化工企业中爆炸危险区域的划分及防爆电气设备的选型

2015-12-31王晨光

山西化工 2015年6期

王晨光

（山西兴新安全生产技术服务中心，山西太原 030006）

化工生产中需要用到各类危险系数较高的生产装置，此类装置所用物料介质往往存在火灾性或者爆炸性危险因素。因此，化工企业要想保证日常安全生产，首先应排除此类危险因素，并结合国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》合理选择防爆电气设备。但是，如果因为某个装置所用原料或者生产产品中包含易燃物质，就将这一装置整体划归为爆炸危险区域，既不具备可行性和合理性，也难以体现经济性［1-3］。因此，对于化工企业而言，划分危险区域以及选择防爆电气设备，应结合自身基础条件予以充分考虑。

1 爆炸的形成

爆炸的形成包括3个要素，即，易燃液体或者气体形成薄雾与蒸汽、物料操作温度超出可燃液体闪点或液体泄漏产生蒸汽、闪点不超过环境温度的可燃液体的薄雾或者蒸汽，三者任意一种与空气混合都会成为具有爆炸危险的气体混合物，经过不断蓄积后，浓度值大于爆炸极限时，一旦出现高温、火花以及电弧等点火源即可引发爆炸，见图1。

图1 爆炸的成因与过程

鉴于此，我们应重点分析如下几个概念：1）闪点。可燃液体在标准试验状态下释放足量蒸汽、聚集在液体表面并与空气混合形成可引起闪燃的气体混合物的液体最低温度。2）引燃温度。可燃物质在标准试验环境下不借助外来火源引燃即可自行燃烧的临界值温度，通常又叫做自燃点。3）点火源。包括炽热表面、摩擦、明火、电气火花、冲击以及静电火花等［4］。

2 合理划分爆炸危险区域

工艺人员在化工工程设计时应明确设计条件，并提供包括释放源位置、操作温度、物料名称、压力、级别、闪点、沸点、释放速度以及组别等指标在内的相关内容，结合国标规范开展电气设计工作，合理划分爆炸危险区域，为电气设备的选型奠定基础。

2.1 释放源的分析与确定

任意工程项目都离不开各类罐、泵、容器以及管道等加工设备，其中不可避免地存在易燃性物料，对于此种物料应将其纳入潜在释放源中，结合易燃物质释放持续时间以及频繁程度来划分释放源等级。遵循已有规范将其分为3个等级：1）连续级。对于短时间内频繁多次释放或者长期持续释放的释放源，应纳入连续级释放源的范畴。包括固定顶贮罐排气口以及上部空间、水分离器以及油分离器、易燃液体与空气直接接触的表面；持续性将易燃液体以及易燃气体蒸汽释放至局部空间的各类孔口或自由排气孔。2）Ⅰ级释放源。偶尔释放或者预计正常运行时周期性释放的释放源，可纳入Ⅰ级释放源。主要包括正常运行状态下可向外释放易燃物质的阀门、泵以及压缩机取样口与密封处等。3）Ⅱ级释放源。正常状态下预计不会释放或者偶尔短时释放的释放源，可纳入Ⅱ级释放源范畴。主要包括正常运行状态下不会向外释放易燃物质的阀门、泵以及压缩机密封部位；正常工作状态下不会向外部释放易燃物质的安全阀、取样口、法兰、管道接头、排气孔以及连接件等等。对于同时合并不少于2种的释放源，我们将其定义为多级释放源［5-7］。

2.2 合理划分爆炸危险区域

按照爆炸性混合物持续时间以及释放频繁程度来划分爆炸危险区域，共分为zone-0、zone-1、zone-2 3个区域。首先，设计人员应结合相关专业规定的释放源等级以及爆炸危险区域划分条件对爆炸危险区域进行划分，基本原则是，zone-0区为存在连续释放源的区域，zone-1区为存在Ⅰ级释放源的区域，zone-2区为存在Ⅱ级释放源的区域。其次，应结合通风状况来对区域划分作出调整。对于通风状况良好的区域，应适当降低该区域危险等级；相反地，如果原本属于低等级爆炸危险区域的情况，倘若伴有通风不良的问题，则应提高该区域危险等级。在化工企业各类生产装置中，仅有极少数可划分为zone-0区，而大部分区域均划分为zone-2区。所以，设计人员在对化工企业生产场所进行爆炸危险区域划分时，应采取有效措施，确保划分的合理性，尽量减少zone-1区的数量。

