龐 月

(內(nèi)蒙古城市規(guī)劃市政設(shè)計研究院有限公司, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引 言

隨著油氣資源的大力開發(fā),燃?xì)忮仩t的應(yīng)用逐年上升,燃?xì)忮仩t房建設(shè)進(jìn)入新的發(fā)展時期。根據(jù)“十二五”中長期節(jié)能減排清潔生產(chǎn)規(guī)劃要求,燃煤鍋爐要逐步改造成燃?xì)忮仩t,我國燃?xì)忮仩t的應(yīng)用必將得到進(jìn)一步發(fā)展。因此,燃?xì)忮仩t市場從設(shè)計、施工、安裝和驗收都需要在遵守相關(guān)規(guī)范的前提下,應(yīng)用一些能體現(xiàn)節(jié)約能源的技術(shù),并指導(dǎo)燃?xì)忮仩t房建設(shè)的研究成果。

本文探討新建和改建燃?xì)忮仩t房的電氣防爆設(shè)計相關(guān)問題,以期為電氣設(shè)計人員提供參考。

1 相關(guān)規(guī)范

標(biāo)準(zhǔn)GB 50016—2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[1]條文說明第3.3.12條指出:在使用明火設(shè)備的一些危險區(qū)域,例如燃?xì)忮仩t房的燃燒室附近,可采用非防爆型電氣設(shè)備。但國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50016—2006并未對“附近”一詞明確規(guī)定其適用范圍。然而GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[2]已經(jīng)刪除原條文說明。

標(biāo)準(zhǔn)GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》[3]第3.2.2條保留“明火設(shè)備附近可劃為非爆炸危險區(qū)域”的概念,但也并未明確燃?xì)忮仩t房是否應(yīng)該按照爆炸危險環(huán)境進(jìn)行電氣設(shè)計,只在第3.2.5條提出:爆炸危險區(qū)域的劃分應(yīng)按釋放源級別和通風(fēng)條件確定,存在連續(xù)級釋放源的區(qū)域可劃為0區(qū),存在一級釋放源的區(qū)域可劃為1區(qū),存在二級釋放源的區(qū)域可劃為2區(qū),并應(yīng)根據(jù)通風(fēng)條件按下列規(guī)定調(diào)整區(qū)域劃分:

(1) 當(dāng)通風(fēng)良好時,可降低爆炸危險區(qū)域等級;當(dāng)通風(fēng)不良時,應(yīng)提高爆炸危險區(qū)域等級。

(2) 局部機(jī)械通風(fēng)在降低爆炸性氣體混合物濃度方面比自然通風(fēng)和一般機(jī)械通風(fēng)更有效時,可采用局部機(jī)械通風(fēng)降低爆炸危險區(qū)域等級。

(3) 在障礙物、凹坑和死角處,應(yīng)局部提高爆炸危險區(qū)域等級。

(4) 利用堤或墻等障礙物,限制比空氣重的爆炸性氣體混合物的擴(kuò)散,可縮小爆炸危險區(qū)域的范圍[2]。

因此,燃?xì)忮仩t房是否按照爆炸危險環(huán)境進(jìn)行電氣設(shè)計,應(yīng)根據(jù)具體情況確定。

2 相關(guān)定義

燃?xì)忮仩t是指燃料為燃?xì)獾腻仩t,如天然氣、液化石油氣、人工煤氣和沼氣等。天然氣的主要成分是甲烷,爆炸極限為5%～15%,比空氣輕,密度一般是空氣的0.55～0.85倍;液化石油氣的主要成分是丙烷和丁烷,爆炸極限為1.5%～9.5%,比空氣重,密度一般是空氣的1.69倍;人工煤氣的主要成分為烷烴、烯烴、芳烴、一氧化碳和氫氣,比空氣輕;沼氣的主要成分是甲烷,其特性與天然氣相似。

無論哪種燃?xì)忮仩t房,當(dāng)燃?xì)夂窟_(dá)到一定濃度范圍時遇明火都會爆炸。針對不同燃料的燃?xì)忮仩t進(jìn)行電氣設(shè)計時,按照燃?xì)馀c空氣相對密度的關(guān)系,大致分為兩種情況:一種是燃?xì)獗瓤諝廨p的燃?xì)忮仩t,如天然氣、人工煤氣、沼氣鍋爐等;另一種是燃?xì)獗瓤諝庵氐娜細(xì)忮仩t,如液化石油氣鍋爐等。

