區域潛水系統的防爆設計使用范圍為ExdIIAT3。針對潛水系統中不同的設備，如機械動力設備、電控元器件、空壓機組、電接插件、低壓電氣控制以及監控系統電器柜等，確定采用本安型（i）、增安型（e）、隔爆型（d）、正壓外殼型（Expz）等不同的防爆技術單獨或組合使用的方式，并采用IP56 防護等級的技術路線。

2 空氣潛水系統電氣設備防爆措施

2.1 強電設備防爆措施

空氣潛水系統使用的電氣設備在防爆功能方面具有更高要求，需要具備規避外殼高溫、器械表面高溫、電火花、摩擦沖擊火花等方面的防護能力。同時，設備能夠對摩擦機械部件產生的高溫和火花進行防護。通過設置強電設備防爆控件柜，控制柜采用的電氣設備為隔爆型（d），防爆控制柜本質為動力箱，同時也是配電箱，能夠對照明電源進行控制；一般而言，防爆控制柜通過組合式的結構搭建二次，能夠對12 個回路進行控制，同時采取絕緣外殼包裝，絕緣等級可達A60；控制柜中的元件組成為轉換開關、繼電器、接觸器、按鈕、斷路器、信號燈等，這些元器件采用增安型（e）電氣設備。機柜需要遵循設計標準，按要求設計斷路器、輔助、保護相關設備以及測量儀表，使系統具備低壓控制功能。控制工作依靠正壓系統開展時，壓力數值達到機柜規定數值的情況下，報警將會自動發出，無論是低壓還是高壓，系統都能夠自動發出報警。此外，該控制柜還具備自動開門以及手動緊急操作停機等聯鎖保護功能，具有較強的保護能力，電氣防爆等級達到ExdIIBT4。

所有的隔爆型或增安型部件及元器件均按照相應的溫度組別T3 進行選型，從而確保最高表面溫度符合相關要求。設備允許溫度組別、引燃溫度以及溫度組別等參數見表1。

表1 Ⅱ類防爆電氣設備最高允許溫度和引燃溫度對照

2.2 弱電設備防爆措施

弱電電路以及設備通常外置于空氣潛水系統，應用的防爆電氣設備多數情況下為本安型（ia 或ib），涉及的弱電設備主要為氣源集裝箱、安全聯鎖裝置、潛水控制室、信號傳感裝置、DDC操控室的各外置控制開關、通信裝置等。通信、音視頻錄音錄像監控、環境參數監控設備和備用應急電源等數量和組合較多，難以采用隔爆型的防爆技術，只能采用正壓通風型。在防爆原理方面，正壓型設備以外殼包裹電氣設備，通過將保護線氣體將殼內空間填滿，避免內部存在可燃氣體，同時也使得內部氣壓比周邊爆炸性的環境更低，進而避免殼內混入外界爆炸物，滿足設備防爆需求。“p”標志即代表正壓型防爆設備。

正壓型電氣裝置在防爆性能方面具有較高的要求，設備內部應用增加測量儀表、繼電器等起保護作用的裝置。而且，在爆炸危險環境內應用的正壓型電氣設備需要對相關保障裝置進行改進，確保其防爆能力滿足設備工作環境中的實際需求。裝設補償外殼的正壓型設備則需要配置專用的保護元器件，主要類型為電力參數監測儀器、時間繼電器等，確保設備始終將換氣量維持在正常水平，避免電源接通于存在爆炸風險的時候，確保啟動時，設備外殼內部不會具有超出濃度要求的爆炸物。此外，最小換氣量需要按照一定標準進行控制，一般為5 倍的連接管道及外殼容量。

