化工車間防爆電氣設備在建筑配電系統中的應用分析

【關鍵詞】化工車間；防爆電氣設備；建筑配電系統；應用

引言

建筑配電系統作為化工車間極為關鍵的構成部分，其安全性對于整個生產進程的穩定性與安全性起著直接的影響作用。此情形下，防爆電氣設備的運用就顯得相當關鍵，防爆電氣設備借助特殊的結構設計以及防護舉措，可在爆炸的危險環境中實現安全運行，切實防止因電氣火花以及高溫而引發的爆炸事故。隨著防爆技術持續發展，防爆電氣設備的種類以及性能也在不斷提升，為化工車間的安全運行給予了有力的保障。

一、化工車間防爆電氣設備概述

（一）防爆電氣設備的基本概念

化工車間的防爆電氣設備是專門應用于爆炸性環境的特種電氣裝置，其設計制造要遵循嚴格的防爆標準與規范。此類設備借助特殊的結構設計以及保護方式，來保證在正常運行以及故障狀態下，不會引發周圍爆炸性混合物出現燃燒或者爆炸的情況，以此保障化工生產的本質安全。

（二）防爆電氣設備的分類

依據防爆原理以及保護方式的差異，防爆電氣設備可劃分成多種類型。隔爆型設備運用堅固的外殼結構，即便內部發生爆炸，也可防止火焰傳播至外部環境；增安型設備憑借采取額外措施提升安全性能，避免產生電火花以及危險溫升；本質安全型設備從根源上限制電路中的能量，致使其無法點燃爆炸性混合物；正壓型設備借助保護氣體維持正壓，防止危險氣體進入設備內部。除此之外，還有油浸型、充砂型、澆封型等多種防爆型式，每種類型都有其特定的應用場合以及技術特點。

（三）化工車間防爆電氣設備的重要性

化工車間防爆電氣設備具有重要意義，體現在多個方面。就安全生產而言，它是預防電氣火花引發爆炸事故的關鍵所在，與人員生命以及財產安全直接相關。從生產效率方面來看，可靠的防爆電氣設備可保證生產過程持續穩定地運行，防止因安全隱患造成停產損失。從經濟效益角度出發，盡管防爆電氣設備的初始投入相對較大，然而與可能出現的事故損失相比較，這種投入是十分必要且值得的[1]。

二、化工車間爆炸危險環境分析

（一）爆炸危險區域劃分

化工車間爆炸危險區域的劃分，是依據爆炸性氣體混合物出現的頻率以及持續的時間來開展的，參照國際電工委員會IEC 60079系列標準以及我國《爆炸危險環境電力裝置設計規范》的相關規定，爆炸危險區域一般分為Zone 0、Zone 1和Zone 2這三個等級。Zone 0區域指的是在正常運行的時候，爆炸性氣體混合物持續、長時間或者頻繁出現的地方，這類區域在反應釜、儲罐、溶劑池等密閉空間的內部較為多見；Zone 1區域是在正常運行時，爆炸性氣體混合物有出現可能性的場所，常見于設備檢修口、泵房、閥門周邊以及裝卸區等操作頻繁且容易發生泄漏的部位。Zone 2區域是指在正常運行時，爆炸性氣體混合物一般不會出現，只是在設備出現故障或異常的情況下短時間偶爾出現的場所，比如通風良好的輔助空間、儲罐區外圍以及管道走廊等。對不同區域進行科學劃分，可為電氣設備的防爆等級、安裝方式以及運行管理提供明確依據，實現危險源的分級管控和差異化防護。

（二）爆炸性氣體環境特征

化工車間爆炸危險環境分析的核心內容在于爆炸性氣體環境的特征，化工生產里常見的爆炸性氣體有氫氣、乙炔、甲烷、丙烯、苯類、醇類等，當這些氣體在空氣中達到一定濃度范圍，就很容易形成爆炸性混合物，不同氣體的爆炸極限、最小點燃能量、自燃溫度等理化參數不一樣，這直接對其危險性以及防護要求產生影響。像氫氣，它的爆炸極限范圍寬，最小點燃能量極低，很容易因為微小火花或者靜電放電就被引燃；乙炔爆炸極限寬，而且分解反應劇烈，容易發生爆炸；甲烷、丙烯等氣體在常溫常壓下就能和空氣形成爆炸性混合物。氣體的密度、擴散速度、蒸氣壓、環境溫度以及濕度等因素也會對其在空間中的分布和積聚特性造成影響。高密度氣體容易沉積在低洼處，通風不良時更易形成局部高濃度爆炸性氣團，而低密度氣體則容易上升并在空間頂部聚集，環境溫度升高會加快氣體的揮發和擴散，濕度變化可能影響氣體的擴散速度以及靜電積聚風險。化工車間工藝操作頻繁、設備種類多、空間結構復雜，使得爆炸性氣體的分布有高度的不確定性以及動態變化特征。要結合具體工藝流程、設備布局、通風條件以及操作習慣，對爆炸性氣體環境開展動態監測及風險評估，及時發現并消除潛在的危險源[2]。

