孫雅靜

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

石油化工企業(yè)多是屬于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境,其生產(chǎn)工藝及控制要求較復(fù)雜,且多是連續(xù)化生產(chǎn),對(duì)電氣設(shè)備的要求較高。國標(biāo)GB50058－92《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》第2.1.1條規(guī)定：對(duì)于生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運(yùn)或貯存過程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物環(huán)境時(shí)應(yīng)進(jìn)行爆炸性氣體環(huán)境的電力設(shè)計(jì)。本文現(xiàn)就易燃易爆危險(xiǎn)環(huán)境中的電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)問題作簡要的討論。

1 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍劃分

搞好易燃易爆環(huán)境電氣設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是對(duì)生產(chǎn)場所正確地進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分。這一點(diǎn)直接影響到下面的一系列設(shè)計(jì)工作,如：主要電氣設(shè)備的選型、電線電纜的選擇與敷設(shè)、安裝標(biāo)準(zhǔn)等,直接涉及生產(chǎn)和人身安全,應(yīng)當(dāng)根據(jù)釋放源的級(jí)別和位置、易燃物質(zhì)的性質(zhì)、通風(fēng)條件、障礙物及生產(chǎn)條件、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后綜合確定。氣體爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍劃分。

1.1 建筑物內(nèi)部釋放源

a、封閉廠房通風(fēng)不良時(shí),以廠房為界,廠房內(nèi)劃為1區(qū)。當(dāng)易燃物質(zhì)重于空氣時(shí),如釋放源距離建筑物外墻小于12m時(shí),以釋放源為中心,半徑為15m,高度為7.5m的范圍內(nèi)(廠房外)劃為2區(qū)。如釋放源距離建筑物外墻大于等于12m時(shí),通向露天的門、窗外3m以內(nèi)的空間,在自然通風(fēng)良好的條件下也劃為2區(qū)。

當(dāng)易燃物質(zhì)輕于空氣時(shí),如釋放源距離建筑物外墻小于1.5m時(shí),以釋放源為中心,半徑為4.5m,高度為7.5m的范圍內(nèi)(廠房外)劃為2區(qū)。如釋放源距離建筑物外墻大于等于1.5m時(shí),通向露天的門、窗外3m以內(nèi)的空間,在自然通風(fēng)良好的條件下也劃為2區(qū)。b、封閉廠房通風(fēng)良好時(shí),以廠房為界劃為2區(qū)。其它爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍同通風(fēng)不良時(shí)。一般生產(chǎn)車間均屬于封閉式廠房。在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)如若采用了機(jī)械通風(fēng),通?？烧J(rèn)為是通風(fēng)良好的狀態(tài)。

1.2 生產(chǎn)裝置區(qū)的釋放源

當(dāng)易燃物質(zhì)重于空氣時(shí),以釋放源為中心,半徑為15m的范圍內(nèi)劃為2區(qū)。當(dāng)易燃物質(zhì)輕于空氣時(shí),以釋放源為中心,半徑為4.5m的范圍內(nèi)劃為2區(qū)。

1.3 重于空氣的易燃物質(zhì)貯罐

a、固定式貯罐,在罐體內(nèi)部未充隋性氣體的液體表面以上的空間劃為0區(qū)。以放空口為中心,半徑為1.5m的空間和爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的地坪下的坑、溝劃為1區(qū)。貯罐無堤時(shí),距離貯罐的外壁和頂部3m的范圍內(nèi)劃為2區(qū)。

當(dāng)貯罐周圍設(shè)圍堤時(shí),貯罐外壁至圍堤,其高度為堤頂高度的范圍內(nèi)劃為2區(qū)。如貯罐外壁至圍堤距離小于3m時(shí),爆炸危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)劃出圍堤外。b、浮頂式貯罐,在浮頂移動(dòng)范圍內(nèi)的空間劃為1區(qū)。貯罐無堤時(shí),距離貯罐的外壁和頂部3m的范圍內(nèi)劃為2區(qū)。貯罐在堤內(nèi),如貯罐外壁至圍堤距離大于等于3m時(shí),其水平距離從貯罐外壁延伸至圍堤的范圍內(nèi)劃為2區(qū);否則應(yīng)距貯罐外壁3m范圍內(nèi)都劃為2區(qū)。

