浅谈爆炸性气体环境电气设计

李然 赵佳音

摘 要 航天制造业存在较多易燃易爆的危险环境，其生产工艺及控制要求较复杂，对电气设计要求较高。本文围绕爆炸性气体环境爆炸产生时应具备的三个条件，分析爆炸危险场所在设计时采取的电气防护措施。首先要认真划分好防爆区域，尽量把变电所、配电室置于安全的非防爆区；其次正确选择爆炸危险场所用的电气设备，做好电气线路敷设及防雷防静电的接地工作，并加强监控、管理工作，从而实现安全生产。

关键词 防爆区域划分；电气设备；线路敷设；防雷防静电设计

概述

航天制造业存在较多易燃易爆的危险环境，其生产工艺及控制要求较复杂，对电气设计要求较高。从事电气设计人员应严格遵循相应的设计规范和标准，满足不同环境下的安全生产要求。

爆炸性危险环境分为爆炸性气体环境和爆炸性粉尘环境。对于生产、加工、处理、转运或贮存过程中出现或可能出现下列爆炸性气体混合物环境之一时，应进行爆炸性气体环境的电力设计：

1、在大气条件下、易燃气体、易燃液体的蒸汽或薄雾等易燃物质与空气混合形成爆炸性气体混合物；

2、闪点低于或等于环境温度的可燃液体的蒸汽或薄雾与空气混合物形成爆炸性气体混合物；

3、在物料操作温度高于可燃液体闪点的情况下，可燃液体有可能泄露时，其蒸气与空气混合形成爆炸性气体混合物

对于生产、加工、处理、转运或贮存过程中出现或可能出现下列爆炸性粉尘、可燃性导电粉尘、可燃性非导电粉尘和可燃纤维与空气形成的爆炸性粉尘混合物环境时，应进行爆炸性粉尘环境的电力设计。

本文主要结合航天某所辅料库设计简要分析爆炸性气体危险环境的电气设计过程。

2 防爆区域划分

气体爆炸危险场所产生爆炸时应同时具备三个条件，即：⑴存在爆炸危险介质（易燃气体、易燃液体的蒸气或薄雾等）；⑵该介质的浓度达到了爆炸范围；⑶存在引爆条件，即存在足以点燃爆炸性混合物的火花等。防止爆炸的基本措施就是使爆炸的三个条件不得同时出现，并严格控制在安全的范围。

工艺设计人员在设计时应结合具体工艺流程及要求对厂房进行合理的功能划分。在划分防爆区域和非防爆区域时，各专业要相互配合，在防止或抑制爆炸危险方面采取有效措施。对于电气专业防止爆炸危险发生的最有效的防护措施之一就是尽量使电气设备置于不具有爆炸危险的场所。在航天某所辅料库设计中配电室如何置于安全的非防爆区域为设计初期考虑的关键问题。

航天某所辅料库在设计初期，由工艺专业设计人员按照《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058-2014明確爆炸性气体危险环境等级，具体划分如下：

0区：存在长期释放或短时频繁释放的释放源的区域

1区：存在正常运行时周期或偶尔释放的释放源的区域

2区：存在在正常运行下不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源的区域

按照爆炸性气体释放情况，工艺专业设计人员确定航天某所辅料库爆炸性气体危险环境为2区，主要气体为氢气、乙炔等。

该辅料库设置配电室，为了将配电室置于安全的非防爆区域，房间功能划分主要从以下几个方面进行考虑：

航天某所辅料库中有固体库房房间，固体库房内无易燃易爆物质、无腐蚀性物质，把固体库房（无易燃易爆物质）放在配电间和易燃易爆房间之间，利用固体库房起隔离作用，从而降低防爆等级，使配电室位于非防爆区域；

该辅料库内的爆炸性气体危险区域为2区。根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058-2014中附录B第13条无释放源的生产装置区与通风不良的且有第二级释放源的爆炸性气体环境相邻，并用非燃烧体的实体墙隔开，其爆炸危险区域的范围划分，宜符合下列规定

当易燃物质重于空气时，以释放源为中心，半径为15m的范围内划分为2区；

当易燃物质轻于空气时，以释放源为中心，半径为4.5m的范围内划分为2区

根据工艺条件可知该辅料库中氢气、乙炔轻于空气；乙醇、汽油、煤油和柴油挥发的气体重于空气，通过合理划分将配电室置于非防爆区域，且配电室的门向外开启。具体房间功能划分见下图示意