2.3 爆炸危险区域范围

在划分爆炸危险区域时，既要参考相关条文规范与规定，也应充分考虑如下因素：1）易燃物质释放速度；2）易燃物质逸出量；3）爆炸气体混合物蓄积浓度；4）易燃液体沸点；5）闪点；6）爆炸下限；7）通风情况。上述因素的变化均会直接影响爆炸危险区域面积的划分。但受多种复杂因素的影响，我们尚难以精确界定上述指标的量，因此，大多沿袭IEC规定来确定上述因素影响范围。而这一规定仅仅是原则性的，缺乏具体可遵循的数据尺寸，加上生产工艺、生产装置、通风布置、设备条件以及仪表性能也有一定的差异，所以设计人员应根据现场实际情况合理规划，确保生产安全。具体划分参考数值见设计规范BG50058-92。另外，在划分爆炸危险区域时，还应特别重视装置区域变配电所的布设，一般应在爆炸危险区域外布设。对于区域内附加zone-2区的变配电所，应确保室内外地坪高度差不低于0.6m；加热炉区炉子外壁1.5m范围内均设置为非防爆区。

3 化工企业爆炸危险区域防爆电气设备的合理选型

3.1 防爆电气设备选型的前提要素

设计人员在选择爆炸危险区域防爆电气设备时，应对如下几个要素予以明确：1）明确爆炸危险区域的具体环境，分析其属于燃炸性粉尘环境还是燃炸性气体环境，因为爆炸性介质的差异必然会影响防爆电气设备结构。通常情况下所指的防爆设备一般是用于爆炸性气体弥散区域的，包括dⅡBT4、dⅡCT6等多种类型。在爆炸性粉尘区域应用的电气设备一般采用防尘结构，其标志为DP，主要用于可燃纤维以及可燃性非导电粉尘的11区环境；或者可采用标志为DT，主要用于爆炸性粉尘10区环境以及其他爆炸性粉尘11区环境的尘密结构。2）明确爆炸性气体混合物逸散区域的爆炸级别，判定其属于ⅡA、ⅡB还是ⅡC，这是基于设备最小点燃电流比以及试验安全间隙最大数值的分级，并且受到产生爆炸性气体介质差异性的影响。例如，丙烷可划入ⅡA级，乙烯则属于ⅡB级，氢和乙炔均属于ⅡC级，见表1。防爆电气设备从ⅡA级至ⅡC级，其最小点燃电流比以及试验安全间隙最大数值逐级减低，相应的防爆要求也不断提升。3）防爆电气设备选型受周围环境的影响，如化学性、霉菌、机械性以及高温等，各类环境条件下防爆电气设备的应用存在差异性，需要综合考虑。4）爆炸性气体混合物引燃温度或组别。在规定环境与条件下，易燃性物质逸散的蒸汽或气体混合空气形成易燃性或爆炸性混合物受热表面影响而引燃的温度下限值，包括T1～T6不同等级，其引燃温度渐次降低，同时电气设备防爆性能与要求也相应提升。

表1 爆炸性气体混合物组别与引爆能量

3.2 防爆电气设备的选型与适用区域

1）防爆型，代号为d，国家标准 GB3836.2，适用于zone-1、zone-2区，通过将存在的点火源予以有效隔离来实现防爆的目的；2）增安型，代号为e，GB3836.3，适用于zone-1、zone-2区，采取有效措施尽量避免点火源的产生；3）本安型，代号为ia、ib，GB3836.4，适用于zone-0、zone-1、zone-2区，以限制点火源能量达到防爆目的；4）正压型，代号为p，GB3836.5，适用于zone-1、zone-2区，将点火源隔离于危险物质区域外；5）充油型，代号为o，GB3836.6，适用于zone-1、zone-2区，将点火源隔离于危险物质区域外；6）充砂型，代号为q，GB3836.7，适用于zone-1、zone-2区，将点火源隔离于危险物质区域外；7）无火花型，代号为n，GB3836.8，适用于zone-2区，采取有效措施尽量避免点火源的产生；8）浇封型，代号为 m，GB3836.9，适用于zone-1、zone-2区，采取有效措施尽量避免点火源的产生；9）气密型，代号为h，GB3836.10，适用于zone-1、zone-2区，采取有效措施尽量避免点火源的产生。