3 相關(guān)設(shè)備

通過對多個燃?xì)忮仩t廠家調(diào)研,目前生產(chǎn)的燃?xì)忮仩t爐膛大多為密閉式,有別于燃煤鍋爐。燃?xì)忮仩t的關(guān)鍵部件是鍋爐燃燒器,目前國內(nèi)生產(chǎn)的燃?xì)忮仩t配用國內(nèi)燃燒器的比例較小,大部分配用進(jìn)口燃燒器。不論是進(jìn)口還是國產(chǎn)燃燒器,成套供應(yīng)的控制箱都不是防爆等級,多數(shù)采用IP54防護(hù)等級,說明燃?xì)忮仩t廠家默認(rèn)鍋爐的安裝環(huán)境為通風(fēng)良好區(qū)域。

4 爆炸危險區(qū)域劃分

燃?xì)忮仩t房鍋爐間內(nèi)可燃?xì)怏w的釋放源可能出現(xiàn)在以下部位:鍋爐爐膛、煙道、燃?xì)夤艿赖拈y門密封處、燃?xì)夤艿赖姆ㄌm、連接件和管道接頭處等。根據(jù)工藝專業(yè)要求,以上釋放源按可燃物質(zhì)的釋放頻繁程度和持續(xù)時間長短應(yīng)劃為二級釋放源。鍋爐間的爆炸危險區(qū)域初步劃為2區(qū),然后根據(jù)通風(fēng)條件調(diào)整區(qū)域劃分[4]。

氣體是可變形可流動的流體,相對空氣輕的氣體會向上流動,相反,相對空氣重的氣體會向下流動,直到遇到障礙物后停留。爆炸危險區(qū)域內(nèi)通風(fēng)的空氣流量能使可燃物質(zhì)很快稀釋。當(dāng)良好通風(fēng)時,燃?xì)忮仩t間可由爆炸危險區(qū)域2區(qū)降低為非爆炸危險區(qū)域;當(dāng)通風(fēng)不良時,燃?xì)忮仩t間可由爆炸危險區(qū)域2區(qū)提高為爆炸危險區(qū)域1區(qū)。也可采用局部機(jī)械通風(fēng),將燃?xì)忮仩t間由爆炸危險區(qū)域2區(qū)降低為非爆炸危險區(qū)域。但在障礙物、凹坑和死角處,應(yīng)將爆炸危險區(qū)域2區(qū)局部提高為爆炸危險區(qū)域1區(qū)。當(dāng)采用比空氣重的可燃?xì)怏w時,可以利用堤或墻等縮小爆炸危險區(qū)域[5-8]。

當(dāng)符合下列相應(yīng)條件之一,也可劃為非爆炸危險區(qū)域:

(1) 采取措施,確保不形成爆炸危險性環(huán)境。

(2) 確保設(shè)備在出現(xiàn)爆炸性危險環(huán)境時斷電,應(yīng)防止熱元件點燃。

(3) 采取措施,確保人和環(huán)境不受試驗燃燒或爆炸帶來的危害。

(4) 相關(guān)人員應(yīng)書面寫出采取的措施[2]。

5 電氣設(shè)計分析

根據(jù)GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》中第3.1.3條規(guī)定:對區(qū)域內(nèi)易形成和積聚爆炸性氣體混合物的地點應(yīng)設(shè)置自動測量儀器裝置,當(dāng)氣體接近爆炸下限值的50%時,應(yīng)能可靠地發(fā)出信號或切斷電源;在區(qū)域內(nèi)應(yīng)采取消除或控制設(shè)備線路產(chǎn)生火花、電弧或高溫的措施[2]。

燃?xì)忮仩t房內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)與通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)鎖。設(shè)備運(yùn)行前應(yīng)先通風(fēng);電氣設(shè)備外殼及通風(fēng)系統(tǒng)的門或蓋子應(yīng)采取聯(lián)鎖裝置。