1.4 非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)的車間采用正壓或連續(xù)通風(fēng)稀釋措施后,車間可降為非爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。在生產(chǎn)過程中使用明火的設(shè)備附近,或熾熱部件的表面溫度超過區(qū)域內(nèi)易燃物質(zhì)引燃溫度的設(shè)備附近,以及在生產(chǎn)裝置區(qū)外,露天或開敞設(shè)置的輸送易燃物質(zhì)的架空管道地帶(但其閥門處按具體情況定),可劃分為非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

2 易燃易爆環(huán)境中的配電設(shè)計(jì)

2.1 負(fù)荷分級(jí)

關(guān)于負(fù)荷分級(jí)，我們不僅要參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)規(guī)范》，更要根據(jù)實(shí)際的易燃易爆環(huán)境的生產(chǎn)工藝及安全要求對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分級(jí)。正常情況下，這類負(fù)荷大都劃分為一、二類負(fù)荷，但標(biāo)準(zhǔn)中特別強(qiáng)調(diào)在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷以及特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷應(yīng)為特別重要的負(fù)荷。如，在工業(yè)生產(chǎn)中關(guān)斷正常電源來處理安全停產(chǎn)所必須的應(yīng)急照明、通信系統(tǒng)和保證安全停產(chǎn)的自動(dòng)控制裝置等。

2.2 供電電源的設(shè)計(jì)

針對(duì)化工、石化行業(yè)較多的一級(jí)負(fù)荷情況，配電設(shè)計(jì)應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞，以保持繼續(xù)供電。對(duì)于一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。

常用的應(yīng)急電源有發(fā)電機(jī)組、干電池、蓄電池以及專用的饋電線路等，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝允許的中斷供電的時(shí)間來選擇：

（1）蓄電池（UPS）適用于毫秒級(jí)負(fù)荷；

（2）帶有自動(dòng)投入裝置的專用饋電線路，適用于中斷時(shí)間1.5s或0.6s的應(yīng)急電源；

（3）快速自啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，適用于中斷時(shí)間15s以上的負(fù)荷。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，亦可根據(jù)實(shí)際情況略作變動(dòng)。

2.3 廠區(qū)（車間）變配電所的布置

對(duì)于易燃易爆環(huán)境，除了符合正常規(guī)范的要求外，還要注意以下幾點(diǎn)：

（1）不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)配電室為正壓室時(shí)可布置在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)。對(duì)于易燃物質(zhì)比空氣重（化工行業(yè)的產(chǎn)品、介質(zhì)大部分都比空氣重）的爆炸性氣體環(huán)境，位于1區(qū)、2區(qū)附近的變配電所的室內(nèi)地面，應(yīng)高出室外地面0.6m；

（2）不應(yīng)設(shè)在有火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的正上面或正下面；

（3）變配電所如果與火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的建筑物毗連時(shí)，應(yīng)符合下列要求：

a.電壓為1～10kV配電所可通過走廊或套間與火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物相通，通向走廊或套間的門應(yīng)為難燃燒體；

b.變配電所與火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境建筑物共用的隔墻應(yīng)是密封的非燃燒體。管道和溝道穿過墻和樓板處，應(yīng)采用非燃燒性材料嚴(yán)密堵塞；

c.變壓器室的門窗應(yīng)通向無火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境。

2.4 防爆電氣設(shè)備的選擇

應(yīng)根據(jù)具體場所的危險(xiǎn)等級(jí)及工作環(huán)境選擇合適的防爆電氣設(shè)備類型。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)要求選用參數(shù)相匹配的設(shè)備，既要避免造成資源浪費(fèi)，也要避免容量太小引起發(fā)熱燒毀設(shè)備，甚至引發(fā)燃爆等其它惡性事故。

