浅析爆炸性危险环境中电、仪设备的选型及设计

栾家斌

(中昊(大连)化工研究设计院有限公司，辽宁大连 116023)

浅析爆炸性危险环境中电、仪设备的选型及设计

栾家斌

(中昊(大连)化工研究设计院有限公司，辽宁大连 116023)

针对石油化工项目的基本特点，简要说明了爆炸性危险区域的划分原则，分析了爆炸性危险环境中电气、仪表设备的选型及设计问题，讨论了设计阶段对于爆炸性危险环境所应当采取的防护措施，同时对易燃易爆事故的危险性后果进行了论述，以提高石油化工企业对易燃易爆危险环境的安全意识和水平。

爆炸性环境；区域划分；电仪设备；选型；设计

在我国石油化工行业中，具有易燃易爆危险性质的工艺流程占据了很大一部分，高度的易燃易爆危险性决定了项目建设的各个参与方对爆炸性危险环境中电气、仪表等设备选型及设计的高度重视。本文针对石油化工行业生产、储存及运输过程的鲜明特点，剖析了易燃易爆事故的危险性后果，从几个方面重点讨论了石油化工项目在设计阶段对处于的爆炸性危险环境所应当采取的防护措施，最大程度上保障易燃易爆生产装置的安全运行，将易燃易爆事故的危险性后果降低到最低限度，确保石油化工企业的长期可持续安全稳定发展。

1 爆炸性环境

所谓爆炸性环境，是指在正常的大气条件下，具有可燃特点的物质以气体、蒸气等形式与空气混合在一起，形成可燃混合物，达到点燃条件后，可以持续燃烧并传播的一种危险环境。

在石油化工建设项目中，爆炸性环境主要以危险气体的形式或危险蒸气的形式存在，例如合成氨项目中的气化工段、低温甲醇洗工段等。主要分为以下几类：

1)在正常的大气条件下，具有可燃性质的气体与空气混合，进而形成具有爆炸性危险的气体混合物；

2)当闪点位于环境温度以下，具有可燃性质的液体所产生的蒸气，与空气相混合，形成具有爆炸危险的气体混合物；

3)当投料的操作温度大于可燃性质液体闪点的情况下，当发生有可能泄漏的情况时，具有可燃性质的液体所产生的蒸气与空气相混合，进而形成具有爆炸性危险的气体混合物。

2 爆炸性环境危险区域的划分原则

2.1 爆炸性气体环境的危险区域划分

按照《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB 50058-2014)，对于爆炸性气体环境的危险区域，做出如下的划分依据：

区域特征0区通常情况下,连续释出或长期释出并产生爆炸性气体混合物的危险环境1区正常运行的情况下,有可能产生爆炸性气体混合物的危险环境2区正常运行的情况下,不可能产生爆炸性气体混合物的危险环境,亦或即便是产生也仅仅存在于较短时间内的爆炸性气体混合物的危险环境

2.2 爆炸性粉尘环境的危险区域划分

通过查询《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB 50058-2014)可知，可将爆炸性粉尘环境的危险区域划分原则做如下规定：

区域特征20区在正常情况下,空气中存在的具有可燃性质的粉尘云,连续地或长时间地存在于爆炸性危险环境中的相关区域中21区在正常生产过程中,空气中存在的具有可燃性质的粉尘云,有可能偶尔出现在具有爆炸性危险环境的相关区域中22区在正常情况下,空气中存在的具有可燃性质的粉尘云,通常情况下不可能存在于具有爆炸性粉尘危险环境中的相关区域中,亦或是即使存在,其所持续的时间也是较为短暂的

一般情况下，20区的相关范围主要有：粉尘云具有连续生产性质的管道、工艺生产和相关工艺设备的内部区域，当粉尘储存容器的外部，有可能长期连续存在于爆炸性粉尘危险环境时，就可以划分为20区。

而21区的范围划分，通常与一级释放源有关，同时按照以下规定进行划分：

1)具有一级释放源的相关粉尘生产储存设备，其内部就可确定为21区；

2)具有一级释放源的设备外部的相关场所，该部分区域的范围应该限制粉尘总量、粉尘释放的速率、粉尘颗粒的大小和投料的湿度等参数，同时应考虑引起释放的大部分条件。若受气候相关的影响，在建筑物的外部场所，可考虑减小21区的划分范围；同时，21区的划分范围，应严格依据距离释放源附近1 m进行确定。

3 爆炸性环境中电气、仪表设备的选型及设计

3.1 电气、仪表设备的选型

在爆炸性危险环境中，电气、仪表设备的选型应遵循防爆原则，需严格按照现行的国家规范标准《爆炸性环境第1部分：设备 通用要求》(GB 3836.1-2010)进行选型。

