程 微，肖曉凌，李宗偉，徐 進(jìn)，金信岑

（深圳市杉葉實(shí)業(yè)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

油氣田設(shè)施對(duì)于布置在危險(xiǎn)區(qū)Ⅱ類(lèi)區(qū)域的設(shè)備均有嚴(yán)格要求，海上設(shè)施通常選擇ExdIIBT4 級(jí)別對(duì)電氣防爆進(jìn)行規(guī)范，能夠達(dá)到IP56 的防護(hù)等級(jí)，海上設(shè)施危險(xiǎn)區(qū)II 類(lèi)區(qū)域的潛水系統(tǒng)必須滿(mǎn)足A60 防火要求。海上油氣開(kāi)采設(shè)施的固有特點(diǎn)，使得設(shè)施水下部分的檢測(cè)要以潛水作業(yè)方式完成。在海上設(shè)施潛水作業(yè)工程項(xiàng)目中，由于受場(chǎng)地限制，潛水系統(tǒng)常常需要布置在危險(xiǎn)區(qū)II類(lèi)區(qū)域。潛水系統(tǒng)布放在危險(xiǎn)區(qū)II 類(lèi)區(qū)域，在既符合各相關(guān)潛水標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求的同時(shí)，又能夠滿(mǎn)足防爆、防火安全要求，是實(shí)現(xiàn)潛水系統(tǒng)滿(mǎn)足危險(xiǎn)區(qū)II 類(lèi)區(qū)域作業(yè)安全要求的根本。

1 防爆電氣設(shè)備選型

在具備可燃物、助燃的氧氣等物質(zhì)，以及高溫、電弧、火花等引燃源的情況下，爆炸才有可能發(fā)生。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)爆炸事故的有效控制，海油單位需要針對(duì)上述結(jié)構(gòu)條件制定相應(yīng)的控制措施，避免同時(shí)具備3 個(gè)條件。在實(shí)際操作時(shí)，相關(guān)單位針對(duì)防爆工作研發(fā)了多種技術(shù)，能夠?qū)ΡㄎｋU(xiǎn)環(huán)境進(jìn)行遏制以規(guī)避其形成，同時(shí)對(duì)爆炸進(jìn)行阻止。

（1）隔爆型（d）。隔爆型防爆是把設(shè)備可能成為點(diǎn)燃源的部件全部封閉在一個(gè)外殼內(nèi)，其外殼能夠承受內(nèi)部的可燃性氣體在內(nèi)部爆炸而不損壞，同時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致可燃性氣體于殼體外部出現(xiàn)爆炸情況。

（2）增安型（e）。此類(lèi)防爆設(shè)備的原理：通過(guò)一定的附加措施避免正常運(yùn)行期間無(wú)法變成點(diǎn)燃源的元器件成為點(diǎn)燃源，通過(guò)對(duì)其安全可靠性的提升來(lái)規(guī)避電火花等問(wèn)題的出現(xiàn)。

（3）本質(zhì)安全型（i）。此類(lèi)防爆設(shè)備用于規(guī)避可燃?xì)怏w的點(diǎn)燃情況，設(shè)備內(nèi)部電路無(wú)論是故障、正常運(yùn)行，都不會(huì)因產(chǎn)生的電火花導(dǎo)致可燃?xì)怏w燃燒。相對(duì)而言，這類(lèi)防爆設(shè)備更加安全，在儀表檢測(cè)元件中應(yīng)用較為廣泛。

（4）正壓型（p）。此類(lèi)防爆設(shè)備能夠依靠對(duì)設(shè)備內(nèi)外氣壓的控制來(lái)規(guī)避可燃?xì)怏w進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，其正常運(yùn)行時(shí)的殼內(nèi)氣壓比外界氣壓高。

現(xiàn)階段海洋石油平臺(tái)均要求具備ExdIIBT4 級(jí)別的電氣防爆能力，具有IP56 的防護(hù)等級(jí)。ExdIIBT4 中的英文數(shù)字符號(hào)解釋?zhuān)篍x 代表防爆電氣標(biāo)識(shí)，d 代表隔爆型設(shè)備，IIB 代表氣體組別，而T4 指電氣設(shè)備不會(huì)具有超過(guò)135 ℃的表面溫度，而防水防塵等外殼性能要求則用IP56 來(lái)規(guī)范。電池間的標(biāo)準(zhǔn)也在海洋石油平臺(tái)中進(jìn)行了規(guī)范，電池在充放電過(guò)程中并不會(huì)導(dǎo)致天然氣等危險(xiǎn)氣體的出現(xiàn)，但是會(huì)形成IIC 類(lèi)氣體中的氫氣，這也導(dǎo)致平臺(tái)會(huì)針對(duì)電池間使用ExdIICT4 級(jí)別的電氣防爆能力。