三、化工車間防爆電氣設備在建筑配電系統中的應用

（一）配電系統設計中的防爆電氣設備應用

在配電系統的設計工作里，防爆電氣設備的選用特別關鍵，這關乎整個配電網絡的本質安全情況。傳統的建筑配電系統在一般的環境當中可采用經濟且高效的通用設備，然而在存在爆炸性混合物的化工車間內部，就一定要把防爆等級當作前提，進行防護型式的劃分和電氣設備的選型工作。就像在Zone 1和Zone 2這樣典型的爆炸危險區域內安裝配電裝置，要選用擁有隔爆型或者增安型結構的防爆開關柜、變壓器、接線盒、管線系統，而且要從施工階段就開始，充分去考慮布置方式、散熱處理、防護等級以及設備和可燃介質的隔離措施。對于主供電與分支回路，應該采取不同形式的防爆措施，比如在供電干線接入點，要布置防爆型斷路裝置以及隔離開關；而在分區負載當中，控制與切換設備同樣要選用有相應“Ex”標志的合格產品，以此保證當電弧或者異常發熱出現的時候不會成為引燃源。布線方式一般采用穿金屬導管或者鎧裝電纜，提升整條線路的氣密性以及抗干擾能力，同時盡量防止使用裸露式或者拖纜形式布線。在電纜引入口處設置防爆電纜密封組件并且留有電纜余量，方便后期進行維護。配電系統的接地系統需要非常嚴謹，要覆蓋所有的電氣金屬殼體，又要構建可靠的等電位連接網絡，消除因電位不均所帶來的感應火花危險。

（二）動力設備中的防爆電氣設備應用

動力設備在化工生產過程中屬于關鍵負載，它對防爆電氣設備的依賴程度更為突出，像各類攪拌泵、輸送泵、反應罐攪拌器、壓縮機以及風機等設備，大量分布于充斥著甲烷、苯系物、乙炔類氣體的操作區域，并且在運行時呈現出高頻、高負載以及長期持續工作的特性，電氣控制單元在選型時要謹慎對待。作為動力源頭的電動機需是防爆電機，常見的有隔爆型或者正壓型產品，它們分別對應不同的氣體組別以及溫度組別要求。化工工藝中大量采用變頻調速，而防爆型變頻器在電磁兼容性、散熱性能方面需要嚴格開展熱管理以及防火設計。一般這類變頻器被安置在專用本安控制室或者機柜內，部分功能也可借助本質安全柵來限制控制信號，以此保證動力系統中的每個部件都符合整體的防爆等級。在控制啟動、順序操作、設備保護這些方面，防爆型軟啟動器、過載保護器以及溫度監測裝置需要同步配置。為了保障過程安全，還得借助在線監測技術實時收集電動機工作狀態，比如溫升、振動、軸承狀態等，并且憑借有防爆認證的分析儀表進行控制反應，及時發覺潛在故障，有效避免因電氣故障引發的爆炸性事故[3]。

（三）照明系統中的防爆電氣設備應用

照明系統盡管單位功率不高，然而因其覆蓋范圍廣泛且設備分布密集，成為化工安全防爆設計的關鍵構成部分。在危險區域、罐區周邊、走道以及裝置平臺等區域的固定照明、維修照明、應急照明系統中，防爆型燈具的配置要嚴格按照《爆炸危險環境電力裝置設計規范》執行。燈具殼體大多采用鋁合金高壓鑄造技術，內部光源借助特制的防爆玻璃進行封裝，同時搭配耐高溫的密封膠，以此達成系統密封性和防塵性。防爆發光二極管（Light Emitting Diode，LED）照明如今已成為主流，它擁有節能、長壽命、低維護等優點，而且由于其表面溫度較低以及電流控制穩定，天然具有良好的防爆應用條件。照明電源配電回路同樣要使用具有防爆性能的配電箱、開關、電纜連接箱等附件。在照明控制方面，為防止頻繁接觸危險區域的電氣設備，建議采用集中遠程控制方式，靈活設計區域分段照明以及“手動－自動”切換模式。對應急照明而言，需要專門配置防爆型備用電源和自動轉換電路，保證斷電狀態下照明不中斷，保障現場人員撤離安全。燈具安裝高度和方向也應當綜合考慮設備操作與安全巡視的便利性，避免因死角或過強照射產生熱源積聚。

