軒新軍

電石渣生產(chǎn)水泥工藝危爆環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)

軒新軍

闡述了水泥廠爆炸氣體危險(xiǎn)環(huán)境的劃分，電氣設(shè)備的選擇和防爆電氣的基礎(chǔ)知識(shí)，介紹了爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)，整體防爆和防雷接地的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

電石渣；乙炔氣體；爆炸危險(xiǎn)環(huán)境；防爆電器

1 引言

隨著國家對(duì)于氯堿行業(yè)相關(guān)準(zhǔn)入條件的制定和鼓勵(lì)利用電石渣生產(chǎn)水泥等鼓勵(lì)政策的發(fā)布，利用電石渣生產(chǎn)水泥已成為電石渣資源化最成熟、最經(jīng)濟(jì)的方法，既可節(jié)約水泥生產(chǎn)所用的天然石灰石資源，降低水泥成本，又可減少二氧化碳排放和廢物堆存造成的污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。因此，電石渣生產(chǎn)水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目在多個(gè)地區(qū)建設(shè)、生產(chǎn)，帶來了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

電石渣為氯堿生產(chǎn)企業(yè)電石法聚氯乙烯項(xiàng)目和燒堿項(xiàng)目的工業(yè)廢渣。由于其在儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中會(huì)有未完全反應(yīng)乙炔氣體逸出，形成爆炸性氣體混合物?！侗ê突馂?zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-92）中指出，具有爆炸性混合物，以致有爆炸危險(xiǎn)的場所，被稱為爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。在電石渣生產(chǎn)水泥生產(chǎn)線中，爆炸物質(zhì)為爆炸性氣體混合物，即乙炔氣體混合物。

爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)具有一定的特殊性。首先，應(yīng)對(duì)其環(huán)境作危險(xiǎn)區(qū)域的劃分；其次，根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)和范圍，以及爆炸性物質(zhì)的級(jí)別、組別，依照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，合理選用相關(guān)的防爆產(chǎn)品；再次，依據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定，針對(duì)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，做好防雷、照明、動(dòng)力等電氣設(shè)計(jì)工作。我院近年來在國內(nèi)設(shè)計(jì)了多條電石渣水泥生產(chǎn)線，現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)踐作一介紹。

2 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

爆炸危險(xiǎn)環(huán)境分區(qū)應(yīng)由懂得可燃物性質(zhì)性能、設(shè)備和工藝性能的專業(yè)人員進(jìn)行，還應(yīng)與懂安全、電氣及其他專業(yè)的工程技術(shù)人員商議。危險(xiǎn)場所分類應(yīng)由工藝等專業(yè)提出可燃性物質(zhì)明細(xì)表及其性質(zhì)，提供危險(xiǎn)場所的釋放源明細(xì)表，如釋放源位置、釋放等級(jí)、可燃性物質(zhì)的工作溫度和壓力、通風(fēng)類型、等級(jí)、有效性、危險(xiǎn)場所的區(qū)域類型、區(qū)域范圍、參考圖布局等相關(guān)資料，還應(yīng)提供可燃性物質(zhì)名稱、化學(xué)性質(zhì)、閃點(diǎn)、爆炸下限、揮發(fā)性、蒸氣壓力、沸點(diǎn)、氣體或蒸氣與空氣的相對(duì)密度、點(diǎn)燃溫度、級(jí)別與溫度組別等作為設(shè)備選擇的依據(jù)。

表1 氣體或蒸氣爆炸性混合物環(huán)境特征

表2 爆炸性氣體環(huán)境釋放源分級(jí)

根據(jù)爆炸性氣體環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度、持續(xù)時(shí)間及發(fā)生事故的可能性和后果，將爆炸性氣體環(huán)境分為3個(gè)區(qū)，見表1。

劃分氣體或蒸氣爆炸性混合物的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)應(yīng)考慮釋放源的影響，首先應(yīng)按釋放源的級(jí)別劃分區(qū)域。可燃性氣體、蒸氣或液體可能釋放出能形成爆炸性氣體環(huán)境的部位或地點(diǎn)為釋放源，釋放源分為3級(jí)，見表2。

