湯森塏 張 科

（中國(guó)聯(lián)合工程有限公司）

0 引言

垃圾焚燒發(fā)電過(guò)程非常復(fù)雜， 其中包含較多的工序， 而且涉及較多的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)， 因此突出了垃圾焚燒發(fā)電廠電氣防爆設(shè)計(jì)工作的重要性， 通過(guò)完善電氣防爆設(shè)計(jì)工作， 有利于順利開(kāi)展相關(guān)生產(chǎn)， 并且保障生產(chǎn)過(guò)程的安全性， 避免發(fā)生安全事故。

1 電氣防爆設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

開(kāi)展電氣防爆設(shè)計(jì)工作， 主要是針對(duì)爆炸危險(xiǎn)性區(qū)域的電氣系統(tǒng)和設(shè)備。爆炸主要包括物理性爆炸和化學(xué)性爆炸【1】， 物理爆炸和化學(xué)爆炸的區(qū)別主要有三個(gè)方面： 定義不同； 爆炸的能量來(lái)源不同， 爆炸的發(fā)生過(guò)程不同。物理爆炸是指物理變化引起的能量來(lái)自于相變能運(yùn)動(dòng)能等繁榮爆炸； 化學(xué)爆炸是指有化學(xué)變化引起的能量來(lái)源是化學(xué)反應(yīng)能的爆炸。本文主要是分析垃圾焚燒發(fā)電廠化學(xué)性爆炸的電氣設(shè)計(jì)工作。

1.1 防爆區(qū)域

防爆區(qū)是電力系統(tǒng)在進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)時(shí)， 首先要確定的一個(gè)要素， 它是一種有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。在大氣環(huán)境中， 易燃性物質(zhì)以氣體、 蒸汽、 粉塵、 薄霧、 纖維或飛絮的形式， 與空氣構(gòu)成的混合物， 在被點(diǎn)燃之后， 還可以維持其自身傳播的狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范可以將防爆區(qū)域分為下列6個(gè)類別【2】：

爆炸性氣體環(huán)境應(yīng)根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間分為0 區(qū)、 1 區(qū)、 2 區(qū)， 分區(qū)應(yīng)符合下列規(guī)定：

0 區(qū)應(yīng)為連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境；

1 區(qū)應(yīng)為在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境；

2 區(qū)應(yīng)為在正常運(yùn)行時(shí)不太可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境， 或即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)根據(jù)爆炸性粉塵環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間分為20 區(qū)、 21 區(qū)、 22 區(qū)， 分區(qū)應(yīng)符合下列規(guī)定：

20 區(qū)應(yīng)為空氣中的可燃性粉塵云持續(xù)地或長(zhǎng)期地或頻繁地出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域；

21區(qū)應(yīng)為在正常運(yùn)行時(shí)， 空氣中的可燃性粉塵云很可能偶爾出現(xiàn)于爆炸性環(huán)境中的區(qū)域；

22區(qū)應(yīng)為在正常運(yùn)行時(shí)， 空氣中的可燃粉塵云一般不可能出現(xiàn)于爆炸性粉塵環(huán)境中的區(qū)域， 即使出現(xiàn)， 持續(xù)時(shí)間也是短暫的。

爆炸區(qū)不能實(shí)施明火作業(yè)， 但是由于垃圾焚燒電站是一個(gè)自動(dòng)化程度很高、 結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的系統(tǒng)， 不可避免得會(huì)有很多電氣設(shè)備在易燃易爆的環(huán)境中工作。在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候， 電氣設(shè)備會(huì)有發(fā)熱甚至是電火花的現(xiàn)象， 在特定的情況下， 就會(huì)引發(fā)爆炸的環(huán)境， 給人和設(shè)備帶來(lái)了很大的安全隱患。所以， 采用防爆電氣設(shè)備是很有必要的。

