劉道芳,李文廷

(1.濮陽市第一中學 ,河南濮陽 457000;2.濮陽市富力化工有限公司 ,河南濮陽 457000)

化企爆炸危險區(qū)域的劃分及防爆電氣的選型

劉道芳1,李文廷2

(1.濮陽市第一中學 ,河南濮陽 457000;2.濮陽市富力化工有限公司 ,河南濮陽 457000)

利用作者在安全評價中運用規(guī)范的一些體會和設計工作中的一些經(jīng)驗,介紹了石化企業(yè)中,爆炸危險區(qū)域劃分需遵照的規(guī)范要求和如何在不同的爆炸危險區(qū)域中選用不同防爆等級的電氣設備。

防爆區(qū)域 ;劃分 ;防爆電氣設備 ;選型

1 概述

在化工企業(yè)中,許多生產(chǎn)裝置的物料介質(zhì)是具有爆炸、火災性危險的。爆炸及它引起的火災事故是威脅化工企業(yè)安全生產(chǎn)的一個重要問題。如：以煤焦為原料的合成氨生產(chǎn)系統(tǒng),由原料至凈化的爆炸危險氣體屬輕于空氣的爆炸危險環(huán)境;以油為原料的合成氨生產(chǎn)系統(tǒng),由油氣化至凈化的爆炸危險氣體屬重于空氣的爆炸危險環(huán)境;合成、壓縮、尿素主廠房的部分樓層,屬于爆炸危險氣體輕于空氣的爆炸危險環(huán)境。石化和化工企業(yè)經(jīng)常要加工和處理易燃性液體或氣體,石化工業(yè)的原料中有相當多的品種是易燃性的,如常用的原料中的石油、天然氣、氫氣是易燃性物質(zhì);半成品中的烷類、烴等化合物多數(shù)是易燃性物質(zhì);成品中的汽油、柴油等也是易燃性物質(zhì)。這些易燃性物質(zhì)在被加工、貯存的工程中不可避免的會從管道、反應器、貯罐中逸出或漏出,與空氣中的氧氣混合后形成爆炸性混合物,如果當時現(xiàn)場有點燃源,就會形成爆炸。爆炸產(chǎn)生高溫和沖擊波,造成人員傷亡和財產(chǎn)的巨大損失。

由于上述特點,石化企業(yè)的防爆安全就成為企業(yè)的頭等大事。為了防范這種工程爆炸,需在工程中采取相應措施。工程上采用的防爆安全措施一般分兩類,第一類稱為一次防爆措施,如建筑物的防爆設計、通風設施等。第二類稱為二次防爆措施,如選用防爆電氣設備等。這些措施都需要增加工程投資,其設備費用、安裝費用都高于普通電氣產(chǎn)品,且平時的運行和維護都比普通電氣設備難度大。如何在設計中正確劃分爆炸危險區(qū)域,合理地按級選用防爆電氣設備,事關企業(yè)安全和工程投資的合理性。

2 爆炸危險的產(chǎn)生

爆炸危險必須同時存在三個條件：①存在易燃氣體、易燃液體的蒸氣或薄霧;②上述物質(zhì)與空氣混合其濃度在爆炸極限以內(nèi);③存在足以點燃爆炸性混合物的火花,電弧或高溫。對于設計而言,應使產(chǎn)生爆炸危險的三個條件同時出現(xiàn)的可能性減到最小程度。

3 爆炸危險區(qū)域的劃分

如果對于一個煉油廠或其中的一個裝置,由于它的原料、產(chǎn)品有易燃性物質(zhì),就把整個廠區(qū)或裝置都認定為爆炸危險場所,是極不經(jīng)濟的,顯然也是不合理的。

易燃性物質(zhì)的出現(xiàn)形成了一個潛在的爆炸性環(huán)境。所謂潛在的,就意味著它們并不是時刻出現(xiàn)的,有的出現(xiàn)頻率高,有的出現(xiàn)頻率低。在這種情況下,就存在危險性大的場所和危險性小的場所。因此,就有必要對這些危險場所進行的“場所分類”。分類的目的就在于運用統(tǒng)計學的原理,按照場所中氣體環(huán)境出現(xiàn)的頻率和存在的時間的長短,將場所的危險程度分類,以便按照危險區(qū)域類型采用不同的防爆措施。

我國從 20世紀 70年代中期已經(jīng)開始對防爆危險環(huán)境出現(xiàn)的或然率進行分級。如：70年代的《電力設計技術規(guī)范》、80年代的《爆炸危險電氣安全規(guī)程》(試行)、1983年發(fā)布的《爆炸和火災危險環(huán)境電氣裝置設計規(guī)范》(GBJ58-83)和 1992年發(fā)布的目前仍在使用的《爆炸和火災危險環(huán)境電氣裝置設計規(guī)范》(GB50058-92)。這此規(guī)程、規(guī)范,規(guī)定了爆炸性氣體環(huán)境、爆炸性粉塵環(huán)境等危險區(qū)域的劃分及危險區(qū)域的范圍。

