燃气导热油炉房爆炸危险区域划分的分析与探讨

袁 涛, 张锦松, 李长启

(湖北省缘达化工工程有限公司, 湖北 武汉 430000)

0 引 言

一直以来工程设计中,石油化工项目的爆炸危险区域划分,先是由工艺专业提出工艺条件,包括物料性质、闪点、释放源位置、操作温度等,然后由电气专业根据不同物料,依据GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》[1]来执行出图。本文主要从电气专业的角度,就燃气导热油炉房这个特定场所是否需要进行爆炸危险区域划分进行分析探讨。之所以专门探讨燃气导热油炉房,因为包含有几个火灾类别分区,甲、乙、丙、丁类等4种都可能存在,而且涉及到天然气及高温导热油等物质,建筑物命名常将燃气导热油炉房称作锅炉房。本文从规范依据、实际生产经验来探讨燃气导热油炉房如何执行规范来进行划分,以及电气设备的防爆、防护等级选择。

1 相关规范条文与定义

SY/T 7405—2018《导热油供热站设计规范》[2]13.2电气小节的条文13.2.9,生产设施爆炸危险场所区域的划分和范围应符合现行行业标准SY/T 6671—2017《石油设施电气设备场所I级0区、1区和2区的分类推荐作》[3]的相关规定。爆炸危险环境内电气设备的选择和线路敷设应符合现行国家标准GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》的有关规定。

SY/T 6671—2017《石油设施电气设备场所I级0区、1区和2区的分类推荐作法》3.1.12.3条定义ⅢB级液体:液体闪点高于或等于93 ℃;5.2.4条定义Ⅲ级液体:一般不会产生足够的蒸汽量,在分类时可不予考虑。如果Ⅲ级液体被加热到其闪点以上,液体会在表面释放出易燃范围的蒸气,但其分类场所范围一般是非常小的,并且是在释放点附近。

GB 50041—2020《锅炉房设计标准》[4]的15.2电气小节的条文15.2.2规定,电动机、启动控制设备、灯具和导线型式的选择,应与锅炉房各个不同的建筑和构筑物的环境分类相适应;燃油、燃气锅炉房的锅炉间、燃气调压间、燃油泵房、煤粉制备间、碎煤机间和运煤走廊等有爆炸危险场所等级划分,应符合现行国家标准GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》的有关规定。

GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》条文3.3.1规定,爆炸性气体环境危险区域范围应按下列要求确定:当可燃液体闪点高于或等于60 ℃时,在物料操作温度高于可燃液体闪点的情况下,可燃液体可能泄漏时,其爆炸危险区域的范围宜适当缩小,但不宜小于4.5 m。条文3.2.2符合下列条件之一时,可划为非爆炸危险区域:在生产过程中使用明火的设备附近,或炽热部件的表面温度超过区域内可燃物质引燃温度的设备附近。

2 相关案例分析

结合工程设计中遇到的某一典型的燃气导热油炉房进行讨论。该燃气导热油炉房设有2台300万大卡的导热油锅炉,燃料为天然气,未设天然气的调压间,建筑专业的火灾类别定级为乙类。

2.1 环境特性

导热油锅炉的燃料为天然气,天然气主要成分为甲烷,甲烷为IIAT1组别易燃易爆气体,引燃温度537 ℃。依据GB 50058—2014条文3.2.2,天然气作为燃料,且在明火设备内被烧掉,炉膛内为负压天然气不会释放到周围环境中去,因此天然气部分可不划爆炸危险区域。如果有天然气调压间,调压间内划为爆炸危险区域,电气设备应选用防爆型。调压间之外锅炉附近涉及天然气的区域可不划分为爆炸危险区域,按普通环境考虑,工程设计中基本上一致执行。