爆炸和危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)中，危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)和范圍的劃分是一項(xiàng)重要的工作。它是選擇防爆產(chǎn)品和設(shè)置保護(hù)裝置的前提條件。如果危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)和范圍劃分不正確，就會(huì)留下嚴(yán)重的事故隱患。

電石渣生產(chǎn)水泥工藝中，爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分應(yīng)該根據(jù)電石渣處理工藝的布局來進(jìn)行劃分。由于工藝布局的不同，水泥廠電石渣處理工藝包含下列工藝子項(xiàng)：電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間、電石渣堆棚、電石渣輸送、電石渣烘干及電石渣庫。電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間屬于爆炸危險(xiǎn)1區(qū)，電石渣庫視其工藝布置和通風(fēng)情況，庫底及庫內(nèi)通風(fēng)良好時(shí)屬于爆炸危險(xiǎn)2區(qū)，當(dāng)通風(fēng)不好時(shí)屬于1區(qū)。電石渣堆棚、電石渣輸送、電石渣烘干屬于爆炸危險(xiǎn)2區(qū)。水泥生產(chǎn)線由于其工藝布局和工藝的不同，相應(yīng)的工藝子項(xiàng)也不相同，在具體的設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行劃分。

3 低壓配電設(shè)計(jì)與防爆設(shè)備選擇

在水泥廠設(shè)計(jì)規(guī)范中，采用石灰石作為原料生產(chǎn)熟料的生產(chǎn)工藝，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)中防爆設(shè)計(jì)并未進(jìn)行規(guī)定。在采用電石渣生產(chǎn)熟料工藝時(shí)，由于工藝專業(yè)人員對(duì)于電石渣的化學(xué)特性不了解，往往不能正確地提出生產(chǎn)車間防爆等級(jí)的劃分，導(dǎo)致部分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域按照安全生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，帶來了安全隱患。在筆者曾參與的工程中，電石渣壓濾車間和電石渣庫，在生產(chǎn)調(diào)試時(shí)因通風(fēng)不暢，局部地區(qū)由于聚集電石渣殘余乙炔氣體，在遇到明火時(shí)發(fā)生閃爆。雖然沒有造成生產(chǎn)和人員的安全事故，但在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)防爆設(shè)計(jì)的重要性應(yīng)該引起足夠的重視。電氣防爆的設(shè)計(jì)工作在電石渣工藝中是必需的一項(xiàng)電氣設(shè)計(jì)工作。

電氣防爆應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)區(qū)域的整體防爆，其一即工藝、運(yùn)行、維護(hù)、檢修及生產(chǎn)規(guī)章制度等多個(gè)環(huán)節(jié)組成，如果一個(gè)環(huán)節(jié)不防爆，整個(gè)生產(chǎn)車間整體就不防爆；其二就是電氣的整體防爆，要求電氣的各個(gè)方面和各個(gè)局部都要防爆，比如要從強(qiáng)、弱電方面，防雷、防靜電等方面，以及每個(gè)局部，每個(gè)電氣安裝分部，都要防爆。

為做好電氣防爆，電氣設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)做好以下方面工作：

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間等1區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)，應(yīng)設(shè)乙炔可燃?xì)怏w測爆儀，并與通風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖。測爆儀安裝于工藝現(xiàn)場，根據(jù)測爆儀的探測范圍和量程進(jìn)行布置，要保證所有區(qū)域都在測爆儀的探測范圍之內(nèi)，報(bào)警裝置可安裝于值班室或直接將報(bào)警信號(hào)引至中控室，在中控室操作員站進(jìn)行警報(bào)提示。

