电石渣生产水泥工艺危爆环境的电气设计

轩新军

电石渣生产水泥工艺危爆环境的电气设计

轩新军

阐述了水泥厂爆炸气体危险环境的划分，电气设备的选择和防爆电气的基础知识，介绍了爆炸危险环境的电气设计，整体防爆和防雷接地的设计思路和设计要点。

电石渣；乙炔气体；爆炸危险环境；防爆电器

1 引言

随着国家对于氯碱行业相关准入条件的制定和鼓励利用电石渣生产水泥等鼓励政策的发布，利用电石渣生产水泥已成为电石渣资源化最成熟、最经济的方法，既可节约水泥生产所用的天然石灰石资源，降低水泥成本，又可减少二氧化碳排放和废物堆存造成的污染，具有良好的经济效益、社会效益和环境效益，符合发展循环经济的要求。因此，电石渣生产水泥生产线项目在多个地区建设、生产，带来了较好的社会和经济效益。

电石渣为氯碱生产企业电石法聚氯乙烯项目和烧碱项目的工业废渣。由于其在储存、转运过程中会有未完全反应乙炔气体逸出，形成爆炸性气体混合物。《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）中指出，具有爆炸性混合物，以致有爆炸危险的场所，被称为爆炸危险环境。在电石渣生产水泥生产线中，爆炸物质为爆炸性气体混合物，即乙炔气体混合物。

爆炸危险环境的电气设计具有一定的特殊性。首先，应对其环境作危险区域的划分；其次，根据危险区域的等级和范围，以及爆炸性物质的级别、组别，依照现行国家标准，合理选用相关的防爆产品；再次，依据现行国家标准和规范的规定，针对爆炸危险环境，做好防雷、照明、动力等电气设计工作。我院近年来在国内设计了多条电石渣水泥生产线，现结合工程实践作一介绍。

2 爆炸危险环境中危险区域的划分

爆炸危险环境分区应由懂得可燃物性质性能、设备和工艺性能的专业人员进行，还应与懂安全、电气及其他专业的工程技术人员商议。危险场所分类应由工艺等专业提出可燃性物质明细表及其性质，提供危险场所的释放源明细表，如释放源位置、释放等级、可燃性物质的工作温度和压力、通风类型、等级、有效性、危险场所的区域类型、区域范围、参考图布局等相关资料，还应提供可燃性物质名称、化学性质、闪点、爆炸下限、挥发性、蒸气压力、沸点、气体或蒸气与空气的相对密度、点燃温度、级别与温度组别等作为设备选择的依据。

表1 气体或蒸气爆炸性混合物环境特征

表2 爆炸性气体环境释放源分级

根据爆炸性气体环境出现的频繁程度、持续时间及发生事故的可能性和后果，将爆炸性气体环境分为3个区，见表1。

划分气体或蒸气爆炸性混合物的爆炸危险区域时应考虑释放源的影响，首先应按释放源的级别划分区域。可燃性气体、蒸气或液体可能释放出能形成爆炸性气体环境的部位或地点为释放源，释放源分为3级，见表2。

爆炸和危险环境的电气设计中，危险区域等级和范围的划分是一项重要的工作。它是选择防爆产品和设置保护装置的前提条件。如果危险区域等级和范围划分不正确，就会留下严重的事故隐患。

电石渣生产水泥工艺中，爆炸危险区域的划分应该根据电石渣处理工艺的布局来进行划分。由于工艺布局的不同，水泥厂电石渣处理工艺包含下列工艺子项：电石渣输送泵房、电石渣压滤车间、电石渣堆棚、电石渣输送、电石渣烘干及电石渣库。电石渣输送泵房、电石渣压滤车间属于爆炸危险1区，电石渣库视其工艺布置和通风情况，库底及库内通风良好时属于爆炸危险2区，当通风不好时属于1区。电石渣堆棚、电石渣输送、电石渣烘干属于爆炸危险2区。水泥生产线由于其工艺布局和工艺的不同，相应的工艺子项也不相同，在具体的设计过程中要根据实际情况进行划分。