爆炸危險性場所的分類,應由懂得易燃性材料性能、設備工藝性能的技術人員提出易燃性介質(zhì)及其釋放源;由懂得安全、電氣的工程技術人員根據(jù)有關規(guī)范,來劃分爆炸危險區(qū)域。場所分類對工程設計很重要,為了盡量準確地劃分區(qū)域,在根據(jù)有關標準和規(guī)范劃分的同時,還應參考以往的經(jīng)濟和行業(yè)的特點。既要保證生產(chǎn)裝置的安全可靠,又要避免人為提高爆炸危險區(qū)域等級,而造成工程投資浪費。

爆炸危險場所的劃分首先要查找和確定釋放源,根據(jù)釋放源的等級,劃分爆炸危險區(qū)域,然后還應結合釋放源所在處的通風條件調(diào)整區(qū)域劃分。

3.1 查找和確定釋放源

在每個工程項目中,每一臺加工設備 (如罐、泵、管道、容器等),其內(nèi)部含有易燃性物料,就應視為潛在釋放源,如易燃性氣體或液體的排入口、取樣點、泄漏的閥門等,都是釋放源。該類設備中含有的易燃性物料不會向環(huán)境中釋放的,如全部焊接的管道等,則不可視為釋放源。在場所分類中,首先應按易燃物質(zhì)的釋放頻繁程度和持續(xù)時間長短確定釋放源的等級。根據(jù)規(guī)范規(guī)定共分為三級：

3.1.1 連續(xù)級釋放源

預計長期釋放或短時頻繁釋放的釋放源,可劃為連續(xù)級釋放源。如：固定頂貯罐的上部空間和排氣口;油、水分離器等直接與空氣接觸的易燃液體的表面;經(jīng)?；蜷L期向空間釋放易燃氣體或易燃液體的蒸氣的自由排氣孔或其它孔口等。

3.1.2 第一級釋放源

預計正常運行時周期或偶爾釋放的釋放源,可劃為第一級釋放源。如：正常運行時,會釋放易燃物質(zhì)的泵、壓縮機和閥門等的密封處;正常運行時,會向空間釋放易燃物質(zhì)、安裝在貯有易燃液體的容器上的排水系統(tǒng);正常運行時會向空間釋放易燃物質(zhì)的取樣口。

3.1.3 第二級釋放源

預計在正常情況下不會釋放,即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源,或劃為第二級釋放源。如：正常運行時不出現(xiàn)釋放易燃物質(zhì)的泵、壓縮機和閥門的密封處;正常運行時不釋放易燃物質(zhì)的法蘭、連接件和管道接頭;正常運行時不向空間釋放易燃物質(zhì)的安全閥、排氣孔和其它孔口處;正常運行時不向空間釋放易燃物質(zhì)的取樣口。

由上述兩種或三種級別釋放源組成的釋放源,稱為多級釋放源。

3.2 爆炸危險區(qū)域的劃分

爆炸危險區(qū)域的劃分根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間確定,分為 0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。

首先根據(jù)工藝專業(yè)等有關專業(yè)提供的爆炸危險區(qū)域劃分條件圖和釋放源的等級劃分爆炸危險區(qū)域：①存在連續(xù)級釋放源的區(qū)域可劃為 0區(qū);②存在第一級釋放源的區(qū)域可劃為 1區(qū);③存在第二級釋放源的區(qū)域可劃為 2區(qū)。

然后應根據(jù)通風條件調(diào)整區(qū)域劃分。當通風良好時,應降低爆炸危險區(qū)域等級;當通風不良時應提高爆炸危險區(qū)域等級。在生產(chǎn)裝置中 0區(qū)是極個別的,大多數(shù)屬于 2區(qū),在設計中劃分爆炸危險區(qū)域時,應采取合理措施盡量減少 1區(qū)。

3.3 爆炸危險區(qū)域的范圍

爆炸危險區(qū)域的范圍劃分,除了按照規(guī)范條文的規(guī)定以外,還與以下幾個因素有關：①易燃物質(zhì)的泄出量;②釋放速度;③釋放的爆炸性氣體混合物的濃度;④易燃液體的沸點 (液體混合物初沸點);⑤爆炸下限;⑥閃點;⑦通風量。

