趙瑞萍 張夏禹 航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司 蘭州 730010

化工裝置多是存在易燃易爆介質(zhì)的危險(xiǎn)場(chǎng)所，其操作壓力高、裝置規(guī)模大，更增加了其危險(xiǎn)程度。對(duì)裝置的安全運(yùn)行已經(jīng)成為貫徹裝置全生命周期的必然追求。為了降低過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，滿足HSE的要求，對(duì)過(guò)程進(jìn)行本質(zhì)安全設(shè)計(jì)顯得尤為緊要。

因此，在化工裝置的電氣設(shè)計(jì)中，必須把電氣防爆安全作為設(shè)計(jì)方案的首要因素考慮，從項(xiàng)目的概念設(shè)計(jì)開(kāi)始就應(yīng)該貫徹本質(zhì)安全的電氣設(shè)計(jì)，研究和考慮各種影響安全的因素，充分考慮生產(chǎn)、維修過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)，有效提高防爆危險(xiǎn)場(chǎng)所的設(shè)計(jì)水平，降低由于電氣原因發(fā)生爆炸危險(xiǎn)的概率。

1 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分是根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間確定的，分為0 區(qū)、1區(qū)、2 區(qū)。根據(jù)工藝及有關(guān)專業(yè)提供的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分條件圖和釋放源的等級(jí)，按照《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50016 -2014劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域:

(1)存在連續(xù)級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為0 區(qū)。

(2)存在第一級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為1 區(qū)。

(3)存在第二級(jí)釋放源的區(qū)域可劃為2 區(qū)。

在生產(chǎn)裝置中0 區(qū)是極個(gè)別的，大多數(shù)屬于2區(qū)，在設(shè)計(jì)中劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，應(yīng)采取合理措施盡量減少1 區(qū)。根據(jù)通風(fēng)條件調(diào)整區(qū)域劃分，當(dāng)通風(fēng)良好時(shí)，降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí);當(dāng)通風(fēng)不良時(shí)，提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍劃分，除了按照規(guī)范條文的規(guī)定以外，還與易燃物質(zhì)的泄出量、釋放速度、釋放的爆炸性氣體混合物的濃度、易燃液體的沸點(diǎn)、液體混合物初沸點(diǎn)、閃點(diǎn)、爆炸下限、通風(fēng)量等有關(guān)。這些量的增加與減少都與爆炸危險(xiǎn)區(qū)域范圍的劃分有直接的關(guān)系。在實(shí)際工作中界定這些量的因素較復(fù)雜，并且實(shí)際生產(chǎn)裝置的工藝、設(shè)備、儀表、通風(fēng)布置等條件各不相同，在具體設(shè)計(jì)中均需結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》具體劃分尺寸妥善選擇，才能確保安全經(jīng)濟(jì)。

2 總圖布置

進(jìn)行總圖布置時(shí)，與總圖專業(yè)充分協(xié)商，變配電所和控制室在滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016 -2014 防火間距的要求及其它要求外，應(yīng)盡量布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域外，且盡可能的深入負(fù)荷中心、接近電源側(cè)，并考慮進(jìn)出線方便、運(yùn)輸設(shè)備方便;不設(shè)在污染源主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，不設(shè)在火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的正上方或正下方，不設(shè)在可能積水的場(chǎng)所。如因場(chǎng)地、工藝流程、物流方便等原因不能滿足安全間距時(shí)，應(yīng)采取有效措施。如:設(shè)計(jì)抗爆控制室、做抗爆墻、在爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)設(shè)置正壓室，位于1 區(qū)、2 區(qū)附近的變配電所室內(nèi)地面高出室外地面0.6m。當(dāng)變配電所位于一般環(huán)境時(shí)，室內(nèi)地面應(yīng)高出室外地面0.15 ～0.3m。

3 電氣設(shè)備選用

防爆電氣設(shè)備的選擇必須具備兩項(xiàng)基礎(chǔ)資料:①爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)和范圍的劃分。應(yīng)具備爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖，各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)域范圍及電氣設(shè)備的位置。②爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)氣體或蒸氣的級(jí)別、組別及危險(xiǎn)介質(zhì)的數(shù)據(jù)。