按照以上技術(shù)要求，確定用于危險(xiǎn)區(qū)II 類(lèi)區(qū)域潛水系統(tǒng)的防爆設(shè)計(jì)使用范圍為ExdIIAT3。針對(duì)潛水系統(tǒng)中不同的設(shè)備，如機(jī)械動(dòng)力設(shè)備、電控元器件、空壓機(jī)組、電接插件、低壓電氣控制以及監(jiān)控系統(tǒng)電器柜等，確定采用本安型（i）、增安型（e）、隔爆型（d）、正壓外殼型（Expz）等不同的防爆技術(shù)單獨(dú)或組合使用的方式，并采用IP56 防護(hù)等級(jí)的技術(shù)路線(xiàn)。

2 空氣潛水系統(tǒng)電氣設(shè)備防爆措施

2.1 強(qiáng)電設(shè)備防爆措施

空氣潛水系統(tǒng)使用的電氣設(shè)備在防爆功能方面具有更高要求，需要具備規(guī)避外殼高溫、器械表面高溫、電火花、摩擦沖擊火花等方面的防護(hù)能力。同時(shí)，設(shè)備能夠?qū)δΣ翙C(jī)械部件產(chǎn)生的高溫和火花進(jìn)行防護(hù)。通過(guò)設(shè)置強(qiáng)電設(shè)備防爆控件柜，控制柜采用的電氣設(shè)備為隔爆型（d），防爆控制柜本質(zhì)為動(dòng)力箱，同時(shí)也是配電箱，能夠?qū)φ彰麟娫催M(jìn)行控制；一般而言，防爆控制柜通過(guò)組合式的結(jié)構(gòu)搭建二次，能夠?qū)?2 個(gè)回路進(jìn)行控制，同時(shí)采取絕緣外殼包裝，絕緣等級(jí)可達(dá)A60；控制柜中的元件組成為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、繼電器、接觸器、按鈕、斷路器、信號(hào)燈等，這些元器件采用增安型（e）電氣設(shè)備。機(jī)柜需要遵循設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，按要求設(shè)計(jì)斷路器、輔助、保護(hù)相關(guān)設(shè)備以及測(cè)量?jī)x表，使系統(tǒng)具備低壓控制功能。控制工作依靠正壓系統(tǒng)開(kāi)展時(shí)，壓力數(shù)值達(dá)到機(jī)柜規(guī)定數(shù)值的情況下，報(bào)警將會(huì)自動(dòng)發(fā)出，無(wú)論是低壓還是高壓，系統(tǒng)都能夠自動(dòng)發(fā)出報(bào)警。此外，該控制柜還具備自動(dòng)開(kāi)門(mén)以及手動(dòng)緊急操作停機(jī)等聯(lián)鎖保護(hù)功能，具有較強(qiáng)的保護(hù)能力，電氣防爆等級(jí)達(dá)到ExdIIBT4。

所有的隔爆型或增安型部件及元器件均按照相應(yīng)的溫度組別T3 進(jìn)行選型，從而確保最高表面溫度符合相關(guān)要求。設(shè)備允許溫度組別、引燃溫度以及溫度組別等參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 Ⅱ類(lèi)防爆電氣設(shè)備最高允許溫度和引燃溫度對(duì)照

2.2 弱電設(shè)備防爆措施

弱電電路以及設(shè)備通常外置于空氣潛水系統(tǒng)，應(yīng)用的防爆電氣設(shè)備多數(shù)情況下為本安型（ia 或ib），涉及的弱電設(shè)備主要為氣源集裝箱、安全聯(lián)鎖裝置、潛水控制室、信號(hào)傳感裝置、DDC操控室的各外置控制開(kāi)關(guān)、通信裝置等。通信、音視頻錄音錄像監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)監(jiān)控設(shè)備和備用應(yīng)急電源等數(shù)量和組合較多，難以采用隔爆型的防爆技術(shù)，只能采用正壓通風(fēng)型。在防爆原理方面，正壓型設(shè)備以外殼包裹電氣設(shè)備，通過(guò)將保護(hù)線(xiàn)氣體將殼內(nèi)空間填滿(mǎn)，避免內(nèi)部存在可燃?xì)怏w，同時(shí)也使得內(nèi)部氣壓比周邊爆炸性的環(huán)境更低，進(jìn)而避免殼內(nèi)混入外界爆炸物，滿(mǎn)足設(shè)備防爆需求?！皃”標(biāo)志即代表正壓型防爆設(shè)備。