3 低压配电设计与防爆设备选择

在水泥厂设计规范中，采用石灰石作为原料生产熟料的生产工艺，对于电气设计中防爆设计并未进行规定。在采用电石渣生产熟料工艺时，由于工艺专业人员对于电石渣的化学特性不了解，往往不能正确地提出生产车间防爆等级的划分，导致部分爆炸危险区域按照安全生产区域进行电气设计，带来了安全隐患。在笔者曾参与的工程中，电石渣压滤车间和电石渣库，在生产调试时因通风不畅，局部地区由于聚集电石渣残余乙炔气体，在遇到明火时发生闪爆。虽然没有造成生产和人员的安全事故，但在爆炸危险区域内防爆设计的重要性应该引起足够的重视。电气防爆的设计工作在电石渣工艺中是必需的一项电气设计工作。

电气防爆应当强调生产区域的整体防爆，其一即工艺、运行、维护、检修及生产规章制度等多个环节组成，如果一个环节不防爆，整个生产车间整体就不防爆；其二就是电气的整体防爆，要求电气的各个方面和各个局部都要防爆，比如要从强、弱电方面，防雷、防静电等方面，以及每个局部，每个电气安装分部，都要防爆。

为做好电气防爆，电气设计应当做好以下方面工作：

电石渣输送泵房、电石渣压滤车间等1区爆炸危险区，应设乙炔可燃气体测爆仪，并与通风机联锁。测爆仪安装于工艺现场，根据测爆仪的探测范围和量程进行布置，要保证所有区域都在测爆仪的探测范围之内，报警装置可安装于值班室或直接将报警信号引至中控室，在中控室操作员站进行警报提示。

电石渣输送泵房、电石渣压滤车间、电石渣库、电石渣输送应该设置通风装置，可根据工艺布局考虑整体或局部通风，区域通风设置良好，可有效地降低爆炸危险区域等级。

电石渣输送泵房、电石渣压滤车间等1区爆炸危险区采用隔爆型电气设备，电石渣库、电石渣堆棚、电石渣输送、电石渣烘干等2区爆炸危险区采用增安型电气设备。爆炸性气体环境内设置的防爆电气设备，必须是符合现行国家标准的产品。爆炸危险区域，在满足工艺生产及安全的前提下，应当将现场按钮盒、检修电源等布置在危险区域以外，减少防爆电气设备的数量。

电气设备特备是正常运行时能发生电火花的设备，如电动葫芦、有刷电机等，尽量布置在爆炸危险环境以外，当必须设在危险环境内时，应设在危险性较小的地点。在爆炸危险环境内应尽量少用携带式电气设备。

因乙炔气体比空气重，在爆炸危险环境如果有配电间，其配电间的地坪应高于所毗邻的危险环境室外地坪0.6m。

1区的电力、照明、控制线路不小于2.5mm2；2区的电力、照明、控制线路应不小于1.5mm2。低压电力、照明线路用的绝缘导线和电缆的额定电压，必须不低于工作电压，且不应低于500V。工作中性线的绝缘的额定电压应与相线电压相等，并应在同一护套或管子内敷设。爆炸危险环境中的线路和开关的选择，应注意二者的配合校验：要求导体的允许载流量不小于熔断器熔体额定电流的1.25倍，或自动开关延时电流脱扣器额定电流的1.25倍；爆炸危险1区内，单相应设双级开关，同时切断相线与中性线。

爆炸危险环境的电气线路应符合以下要求：

（1）当易燃物质比空气重时，电气线路应在较高处敷设或直接埋地，架空敷设时宜采用电缆桥架，电缆沟敷设时，沟内应充沙，并宜设置排水设施。

（2）采用钢管配线时，应采用低压电气流体输送用镀锌焊接钢管。

（3）直接埋地敷设时，电缆应采用铠装电缆。在1区内电缆线路严禁有中间接头，在2区内不应有中间接头。

4 爆炸危险环境的防雷与接地设计

水泥厂的防雷设计应该按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）和《水泥工厂设计规范》（GB20295-2008）的要求来进行设计，根据规范的防雷分类要求，可以划分为1类防雷建筑物的有1区，划分为2类的防雷建筑物的有1区、2区。