當(dāng)燃?xì)忮仩t間被劃為爆炸危險區(qū)域,鍋爐間內(nèi)的電力裝置設(shè)計宜將設(shè)備和線路,特別是正常運(yùn)行時能發(fā)生火花的設(shè)備布置在爆炸性環(huán)境以外,或布置在爆炸危險性較小的地點[7]。

如鍋爐間內(nèi)存在比空氣輕的可燃?xì)怏w時,應(yīng)盡可能選用功率大的低溫照明燈具,以減少燈具數(shù)量,不應(yīng)使用鹵鎢燈等高溫照明燈具;選擇燈具的溫度組別,應(yīng)參考GB 50058—2014中表3.4.2、表5.2.3-2和附錄C中;可將燈具布置在側(cè)墻上,而不是頂部;電氣線路不宜采用電纜橋架敷設(shè)。

如鍋爐間內(nèi)存在比空氣重的可燃?xì)怏w時,應(yīng)盡可能減少插座的數(shù)量,或?qū)⒉遄贾迷诳扇細(xì)怏w不易積聚的地點;電氣線路宜在較高處敷設(shè)或直接埋地。

當(dāng)燃?xì)忮仩t間被劃為爆炸危險區(qū)域2區(qū),危險區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的保護(hù)級別(EPL)應(yīng)選擇Ga、Gb或Gc。當(dāng)燃?xì)忮仩t間被劃為爆炸危險區(qū)域1區(qū),危險區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的保護(hù)級別應(yīng)選擇Ga、Gb。

在爆炸危險區(qū)域內(nèi),除在配電盤、接線箱或采用金屬導(dǎo)管配線系統(tǒng)內(nèi),無護(hù)套的電線不應(yīng)作為供配電線路。在爆炸危險區(qū)域1區(qū)內(nèi)應(yīng)采用銅芯電纜,爆炸危險區(qū)域2區(qū)除一種情況可以采用鋁芯外,也應(yīng)采用銅芯。爆炸危險環(huán)境配線的技術(shù)要求如表1所示。

表1 爆炸危險環(huán)境配線的技術(shù)要求

設(shè)計時還應(yīng)注意敷設(shè)電氣線路的溝道、電纜橋架或?qū)Ч?所穿過的不同區(qū)域之間墻或樓板處的孔洞應(yīng)采用非燃性材料嚴(yán)密堵塞。在爆炸危險區(qū)域1區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁電纜線路有中間接頭,爆炸危險區(qū)域2區(qū)內(nèi)不應(yīng)有中間接頭。

如燃?xì)忮仩t房存在爆炸危險區(qū)域時,在電力系統(tǒng)接地設(shè)計時爆炸危險環(huán)境應(yīng)采用TN-S型系統(tǒng)。而且爆炸性氣體環(huán)境中應(yīng)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié),所有裸露的裝置外部可導(dǎo)電部件應(yīng)接入等電位系統(tǒng)。

6 結(jié) 語

在燃?xì)忮仩t房的電氣設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)釋放源的級別和位置、可燃物質(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,經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較確定爆炸危險區(qū)域的范圍和等級,根據(jù)爆炸危險區(qū)域的劃分結(jié)果和相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計階段嚴(yán)格劃分爆炸危險區(qū)域,施工時才能協(xié)調(diào)一致,最大限度地消除事故隱患。另外,不同環(huán)境的建筑物和構(gòu)筑物內(nèi)所選用的電機(jī)和電氣設(shè)備均應(yīng)與環(huán)境相適應(yīng)。如果燃?xì)忮仩t間不需要劃定為爆炸危險區(qū)域,則按照非爆炸危險區(qū)域的要求進(jìn)行電氣設(shè)計。

[1]建筑設(shè)計防火規(guī)范:GB50016—2006[S].

[2]建筑設(shè)計防火規(guī)范:GB50016—2014[S].

[3]爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范:GB50058—2014[S].

[4]鍋爐房設(shè)計規(guī)范:GB50041—2008[S].

[5]城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范:GB50028—2006[S].

[6]石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范:GB50493—2009[S].

[7]姜慶勝.天然氣鍋爐房的電氣防爆設(shè)計誤區(qū)[J].電氣防爆,2011(3):20-22.