正壓型電氣裝置在防爆性能方面具有較高的要求，設(shè)備內(nèi)部應(yīng)用增加測(cè)量?jī)x表、繼電器等起保護(hù)作用的裝置。而且，在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)應(yīng)用的正壓型電氣設(shè)備需要對(duì)相關(guān)保障裝置進(jìn)行改進(jìn)，確保其防爆能力滿(mǎn)足設(shè)備工作環(huán)境中的實(shí)際需求。裝設(shè)補(bǔ)償外殼的正壓型設(shè)備則需要配置專(zhuān)用的保護(hù)元器件，主要類(lèi)型為電力參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器、時(shí)間繼電器等，確保設(shè)備始終將換氣量維持在正常水平，避免電源接通于存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候，確保啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備外殼內(nèi)部不會(huì)具有超出濃度要求的爆炸物。此外，最小換氣量需要按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，一般為5 倍的連接管道及外殼容量。

2.3 導(dǎo)線(xiàn)布線(xiàn)模式防爆電氣設(shè)備的設(shè)置

海油平臺(tái)通常針對(duì)防爆設(shè)備選用電纜傳輸相應(yīng)的信號(hào)并滿(mǎn)足供電需求，GB 3836.15—2000 和AQ 3009—2007 指出：第一，低壓電纜選型過(guò)程中需要確保線(xiàn)路工作電壓不超過(guò)其額定電壓，同時(shí)需要具有至少500 V 的額定電壓；第二，針對(duì)經(jīng)過(guò)多個(gè)區(qū)域的電纜，需要通過(guò)防火隔墻或阻火堵料做好區(qū)域間隔離工作；第三，如果導(dǎo)線(xiàn)用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)，則其需要具備致密、阻燃等重要性能，現(xiàn)階段常用的電纜多為YZW、RVVP、YCW 以及BVV 等；第四，電纜中間頭不能在危險(xiǎn)區(qū)域出現(xiàn)，特殊情況下可以通過(guò)防爆盒收納中間頭，這類(lèi)問(wèn)題在平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)較為普遍，建議針對(duì)相關(guān)電纜使用增安型或隔爆型接線(xiàn)箱重新連接；第五，不同的區(qū)域需要對(duì)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如一區(qū)可以對(duì)本質(zhì)安全除外的線(xiàn)路用銅芯導(dǎo)線(xiàn)敷設(shè)，而且除了銅芯導(dǎo)線(xiàn)也可以使用鋁芯導(dǎo)線(xiàn)，但需要避免導(dǎo)線(xiàn)直徑小于16 mm；第六，針對(duì)電氣設(shè)備電源，應(yīng)該加裝保護(hù)裝置，避免因短路、過(guò)負(fù)荷、接地等問(wèn)題引發(fā)次生故障。如果電氣設(shè)備在爆炸危險(xiǎn)區(qū)裝設(shè)，則需要做好外殼接地工作。一般而言，電纜布設(shè)過(guò)程中，引入口更容易出現(xiàn)堵漏問(wèn)題，需要通過(guò)填料和彈性密封圈提升電纜密封效果。

防爆電氣設(shè)備通常選擇填料函式法密封導(dǎo)線(xiàn)，具體操作時(shí)需要提前引入導(dǎo)線(xiàn)的鎧裝層至鎧裝構(gòu)件內(nèi)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)工具分開(kāi)電纜，同時(shí)利用刮勺按照順序在電線(xiàn)周邊填充防爆膠泥，并在填料固化的情況下安置構(gòu)件。

3 空氣潛水系統(tǒng)電氣設(shè)備防爆注意事項(xiàng)

3.1 正確選擇防爆型號(hào)