2.4.1 電線電纜的選擇

國標(biāo)GB50058-92《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中指出,在爆炸性氣體環(huán)境1區(qū)、2區(qū)內(nèi),絕緣導(dǎo)線和電纜截面的選擇,應(yīng)符合下列要求：

a.導(dǎo)體允許載流量,不應(yīng)小于熔斷器熔體額定電流的1.25倍,和自動(dòng)開關(guān)長延時(shí)過電流脫扣器整定電流的1.25倍。

b.引向電壓為1000V以下鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)支線的長期允許載流量,不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定電流的1.25倍。

c.在1區(qū)內(nèi),銅芯控制電纜的最小截面為2.5mm2,而在2區(qū)內(nèi),銅芯控制電纜的最小截面為1.5mm2。

另外,在此規(guī)范前提下,還應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流選擇電纜截面。一般來講,經(jīng)濟(jì)電流截面比允許載流量截面要放大1～2級(jí),但也有偏小的情況。所以,按經(jīng)濟(jì)電流選擇電纜截面時(shí),要用允許載流量進(jìn)行校核,然后選擇截面較大者,以首先保證安全的運(yùn)行。

另外,這種情況是在單根電纜敷設(shè)的條件下。實(shí)際上,我們?cè)谶x擇電纜時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的環(huán)境溫度、敷設(shè)方式等因素用適當(dāng)?shù)南禂?shù)將載流量加以調(diào)整,那么我們選擇的電纜截面將會(huì)放大 (選擇電纜時(shí)應(yīng)適當(dāng)放大),既滿足了防爆電氣設(shè)計(jì)規(guī)范,又縮小了與經(jīng)濟(jì)截面的差距。

其它注意要點(diǎn)：

a.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)。

b.在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中，在TN-S系統(tǒng)中的單相回路中需要安裝兩極開關(guān)，在分?jǐn)嘞嗑€時(shí)必須把N線分?jǐn)?即相線與N線同時(shí)分?jǐn)?。這僅僅是指在供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，避免觸及帶電的N線而受到電擊危險(xiǎn)或N線產(chǎn)生電火花引起爆炸或火災(zāi)危險(xiǎn)，這只是安全用電的措施之一，而不能解決所有安全用電的問題。

c.10kV及以下架空線路,嚴(yán)禁跨越爆炸性氣體環(huán)境。架空線路與爆炸性氣體環(huán)境的水平距離,不應(yīng)小于桿塔高度的1.5倍。

2.4.2 防爆電氣設(shè)備的選擇

選用防爆電氣設(shè)備的防爆類型、級(jí)別及溫度組別應(yīng)按防爆區(qū)域等級(jí)及防爆介質(zhì)等級(jí)劃定,其形式有兩種：

a.接線口為螺紋式。國外防爆電機(jī)大多屬于這種形式，國內(nèi)也有不少廠家已開始生產(chǎn)。這種形式，鋼管可直接與防爆撓性管進(jìn)行連接。防爆撓性管上應(yīng)配套連接件，與鋼管是螺紋連接,否則撓性管上應(yīng)加裝防爆活接頭。在引入非密封的防爆電氣設(shè)備前，在防爆撓性管與電氣設(shè)備接線口處應(yīng)裝設(shè)隔離密封裝置。

電纜引入時(shí)加防爆密封接頭，電線引入時(shí)加防爆隔離密封盒。當(dāng)電氣設(shè)備的接線盒自帶密封裝置時(shí),可不必另加隔離密封裝置。防爆電氣設(shè)備直接與防爆撓性管配套連接，既便于安裝，又安全、美觀，但電動(dòng)機(jī)造價(jià)高一些。

b.接線口為卡套式。目前,國內(nèi)大部分防爆電機(jī)都屬此類。接線時(shí)電纜從鋼管中裸露引出直接接到用電設(shè)備接線口處。接線口及管口處必須用填料(密封膠泥)密封。這種做法雖然造價(jià)低,但不易安裝、不美觀、安全性低，碰到不負(fù)責(zé)任的或資質(zhì)不夠的施工隊(duì)伍，其安全性就大打折扣，將給安全生產(chǎn)帶來巨大的隱患。通常運(yùn)用的處理方法為：拆掉卡套口送到防爆電器加工廠重新加工絲扣，與防爆撓性管相配套，既安全、美觀，又降低了造價(jià)。