着重讨论导热油,导热油为可燃丙类液体,闪点约为200 ℃,运行工况导热油被加热到约300 ℃,此时操作温度已超过导热油的闪点,现场可能存在的释放点有:2台循环油泵法兰接口、进油口、油气分离器。其运行工况,在正常运行时不会释放出可燃液体及蒸汽,但是偶尔或者短时会释放出现可燃液体及蒸汽,为二级释放源。整个燃气导热油炉处在一个有门、窗自然通风的厂房内,室内环境温度比一般厂房要热,其主要作用是通过高温导热油为生产车间部分反应工艺提供高温环境。

2.2 相关争论点

若依据GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》条文3.3.1第4点及规范关于爆炸危险划分的条件,此处高温导热油的释放源附近应划为爆炸危险区域。有部分导热油释放点在明火设备附近可不按爆炸危险区域考虑,由于整个导热油炉系统涉及面积较广,其他部分区域已远离明火设备,此处有爆炸危险区域存在的可能。

通过对多个燃气导热油炉房类似项目的调查,同时咨询了一些化工厂在投运的导热油锅炉房的情况,也从一些锅炉行业生产厂商了解到,目前国内很多燃气导热油锅炉房并未划分爆炸危险区域,除了天然气的调压间应划为爆炸危险区域,导热油的可能释放源附近并没有按爆炸危险区域考虑,并且许多导热油炉厂房里的灯具、配电箱、开关等都未使用防爆电气[5-6]。

鉴于以上GB 50058—2014与实际项目运行存在一定的差别,因此出现两种观点:结合多年实际运行工况与经验,并且行业规范仅提出了几个场所(调压间、燃油泵房等)需按爆炸危险区域考虑,并未提及导热油炉系统,因此可按丙类甚至丁类场所考虑,电气设备也不选用防爆型;导热油的操作温度确实超过闪点,按GB 50058—2014可能形成可燃蒸汽,并且有可能释放可燃气体的点,应按GB 50058—2014条文3.3.1描出爆炸危险区域,至于爆炸半径是15 m还是最小4.5 m有待商榷。

3 爆炸危险区域划分的探讨

3.1 爆炸危险区域划分流程图

根据导热油锅炉房环境的描述,结合相关行业规范及国家标准规范,导热油炉爆炸危险区域划分流程图如图1所示。

图1 导热油炉爆炸危险区域划分流程图

分析流程主要从SY/T 7405—2018《导热油供热站设计规范》和GB 50041—2020《锅炉房设计标准》两本相关行业规范开始,通过两本行业规范内的条文,引出SY/T 6671—2017《石油设施电气设备场所I级0区、1区和2区的分类推荐作》和GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》两本规范。通过对这4本规范的条文、定义的理解,将相关联的条文列出来,由上到下有逻辑的进行解读分析,得出其正确的逻辑和结论。

3.2 爆炸危险区域划分实例

根据爆炸危险区域划分流程图,对某一燃气导热油炉房的典型案例进行爆炸危险区域划分。

某导热油炉房爆炸危险区域划分如图2所示。

图2 某导热油炉房爆炸危险区域划分

4 结 语

本文提到的4本规范,除《爆炸危险环境电力装置设计规范》为电气专业主导规范,其他三本规范涉及的电气内容较少,在燃气导热油炉房的电气设计过程中,供电气专业参考的内容并未作明确要求,仅让参考相关规范内容。因此在导热油炉房的设计中,电气设计人员有不同理解:认为以多年运行经验不可能存在发生的爆炸危险,防爆设计只会增加投资成本不经济;偏保守设计人员认为应该执行GB 50058—2014条文,将导热油按重于空气的二级释放源考虑,按15 m半径将整个厂房划为爆炸危险区域,所有用电设备采用防爆型。

经过分析,也结合导热油炉的厂商和建设单位的意见,设计遵从安全、经济的原则,可以得出结论是:将导热油炉房中间小部分区域按GB 50058—2014 4.5 m半径划为爆炸危险区域,此范围内的用电设备应按防爆电气设计,不低于防爆等级ExdIIBT4;防护等级:IP65,WF1,其他区域按普通火灾类别进行设计。这样在增加少量投资成本的情况下,也遵循了相关规范条文,可以更好地保证燃气导热油炉的安全、可靠运行。