海上平台防爆电气设备的选型与安装

(中海油天津化工研究设计院有限公司， 天津 300131)

0 引言

石油作为基础战略物资受到各国的高度重视，随着陆上石油逐渐短缺，海上油气的开采变得至关重要[1]。海洋有着丰富的油气资源，由于科技的进步以及勘探技术的不断提高，海洋石油产量在我国原油产量的比重逐年提高。海上石油开采不同于陆上采油，首先，开采成本高，一旦发生爆炸危险，会导致重大的经济损失；其次，距离陆地较远，发生事故后，很难组织及时有效的救援[2]。因此保证海上平台安全稳定的生产运行是至关重要的。

危险化学品作业场所防爆电气设备安全是保证海洋平台安稳运营的重要组成部分。国家安全生产监督管理总局在《危险化学品建设项目安全设施目录》中明确将防爆电气设备、装备和采取的安全措施列为预防事故安全设施[3]。《中华人民共和国安全生产法》第三十四条规定：生产经营单位使用的危险物品的容器、运输工具，以及涉及人身安全、危险性较大的海洋石油开采特种设备和矿山井下特种设备，必须按照国家有关规定，由专业生产单位生产，并经具有专业资质的检测、检验机构检测、检验合格，取得安全使用证或者安全标志，方可投入使用。这充分表明国家对电气防爆安全是极其重视的。对于生产经营者来说，爆炸危险区域内的防爆电气设备的合理选用与正确安装是保证平台安全生产运行的基本条件。

1 危险区域划分

防爆电气的选型要依据有资质的设计院设计的危险区域划分图(HAZARDOUS AREA)。要想经济合理的选用防爆电气设备，就必须了解爆炸性气体环境危险区域的划分依据。IEC(国际电工委员会)、NEC(美国电气规范)和国家标准(GB 3836.14—2000、GB 50058—2014)对爆炸性气体环境危险区域的划分、范围和爆炸性气体混合物的分级分组都做出了详细的说明。我国采用标准等同于IEC标准，而NEC规范与IEC标准有一定的区别，因此精确了解海洋石油平台的危险区域划分是十分重要的。IEC标准指出，依照爆炸性气体的存在情况(出现频率和持续时间)，可将危险区域划分为0区、1区、2区[4]。根据海上石油平台的特殊状况，国内在新建立平台时常常最先依照以美国为代表的北美体系标准(NEC500)对危险区域进行划分为DIVISION1、DIVISION2，分别对应着IEC的0区、1区和2区，气体类别划分为GROUP A、B、C和D。NEC500系列标准和IEC系列标准关于爆炸性气体环境标准的差异见表1。

表1 NEC500系列标准和和IEC系列标准差异

石化行业(石油、海洋石油、石油化工、化学工业)中危险化学品作业场所存在的的易燃易爆气体/蒸汽类型繁杂(世界上现有定性的4000余种左右，其中定量的有1900余种)[5]。海上平台存在的危险化学品主要包括:天然气(主要成分甲烷)等。值得注意的是海上平台的电池间划分为GROUPB级别气体，对应的IEC标准的是ⅡC氢气，在选型时要特别注意下，ⅡB类、ⅡA类设备都不可以在电池间内使用。

2 防爆电气设备选型

2.1 防爆电气设备基本概念

防爆电气设备是指：在爆炸危险场所安全运行的所有带电设备[6]。防爆电气设备的分类：I类：煤矿用防爆电气设备；Ⅱ类：除煤矿用以外的电气设备(包括海上平台)；Ⅲ类：粉尘环境，用“DIP”表示。由于防爆电气设备种类的繁多，电气设备的防爆型式也有许多种，下面主要列出海上平台常见的防爆的型式和所执行的国家标准[6-10]见表2。

表2 防爆型式和对应执行的国家标准

其中GB 3836.1—2010《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》[6]规定的是各种防爆结构类型电气设备所共同需要遵守的技术指标。这些技术条款约束着它们共性的潜在危险。这个标准的内容除非被其它专业标准修改或补充。

2.2 防爆电气设备选型问题

海上平台发生的爆炸和火灾事故大部分是由电气设备的选型、安装或使用不符合标准要求造成的，在进行采购防爆电气设备时首先要确定使用场所的危险区域类别，判断是Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场所[11]，海上平台通常是Ⅱ类爆炸环境，在检查时通常会发现Ⅰ类防爆电气设备使用在海上平台，不符合标准要求，如图1所示，Ⅱ类爆炸性环境选用Ⅰ类防爆电话。

图1 某海上平台防爆电话机

由于采购人员的专业技术能力有限，往往是采购到非防爆电气设备或者是假的防爆电气设备，如图2、图3所示。因此在采购时首先注意设备铭牌是否具有防爆标志和防爆合格证编号，可在发证机构的网站上查询防爆合格证是否有效。

图3 防爆合格证号

上文提到过的ⅡC级环境中使用ⅡB类设备，也是常见问题，在海上平台的电池间应该特别注意如图4所示。

图4 ⅡB类船用防爆灯使用在ⅡC环境中

在进行防爆设备选型时还要注意的防爆合格证有效期为5年，通常是发证的年份加上5小于产品生产日期即可，若防爆设备防爆合格证失去效力，应按规定重新取证。

3 防爆电气设备安装

防爆电气设备需依照不同防爆原理特征和有关安装标准准确安装。因此在海上平台建造初期，危险区域内防爆电气设备应严格按照GB 3836.15—2000《爆炸性环境用防爆电气设备第15部分-危险场所电气安装(煤矿除外)》[12]标准进行安装。由于海上平台作业环境有限，一旦建成再去整改，会影响平台正常的生产运行，还会消耗巨大的人力、物力和财力。下面介绍现场检查时常遇到不符合标准要求的安装误区。

