海上平臺電氣設備的防爆與防護等級分類

［摘 要］海上石油平臺作為大海中原油開采與處理的設施，相對孤立，一旦出現火災、爆炸等事故，會造成巨大損失。因此海上平臺對火災或爆炸等危險因素的預防，須嚴格按照相關標準規范執行。文章介紹了海洋平臺上危險區的劃分，以及電氣設備防爆、防護等級的確定。

［關鍵詞］防爆；防護；危險區

［中圖分類號］TE952 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0090–03

目前，我國海洋平臺電氣設備的防爆及防護等級劃分，主要通過綜合其標準中規定的防護等級及實際工作環境進行。

1 防爆等級

根據危險區域的劃分，海上平臺電氣設備的防爆等級一般有3 種分類依據，即防爆電氣設備的安全等級、防爆電氣設備的極限危險區域劃分及防爆電氣設備的爆炸性混合物分類。在海上平臺，電氣設備的安全等級通常為Ⅱ C 級，即按照我國GB 3836.1—2010《危險場所用電氣設備防爆性能分級》進行分類，將危險區域劃分為：Ⅰ區、Ⅱ區和Ⅲ區。Ⅰ區指在該區域內，存在著產生爆炸所需條件的設備或裝置，其為被保護的設備或裝置，也稱為爆炸性氣體混合物。我國海上平臺電氣設備安全等級為Ⅱ C 級的防爆電氣設備主要有隔爆型防爆電機、隔爆型防爆配電箱、隔爆型防爆照明等。此外，還有本質安全型電氣產品、本質安全型機械產品等。在海上平臺，其電氣設備使用環境通常比較惡劣，在正常運行時可能會出現異常情況，如出現靜電放電、電弧、火花等現象。在這種情況下，可能會導致電氣設備的外殼被擊穿。另外在海上平臺發生火災時，還可能會導致電氣設備外殼被引燃。因此，為確保電氣設備能夠正常運行，發生意外情況時能夠保護操作人員和周邊環境安全，在海上平臺電氣設備安裝過程中應嚴格遵守相關標準要求。一般情況下需要使用相應級別的防爆電氣產品進行安裝，在實際應用中也可以根據現場環境具體情況進行調整或采取其他防護措施。

2 防爆型式

隔爆型適用于爆炸危險區1、2 區；增安型適用于Ⅱ C，Ⅱ B，IIA，但不適用于1 區以外的其他區域的防爆電氣設備，亦不適用于交流接觸器（活動觸點）等在正常工作狀態下會產生火花、電弧或危險溫度的電氣；本安型適用于爆炸氣體環境，電氣設備所有接觸點都不導電，爆炸氣體混合物在正常條件下也不能引燃的爆炸性氣體。本安全型電氣設備的特點是：防爆電氣設備自身具有較好的防爆性能；因此，與隔爆型電氣設備相比，本安型電氣設備對爆炸事故的預防效果更好。海洋平臺電氣設備按其防爆及防護水平進行分類，分為防爆類型及防護措施兩大類。防爆類型主要有隔爆型和增安型，前者適用于內部有爆炸混合氣體的環境，后者適用于含有爆炸性氣體的環境。防護措施主要有：防塵，防水，防油，防腐蝕等。防塵方面主要采取防塵口罩和防塵帽等措施，避免灰塵進入電器設備內部；在防水方面，為了避免電氣設備在潮濕的環境下工作，主要采取防水手套和防水鞋；在防油方面，主要采取防油布和防油紙等措施，防止油、塵沾到電器設備表面；在防腐蝕方面，主要采取防腐蝕涂料、防腐蝕材料等措施來保護電氣設備不受腐蝕的環境。海洋平臺電氣設備的防爆及防護水平分級比較復雜，應根據環境條件、使用要求具體分析、選擇。

2.1 隔爆型

隔爆型電氣設備的防爆結構由隔爆箱及其內部零件組成。隔爆殼是指用于隔爆的金屬外殼，其結構形式有焊合、壓接、鑄鍛、鍛壓等，主要由金屬件（軸、軸座、端帽等）和隔爆表面（隔爆板、隔爆槽、隔爆螺栓等）構成。隔爆型設備在正常工作狀態下，其殼體內的爆炸性氣體達不到爆炸濃度，故不會發生爆炸。但是如果殼體內發生了故障或火花，則會引發爆炸。