将变电所、配电室置于非防爆区域不仅有利于电气设备的选型、节约投资，而且有利于安全生产。

3 防爆区域电气设备选型

气体爆炸危险区域所用的防爆电气设备，在运行过程中应具备不引燃周围爆炸性混合物的性质。满足上述要求的电气设备可制成隔爆型、增安型、本质安全型、正压型等类型。防爆场所选用的电气设备要根据爆炸危险环境等级及易燃易爆物的级别和组别，采用相应类型或高于相应级别和组别的电气设备，且必须符合国家有关规范、标准，经国家检验部门检验合格的产品。

航天某所辅料库内的爆炸危险区域为2区，为了保证辅料库安全，按照易燃易爆物质的级别和组别，在易燃易爆区域仅设置相应的隔爆灯具、隔爆开关以及隔爆按钮等，不设置任何能产生明火花的配电箱、插座等。

按照爆炸性气体混合物引燃温度分组，辅料库中的氢气、乙炔、乙醇、汽油、煤油和柴油引燃温度分组具体如下

4 防爆区域线路敷设

爆炸危险场所的动力、照明线路采用铜芯电缆，且电气线路应在爆炸危险性较小的环境或远离释放源的地方敷设。当易燃物比空气重时，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砂，并宜设置排水措施；当易燃物比空气轻时，电气线路宜在较低处敷设或电缆沟敷设。电气线路宜在有爆炸危险的建、构筑物的墙外敷设。敷设电气线路的沟道、电缆或钢管所穿过的不同区域之间墙或楼板处的孔洞，应采用非燃性材料严密堵塞。

5 防雷防静电设计

防雷防静电接地对于爆炸危险场所的安全生产十分重要。

依据《建筑物防雷设计规范》的规定，根据建筑物的重要性、生产性质、发生雷电事故的可能性和后果分析，航天某所辅料库按二类防雷建筑物进行防雷设计。

建筑物采取防直击雷和雷电波侵入的措施：

⑴沿建筑物屋顶女儿墙敷设φ10热浸锌圆钢，并在屋面采用25×4的热浸锌扁钢组成不大于10m×10m或 12m×8m 的網格；

⑵设置接闪带与接闪网混合组成接闪器，将本建筑物所有突出屋面的排放爆炸危险性气体、蒸汽的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的危险区域置于接闪器的保护范围内。

⑶所有突出屋面的排放无爆炸危险性气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等均与屋面防雷装置相连。

⑷利用结构柱内截面积总和不小于1根直径10mm钢筋的截面积的主筋（钢结构柱）作防雷引下线并与基础接地相连，引下线之间距离不大于18m。

⑸利用建筑物基础内的钢筋作为接地装置，外部防雷、防闪电感应、内部防雷的接地装置与电气和电子系统的接地装置共用，共同利用建筑物基础内的钢筋作为接地装置；

⑹建筑构件内连接箍筋及钢筋之间必须连接成电气通路。

⑺建筑物内的设备、管道、构架电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物均应就进与防雷装置或共用接地装置连接。

⑻防闪电感应的接地干线与接地装置的连接不少于2处；

⑼外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端应与防雷装置等电位联结。

航天某所辅料库低压系统工作接地、低压线路保护接地、防雷接地、防静电接地等共用一个接地装置，接地电阻不大于1Ω。采用TN-C-S接地系统。

爆炸危险区域内沿墙明敷接地扁钢，除按要求实施等电位联结以外，所有进入该区域的设备金属外壳均须与接地扁钢可靠连接。

6 防爆区域监控、管理工作

为了方便管理人员实时对防爆区域爆炸性气体释放情况进行监控和管理，降低爆炸性危险环境事故发生率，应在爆炸性气体危险环境设置可燃气体探测器和事故排风机，当可燃气体浓度达到爆炸下限的25%时，可燃气体探测器发出报警信号，连锁启动相应的事故排风机。并将报警信号上传至火灾报警控制器。

另外应在爆炸性气体环境的房间外设置声光报警器，火灾自动报警系统接收到可燃气体探测器发出报警信号时，可显示报警部位并发出声光报警。及早疏散工作人员，采取保护措施，从而减少爆炸危险出现时对人员的伤害，做到防患于未然。

7 小结

以上是在结合航天某所辅料库项目的基础上对气体爆炸危险环境电气设计的几点认识。在实际设计过程中，还需要工艺、建筑、通风等多个专业之间的沟通、协调和配合。

对于爆炸性气体危险场所的设计，电气设计人员先要明确其工艺要求，及时和工艺、建筑设计人员沟通，按照规范要求进行防爆电气设计，并对暖通专业设计人员提出相关要求，在易燃易爆区域设置可燃气体探测器，实现防爆场所内通风设备与浓度报警器连锁，尽量降低危险环境等级。