电石渣输送泵房、电石渣压滤车间、电石渣库属于爆炸危险环境1区，但不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡，划分为第2类防雷建筑物，防雷措施按照2类防雷建筑进行设置，采取防直击雷、防感应雷、防雷电波侵入等，其作法与工业建筑的要求相同。防雷装置采用避雷带网的形式，防雷引下线采用明敷设引下线，突出屋面的放散管、风管、烟囱等物体，在管口设置避雷针，使管口在规范中要求的区域处于避雷针的保护范围内。对于入库提升机的防雷，在提升机头部设置单根避雷针，用于保护提升机及其电气设备。所有避雷针采用避雷带相互连接。电石渣输送、电石渣烘干属于爆炸危险环境2区，划分为第2类防雷建筑物，防雷措施按照2类防雷建筑进行设置。

根据爆炸危险环境的防雷特点，在设计中还应注意以下几点：

（1）防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地及信息系统的接地等，宜共用接地装置，其接地电阻不应大于4Ω。

（2）做好等电位连接。

（3）电源采用TN系统时，从建筑物内总配电盘引出的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。在供配电系统的电源端应安装与设备耐压水平相适应的电涌保护器。

防爆场所的电气接地设计除了电气规范的一般规定外，还有其特殊性。在进行接地设计时，应当符合下列要求：

（1）按有关电力设备接地设计技术规程规定不需要接地的下列部分，在爆炸气体环境仍应进行接地：

在不良导电地面处，交流额定电压为380V及以下和直流额定电压为440V及以下的电气设备正常不带电的金属外壳；

在干燥环境，交流额定电压为127V及以下，直流电压为110V及以下的电气设备正常不带电的金属外壳；

安装在已接地的金属结构上的电气设备。

（2）在爆炸危险环境内，电气设备的金属外壳应可靠接地。爆炸性气体环境1区内的所有电气设备以及爆炸性气体环境2区内除照明灯具以外的其他电气设备，应采用专门的接地线。该接地线若与相线敷设在同一保护管内时，应具有与相线相等的绝缘。引时爆炸性气体环境的金属管线、电缆的金属包皮等，只能作为辅助接地线。爆炸性气体环境2区内的照明灯具，可利用有可靠电气连接的金属管线系统作为接地线，但不得利用输送易燃物质的管道。

（3）接地干线应在爆炸危险区域不同方向不少于两处与接地体连接。

（4）电气设备的接地装置与防止直接雷击的独立避雷针的接地装置应分开设置，与装设在建筑物上防止直接雷击的避雷针的接地装置可合并设置；与防雷电感应的接地装置亦应通过等电位联结共用接地装置，接地电阻值应取其中最低值。

5 结束语

电石渣生产水泥熟料生产线在多个地区新建，电气防爆设计工作应当引起广大电气设计工作者的足够重视。对于从事建材行业的专业设计，但对爆炸危险环境不很熟悉的设计师而言，希望本文能对大家有所帮助，使大家在设计工作中更好地掌握国家规范，各项工作完全符合国家相关规范的要求。希望在水泥工厂设计规范的电气相关章节能够补充对防爆区域划分的要求，使设计工作能够更好地符合国家规范。

[1]廖珍书,冯北平,秦亮.浅谈爆炸危险环境的电气设计[J].建筑电气,2008,27（5）;7,8,11.

Explosive Proof Electrical Design in Cement Plant using Carbide Slag for Raw Material

XUAN Xin-jun(Xinjiang Triumph Building Material Designing Institute,Urumqi 830000,China)

The article describes the division of explosive gases hazardous environments in the cement plant,and choice of electrical equipment and basic knowledge of the explosive proof electric.The explosive proof electrical designs including the design ideas and points of overall explosion-proof and lightning protection and grounding are introduced.

Carbide Slag;Acetylene Gas;Explosive Hazardous Environment;Explosive Proof Wiring.

TQ172.44

A

1001-6171（2012）02-0089-03

通讯地址：新疆凯盛建材设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000；

2011-11-15；

赵 莲