2.2 增安型

增安型電氣設備是指在正常工作狀態或出現故障時，內部元件安全動作，使內部電路不產生火花、電弧，起到預防事故的作用。一般包括增安式開關，保險絲，限流熔絲，安全柵等。

（1）增安式開關。也稱為保護開關，是第一個使用的防爆型電氣設備，能防止因故障或過熱而產生危險溫度。增安開關結構形式多樣，主要包括：①根據結構形式可分為3 類：A 型、B 型、C 型；②按安裝形式可分為固定式、半固定式及移動式；③根據外殼的構造可以分為凸形和凹形兩種。

（2）增安式保險絲。有保險絲作用，但在正常情況下不發生保險絲的元件，具有過載和短路保護功能。

3 隔爆結構

由于海上平臺的電氣設備大多工作環境較為惡劣，還要經受來自各個方面的沖擊、振動等外部因素的影響，所以在安裝使用時要嚴格遵循相關標準。隔爆結構主要是指利用隔爆結構來提高電氣設備內部元件的溫度，從而實現防爆的一種方法，在電氣設備中，隔爆結構一般分為隔爆殼、隔爆面、隔爆索和其他部件。當設備正常運轉時出現故障時，不會出現因內部元器件溫升過高而造成的內部元件損壞或損壞的現象。同時，隔爆型結構還可以有效地防止電氣設備內部元件因溫升過高而發生故障，從而避免電氣設備的損壞。另外，隔爆型結構還能有效地減小電氣設備中的短路電流，防止因短路造成的危害。電氣設備發生故障后，內部元件受短路電流的影響，會產生損壞現象。

3.1 隔爆面

隔爆表面主要是指電氣設備內部電氣元件與殼體之間的連接部分，同時它還是設備內的絕緣構件，用于保護電氣元件。按其功能可分為隔爆型、增安型、本安型和充砂型等。其中，具有良好絕緣性能的隔爆面，可用于保護設備內部元件，有效地防止因絕緣性能降低而引起的內部元件溫升而導致的電氣故障。同時，具有良好絕緣性能的隔爆面也能有效地防止因短路電流引起的電氣故障。海上平臺用電設備一般功率大、電壓高，所以在安裝和使用時要特別注意隔爆面的安裝位置，防止由于安裝位置不合理而引起的電氣設備在運行時產生火花從而引發火災等危險情況。通常，在電氣設備內設置有對應的電纜槽，以供電纜敷設。海上平臺所用電纜多為阻燃型電纜，在安裝過程中必須嚴格遵守相關規定。同時，由于海上平臺所采用的纜繩一般都很長，故須通過特殊的支架來固定。

3.2 隔爆索

隔爆索的主要功能是防止電氣設備在使用過程中發生爆炸，是隔爆結構中最關鍵的一部分，主要功能有：①當電氣設備出現故障時，內部元件溫度升高，若不采取隔熱結構保護，內部元件會因高溫而發生損壞，所以采用隔爆索可以有效地防止電氣設備在運行時發生爆炸。②電氣設備在運行中出現故障時，采用隔爆索保護電氣設備，可有效降低電氣設備內部元件的溫度。③隔爆索既能保護電氣設備內部元件不受高溫影響，又能防止發生故障時內部元件因短路電流而損壞。因此，采用隔爆索保護海上平臺的電氣設備，可以有效地減少因運行時因溫度升高引起的內部元件的損傷。

3.3 其他部件

除上述結構之外，電氣設備還可采用隔板將外殼與隔爆結構分隔開來，從而將電氣設備分為外殼與隔爆表面兩部分。在海上平臺上，通常采用鋼板作為隔離層，將電氣設備分成兩部分。其中，在殼體部件中，內部部件主要是通過螺栓或螺母與外部部件相連接。同時，為防止內部零件過熱而損壞內部零件，一般都是用橡膠墊片固定。在隔爆表面部分，為了防止電氣設備在運行時溫度升高，一般采用隔爆件對電氣設備進行隔離。隔爆件是指由兩個及以上的隔爆表面及相關元件構成的隔爆件。防爆元件一般為不銹鋼。電氣設備的隔爆型結構，可按其內部元件類型加以分類。海上平臺常用的隔爆結構通常為鋼板。由鋼板制成的隔爆面通常由厚度較大，硬度較高，韌性較強，表面光滑程度較高，導熱性較差，表面電阻系數較小，熱膨脹系數也比較小，在鋼板制成的隔爆面中，內部元件由螺栓或螺母連接，結構相對簡單，便于在海上平臺上安裝。