(1)以“爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖”作為各裝置區(qū)域范圍內(nèi)的電氣設(shè)備的選型依據(jù)，根據(jù)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的分區(qū)、電氣設(shè)備的種類和防爆結(jié)構(gòu)的要求選擇相應(yīng)的電氣設(shè)備。選用的防爆電氣設(shè)備的級(jí)別和組別，不應(yīng)低于該爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)爆炸性氣體混合物的級(jí)別和組別，當(dāng)存在有兩種以上易燃性物質(zhì)形成的爆炸性氣體混合物時(shí)，按危險(xiǎn)程度較高的級(jí)別和組別選用防爆電氣設(shè)備。

(2)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)在布置上和防護(hù)上采取措施，應(yīng)符合周圍環(huán)境內(nèi)化學(xué)、機(jī)械、熱的、霉菌以及風(fēng)沙等不同環(huán)境條件對(duì)電氣設(shè)備的要求。

(3)防爆電氣設(shè)備按照防爆措施分為本質(zhì)安全型、隔爆型、增安型等不同的類型。應(yīng)根據(jù)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)、電氣設(shè)備的種類和使用條件，選擇相應(yīng)的電氣設(shè)備。

(4)選用防爆電氣設(shè)備時(shí)必須根據(jù)環(huán)境特征同時(shí)提出外殼防護(hù)等級(jí)要求和耐腐蝕要求。

在考慮以上幾項(xiàng)基本要求后，可選擇能滿足要求的防爆電氣產(chǎn)品。對(duì)有些必須布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，而其防爆要求又不能滿足場(chǎng)所要求的時(shí)候，可采用正壓通風(fēng)的措施來(lái)達(dá)到防爆的要求。

4 配電線路設(shè)計(jì)

配電線路設(shè)計(jì)是化工廠電氣設(shè)計(jì)中重要內(nèi)容。由于工藝管道錯(cuò)綜復(fù)雜，管道內(nèi)介質(zhì)、溫度、壓力、流量等因素的特殊性，且配電線路一旦敷設(shè)完成，就存在檢修困難，更換不易、出現(xiàn)故障不好查找等問(wèn)題，因此配電線路設(shè)計(jì)通常又成為化工電氣設(shè)計(jì)中最薄弱的環(huán)節(jié)。

根據(jù)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058 -2014 規(guī)定，爆炸性氣體環(huán)境中，在滿足生產(chǎn)及安全的前提下，應(yīng)減少防爆電氣設(shè)備的數(shù)量，減少危險(xiǎn)源。因此，電氣線路應(yīng)在爆炸危險(xiǎn)性較小的環(huán)境中敷設(shè)，故爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所首選放射式配電方式。

防爆場(chǎng)所內(nèi)線路敷設(shè)方式應(yīng)根據(jù)易燃易爆物質(zhì)的不同而不同，易燃易爆物質(zhì)通常比重比空氣重，電氣線路應(yīng)在較高處敷設(shè)、直接埋地或采用電纜橋架架空敷設(shè)，易燃易爆物質(zhì)比空氣輕時(shí)，電氣線路在較低處敷設(shè)或電纜溝內(nèi)敷設(shè)。具體敷設(shè)高度需參照“爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分立面圖”，同時(shí)考慮與工藝管道的距離及碰撞檢查。敷設(shè)電纜線路的溝道、電纜或鋼管所穿過(guò)的不同區(qū)域之間墻或樓板處的孔洞，應(yīng)采用非燃性材料嚴(yán)密堵塞。

工藝裝置內(nèi)管道較多，電纜橋架與一般工藝管道平行架設(shè)時(shí)，間距不小于400mm;與具有腐蝕性液體管道平行架設(shè)時(shí)不小于500mm，且應(yīng)采取防腐措施;與蒸汽管道平行架設(shè)時(shí)不小于1000mm。

在0 區(qū)內(nèi)，只允許敷設(shè)本安型電纜。

在1 區(qū)、2 區(qū)內(nèi)可采用阻燃電纜配線，也可采用阻燃銅芯導(dǎo)線穿低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管敷設(shè)，并且其導(dǎo)體允許載流量，不應(yīng)小于熔斷器熔體電流的1.25 倍和自動(dòng)開(kāi)關(guān)延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流的1.25 倍，引向電壓為1000V 以下鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)支線的長(zhǎng)期允許載流量，不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定電流的1.25 倍。