2.3 導線布線模式防爆電氣設備的設置

海油平臺通常針對防爆設備選用電纜傳輸相應的信號并滿足供電需求，GB 3836.15—2000 和AQ 3009—2007 指出：第一，低壓電纜選型過程中需要確保線路工作電壓不超過其額定電壓，同時需要具有至少500 V 的額定電壓；第二，針對經過多個區域的電纜，需要通過防火隔墻或阻火堵料做好區域間隔離工作；第三，如果導線用于爆炸危險區，則其需要具備致密、阻燃等重要性能，現階段常用的電纜多為YZW、RVVP、YCW 以及BVV 等；第四，電纜中間頭不能在危險區域出現，特殊情況下可以通過防爆盒收納中間頭，這類問題在平臺現場較為普遍，建議針對相關電纜使用增安型或隔爆型接線箱重新連接；第五，不同的區域需要對導線進行相應的調整，如一區可以對本質安全除外的線路用銅芯導線敷設，而且除了銅芯導線也可以使用鋁芯導線，但需要避免導線直徑小于16 mm；第六，針對電氣設備電源，應該加裝保護裝置，避免因短路、過負荷、接地等問題引發次生故障。如果電氣設備在爆炸危險區裝設，則需要做好外殼接地工作。一般而言，電纜布設過程中，引入口更容易出現堵漏問題，需要通過填料和彈性密封圈提升電纜密封效果。

防爆電氣設備通常選擇填料函式法密封導線，具體操作時需要提前引入導線的鎧裝層至鎧裝構件內，通過專業工具分開電纜，同時利用刮勺按照順序在電線周邊填充防爆膠泥，并在填料固化的情況下安置構件。

3 空氣潛水系統電氣設備防爆注意事項

3.1 正確選擇防爆型號

老舊平臺的設施更容易出現選型不合理的情況，新建平臺更容易在成套設備中出現問題，大多數為電氣設備無防爆能力，將n 型防爆設備用于I 類區域，IIB 類設備用于IIC 類電池間等環境等。為此，海油單位需要在合同以及技術文件中列明工作要求，嚴禁廠家采購能效指標、安全性能等不符合國家標準的防爆電器設備，同時也需要設備廠家提供相關的生產許可證、合格證、說明書、檢測報告等相關文件；在驗收階段，海油單位也需要對照合格證中的內容與現場設備的銘牌說明等是否一致，避免存在防爆設備選型不符合要求的情況。

3.2 防爆標識齊全清晰

老舊設備中更容易出現防爆標識等方面的問題，如銘牌內容不清晰（油污覆蓋）、因銘牌脫落而影響防爆信息確認的情況，也存在防爆標準、防爆合格編號等在銘牌中未體現的情況。部分設備銘牌中指出該設備具有隔爆能力，然而現場設備卻將橡膠襯墊布置于隔爆接合面部位；部分銘牌雖然標明設備為隔爆型，然而其結構形式卻不符合相關保障。可以對設備防爆能力方面的問題進行再次確認，若結果表明該防爆設備無異常情況，則需要對設備的防爆信息進行再次標識，對于防爆標志存在缺陷、防爆合格證編號不存在等情況，需要從防爆性能方面進行設備核查，對于不合格的防爆設備，必須根據危險區劃分圖，參照AQ 3009—2007第5 條相關規定重新選型并更換。

3.3 引入裝置

GB 3836—2010 指出，防爆電器設備在安裝引入裝置（導管、電纜）的情況下，需要確保防爆特性依然可靠。電纜封堵異常情況多為引入的外部電纜未能按標準封堵到位，復合型防爆產品未能封堵各腔間的線纜孔洞。海油設施的電纜引入裝置主要為密封圈式以及填料式兩種類型。在新建項目中，需要自驗收所采購的防爆設備開始，才能基于標準對設備相關附件進行仔細核對，確認存在兩個及以上腔體的設備所封堵的穿腔孔是否符合要求，現場安裝階段，則需要提前對安裝人員的技能水平進行確認，同時也需要確保監理人員掌握相關專業知識，對安裝情況就那些細致核查。對于在役設備，海油單位可以組織專業機構專門核對防爆電氣設備狀態，在停產檢修的過程中對無引入裝置、繞性管直連引入口等問題及時整改，確保引入裝置能夠嚴格匹配引入口形狀以及設備防爆類型。在日常檢查工作中，工作人員也需要基于本質安全的工作目標按風險等級解決發現的問題。

4 結語

綜上所述，本文通過對強電設備、弱電設備及連接電纜的防爆措施的研究，來滿足空氣潛水系統中電氣防爆的有關規定。為保障海上油氣設施的完整性提供了強有力支持，同時提升我國潛水裝備的研發、制造能力和行業潛水作業水準，對保障國家能源安全具有重要意義。