這些量的增加與減少都與爆炸危險區(qū)域范圍的大小有直接的關系。因這些量界定的因素較復雜。所以上述所列的影響范圍大小的參數(shù),只是采用了IEC規(guī)定,而該規(guī)定迄今為止只是一個原則性規(guī)定,無具體尺寸可遵循。由于實際生產(chǎn)裝置的工藝、設備、儀表、通風布置等條件各不相同,在具體設計中均需結合實際情況妥善選擇,才能確保安全。具體劃分尺寸見有關規(guī)范(GB50058-92)。

在區(qū)域劃分中有兩個場所要特別引起注意,一是裝置區(qū)內(nèi)的變配電所,應盡量布置在爆炸危險區(qū)域范圍以外,位于爆炸危險區(qū)域場所附加 2區(qū)內(nèi)的變配電所,設計中其室內(nèi)外地坪高差應 ＞0.6 m。二是加熱爐區(qū)的爆炸危險區(qū)域,離爐子外壁 1.5 m內(nèi)應視為非防爆區(qū)。

在爆炸危險區(qū)域劃分后,應對其結果畫出“爆炸危險區(qū)域劃分圖”,作為在該區(qū)域范圍內(nèi)的電氣設備的選型依據(jù)。

4 爆炸危險場所防爆電氣設備選型

在選擇使用于爆炸危險場所的電氣設備前,應首先明確以下內(nèi)容：①燃炸危險場所環(huán)境的類別,是燃炸性氣體環(huán)境還是燃炸性粉塵環(huán)境。不同的爆炸性介質(zhì)其電氣設備的防爆結構要求是不一樣的。我們通常說的防爆設備大多指的是爆炸性氣體環(huán)境中使用的,如 dⅡBT4、dⅡCT6等等,而用于爆炸性粉塵環(huán)境的電氣設備應為防塵結構(標志為DP,主要用于可燃性非導電粉塵和可燃纖維的 11區(qū)環(huán)境)或塵密結構(標志為DT,主要用于爆炸性粉塵 10區(qū)環(huán)境和其它爆炸性粉塵 11區(qū)環(huán)境)。②環(huán)境中爆炸性氣體混合物的爆炸級別,即ⅡA、ⅡB、ⅡC。這是相應于設備的最大試驗安全間隙和最小點燃電流比的分級。其級別根據(jù)產(chǎn)生爆炸性氣體的介質(zhì)不同而不同,如丙烷屬ⅡA、乙烯屬ⅡB、乙炔和氫屬ⅡC等。從ⅡA到ⅡC隨著防爆電氣設備的最大試驗安全間隙和最小點燃電流比的逐級減小而其防爆要求逐級提高。③環(huán)境中爆炸性氣體混合物的組別或引燃溫度。這是易燃性物質(zhì)的氣體或蒸氣與空氣形成的混合物在規(guī)定條件下被熱表面引燃的最低溫度。從組別 T1到 T6隨著引燃溫度的降低,其電氣設備的防爆要求逐級提高。④周圍環(huán)境對防爆電氣設備的選型要求。如周圍環(huán)境內(nèi)化學的、機械的、熱的、霉菌等不同環(huán)境條件,在防爆電氣設備選型時應同時考慮。

在考慮以上幾條基本要求后,可選擇能滿足要求的防爆電氣產(chǎn)品。對有些必須布置在爆炸危險區(qū)域內(nèi)的電氣設備,當其防爆要求不能滿足場所要求時,可采用正壓通風的措施來達到防爆的要求。有關正壓通風的具體要求詳見國標 GB50058-92。

按國家標準《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》規(guī)定,各種防爆類型標志如下：

隔爆型,d;增安型,e;本質(zhì)安全型,ia,ib;正壓型,p;充油型,o;充砂型,q;無火花型,n;特殊型,s。

電氣設備分為兩類：Ⅰ類為煤礦井下用的電氣設備;Ⅱ類為工廠用的電氣設備;如工廠用的隔爆型B級 T4組：dⅡBT4;工廠用的增安型B級 T3一組：eⅡBT3。

5 結束語

在爆炸危險區(qū)域環(huán)境內(nèi),除本文所述爆炸危險區(qū)的劃分、電氣設備的選型外,要保證安全生產(chǎn),還有許多方面要考慮。如電氣線路的設計安裝、接地系統(tǒng)的設計安裝等,這方面國家規(guī)范和有關設計手冊都有嚴格的標準和詳細的介紹。文中所寫內(nèi)容,僅為作者對規(guī)范的一些理解和工作中的一些體會,希望能對廣大工程設計人員起到拋磚引玉的作用。如有不當之處,請各位同仁批評指正。

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1003-3467(2010)16-0091-03

2010-07-21

劉道芳(1969-),男,中教一級,從事教學研究工作,電話：13839277098。