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間、電石渣庫、電石渣輸送應(yīng)該設(shè)置通風(fēng)裝置，可根據(jù)工藝布局考慮整體或局部通風(fēng)，區(qū)域通風(fēng)設(shè)置良好，可有效地降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間等1區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)采用隔爆型電氣設(shè)備，電石渣庫、電石渣堆棚、電石渣輸送、電石渣烘干等2區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)采用增安型電氣設(shè)備。爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)設(shè)置的防爆電氣設(shè)備，必須是符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，在滿足工藝生產(chǎn)及安全的前提下，應(yīng)當(dāng)將現(xiàn)場按鈕盒、檢修電源等布置在危險(xiǎn)區(qū)域以外，減少防爆電氣設(shè)備的數(shù)量。

電氣設(shè)備特備是正常運(yùn)行時(shí)能發(fā)生電火花的設(shè)備，如電動(dòng)葫蘆、有刷電機(jī)等，盡量布置在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境以外，當(dāng)必須設(shè)在危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)時(shí)，應(yīng)設(shè)在危險(xiǎn)性較小的地點(diǎn)。在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)應(yīng)盡量少用攜帶式電氣設(shè)備。

因乙炔氣體比空氣重，在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境如果有配電間，其配電間的地坪應(yīng)高于所毗鄰的危險(xiǎn)環(huán)境室外地坪0.6m。

1區(qū)的電力、照明、控制線路不小于2.5mm2；2區(qū)的電力、照明、控制線路應(yīng)不小于1.5mm2。低壓電力、照明線路用的絕緣導(dǎo)線和電纜的額定電壓，必須不低于工作電壓，且不應(yīng)低于500V。工作中性線的絕緣的額定電壓應(yīng)與相線電壓相等，并應(yīng)在同一護(hù)套或管子內(nèi)敷設(shè)。爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中的線路和開關(guān)的選擇，應(yīng)注意二者的配合校驗(yàn)：要求導(dǎo)體的允許載流量不小于熔斷器熔體額定電流的1.25倍，或自動(dòng)開關(guān)延時(shí)電流脫扣器額定電流的1.25倍；爆炸危險(xiǎn)1區(qū)內(nèi)，單相應(yīng)設(shè)雙級(jí)開關(guān)，同時(shí)切斷相線與中性線。

爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣線路應(yīng)符合以下要求：

（1）當(dāng)易燃物質(zhì)比空氣重時(shí)，電氣線路應(yīng)在較高處敷設(shè)或直接埋地，架空敷設(shè)時(shí)宜采用電纜橋架，電纜溝敷設(shè)時(shí)，溝內(nèi)應(yīng)充沙，并宜設(shè)置排水設(shè)施。

（2）采用鋼管配線時(shí)，應(yīng)采用低壓電氣流體輸送用鍍鋅焊接鋼管。

（3）直接埋地敷設(shè)時(shí)，電纜應(yīng)采用鎧裝電纜。在1區(qū)內(nèi)電纜線路嚴(yán)禁有中間接頭，在2區(qū)內(nèi)不應(yīng)有中間接頭。

4 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的防雷與接地設(shè)計(jì)

水泥廠的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)該按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）和《水泥工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB20295-2008）的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)規(guī)范的防雷分類要求，可以劃分為1類防雷建筑物的有1區(qū)，劃分為2類的防雷建筑物的有1區(qū)、2區(qū)。

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間、電石渣庫屬于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境1區(qū)，但不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡，劃分為第2類防雷建筑物，防雷措施按照2類防雷建筑進(jìn)行設(shè)置，采取防直擊雷、防感應(yīng)雷、防雷電波侵入等，其作法與工業(yè)建筑的要求相同。防雷裝置采用避雷帶網(wǎng)的形式，防雷引下線采用明敷設(shè)引下線，突出屋面的放散管、風(fēng)管、煙囪等物體，在管口設(shè)置避雷針，使管口在規(guī)范中要求的區(qū)域處于避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)。對(duì)于入庫提升機(jī)的防雷，在提升機(jī)頭部設(shè)置單根避雷針，用于保護(hù)提升機(jī)及其電氣設(shè)備。所有避雷針采用避雷帶相互連接。電石渣輸送、電石渣烘干屬于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)，劃分為第2類防雷建筑物，防雷措施按照2類防雷建筑進(jìn)行設(shè)置。