(1)引入口处无密封圈，安装时用填料封堵

某些施工作业人员为图方便，在电缆穿过设备引入口后，常把防爆电气设备引入口处的密封圈直接丢弃，改用阻火胶泥来堵塞如图5所示，并以为可以阻止外部爆炸性气体进入设备内部从而起到防爆的作用。其实不然，首先隔爆型电气设备引入口处密封圈有两个作用，一是夹紧电缆，防止电缆拔脱；二是实现引入口处致密封堵，防止内部产生爆炸产生的火焰向外界扩散。通常阻火胶泥为软胶泥，不能起到隔离密封的作用，因此不能当作密封填料来使用。正确的安装方法为：补齐对应的密封圈、垫圈，密封圈的内径与电缆外护套外径的配套符合要求(建议允许差值为±1mm)。重新接线，电缆护套穿入压紧元件、垫圈、密封圈后，旋紧压紧元件，弹性密封圈压紧后，应该可以将电缆沿圆周均匀地被挤紧。

图5 引入口处无密封圈

(2)引入口与钢管直接相连，没有过度压紧元件

在海上平台进行防爆电气设备现场检查时，通常会发现压缩机组、撬装和二氧化碳灭火系统采用钢管布线系统，针对这种布线系统，引入口穿一根电缆时，引入口处应加一个过度压紧元件再连接钢管，连接有困难处可以增加活接头；内穿多根到导线或电缆时，需在点燃源外壳的450mm范围内安装设置隔离密封盒[13]。

GB 50058—2014要求钢管与设备引入口连接，有效啮合不小于5扣，而施工人员现场通过套丝机制作出来的钢管外螺纹多为锥形，并与设备引入口直接连接，不能符合与设备引入口内螺纹有效啮合扣数的要求，只要隔爆型防爆电气设备内部产生火花，并点燃可能通过隔爆接合面进入设备内部的爆炸性气体，造成设备内部发生爆炸，未压紧的橡胶密封圈可能承受不了爆炸时产生的压力，导致爆炸时产生的火焰进入到设备外部，因而引起更大范围的爆炸产生，后果将不堪设想。所以在钢管布线系统中，应该在钢管与设备引入口中间加装防爆过渡压紧元件，达到压紧密封圈的效果。

图6 引入口与钢管直接连接

(3)外壳上存在改装的电缆引入口

在安装施工过程中，最常见的就是：由于进线引入口不够，擅自在隔爆控制箱外壳上自行开孔进线，如图7所示某平台振动筛房内隔爆型电气控制箱，私自在外壳上开孔进线。施工人员误认为增加引入口不会影响设备整体防爆安全，然而事实上，在设备外壳开孔，孔处达不到隔爆螺纹要求，一旦内部发生爆炸，火焰会沿着开孔处向外传播。

防爆电气设备改动后需将改动的图纸和相关说明交到原检验单位备案，重新审查和检验合格后，方能再次进行使用。

图7 设备外壳上存在改装的电缆引入口

对于海上平台来说，防爆电气设备安装不当，会导致巨大的安全隐患，而且非常容易引起使用者的麻痹意识。安装问题通常是安装人员造成的，可从两方面把控风险，一是在平台建造初期，从到货验收到安装调试，请有资质的防爆电气检测人员进行全方面把关；二是提高安装施工人员的防爆电气设备安装施工水平，这就要加强对安装人员定期进行防爆知识相关内容的培训或继续教育，实施从业企业和人员的资质考评制度，从而规范防爆电气安装；同时还要建立全面科学、合理、有效的管理体系，规范安装流程，加强安装监管，避免安装人为因素造成的安装缺陷所导致的防爆电气设备性能降低或失效。

4 结语

本文主要介绍了海上平台爆炸危险区域内防爆电气设备在选型和安装时常见的一些问题和误区，因此在平台建造初期应该建立一套完整的防爆电气管理体系，从选型、安装、使用和维护都进行严格的把关，实现对在用防爆电气设备全寿命周期安全管理的科学化、规范化和标准化，并同时增加人员培训，提高专业技能，从而最大限度确保了防爆电气设备的安全运行。

[1] 陈进娥，何顺利，刘广峰.我国海洋石油勘探开发装备现状及发展趋势[J].油气藏评价与开发，2012(2)：67-71.

[2] 殷红.海上平台防爆电气设备常见问题浅析[J].电气防爆，2013(1):38-42.

[3] 徐刚.论防爆电气设备选型与安装应用[J].电气防爆，2009(1):13-20.

[4] 马俊.浅谈海洋石油钻井平台防爆设备的管理[J].电气防爆,2013(2):35-39.

[5] 庞建军,徐刚.非矿用防爆电器、灯具的设计和制造应注意的问题[J].电气防爆，2007(3):13-16.

[6] GB 3836.1—2010爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求[S].

[7] GB 3836.2—2010爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”[S].

[8] GB 3836.3—2010爆炸性气体环境用电气设备第3部分：增安型“e”[S].

[9] GB 3836.4—2010爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”[S].

[10] GB 3836.8—2003爆炸性气体环境用电气设备第8部分：“n”型电气设备[S].

[11] 付林志.冶金企业煤气爆炸危险区域划分及泄漏扩散模拟[D].东北大学，2015.

[12] GB 3836.15—2000《爆炸性环境用防爆电气设备 第15部分：危险场所电气安装(煤矿除外)》[S].

[13] AQ 3009—2007，危险场所电气防爆安全规范[S]．