1.2 防爆電氣設(shè)備

防爆電氣設(shè)備是在特定的防爆條件下， 可以進(jìn)行安全操作的設(shè)備。為了保證設(shè)備的安全、 可靠， 在進(jìn)行防爆電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其工作環(huán)境中的危險(xiǎn)因素。本文介紹了防爆電氣設(shè)備的幾個(gè)特征： ①防爆構(gòu)造： 為了使電氣設(shè)備在有爆炸危險(xiǎn)的情況下能使用特定的防爆構(gòu)造。防爆結(jié)構(gòu)由外殼， 防爆元件，防爆配線等組成.②防爆水平： 防爆電氣設(shè)備必須根據(jù)其防爆水平來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的防爆水平， 保證其在各種防爆條件下均能正常工作。防爆級(jí)別有 IC、 IIC、 IIIC等。②抗爆能力： 抗爆電氣設(shè)備必須具有較強(qiáng)的抗爆能力， 也就是在某一特定的爆破力作用下， 可以平穩(wěn)地工作， 而且不會(huì)出現(xiàn)爆炸物等事故【3】。其抗爆能力與設(shè)備的設(shè)計(jì)， 材料和制造工藝密切相關(guān)。③防爆標(biāo)志： 對(duì)有爆炸危險(xiǎn)的電氣設(shè)備， 應(yīng)在醒目的地方標(biāo)明其爆炸危險(xiǎn)程度及爆炸危險(xiǎn)區(qū)域， 供使用者選用。④耐爆試驗(yàn)： 耐爆電氣設(shè)備必須經(jīng)耐爆試驗(yàn)， 確認(rèn)其滿足耐爆性能， 并能在耐爆的工作條件下正常工作。防爆試驗(yàn)主要有防爆性能試驗(yàn)、 防爆泄漏試驗(yàn)、 防爆破壞試驗(yàn)等。因此， 為了保證在有爆炸危險(xiǎn)的情況下，在設(shè)計(jì)、 制造及使用時(shí)， 必須要將爆炸危險(xiǎn)因素納入到設(shè)計(jì)、 制造及使用中， 才能保證設(shè)備在爆炸危險(xiǎn)條件下的安全工作。

防爆電氣設(shè)備通常可以被劃分成本質(zhì)安全型、 隔爆型和增安型等類型。本質(zhì)安全型 “i” 是指在電氣設(shè)備及連接線路中， 將接觸到易爆氣體的電子能量控制在不會(huì)因火星或高溫而被引燃的范圍之內(nèi)。防爆電氣設(shè)備 “d” 是指帶有防爆式外罩的電氣設(shè)備， 該外罩能夠經(jīng)受住易燃物質(zhì)的內(nèi)爆而不被破壞， 而且不會(huì)因外罩上的任何連接表面或構(gòu)造孔洞而引起一種或幾種以上的氣體或蒸汽的自燃而引起的外界易爆的電氣設(shè)備 “e” 是對(duì)一般工作狀態(tài)下無(wú)電弧和火花的電氣設(shè)備。以工程運(yùn)行條件為基礎(chǔ)， 合理劃分防爆區(qū)域， 并且在不同的區(qū)域利用不同的防爆電氣設(shè)備， 有利于保障電氣防爆設(shè)計(jì)效果【4】。

2 垃圾焚燒發(fā)電廠防爆設(shè)計(jì)原則

與火電廠相比， 垃圾焚燒發(fā)電廠因其所用的燃料特性， 在其工作條件上也有一定的特殊性?，F(xiàn)在， 隨著垃圾焚化爐的日產(chǎn)量越來(lái)越大， 堆場(chǎng)中的廢物儲(chǔ)量也越來(lái)越大。目前， 國(guó)內(nèi)垃圾分類系統(tǒng)尚不健全， 垃圾組分較為復(fù)雜， 且在運(yùn)輸和儲(chǔ)存時(shí)易產(chǎn)生甲烷、 氨氣、 H2S等易燃易爆氣體， 使得垃圾運(yùn)輸、 儲(chǔ)存及處置的地區(qū)極易形成易燃易爆環(huán)境。設(shè)計(jì)人員要明確工程的防爆范圍， 做好相應(yīng)的電氣防爆設(shè)計(jì)工作。

2.1 垃圾焚燒發(fā)電廠爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)源識(shí)別

垃圾焚燒發(fā)電廠爆炸性環(huán)境主要包括以下三個(gè)方面： 一是垃圾自身產(chǎn)生的可燃?xì)怏w， 二是常規(guī)煙氣凈化處理階段使用的氨水， 三是利用的燃油等。因此上述區(qū)域應(yīng)該被劃分為防爆區(qū)域【5】。

2.2 項(xiàng)目實(shí)例

某生活垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)方案中設(shè)計(jì)的防爆區(qū)域主要包括垃圾卸料平臺(tái)和垃圾儲(chǔ)存平臺(tái)以及滲瀝液收集池、 處理站等。