根據(jù)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的防雷特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)的接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于4Ω。

（2）做好等電位連接。

（3）電源采用TN系統(tǒng)時(shí)，從建筑物內(nèi)總配電盤引出的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)。在供配電系統(tǒng)的電源端應(yīng)安裝與設(shè)備耐壓水平相適應(yīng)的電涌保護(hù)器。

防爆場所的電氣接地設(shè)計(jì)除了電氣規(guī)范的一般規(guī)定外，還有其特殊性。在進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)符合下列要求：

（1）按有關(guān)電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)定不需要接地的下列部分，在爆炸氣體環(huán)境仍應(yīng)進(jìn)行接地：

在不良導(dǎo)電地面處，交流額定電壓為380V及以下和直流額定電壓為440V及以下的電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼；

在干燥環(huán)境，交流額定電壓為127V及以下，直流電壓為110V及以下的電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼；

安裝在已接地的金屬結(jié)構(gòu)上的電氣設(shè)備。

（2）在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)，電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)可靠接地。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他電氣設(shè)備，應(yīng)采用專門的接地線。該接地線若與相線敷設(shè)在同一保護(hù)管內(nèi)時(shí)，應(yīng)具有與相線相等的絕緣。引時(shí)爆炸性氣體環(huán)境的金屬管線、電纜的金屬包皮等，只能作為輔助接地線。爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)內(nèi)的照明燈具，可利用有可靠電氣連接的金屬管線系統(tǒng)作為接地線，但不得利用輸送易燃物質(zhì)的管道。

（3）接地干線應(yīng)在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域不同方向不少于兩處與接地體連接。

（4）電氣設(shè)備的接地裝置與防止直接雷擊的獨(dú)立避雷針的接地裝置應(yīng)分開設(shè)置，與裝設(shè)在建筑物上防止直接雷擊的避雷針的接地裝置可合并設(shè)置；與防雷電感應(yīng)的接地裝置亦應(yīng)通過等電位聯(lián)結(jié)共用接地裝置，接地電阻值應(yīng)取其中最低值。

5 結(jié)束語

電石渣生產(chǎn)水泥熟料生產(chǎn)線在多個(gè)地區(qū)新建，電氣防爆設(shè)計(jì)工作應(yīng)當(dāng)引起廣大電氣設(shè)計(jì)工作者的足夠重視。對(duì)于從事建材行業(yè)的專業(yè)設(shè)計(jì)，但對(duì)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境不很熟悉的設(shè)計(jì)師而言，希望本文能對(duì)大家有所幫助，使大家在設(shè)計(jì)工作中更好地掌握國家規(guī)范，各項(xiàng)工作完全符合國家相關(guān)規(guī)范的要求。希望在水泥工廠設(shè)計(jì)規(guī)范的電氣相關(guān)章節(jié)能夠補(bǔ)充對(duì)防爆區(qū)域劃分的要求，使設(shè)計(jì)工作能夠更好地符合國家規(guī)范。

[1]廖珍書,馮北平,秦亮.淺談爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)[J].建筑電氣,2008,27（5）;7,8,11.

Explosive Proof Electrical Design in Cement Plant using Carbide Slag for Raw Material

XUAN Xin-jun(Xinjiang Triumph Building Material Designing Institute,Urumqi 830000,China)

The article describes the division of explosive gases hazardous environments in the cement plant,and choice of electrical equipment and basic knowledge of the explosive proof electric.The explosive proof electrical designs including the design ideas and points of overall explosion-proof and lightning protection and grounding are introduced.

Carbide Slag;Acetylene Gas;Explosive Hazardous Environment;Explosive Proof Wiring.

TQ172.44

A

1001-6171（2012）02-0089-03

通訊地址：新疆凱盛建材設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830000；

2011-11-15；

趙 蓮