老舊平臺(tái)的設(shè)施更容易出現(xiàn)選型不合理的情況，新建平臺(tái)更容易在成套設(shè)備中出現(xiàn)問(wèn)題，大多數(shù)為電氣設(shè)備無(wú)防爆能力，將n 型防爆設(shè)備用于I 類(lèi)區(qū)域，IIB 類(lèi)設(shè)備用于IIC 類(lèi)電池間等環(huán)境等。為此，海油單位需要在合同以及技術(shù)文件中列明工作要求，嚴(yán)禁廠(chǎng)家采購(gòu)能效指標(biāo)、安全性能等不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的防爆電器設(shè)備，同時(shí)也需要設(shè)備廠(chǎng)家提供相關(guān)的生產(chǎn)許可證、合格證、說(shuō)明書(shū)、檢測(cè)報(bào)告等相關(guān)文件；在驗(yàn)收階段，海油單位也需要對(duì)照合格證中的內(nèi)容與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的銘牌說(shuō)明等是否一致，避免存在防爆設(shè)備選型不符合要求的情況。

3.2 防爆標(biāo)識(shí)齊全清晰

老舊設(shè)備中更容易出現(xiàn)防爆標(biāo)識(shí)等方面的問(wèn)題，如銘牌內(nèi)容不清晰（油污覆蓋）、因銘牌脫落而影響防爆信息確認(rèn)的情況，也存在防爆標(biāo)準(zhǔn)、防爆合格編號(hào)等在銘牌中未體現(xiàn)的情況。部分設(shè)備銘牌中指出該設(shè)備具有隔爆能力，然而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備卻將橡膠襯墊布置于隔爆接合面部位；部分銘牌雖然標(biāo)明設(shè)備為隔爆型，然而其結(jié)構(gòu)形式卻不符合相關(guān)保障?？梢詫?duì)設(shè)備防爆能力方面的問(wèn)題進(jìn)行再次確認(rèn)，若結(jié)果表明該防爆設(shè)備無(wú)異常情況，則需要對(duì)設(shè)備的防爆信息進(jìn)行再次標(biāo)識(shí)，對(duì)于防爆標(biāo)志存在缺陷、防爆合格證編號(hào)不存在等情況，需要從防爆性能方面進(jìn)行設(shè)備核查，對(duì)于不合格的防爆設(shè)備，必須根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)劃分圖，參照AQ 3009—2007第5 條相關(guān)規(guī)定重新選型并更換。

3.3 引入裝置

GB 3836—2010 指出，防爆電器設(shè)備在安裝引入裝置（導(dǎo)管、電纜）的情況下，需要確保防爆特性依然可靠。電纜封堵異常情況多為引入的外部電纜未能按標(biāo)準(zhǔn)封堵到位，復(fù)合型防爆產(chǎn)品未能封堵各腔間的線(xiàn)纜孔洞。海油設(shè)施的電纜引入裝置主要為密封圈式以及填料式兩種類(lèi)型。在新建項(xiàng)目中，需要自驗(yàn)收所采購(gòu)的防爆設(shè)備開(kāi)始，才能基于標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備相關(guān)附件進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，確認(rèn)存在兩個(gè)及以上腔體的設(shè)備所封堵的穿腔孔是否符合要求，現(xiàn)場(chǎng)安裝階段，則需要提前對(duì)安裝人員的技能水平進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)也需要確保監(jiān)理人員掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)安裝情況就那些細(xì)致核查。對(duì)于在役設(shè)備，海油單位可以組織專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)專(zhuān)門(mén)核對(duì)防爆電氣設(shè)備狀態(tài)，在停產(chǎn)檢修的過(guò)程中對(duì)無(wú)引入裝置、繞性管直連引入口等問(wèn)題及時(shí)整改，確保引入裝置能夠嚴(yán)格匹配引入口形狀以及設(shè)備防爆類(lèi)型。在日常檢查工作中，工作人員也需要基于本質(zhì)安全的工作目標(biāo)按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)解決發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)強(qiáng)電設(shè)備、弱電設(shè)備及連接電纜的防爆措施的研究，來(lái)滿(mǎn)足空氣潛水系統(tǒng)中電氣防爆的有關(guān)規(guī)定。為保障海上油氣設(shè)施的完整性提供了強(qiáng)有力支持，同時(shí)提升我國(guó)潛水裝備的研發(fā)、制造能力和行業(yè)潛水作業(yè)水準(zhǔn)，對(duì)保障國(guó)家能源安全具有重要意義。