4 隔爆外殼防護等級

①隔爆殼體具有IP54 保護等級。此保護等級適用于海上平臺上的所有電氣設備。②按照GB50058、GB50745《爆炸危險環境電氣裝置設計規范》、GB50745《固定式電氣設備隔爆技術規范》對隔爆箱的保護等級劃分為2 級，即IP54、IP54。③對防爆電氣，除符合上述規范外，還應滿足其他規范要求。另外，依據GB50745《固定式電氣設備隔爆技術規范》，除滿足上述要求外，還應滿足GB4203.1—2011《爆炸性環境用電氣設備第1 部分：一般規定》中有關規定的其他要求。

4.1 防爆標志

①標識應按GB3836.1-2010 規定制作，防爆電氣的標識應與之相一致。②無火花，無電弧，無危險溫度，無有害物質的電氣，其標識可以不顯示。③當裝置內有爆炸物時，應使標識與周圍環境相區分。④裝置內有火花型爆炸物時，其標識應符合GB3836.1 規定。⑤在有危險溫度，有有害氣體或蒸氣的情況下，應在殼體上標明該裝置的位置。⑥如果設備內部可能存在火焰或高溫，則應在外殼上標明設備位置。在這種情況下，設備應具有防爆證書。這份防爆合格證號應當能夠證明設備是防爆的，并且有相應的安全標識（如GB3836.1-2010 中所定義的“I”類）。如果有可能產生火花，電弧或危險溫度的電氣設備靠近離岸平臺，則應在外殼上標明或標明防爆合格證號碼；當靠近陸地平臺時，這個標記應該被標記在它的外殼上，或在它的防爆證書編號中。

4.2 防爆電氣設備

①按照GB50058 的規定，在Ⅱ C 級危害環境下，必須設置防爆裝置，或增設裝置。②用于海上平臺的電氣設備，必須滿足GB50745 所列Ⅱ C 類危險環境下的電氣設備的規定。③在海上平臺使用的防爆電氣設備，必須滿足GB4203.1-2011《爆炸性環境用電氣設備第1 部分：一般規定》中規定的防爆標志及等級，并在規定的范圍內對電氣設備進行防爆處理。

4.3 防爆電氣設備的試驗

①隔爆電氣設備的測試，是指通過測試防爆電氣的隔爆表面及密封表面，判斷其防爆性能是否符合規定，并判定其有無安全隱患。②隔爆殼體的測試，是在殼體或隔爆體表面施加規定的測試電壓，以檢查隔爆殼體是否有足夠的火花、電弧及危險溫度。③隔爆殼體的測試分為隔爆式殼體測試和增安式殼體測試兩種。前一種方法是對隔爆體施加一定的電壓，檢查隔爆體能否承受規定的電壓；后一種方法是在防爆電氣中加上規定的電壓，來檢驗它們的防爆性能是否達到要求。④按照GB50058 的6.1.2 部分的規定，測試電壓，測試時間，測試頻率。按規定，防爆電氣設備的測試電壓要高于其最高工作電壓，測試頻率要高于其最大工作頻率。⑤對隔爆電氣設備，絕緣耐壓及漏電流的試驗，應按GB50058 的6.1.3 部分進行；增安型電氣設備的絕緣耐壓試驗，也要按照GB50058的6.1.4部分進行。⑥絕緣性電氣設備，其絕緣電阻額定值為2.5 MΩ 以上時，其隔爆箱不應有開裂；增安型電氣設備的隔爆箱，其額定絕緣電阻值為2.5 MΩ 以上時，不應有開裂現象。⑦用直徑12 mm 的鋼纜將隔爆表面纏繞兩圈（但不要纏繞在一起），并測量其長度。

5 電氣設備的保護接地要求

①供電終端應就近接地，不得二點接地。每個電氣設備應有專用的接地終端，不能與其他終端或電纜相連。②在發生爆炸危險區域，應設置專門的靜電接地裝置，以防止靜電積聚。③電源端子不應有地線保護。④爆炸危險區的接地應符合下列要求：TN-C系統：電源端子必須用銅芯線連到專用接地極上，PE 線不得接零接；在三號線系統中，如果保護地線連接到外殼上，則保護地線不應為零。

6 結束語

海上平臺在原油開采、處理、存儲、外輸等過程中，或在工藝設備的維修改造過程中，有可能出現原油或可燃氣的泄漏。當遇到引燃源，就可能引起火災，甚至爆炸。因此，在相應的危險區合理選用防爆電氣設備，將可以保證在發生可燃氣泄漏時，避免火災或爆炸事故發生。

參考文獻

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