谈化工储罐的电气防爆设计

李 平

(山西省化工设计院，山西太原 030001)

1 概述

储罐是用于储存各种液体原料、半成品或者成品的设备，又称为储槽、贮罐。在化工企业中广泛采用钢制储罐作为储存各种液体(或气体)原料及成品的专用设备。化工储罐储存的物质大多为易燃、易爆物质，例如油、酸、醇、气体等。

化工储罐作为生产、加工、处理、储存或转运易燃、易爆化学物质的设备，在操作过程中难免会有可燃气体或液体从储罐逸出和泄漏的情况发生，与空气中的氧气混合达到一定比例后就会产生爆炸性气体环境，如果再遇到明火，比如电气火花、静电火花、雷电火花、机械火花、危险高温等点燃源，满足了爆炸产生的三要素:易燃物质、助燃气体、点火源，极易发生爆炸和火灾，所以该区域是典型的危险场所。因此在电气设计阶段，对化工储罐进行爆炸危险区域的划分和电气选型十分重要。

2 化工储罐的电气防爆设计程序

1)判断该场所是否存在爆炸性气体混合物环境。

爆炸性气体混合物环境包括:在大气条件下，易燃气体、易燃液体的蒸气或薄雾等易燃物质;闪点不高于环境温度的可燃液体的蒸气或薄雾;操作温度高于可燃液体闪点的有可能泄露的引燃液体，与空气混合形成爆炸性气体混合物的环境。爆炸性气体混合物按其最大试验安全间隙和最小点燃电流比分为A，B，C三级，按其引燃温度分为T1组～T6组。只有可燃物质与空气一起存在时，才能形成爆炸性气体混合物环境。因此必须确定有关场所内是否存在可燃性物质，并且是否会产生与空气混合的可能性。对于化工储罐而言，要根据储罐结构及其内部存储的物质明细表，如物质名称、主要成分、挥发性、是否为可燃或易燃物质(对液体物料应根据闪点来判断)，来判断储罐内部是否会产生爆炸性气体环境，储罐外部是否会因为可燃物质的释放而产生爆炸性气体环境，同时确定爆炸性气体混合物的分组分级情况。

2)确定释放源的位置和等级。

如果已经确定储罐内部及周围环境会产生爆炸性气体环境，就要进一步确定该储罐释放源的位置和等级。释放源指可燃物质可能释放出能形成爆炸性气体环境的部位或地点。为尽量减少产生爆炸性气体环境的可能性，通常把释放源分为下列三个基本等级(见表1)。

表1 释放源基本等级

实际的释放源可能会是上述释放源等级中的任何一种释放源，或一种以上释放源的组合。电气专业可根据可燃物质的释放位置、释放频率、释放速度、释放浓度、持续时间来确定释放源类型。

对于存储可燃或易燃物质的化工储罐，应视为潜在释放源。储罐的上部空间和常温下开放的放空口可视为连续级释放源。

3)对爆炸性气体环境的危险区域进行等级划分。

划分等级是对可能出现爆炸性气体环境的场所进行分析和分类的一种方法。根据爆炸性气体环境出现的频率和持续时间把爆炸危险场所分为三种(见表2)。

表2 爆炸危险场所分区环境特征

原则上，在没有任何外界影响的情况下，连续级释放源周围形成0区;第一级释放源周围形成1区;第二级释放源形成2区。

在实际设计中，爆炸危险区域的划分应考虑通风情况及周围环境的影响。通风可以促进可燃性气体或蒸气的逸散或扩散，使爆炸性气体混合物浓度低于爆炸下限。良好的通风可能使爆炸危险区域的范围缩小或危险等级降低;当通风状况不好或无通风时，可适当提高爆炸危险区域的等级。如果周围有堤或墙等障碍物时，可限制比空气重的爆炸性气体混合物的扩散，也可缩小爆炸危险区域的范围，但在障碍物、凹坑和死角处，由于通风不良，应局部提高爆炸危险区域的等级。

因此，存在爆炸性气体的可能性和由此形成的区域类型主要取决于释放源的等级以及周围环境的通风状况。爆炸危险区域的等级划分可根据释放源的等级以及其他专业所提供该环境通风类型、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最终确定。

对化工储罐来说除了密闭空间外很少存在0区，但对于虽然浓度高于爆炸上限的气体混合物，可能会因为空气进入而达到爆炸极限要求的环境仍应划为0区，如储存物质为易燃液体的固定顶的储罐，当液面以上空间未充惰性气体时应划为0区。