（四）監控與儀表系統中的防爆電氣設備應用

隨著自動化以及信息化管理在化工現場被廣泛運用，監控與儀表子系統里防爆電氣設備的應用越來越多，現代化工裝置一般都配備了分散控制系統、可編程邏輯控制器系統以及各類智能化現場儀表，像溫度、壓力、液位、流量等測控設備，這些系統中的現場部分大多布置在爆炸危險區，信號采集、線路傳輸、電源供給以及控制執行要構成一個閉環防爆系統。智能傳感器和執行器要選用帶有防爆認證的現場總線通信設備以及符合本質安全的信號放大器、安全柵，以此保證憑借傳輸介質傳送的電流、電壓都處在安全范圍，應用更為廣泛的隔離式安全柵以及非易升壓的回路控制方式，這些都很大程度上提升了本安系統的穩定性與安全性，在配套監控硬件選型這方面，視頻監控攝像頭、紅外感應器、氣體泄漏檢測器等設備也需要采用防爆外殼和特種封裝，并且借助本質安全電源供電來保證數據采集的連續性。在工業無線系統被引入之后，低功耗防爆網關、防爆天線、無線數據終端逐漸應用到邊緣感知層，并且借助云平臺遠程后臺完成數據的建模分析與狀態智能評估，同時達成對遠程設備的實時控制與故障預警聯動，整個儀表控制系統在電路保護方面要實行冗余設計機制，對于生產事故預警和過程危急信號鏈路，建議整合不間斷電源（Uninterruptible Power Suppiy，UPS）+直流-直流變換器（Direct Current to Direct Current Convreter，DC/DC）防爆電源設計邏輯，消除信號中斷與系統掉控的風險[4]。

四、防爆電氣設備的運行維護

（一）日常檢查與維護

日常檢查對于防爆電氣設備維護工作而言是一項基礎任務，從事運維工作的人員需要著重關注設備外觀的完整性，認真檢查防爆外殼是否存在裂紋、發生變形或者出現腐蝕現象，仔細確認緊固件有無松動情況，查看密封件是否已經老化，其中防爆接線盒的密封性顯得非常關鍵，要仔細檢查電纜引入裝置的密封狀況，以此來防止危險氣體滲透進來。當設備運行的時候應當留意觀察其溫度上升情況，借助測溫儀器監測外殼表面溫度是否超出標準范圍，接地裝置的完好程度直接和防爆安全相關聯，需要定期測量接地電阻值，保證其一直符合設計所規定的要求。

（二）故障診斷與處理

防爆電氣設備的定期維護工作應構建起詳盡的計劃，依據設備的類型以及使用環境來制定恰當合理的維護周期，針對關鍵部件開展檢測和更換操作。需要定期對防爆燈具透明件進行清潔，更換老化的密封圈，對燈具內部的電器元件進行檢查；要著重對防爆開關柜操作機構加以維護，保證其動作靈活且可靠，對柜內電器元件的接觸性能展開檢查。防爆電機的維護覆蓋軸承潤滑、絕緣電阻測量、定子線圈檢查等多方面內容，所有的維護工作都應當進行詳細記錄，創建設備檔案，為后續的維護工作提供相應依據[5]。

（三）應急故障的處理與電氣安全培訓

應急故障處理對于檢驗維護團隊的應變能力而言，是非常關鍵的一個方面。化工企業需要構建起完備的應急預案，清晰明確各類故障的處理流程以及職責分工。當出現緊急故障的時候，首先應當采取安全措施，在必要的情況下切斷電源，疏散現場的人員。應急處理團隊要迅速抵達現場，依據故障的性質來采取相應的措施。在處理的過程中，要格外留意防爆安全，防止產生火花或者靜電。故障排除之后，要對原因展開分析，總結經驗教訓，完善預防措施。

電氣安全培訓是提升運維水平的關鍵方式，培訓的內容包含防爆電氣基礎知識、設備結構原理、操作規程、故障處理方法等多個方面。理論培訓要與實際案例相結合，以此提高學習的效果。實操訓練要設置不同的故障情景，提高故障處理能力。要定期組織應急演練，檢驗培訓的效果，發現問題及時進行改進，建立考核機制，把培訓結果與崗位準入相掛鉤，保證運維人員必須具備專業素質[6]。

結語

化工車間防爆電氣設備在建筑配電系統中的應用，是實現化工企業本質安全、提升生產效率和推動智能化轉型的關鍵環節。通過科學的系統設計、合理的設備選型、嚴格的運行維護和持續的技術創新，能夠有效防控爆炸危險，保障企業安全穩定運行。隨著新材料、新工藝和智能化技術的不斷發展，防爆電氣設備將在化工行業發揮更加重要的作用，為行業的高質量發展和本質安全水平提升提供有力支撐。

參考文獻：

[1] 盧海蛟.電氣自動化技術在供配電系統中的應用探析[J].中國設備工程，2020（20）：212214.

[2] 陳新華.電氣自動化技術在供配電系統中的應用[J].今日自動化，2023（06）：8183.

[3] 楊裕文.石油化工建筑防爆設計注意事項與措施分析[J].天津化工，2022，36（06）：146149.

[4] 陳曉曉.新時期石油化工企業防火防爆安全管理實踐[J].中國石油和化工標準與質量，2021，41（14）：5051.

[5] 藏宇師，張瀚文，王桂全，等.石油化工行業防爆電氣設備安裝質量控制[J].電氣開關，2021，59（03）：107108.

[6] 蔡玉華.石油化工行業防爆電氣設備安裝質量的控制[J].化工管理，2021（17）：105106.