李長偉，張永革，許建奎，蔣志鵬

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

國標和美標在海洋平臺電氣防爆選型設計中的對比

李長偉，張永革，許建奎，蔣志鵬

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

文章詳細介紹了海洋平臺電氣防爆設計的特點，介紹了國標和美標關于爆炸危險區(qū)劃分的方法以及劃分區(qū)別，對比了2種標準體系在氣體組別、溫度組別、防爆標識中的差異。針對海洋平臺電氣防爆的具體要求，闡述了電氣防爆技術的應用，比較了2種標準在防爆電氣設備選型中的區(qū)別。最后針對海洋平臺電氣防爆設計中現(xiàn)存的一些問題，提出了一些建議。

海洋平臺；防爆電氣設計；中國標準；美國標準

海洋平臺空間狹小，設備高度集中，揮發(fā)性可燃物質容易堆積，并且潮濕鹽霧等作業(yè)環(huán)境惡劣，對電氣設備有較強的腐蝕性，易引發(fā)事故。近年來，石化領域事故頻發(fā)，海洋平臺的電氣防爆設計更加引起重視。包括我國在內的世界多個國家和地區(qū)對防爆電氣產(chǎn)品的制造和使用采取了嚴格的管理措施，制定更嚴格的標準體系。

我國的電氣防爆標準(GB 3836系列)是在IEC標準(IEC 60079系列)的基礎上，結合國情編制修訂的。國標的修訂頻率慢，且落后于IEC標準的更新時間。

電氣法規(guī)是北美危險場所體系的基礎[1]。法規(guī)中規(guī)定了包括設備結構、性能、安裝方面以及危險場所劃分方面的要求。從1997年開始，美標逐步接受了國際上廣泛采用的區(qū)域劃分體系，與傳統(tǒng)的“分級劃分體系”構成了“雙軌”并存體系[2]。

1 爆炸危險區(qū)劃分

1.1 適用規(guī)范情況

IEC標準中關于爆炸危險區(qū)劃分的標準是IEC60079-10。其采用的是Ⅰ級/區(qū)/組別(ClassⅠ/Zone/Group)加溫度、氣體組別的劃分方法。目前也是歐洲和世界多國主要采用的危險區(qū)劃分規(guī)范。

1997年以前，美標劃分危險區(qū)采用的是API 500，采取的是Ⅰ級/類/組別(ClassⅠ/Division/Group)加溫度、氣體組別的劃分方法。在接受IEC標準劃分方法后，美標API 505中，也采用Ⅰ級/區(qū)/組別(ClassⅠ/Zone/Group)加溫度、氣體組別的劃分方法。

中國海上石油開采的研究起步較晚，開展研發(fā)時多與國外合作，采用了美標劃分方法，一直延續(xù)到現(xiàn)在。目前國內的海洋平臺進行爆炸危險區(qū)劃分采用美標API 505。在中國海洋石油總公司拓展海外業(yè)務時，會應業(yè)主要求參照其他的標準，如GB 3836.14、IEC60079-10、API 500等。

1.2 危險區(qū)劃分

API 500規(guī)定的1類包括了GB 3836.14規(guī)定的0區(qū)和1區(qū),這是一種近似對應關系。有資料[3]顯示，0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)劃分百分比分別為2%、28%和70%，而1類、2類的劃分百分比為5%、95%。由于2區(qū)防爆技術不斷發(fā)展和日趨成熟，2區(qū)劃分區(qū)域范圍在不斷增大。在海洋平臺中，0區(qū)范圍很小，主要存在于密閉工業(yè)設備的內部，大范圍存在的是1區(qū)和2區(qū)。

IEC標準、國標和美標API 505將危險區(qū)劃分為3個區(qū)域，而美標API 500則將危險區(qū)劃分為2個區(qū)域。相對而言，IEC等標準對危險區(qū)劃分的更加細致。從而使得防爆電氣設備設計時有更多型號可以選擇，可以降低成本，提高經(jīng)濟性。