3 現(xiàn)存問(wèn)題

3.1 設(shè)計(jì)劃分不明確

在施工圖設(shè)計(jì)中， 涉及到防爆區(qū)域的專業(yè)可能包括電氣、 水工、 消防、 暖通和機(jī)務(wù)等， 但是在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中， 往往會(huì)出現(xiàn)各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)方案中， 對(duì)防爆區(qū)域的理解存在著差異， 這就導(dǎo)致了在工程設(shè)計(jì)中并沒(méi)有一個(gè)清晰的、 統(tǒng)一的防爆區(qū)域。這將給后續(xù)設(shè)備采購(gòu)， 現(xiàn)場(chǎng)施工， 甚至投入運(yùn)營(yíng)帶來(lái)諸多不便。所以， 要進(jìn)行好的計(jì)劃編制工作， 就必須對(duì)爆炸分區(qū)進(jìn)行清楚的認(rèn)識(shí)。此外， 與燃煤熱電廠相比， 垃圾焚燒發(fā)電廠的發(fā)展歷史還比較短暫， 有關(guān)的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有很好的完善， 各個(gè)設(shè)計(jì)公司都是根據(jù)自己過(guò)去所累積的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 這就很可能會(huì)因?yàn)閷?duì)危險(xiǎn)源的認(rèn)識(shí)不清而引起的設(shè)計(jì)失誤【6】。

3.2 防爆區(qū)域評(píng)定不具體

在確定了需要進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)的地區(qū)之后， 還要對(duì)每一個(gè)危險(xiǎn)區(qū)作 “0 區(qū)” 、 “1 區(qū)” 、 “2 區(qū)” 等評(píng)價(jià)。在實(shí)際施工過(guò)程中， 許多設(shè)計(jì)單位都沒(méi)有注意到這一點(diǎn)， 他們以為把危險(xiǎn)區(qū)劃分出來(lái)， 在這一范圍內(nèi)進(jìn)行正常的防爆設(shè)計(jì)就可以。但是， 這樣的 “通用” 設(shè)計(jì)通常并不適用。如果只因?yàn)樯a(chǎn)車間內(nèi)局部存在正常生產(chǎn)過(guò)程中長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性介質(zhì)的環(huán)境而將整個(gè)生產(chǎn)車間內(nèi)設(shè)備均按0 區(qū) （20 區(qū)） 選型將導(dǎo)致電氣設(shè)備的防爆選型及相應(yīng)的土建設(shè)計(jì)提高標(biāo)準(zhǔn)， 從而造成不必要的浪費(fèi)； 當(dāng)時(shí)將整個(gè)生產(chǎn)車間設(shè)備均按2 區(qū)（22區(qū)） 或非防爆區(qū)選型又存在安全風(fēng)險(xiǎn)。以一個(gè)城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例， 在進(jìn)行活性炭車間的設(shè)計(jì)時(shí)， 活性炭艙體內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間存在活性炭粉塵， 爆炸危險(xiǎn)性較高， 但由于活性炭艙體壁厚等均滿足本質(zhì)安全型設(shè)備的要求， 因此活性炭艙體外正常情況下不存在爆炸危險(xiǎn)性， 但是存在上料和退料的過(guò)程， 此過(guò)程中存在較低的爆炸危險(xiǎn)性， 結(jié)合上述， 活性炭艙體內(nèi)部及相關(guān)設(shè)備按20區(qū)進(jìn)行選型， 活性炭車間內(nèi)其余部分電氣設(shè)備按22區(qū)防爆區(qū)域選型。因此， 實(shí)際項(xiàng)目中要結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行詳細(xì)的分析， 對(duì)危害范圍進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估， 并選擇相應(yīng)的防爆級(jí)別和型號(hào)的電氣設(shè)備。

3.3 設(shè)計(jì)方案與科技發(fā)展不同步

垃圾焚燒發(fā)電廠的設(shè)計(jì)， 是從火力發(fā)電廠繼承下來(lái)的， 在過(guò)去的數(shù)十年中， 它的發(fā)展， 讓它有了一種固定的想法， 但是， 在技術(shù)飛速發(fā)展的今天， 它的一些設(shè)計(jì)， 甚至是一些標(biāo)準(zhǔn)， 都不適合現(xiàn)在的市場(chǎng)。比如， 在生活垃圾焚燒爐中， 通常會(huì)設(shè)置一個(gè)蓄電池組， 在發(fā)生突然停電的情況下， 充當(dāng)不間斷電源的供電。普通的鉛酸蓄電池存在氫氣泄露， 因此蓄電池室需要按防爆區(qū)考慮， 但現(xiàn)如今隨著技術(shù)的發(fā)展， 普通鉛酸蓄電池以逐步退出市場(chǎng)， 取而代之的是安全的閥控式鉛酸蓄電池， 不存在氫氣泄露問(wèn)題， 因此蓄電池室不需要按防爆區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 出于相關(guān)規(guī)范的約束，室內(nèi)電氣設(shè)備仍然考慮防爆設(shè)計(jì)， 且不設(shè)置插座， 但土建可按常規(guī)考慮， 節(jié)省土建成本。在設(shè)計(jì)中， 不僅要有 “安全底線” 的觀念， 還要結(jié)合科技發(fā)展， 保證設(shè)計(jì)方案符合工程實(shí)際情況【7】。