5 防雷接地設(shè)計(jì)

5.1 防雷設(shè)計(jì)

與一般的建筑物相比，爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物遭受雷擊時(shí)，將可能造成巨大的破壞和人身傷亡，故其防雷措施比一般環(huán)境工業(yè)建筑物更為嚴(yán)格和復(fù)雜。《石油化工裝置防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50650 -2011 將化工裝置區(qū)分為廠房房屋類場(chǎng)所和戶外裝置區(qū)場(chǎng)所。廠房房屋類場(chǎng)所的防雷接地按《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057 - 2011 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

廠房房屋類為封閉場(chǎng)所，能限制爆炸性氣體混合物向大氣擴(kuò)散，并在一定時(shí)間維持其爆炸危險(xiǎn)濃度，一旦點(diǎn)燃，其爆炸壓力巨大，將導(dǎo)致設(shè)備和建筑物破損。對(duì)此類場(chǎng)所采用外部防雷裝置進(jìn)行全面保護(hù)。

戶外裝置區(qū)為露天的或?qū)Υ髿獬ㄩ_(kāi)的，空氣通暢，爆炸性氣體混合物易于消散，爆炸危險(xiǎn)濃度消失較快，一旦點(diǎn)燃，其爆炸壓力很低，不易造成危害。對(duì)此類場(chǎng)所側(cè)重于戶外設(shè)備設(shè)施的防雷保護(hù)。屬于此類場(chǎng)所:爐區(qū)、塔區(qū)、機(jī)器設(shè)備區(qū)、靜設(shè)備區(qū)、儲(chǔ)罐區(qū)、液體裝卸站、粉粒料筒倉(cāng)、冷卻塔、框架、管架、煙囪、火炬等。

半敞開(kāi)式和敞開(kāi)式廠房是屬于廠房房屋類場(chǎng)所和戶外裝置區(qū)場(chǎng)所之間的過(guò)渡場(chǎng)所。宜根據(jù)建筑形式、易燃易爆物質(zhì)放散量和通風(fēng)條件確定該局部的防雷設(shè)計(jì)。在易燃易爆物質(zhì)和放散不利的環(huán)境，宜按戶內(nèi)場(chǎng)所設(shè)計(jì)。

廠房房屋類場(chǎng)所的防雷分類應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057 -2011 的有關(guān)規(guī)定。戶外裝置類構(gòu)筑物防雷分類和防雷設(shè)計(jì)應(yīng)注意:①要依據(jù)爆炸性氣體的環(huán)境，按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間來(lái)分區(qū);②要根據(jù)易燃物質(zhì)的泄出量，釋放的爆炸性氣體、混合物濃度、易燃液體的沸點(diǎn)、爆炸下限、閃點(diǎn)、通風(fēng)量等等來(lái)確定爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍;③依據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境，正確劃分火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域，嚴(yán)格掌握和運(yùn)用《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50160 -2008 進(jìn)行防雷、防火的設(shè)計(jì)。

需要特別注意的是對(duì)于突出屋面的排放爆炸性氣體的放散管、排風(fēng)管、煙囪、呼吸閥等設(shè)施的防雷措施，首先確定為幾類防雷建筑物、排放物是否達(dá)到爆炸濃度、排放是否點(diǎn)火燃燒、是否裝設(shè)阻火器等等，從而確定是否可以利用其金屬管壁(帽)作為接閃器。如果需要裝設(shè)接閃器，接閃器是否必須保護(hù)到上述空間，還是可以縮小防雷區(qū)域僅保護(hù)到管口。

對(duì)于排放無(wú)爆炸性氣體的放散管、煙囪，1區(qū)、11 區(qū)和2 區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的自然通風(fēng)管，可利用其金屬管壁(帽)作為接閃器，但應(yīng)與屋面防雷裝置可靠連接，非金屬物體且在屋面接閃器保護(hù)范圍之外，應(yīng)裝設(shè)接閃器，并和屋面防雷裝置相連。