2 防爆電氣設備選型

2.1 氣體組別

爆炸性物質分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。在國標中，Ⅰ類物質為煤礦瓦斯氣體；Ⅱ類為其他爆炸氣體；Ⅲ類為粉塵。其中Ⅱ類爆炸性氣體又分為A、B、C三級。美標中，Ⅰ類物質為爆炸性氣體，又細分為A、B、C和D四級；Ⅱ類為爆炸性粉塵；Ⅲ類物質為纖維。

2種不同的氣體分級方法既有差異又有聯(lián)系，表1給出了兩者的對應關系。可以看出，甲烷需要的點燃能量最大，ⅡC級氣體則最易被點燃。

表1 不同氣體分級體系對比

2.2 溫度組別

溫度組別是指防爆電氣設備本身發(fā)熱帶來的高溫，可能引燃周圍可燃性氣體而劃分的組別。根據(jù)IEC標準的推薦，國標將爆炸性氣體按其引燃溫度分為6個組別。美標對溫度組別的劃分與IEC基本一致，只是將部分溫度組別劃分得更細。表2給出了2種分組體系與引燃溫度的對應關系。

溫度組別劃分細致，就要求設備能夠更細致精確的控制本身溫升，要求對設備進行更精密的設計和制造。在選型設計方面，可以更加合理、經(jīng)濟的選擇設備，降低成本。

海洋平臺的管線周圍充斥著密度較大的可燃氣體，這類氣體常見的是乙烷、汽油、硫化氫、乙炔等，所以在電氣防爆設備選型中，常見常用的溫度組別為T3級別。

2.3 電氣防爆技術的應用

我國基于國際實踐經(jīng)驗，積極致力于防爆技術在國內的推廣應用，海洋平臺常見的防爆型式在不同防爆電氣設備中的應用見表3。

表3 海洋平臺常見防爆型式在防爆電氣設備中的應用

在海上防爆電氣設備中，隔爆型和增安型是最為常用的，此外，熒光燈中的鎮(zhèn)流器多采用澆封型。而正壓通風型、引燃火花型和充油型則偶爾使用。本質安全型則幾乎用不到。

2.4 防爆標識

GB/IEC認證的防爆標識表示方法[4]：ExdⅡBT4 Gb。其中，Ex表示防爆認證設備；d表示防爆形式為隔爆型；ⅡB表示氣體組別；T4表示溫度組別；Gb表示設備保護等級。

美標(API 500體系和API 505體系)明確要求，在防爆標識上注明設備適用的爆炸危險區(qū)等級，如“Class Ⅰ，Division 1…”等。美標API 500體系認證的防爆標識表示為：Class Ⅰ,Division 1,Group B,C,D,T6。其中，Class Ⅰ表示危險場所級別；Division 1表示危險場所類別；Group B，C，D表示氣體組別；T6表示溫度組別。美標API 500體系認證的防爆標識也有如下表示方法：ClassⅠ,Division 2,ExdⅡBT4。

美標API 505規(guī)定的區(qū)域劃分體系下的電氣防爆標識為：ClassⅠ,Zone 2,AExdⅡCT5。其中，A表示設備滿足美標要求。

2.5 防爆電氣設備選型

美標API 500體系、API 505體系和國標在防爆電氣設備選型上存在一定差異。表4列出了防爆型式與其適用的爆炸性區(qū)域之間的對應關系。可見，在美標API 500 體系中，一些防爆型式并沒有得到認可，選型依據(jù)為承受的故障次數(shù)。而在API 505體系中，由于接納了IEC國際標準中的爆炸危險區(qū)劃分方法，一些防爆型式的適用分區(qū)基本和國標對應，但也存在不同之處。

澆封型(ma)在我國國內可以使用在0區(qū)，而美標API 505則不允許。正壓外殼型在國標上又分為px、py、pz型，分別應用在不同區(qū)域，美標中則沒有明顯區(qū)分。而pz型可以使用在美標的1區(qū)，國標則不允許。根據(jù)我國的實際情況，允許使用的e型設備僅限于：①在正常運行中不產(chǎn)生火花、電弧或危險高溫的接線盒或箱，包括主體為d或m型，接線部分為e型的電氣產(chǎn)品；②配有合適熱保護裝置的e型低壓異步電動機(啟動頻繁和環(huán)境惡劣條件除外)；③單插頭e型熒光燈。美標則沒有區(qū)分。