4 垃圾焚燒發(fā)電廠的電氣防爆設(shè)計(jì)途徑

4.1 對(duì)電氣設(shè)備的規(guī)定

第一， 電力設(shè)計(jì)者要根據(jù)實(shí)際的工程條件， 進(jìn)行科學(xué)的防雷設(shè)計(jì)， 盡量將那些在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生雷擊或電火花的電氣設(shè)備置于危險(xiǎn)區(qū)域以外， 從而減少其發(fā)生爆炸的概率， 從而保證電力設(shè)計(jì)的安全性和合理性。第二是根據(jù)垃圾焚燒發(fā)電廠的生產(chǎn)安全需求，盡量減少在具有爆炸氣體的環(huán)境中設(shè)置電氣設(shè)備。第三， 在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)， 電氣設(shè)備的防爆設(shè)計(jì)要符合各項(xiàng)法規(guī)的規(guī)定， 并且， 在設(shè)計(jì)中采用的新技術(shù)， 必須確保電氣設(shè)備的防爆能力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)， 還要保證設(shè)計(jì)和安裝人員自身具有一定的技術(shù)和技術(shù)， 但要盡可能不使用便攜式電器， 以免出現(xiàn)危險(xiǎn)。

4.2 正確選用電氣設(shè)備

在進(jìn)行電氣設(shè)備選型時(shí)， 要綜合考慮電氣設(shè)備的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分、 電氣設(shè)備的類型及防火構(gòu)造等。

在這些措施中， 防爆電氣設(shè)備的等級(jí)和組別都不能低于爆炸氣體環(huán)境中的氣體混合物的等級(jí)和組別，從而可以更好地保障電氣設(shè)計(jì)的安全。同時(shí)， 在易燃易爆地區(qū)， 電力設(shè)施的使用也必須符合易爆易爆的要求。如在選用正壓型電氣設(shè)備和通風(fēng)裝置時(shí)， 應(yīng)當(dāng)按照特定的需要來(lái)進(jìn)行， 必須采用非燃性電氣設(shè)備連接通風(fēng)系統(tǒng)， 并在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)之前進(jìn)行通風(fēng)， 僅在通風(fēng)量大于電氣設(shè)備與通風(fēng)系統(tǒng)容量5 倍的情況下， 才能與電氣設(shè)備的主電源相連， 最重要的是， 在電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 流入的空氣中必須不含有可燃性的東西， 并且必須在電氣設(shè)備上設(shè)有多個(gè)排氣口， 并與通風(fēng)系統(tǒng)相連【8】。

4.3 電力線纜的布線

第一， 電力線纜要盡量鋪設(shè)在遠(yuǎn)離放電源頭的位置， 并且要用不燃的物質(zhì)來(lái)封閉所鋪設(shè)的導(dǎo)線和線纜以及挖掘出來(lái)的水溝， 避免出現(xiàn)事故。其中， 當(dāng)電力線纜鋪設(shè)路徑與可燃性燃?xì)夤芫€不可避免的重合時(shí)，應(yīng)確保電力線纜的敷設(shè)與可燃性其他管道的間距滿足規(guī)范要求， 除此之外若可燃性物質(zhì)比氣體重量大， 應(yīng)將電力線纜鋪設(shè)在可燃性燃?xì)夤芫€之上； 反之則應(yīng)將電力線纜鋪設(shè)在可燃性燃?xì)夤芫€之下， 尤其是在電力線纜的中間接頭處尤為重要， 需著重關(guān)注， 并采取必要的防爆措施。第二， 對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的情況下， 要確保所用的低壓電源和照明線路的絕緣線纜的標(biāo)稱電壓必須高于工作電壓， 且不能小于500 Ⅴ， 必要是采用阻燃或耐火線纜從而降低爆炸的概率。第三， 在有爆炸氣體的情況下， 應(yīng)按需要選取絕緣電線及電纜斷面。例如， 導(dǎo)線的容許負(fù)載必須大于保險(xiǎn)絲容量的1.25倍。

5 結(jié)束語(yǔ)

在垃圾焚燒發(fā)電工程的電氣設(shè)計(jì)中， 防爆電氣設(shè)計(jì)只占很少的一部分， 但由于防爆電氣設(shè)備常與工作人員及設(shè)備的操作安全密切相關(guān)， 不可被忽略。在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中， 各個(gè)相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該相互協(xié)作， 實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)源的精準(zhǔn)識(shí)別， 對(duì)防爆區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)的劃分， 對(duì)裝備進(jìn)行科學(xué)的選擇， 這樣才可以在確保安全的同時(shí)， 還可以對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行有效的提升。