化工企业电气安全设计研究

李成光 商志雷

关键词：化工企业;电气设计;安全设计

化工企业的实际生产流程特点鲜明，连续度高且自动化设备较多，各个生产环节都容易出现爆燃等危险事故，一旦出现事故，往往会带来严重的经济损失，不单单会中断生产设备的工作，还有可能引发人员伤亡。所以化工企业的设计人员应该针对化工生产过程中的电气安全做出完善的规划。本文就基于此背景，结合部分实际设计的经验，深入论述化工领域的电气安全设计。

1 化工企业生产环境

化工企业从原材料的生产到成品的运输、存放等环节中均有可能产生易燃易爆的物质，从而导致安全事故，生产的外部危险环境涵盖爆炸和火灾两大类。因此，完成相应的电气设计时，需要根据具体情况作出调整。爆炸类环境主要是指生产环境中会存在一些易爆的物质，诸如气体、粉尘等。一旦在此环境中出现火花、高温或者电弧，就可能引发爆炸。火灾类环境指的是在化工生产、运输以及存放等流程中，存在可能会造成火灾的物质。一般来说，可以造成火灾的危险物质有以下几种：闪点比生产环境中温度更高的可燃液体;部分会发生泄漏却无法组成爆炸性混合物质的可燃液体;无法组成爆炸性混合物质的可燃物质或者是能够燃烧的固体。

2 爆炸危险环境分区

在容易发生危险事故的区域中进行电气设计的最重要一步便是对该生产区域进行有效划分。根据国家发布的《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》以及电气设计标准，在划分容易出现危险事故区域时引入了释放源的观念。释放源就是指能够对外界环境释放容易燃烧的物质以及释放出的元素可以组成爆炸性混合物质所处的区域。本质来看，释放源就是构成危险环境区域的核心要素。根据易燃物质向外释放的频率以及持续时长，能够将释放源进行分级划定，分别为连续级、第一级、第二级和多级。实际类别划分时，不能将存放化工产品的容器或者输送管道出现的破坏性问题划入此区间。也就是说，输送管道、储存容器的炸裂不能被当作释放源。爆炸性区域合理划定后，便会对电气装置的选择、线路的设定和安装以及参考标准有着重要影响。实际电气设计过程中，应当参照释放源所处的级别和具体位置、通风情况以及易燃物质的特性进行综合考量。在建筑物内，应当选取厂房作为基本单位来完成危险区域的划分，具体能够分成如下几个方面：①建筑物内部的释放源;②生产装置区的释放源;③易燃物质的贮罐;④非爆炸危险区域。

3 电气安全设计

3.1 电气设备的防爆

电气装置的防爆措施大多是选用一些控制手段来抑制或者消除设备在运行中出现的火花、电弧和高温。较为多见的防爆电气装置有：标志为ia、ib的安全性装置;标志为d的隔爆类型装置;标志为e的增安类别设备;以p为标志的正压类别装置;标志为o的充油类别装置;标志为n的无火花类别装置;充沙类别装置和部分特殊装置等。一般的电气防爆方式有：①采用防爆外壳。在具有防爆能力的壳体中混入爆炸物质引起爆炸后，外壳不会出现形变，由缝隙中传出的火焰，经过充分冷却后，所具有的能量无法将外部爆炸物质引燃，达成防爆功能;②采用本质安全电路。系统中如果电流、电压数值较低时，可以在此线路中进行一定防护，保证该线路或者装置使用时出现的电火花无法引起爆炸物质燃烧;③隔离法，主要应用在正压类别和充油类别的装置上，原理是通过分离爆炸物质和能够产生火花的危险元素;④控制电气装置正常运行中产生的热量，如增安类别设备。

3.2 电缆的防爆设计

首先，应该将输送电能的管道、通路以及沟槽位置进行充分密封，防止内部的液体、气体和可燃物质向外扩散，也避免在沟槽位置积聚容易发生危险的物质。其次，对于电缆所经过的邻近位置也需要密封，通常采用钢管进行防护。此外，还需要对穿孔电缆以及穿墙位置的孔洞处进行有效密封。

4 线路选择及敷设要求

如果在易燃易爆的危险环境中进行电气线路铺设时，需要选取危险最低的区域，架设电气线路的通道、沟槽时，需要在不同区域间通过，就必须使用非燃烧性质的材料对孔洞进行密封。系统中照明电路以及低压线路的额定电压必须高于工作电压，最低为500V。处在爆炸性气体环境中，如果空气比重大于易燃物质，电气线路铺设应当选取低位置或者采用沟槽铺设。而空气比重较轻时，则应该将电气线路架设在高处或者进行埋地处理;电缆沟槽铺设中，需要填充砂;高空架设时，选取桥架最为适宜。电气线路间尽可能不直接相连。无法避免直接相连时，需要使用熔焊、压接等技术手段。如果线路电缆是铝芯结构，同设备连接时应选用适当的转换接头。

5 爆炸危险环境的接地设计

5.1 接地

根据电气装置有关的接地标准来看，处在爆炸危险环境之中，期望各个电气装置均可以安全工作，所以装置要有效接地。电气装置选用的金属壳体以及线路接线盒，外部要配有接地螺栓，同时标注相应符号。爆炸危险环境中，除了所有的照明设备外，电气装置应当配备有独立的接地线路，如果该接地线路同相线处在同一管道中，要设置相等的绝缘。此时，电缆线路的金属外壳功能仅为辅助接地。

5.2 防雷

防雷建筑物一般分为两大类，其一是具有0区、1区或10区的爆炸危险环境的建筑物。另外一类是2区或11区的爆炸危险环境的建筑物以及1区爆炸危险环境出现的电火花难以引发爆炸等危险事故的建筑物。化工设备内镂空设计的塔、存储容器以及工艺等，首先要设置防雷接地，并且该接地位置最少为两处。一般来说，两个接地位置间距最大为30m。

5.3 静电接地

静电接地作为降低静电荷累计的主要手段之一，应当对危险环境中会出现静电的装置进行必要的静电接地。

5.4 变配电设备的防雷设计

变配电装置在实际投入使用中，不仅会遭受到直击雷威胁，还有一定概率被雷电波侵入导致设备损坏。因此，在对变配电装置进行具体的防雷设计中，应当从以下几个角度出发：第一，保证架设的避雷线路和避雷网络能够有效覆盖所有需要保护的变配电装置;第二，防止架设的避雷线路和避雷装置由于雷击出现高电位反冲风险。第三，由于变配电装置同线路连接，所以雷击可能性较高。

6 化工企业电气防火灾设计

第一，如果消防水泵房装置的动力提供为电源时，应当保证其达到相关规定中对于一级负荷供电的标准，第二，要保证消防水泵房以及配电室配备有专门的应急照明装置，同时采用蓄电池作为备用供电源，保证持续供电周期至少为30min。第三，消防低压装置末端的一级配电设备和配电箱可以自动切换，同时选用耐火电线进行配电线路架设。第四，在甲类气体设备中，由于其比重大于空气，所以要采用阻燃型电缆进行架空构建。第五，对于各个电气装置应当采用的保护设备，要防止电气装置出现短路保护以及过负荷保护。第六，搭建起完善的自动化电气火灾监管系统，一旦在被保护线路中检测出超过预警值的参数，就需要立即向外发出警报并快速确定事故位置。

7 结束语

综上所述，化工单位的生产流程危险程度较高，环境中容易产生引发危险事故的元素。对于化工企业的电气装置来说，在实际工作过程中可能会由于短路、过载、火花、电弧等情况造成火源的出现，一旦外部环境过高，就会导致爆炸或燃烧事故的發生。