另外，有爆炸危險(xiǎn)的露天封閉鋼罐的防雷露天裝設(shè)有爆炸危險(xiǎn)的封閉鋼罐和工藝裝置(石油、化工類鋼罐除外)，當(dāng)其壁厚不小于4mm 時(shí)，一般可不裝接閃器，但應(yīng)接地，且接地點(diǎn)不應(yīng)少于2處，兩接地點(diǎn)間距離不宜大于30m，當(dāng)采用接閃器保護(hù)時(shí)，其外表面的2 區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境可不在保護(hù)范圍內(nèi)。對(duì)浮頂罐應(yīng)將浮頂與罐體用兩根截面積不小于2.5mm2的軟銅線作良好的電氣連接。引入、引出罐體的金屬管道應(yīng)在法蘭等接頭處做好電氣連接。

5.2 接地設(shè)計(jì)

一般普通環(huán)境接地設(shè)計(jì)主要考慮的因素是保護(hù)人身安全，但是在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境接地設(shè)計(jì)中，還需要考慮抑制危險(xiǎn)電壓及過(guò)電流形成引燃源，是電氣設(shè)計(jì)非常重要的部分。在爆炸性氣體環(huán)境中，當(dāng)發(fā)生短路、泄漏電流增大、雷電感應(yīng)過(guò)電壓或產(chǎn)生靜電時(shí)，抑制危險(xiǎn)電壓及過(guò)電流，極為有效的措施就是接地。

根據(jù)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058 -2014 規(guī)定，爆炸性氣體環(huán)境1 區(qū)內(nèi)的所有電氣設(shè)備以及爆炸性氣體環(huán)境2 區(qū)內(nèi)除照明燈具以外的其它電氣設(shè)備都必須進(jìn)行可靠接地，以確保運(yùn)行的安全可靠。對(duì)于電氣設(shè)備的金屬外殼和鎧裝電纜的接線盒，都必須具有外接地螺栓，并標(biāo)出接地符號(hào)，采用專門的接地線。

防爆廠房低壓配電系統(tǒng)的接地形式多數(shù)采用TN-S 系統(tǒng)，采用總等電位聯(lián)結(jié)，在廠房?jī)?nèi)設(shè)接地干線，采用25 ×4 熱鍍鋅扁鋼距地或樓板0.3m 處敷設(shè)，并與廠房總等電位聯(lián)結(jié)端子板相連，同時(shí)接地干線應(yīng)與混凝土柱內(nèi)鋼筋按規(guī)范要求聯(lián)結(jié)成電氣通路，所有正常不帶電的設(shè)備金屬外殼，暖通專業(yè)的風(fēng)管、吊車軌道，工藝金屬構(gòu)架，鋼平臺(tái)和電纜橋架等均應(yīng)接地，連接點(diǎn)不少于2。

接地設(shè)備要按照規(guī)定安裝，需要通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，方能投入運(yùn)行。

6 其它措施

化工裝置中本質(zhì)電氣安全設(shè)計(jì)是一項(xiàng)多專業(yè)配合的工作，在防爆廠房?jī)?nèi)可讓通風(fēng)專業(yè)采用通風(fēng)換氣方式，達(dá)到降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)的目的;在可通過(guò)設(shè)置可燃?xì)怏w濃度報(bào)警器，并與防爆排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖啟停的方式，控制廠房?jī)?nèi)爆炸性混合氣體的濃度;可與建筑專業(yè)協(xié)商，將臨近正常環(huán)境的泄爆窗改為只可采光不可開(kāi)啟式的泄爆窗，從而阻止爆炸性混合氣體泄漏，縮小爆炸危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域等等。

7 結(jié)語(yǔ)

本質(zhì)電氣安全設(shè)計(jì)是化工裝置電氣設(shè)計(jì)的核心指導(dǎo)思想，它是電氣安全的關(guān)鍵所在。

電氣設(shè)計(jì)必須把本質(zhì)安全作為設(shè)計(jì)方案的首要因素來(lái)慎重對(duì)待，并應(yīng)貫徹施工和運(yùn)行之中。