2.4.3 電線電纜和電氣設(shè)備的安裝

根據(jù)規(guī)范要求和經(jīng)驗(yàn)，化工行業(yè)易燃易爆環(huán)境車間內(nèi)的配電線路設(shè)計(jì)一般都以電纜橋架為主，鋼管與電纜溝的敷設(shè)為輔。

正常情況下，在±0.000m平面，先由室外橋架引入，進(jìn)入室內(nèi)后至用電設(shè)備附近沿墻或柱引下至電纜溝(敷設(shè)完畢后封死,以防白蟻和進(jìn)水),然后穿管在地面下暗敷設(shè)至電動(dòng)機(jī)旁,再用防爆撓性連接管接至電機(jī)接線口處。而在其它高于±0.000m上的平面,電氣線路基本上都是由橋架架空引入,然后由橋架穿管架空敷設(shè)至電動(dòng)機(jī)旁,再由防爆撓性連接管引入電機(jī)接線口。

在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境明敷電纜過墻或穿出地面時(shí)應(yīng)穿鋼管,并需增設(shè)相應(yīng)的防爆隔離密封(如在穿墻套管內(nèi)填充不燃纖維作堵料,管口加密封膠泥)。當(dāng)采用非密閉性電纜溝時(shí),應(yīng)在溝中充沙,并使電纜上、下各有100mm厚的細(xì)沙。

另外,架空橋架敷設(shè)時(shí)宜選用阻燃電纜,在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)電纜線路不應(yīng)有中間接頭。不準(zhǔn)明敷絕緣導(dǎo)線,必須采用鋼管配線工程。穿線鋼管應(yīng)采用低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管。

3 照明系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)

由于目前化工生產(chǎn)的控制趨向大規(guī)模計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)，所有電氣設(shè)備的操作亦都由DCS在控制室控制，現(xiàn)場無人操作，故廠房照明系統(tǒng)一般采用集控方式，照明箱和控制開關(guān)設(shè)在控制室的方式方便可行。

關(guān)于照明燈具的選擇，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)建議。

1）防爆日光燈特別是抽出式燈管（多數(shù)是這樣），由于長度較長、重量重、占空間較大等特點(diǎn)，如果選擇、安裝不當(dāng)，維修燈管時(shí)必須拆卸燈具才能換燈管，故建議設(shè)計(jì)時(shí)選用易更換型燈管；

2）其他防爆燈具。一般情況下化工行業(yè)的廠房較高，提倡選用易換型燈泡（卡扣式），其安裝方式、高度都不受限制且易維修，但必須注意，由于化工企業(yè)的大型電機(jī)多，起動(dòng)頻繁導(dǎo)致線路電壓短時(shí)下降太多，故選擇燈具時(shí)應(yīng)盡量選用帶鎮(zhèn)流器的。否則，一方面燈泡易壞，另一方面出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象亦不安全。

4 防爆電氣設(shè)備的接地

在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi),所有電氣設(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)。對(duì)攜帶式和移動(dòng)式電氣設(shè)備,可不設(shè)外接地螺栓,但必須采用有接地芯線的電纜。

電氣設(shè)備接線盒內(nèi)部(當(dāng)采用直接引入方式時(shí),則在主空腔內(nèi)部)必須設(shè)有專用的內(nèi)接地螺栓,并標(biāo)出接地符號(hào)。但電機(jī)車上的電氣設(shè)備和電壓不高于36V的電氣設(shè)備除外。對(duì)沒有必要接地或不允許接地的電氣設(shè)備,可不設(shè)內(nèi)、外接地螺栓。Ⅱ類本質(zhì)安全型的電氣設(shè)備可只設(shè)專用外接地螺栓。

5 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。

總之，本文主要談?wù)剬?duì)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中的電氣設(shè)計(jì)的一些個(gè)人觀點(diǎn)。由于水平有限,難免有錯(cuò)誤和不妥當(dāng)之處，一切應(yīng)以現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)圖集為準(zhǔn)。