在美標API 500體系中，本質安全型(i型)，對應的是國標體系中的本質安全型的ia型，沒有本質安全ib型，ib型在國標體系中也僅限于使用在1區(qū)，在結構要求上,等同于美標API 500體系中的“非誘發(fā)火花”電路。

3 結束語

海洋平臺的開采、維修等作業(yè)中都存在較大的安全風險。根據(jù)國家標準和規(guī)范，結合實際工作環(huán)境需求，必須對可能導致災難的電氣設備進行防爆設計。世界范圍內使用的標準規(guī)范比較多，本文比較了國標(以IEC標準為基礎)和美標在海洋平臺危險區(qū)劃分的不同，分析出2種標準在電氣防爆設計中的具體應用情況。

在此對海洋平臺電氣防爆設計提出以下幾點建議。

嚴格遵守國家法律和法規(guī)，可以參照其他適合的標準。國家法律法規(guī)和標準規(guī)范是防爆電氣設計工作的重要依據(jù)，通過對比可知，國標比IEC等國外標準更新速度慢，在一些傳統(tǒng)工程問題、新技術、新產(chǎn)品方面，尤其是針對海洋工程電氣設計方面，國外標準更新及時，能夠解決工程中的部分缺乏設計依據(jù)的問題。因此建議在遵守國標的前提下，結合工程實際，積極吸收國外標準規(guī)范中有益的要求，盡可能提高防爆電氣設計的安全型。

表4 防爆電氣設備選型

2) 合理、經(jīng)濟的選擇防爆電氣設備。在滿足標準和規(guī)范的前提下，結合設備特點和工程實際，合理選擇防爆型式，避免一味選擇防爆性能高的產(chǎn)品。例如不論1區(qū)還是2區(qū)都不加判斷的選擇防爆型。合理選型，不僅能降低成本，還能減輕質量，便于現(xiàn)場安裝和維護工作。

3) 工程中關注防爆電氣設備的安裝和維護。在設計時就要考慮防爆設備后期維護的安全性和便利性，要注意設備空間位置擺放、角度安置等問題。如果沒有規(guī)范的安裝方法和良好的維護，即使是滿足防爆要求的電氣設備也可能會失去防爆能力，如電纜引入裝置與電纜不匹配，安裝不到位；對隔爆型設備焊接，現(xiàn)場開孔；隔爆面銹蝕，密封圈損壞；未有效接地，多余開孔未封堵或封堵不嚴等，都會對防爆性能產(chǎn)生影響。應由專業(yè)防爆技術人員定期進行檢查和維護，確保電氣防爆安全。

[1] 寇曉光．北美防爆電氣安全體系和認證[J]．電氣防爆，2006(4)：17-21．

[2] 李向光，付薇．淺談國內外爆炸危險環(huán)境的電氣設計[J]．電氣防爆，2014(4)：26-29．

[3] 徐建平．工業(yè)防爆技術與產(chǎn)品認證體系[J] ．化工自動化及儀表，2007,34(4)：1-8．

[4] 徐偉，邱宣振．國內外防爆標準對照和認證及推廣的新形式[J]．醫(yī)藥工程設計，2007,28(2)：56-61．

In this article,the characteristic of offshore electrical explosion-proof design is described in detail,the method and difference are introduced on how to divide Chinese standard American standard about hazardous area classification,the differences are compared of gas group,temperature group and explosion-proof identification between the two systems of standard.The application is set forth of the electrical explosion-proof technology based on the requirements and the differences are compared in selecting electrical explosion-proof equipments between two standards.Some certain suggestions are given to the issues in offshore platform electrical explosion-proof design.

offshore platform;electrical explosion-proof design;Chinese standard;American standard

李長偉(1981-)，男，山東聊城人，工程師，大學本科，主要從事海洋平臺電力系統(tǒng)設計工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.015

2015-12-28