目前，我国的防爆等级标志形式如下：

图1 防爆等级标志

1)防爆原理

防爆原理主要有以下几种类型：

防爆原理代号隔爆外壳增安型本质安全型正压外壳型

油浸型充砂型“n”型电气设备浇封型

在爆炸性危险环境中，电气设备可划分为Ⅰ类电气设备、Ⅱ类电气设备和Ⅲ类电气设备。

Ⅰ类电气设备，通常使用于产生煤矿瓦斯气体的危险环境中；

Ⅱ类电气设备，通常存在于除了煤矿瓦斯气体之外，其他的爆炸性气体危险环境；

Ⅱ类电气设备，一般详细划分如下：ⅡA(具有代表性的气体：丙烷)、ⅡB(具有代表性的气体：乙烯)和ⅡC(具有代表性的气体：氢气)；

Ⅲ类电气设备，通常应用于除煤矿以外的其它爆炸性粉尘的危险环境；

Ⅲ类电气设备，一般详细划分如下：ⅢA(具有代表性物质：可燃性飞絮)、ⅢB(具有代表性物质：非导电性粉尘)和ⅢC(具有代表性物质：导电性粉尘)

3)引燃温度级别

一般情况下，按照正常生产环境中的爆炸性气体被引燃的温度进行分类，引燃温度可以划分为以下组别：

大型系统或者管径在DN150及DN150以上时，排气装置宜采用集气罐与自动排气阀结合的形式，以利于更好地收集管路中的气体并及时排出。也可以使用大排气量的自动排气阀来实现这一功能。大排气量自动排气阀的材质应为黄铜，排气控制零件一般为浮球。

组别引燃温度tT1组450℃

根据以上所述，设计人员在进行施工图设计的过程中，对于爆炸性危险环境中的电气、仪表设备的选型工作，应严格按照规范标准进行，以确保石油化工生产装置能够更加安全稳定地运行。

3.2 电缆的敷设

在石油化工项目中，防爆区域与非防爆区域是共存且划分明确的，但电缆的敷设却是连续的，时常会穿梭敷设于防爆区域与非防爆区域中，为了预防爆炸性危险环境中的易燃易爆气体或粉尘沿电缆敷设管线或建筑孔洞四处传播，进而引发连环爆炸性安全事故，设计人员在施工图设计的过程中，应该对电缆敷设管线的交接面或建筑孔洞等位置设计严密的密封措施，严防易燃易爆气体或粉尘传播。

同时，对于连接电动机的进线电缆，一般情况下采取穿不锈钢防爆挠性连接管进行防爆，例如在合成氨项目中的气化工段，所有电动机的进线电缆都应该按要求穿不锈钢防爆挠性连接管，从而达到了防爆以及防机械损伤的要求。

3.3 接线箱的设计

在防爆区域内，普通的接线箱无法达到防爆的要求，此时就要选择防爆接线箱。防爆接线箱应严格做好接地连接，包括防爆接线箱的内外，同时引入接线箱的电缆应确保达到密封要求，可以通过防爆密封圈及防爆密封垫圈进行防爆密封，从而达到良好的防爆效果。

3.4 应急照明设计

在爆炸性危险环境下，应当按照规范要求设置防爆应急电源照明，其维持工作时间至少应当达到90 min，且应独立设计供配电线路以及控制开关，在正常供电电源发生故障时应可以自动转换投入工作。

依据应急照明系统的负荷大小和转换时间、最小持续工作时间等要求，同时考虑到供配电系统由于高、低压电源之间进行切换所需要的时间无法保证，因此应急备用电源采用蓄电池是非常必要的，且采用正常市电配套蓄电池应急灯是目前比较可靠、且又具有经济性的方案。

3.5 静电接地设计

石油化工项目的生产、储存和运输过程中，设备、储罐及管道等设施均会产生静电，极有可能对项目的正常运行产生严重的危害，尤其是在石油化工等易燃易爆危险环境中。因此，在施工图设计过程中，设备的外壳、储罐的各种金属部件、管道外壁等均应设置可靠的静电接地措施。

4 结 语

伴随着我国石油化工行业的迅速发展，“以人为本”的安全生产理念正得到越来越多的重视，尤其是在爆炸性危险环境中，采取可靠的防爆设计措施已成为预防爆炸性危害后果的首要措施，而电气、仪表设备的选型及设计是防爆措施中的重要部分，电气及仪表专业的设计人员应当严格按照现行国家规范标准进行防爆设计，以保证石油化工项目的安全稳定运行，将爆炸性危害后果降低到最低程度。

[1] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册(第三版)[M].北京：中国电力出版社，2005

[2] GB 50058-2014爆炸危险环境电力装置设计规范[S]

[3] GB 3836.1-2010爆炸性环境第1部分：设备通用要求[S]

TQ086.3

B

1005-8370(2017)02-25-03

2017-02-15

栾家斌(1986—)，沈阳化工学院毕业，电气工程及其自动化专业，工学学士，工程师，现就职于中昊(大连)化工研究设计院有限公司工程开发设计部。