4)确定爆炸危险区域的具体范围。

在相关规范和手册中，也对储存易燃液体的户外储罐其爆炸危险区域的等级及范围的划分做了详细的规定(见图1，图2)。

对于开顶储罐液体表面为连续级释放源的，其爆炸危险区域的范围划分应为:距开顶储罐外壁的水平距离半径为3 m，从液体表面上方至地坪上高度为3 m的范围内划为2区。

5)绘制爆炸危险区域划分图。

图1 设在户外地坪上的固定顶储罐

图2 设在户外地坪上的浮顶式储罐

爆炸危险区域划分图应在设备平面布置图的基础上，根据“可燃物质明细表”“释放源明细表”按照相关规范及爆炸性气体环境分区方法来绘制。图上应标明区域类型及范围，可燃物质名称、级别和组别以及所依据的规范名称。

对化工储罐来说爆炸危险区域划分图应根据其具体位置、尺寸大小、排空口位置、罐内物质化学特性以及周围环境具体情况来绘制。

6)爆炸危险区域内电气设备的选择。

爆炸危险区域内应选用防爆电气。防爆电气设备分为两类，工厂用电气设备属于Ⅱ类。Ⅱ类电气设备的本安型和隔爆型电气设备，按其适用于爆炸性气体混合物最大试验安全间隙和最小点燃电流分为A，B，C三级，Ⅱ类电气设备按其最高表面温度分为T1组～T6组。尽量避免明火或火花等点燃源在爆炸危险区域内出现，从而降低爆炸危险出现的可能性，是选择该区域电气设备的基本原则。具体依据如下:

a．电气设备特别是正常运行时会产生电火花的设备，应尽量布置在爆炸危险环境以外;当必须设在危险环境内时，应布置在危险性较小的地点。在爆炸危险区域内应尽量少用携带式电气设备。b．在爆炸性气体混合物的爆炸危险环境内，设计中应选择与爆炸危险分区、爆炸危险气体的级别和组别及周围环境相适应的防爆电气设备，且防爆电气设备的最高表面温度不应超过允许值。c．爆炸危险区域内的电气设备，应符合周围环境内化学腐蚀、机械振动的、高温雨水的、霉菌沙尘等不同环境条件对电气设备的要求。

在化工企业实际工程中，在众多防爆形式的电气设备中，一般选用隔爆型。对于化工储罐爆炸危险区域内的电气设备选型，应根据罐内存储物质的级别和组别来进行，以及该区域的分区结果来进行。

3 应用实例

本人曾多次对化工项目罐区进行电气安全设计，其中《某焦化厂油库工段》项目中有三个轻苯储罐具体设计如下。这三个储罐尺寸相同，具体规格为:直径11．5 m，高度10．5 m，容量1 000 m3。设在通风状况良好的户外地坪上，不设内浮顶，设有排空口，周围无防火堤，储存物质苯属于可燃物质，易挥发，蒸气比重大于空气，为ⅡA类爆炸性混合物，温度组别为T1。根据以上论述，这三个储罐防爆区域的划分结果如图3所示。根据防爆区域划分的结果，与工厂设备选型的惯例，该区域的电气设备选型等级应达到爆炸危险环境2区的要求，实际防爆等级选型为隔爆型dⅡAT1。该项目已通过相关部门的安全检查，至今运行良好。

图3 爆炸危险区域等级和范围划分图

4 结语

对于化工储罐来说，划分爆炸危险区域的意义在于确定储罐周围可能存在爆炸性气体混合物的范围，尽量避免明火或火花等点燃源在这一范围内出现，从而将爆炸危险出现的可能性降到最小程度。化工储罐在做电气防爆设计时应首先鉴别储罐的释放源和确定释放源的等级，其次根据储罐周围实际环境对该区域的爆炸危险等级进行分区，并绘制出“爆炸危险区域划分图”，最后根据分区结果对该环境内所使用的电气设备进行合理选型。

［1] GB 50074-2011，石油库设计规范［S］．

［2] GB 50058-92，爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范［S］．

［3] GB 3836．1-2000，爆炸性气体环境用电气设备［S］．

［4] 中国航空工业规划设计研究院．工业与民用配电设计手册［M］．第3版．北京:中国电力出版社，2005．