【關(guān)鍵詞】化工車間；防爆電氣設(shè)備；建筑配電系統(tǒng)；應(yīng)用

引言

建筑配電系統(tǒng)作為化工車間極為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，其安全性對于整個生產(chǎn)進(jìn)程的穩(wěn)定性與安全性起著直接的影響作用。此情形下，防爆電氣設(shè)備的運(yùn)用就顯得相當(dāng)關(guān)鍵，防爆電氣設(shè)備借助特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及防護(hù)舉措，可在爆炸的危險環(huán)境中實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，切實(shí)防止因電氣火花以及高溫而引發(fā)的爆炸事故。隨著防爆技術(shù)持續(xù)發(fā)展，防爆電氣設(shè)備的種類以及性能也在不斷提升，為化工車間的安全運(yùn)行給予了有力的保障。

一、化工車間防爆電氣設(shè)備概述

（一）防爆電氣設(shè)備的基本概念

化工車間的防爆電氣設(shè)備是專門應(yīng)用于爆炸性環(huán)境的特種電氣裝置，其設(shè)計制造要遵循嚴(yán)格的防爆標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。此類設(shè)備借助特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及保護(hù)方式，來保證在正常運(yùn)行以及故障狀態(tài)下，不會引發(fā)周圍爆炸性混合物出現(xiàn)燃燒或者爆炸的情況，以此保障化工生產(chǎn)的本質(zhì)安全。

（二）防爆電氣設(shè)備的分類

依據(jù)防爆原理以及保護(hù)方式的差異，防爆電氣設(shè)備可劃分成多種類型。隔爆型設(shè)備運(yùn)用堅(jiān)固的外殼結(jié)構(gòu)，即便內(nèi)部發(fā)生爆炸，也可防止火焰?zhèn)鞑ブ镣獠凯h(huán)境；增安型設(shè)備憑借采取額外措施提升安全性能，避免產(chǎn)生電火花以及危險溫升；本質(zhì)安全型設(shè)備從根源上限制電路中的能量，致使其無法點(diǎn)燃爆炸性混合物；正壓型設(shè)備借助保護(hù)氣體維持正壓，防止危險氣體進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。除此之外，還有油浸型、充砂型、澆封型等多種防爆型式，每種類型都有其特定的應(yīng)用場合以及技術(shù)特點(diǎn)。

（三）化工車間防爆電氣設(shè)備的重要性

化工車間防爆電氣設(shè)備具有重要意義，體現(xiàn)在多個方面。就安全生產(chǎn)而言，它是預(yù)防電氣火花引發(fā)爆炸事故的關(guān)鍵所在，與人員生命以及財產(chǎn)安全直接相關(guān)。從生產(chǎn)效率方面來看，可靠的防爆電氣設(shè)備可保證生產(chǎn)過程持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，防止因安全隱患造成停產(chǎn)損失。從經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，盡管防爆電氣設(shè)備的初始投入相對較大，然而與可能出現(xiàn)的事故損失相比較，這種投入是十分必要且值得的[1]。

二、化工車間爆炸危險環(huán)境分析

（一）爆炸危險區(qū)域劃分

化工車間爆炸危險區(qū)域的劃分，是依據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻率以及持續(xù)的時間來開展的，參照國際電工委員會IEC 60079系列標(biāo)準(zhǔn)以及我國《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，爆炸危險區(qū)域一般分為Zone 0、Zone 1和Zone 2這三個等級。Zone 0區(qū)域指的是在正常運(yùn)行的時候，爆炸性氣體混合物持續(xù)、長時間或者頻繁出現(xiàn)的地方，這類區(qū)域在反應(yīng)釜、儲罐、溶劑池等密閉空間的內(nèi)部較為多見；Zone 1區(qū)域是在正常運(yùn)行時，爆炸性氣體混合物有出現(xiàn)可能性的場所，常見于設(shè)備檢修口、泵房、閥門周邊以及裝卸區(qū)等操作頻繁且容易發(fā)生泄漏的部位。Zone 2區(qū)域是指在正常運(yùn)行時，爆炸性氣體混合物一般不會出現(xiàn)，只是在設(shè)備出現(xiàn)故障或異常的情況下短時間偶爾出現(xiàn)的場所，比如通風(fēng)良好的輔助空間、儲罐區(qū)外圍以及管道走廊等。對不同區(qū)域進(jìn)行科學(xué)劃分，可為電氣設(shè)備的防爆等級、安裝方式以及運(yùn)行管理提供明確依據(jù)，實(shí)現(xiàn)危險源的分級管控和差異化防護(hù)。

（二）爆炸性氣體環(huán)境特征

化工車間爆炸危險環(huán)境分析的核心內(nèi)容在于爆炸性氣體環(huán)境的特征，化工生產(chǎn)里常見的爆炸性氣體有氫氣、乙炔、甲烷、丙烯、苯類、醇類等，當(dāng)這些氣體在空氣中達(dá)到一定濃度范圍，就很容易形成爆炸性混合物，不同氣體的爆炸極限、最小點(diǎn)燃能量、自燃溫度等理化參數(shù)不一樣，這直接對其危險性以及防護(hù)要求產(chǎn)生影響。像氫氣，它的爆炸極限范圍寬，最小點(diǎn)燃能量極低，很容易因?yàn)槲⑿』鸹ɑ蛘哽o電放電就被引燃；乙炔爆炸極限寬，而且分解反應(yīng)劇烈，容易發(fā)生爆炸；甲烷、丙烯等氣體在常溫常壓下就能和空氣形成爆炸性混合物。氣體的密度、擴(kuò)散速度、蒸氣壓、環(huán)境溫度以及濕度等因素也會對其在空間中的分布和積聚特性造成影響。高密度氣體容易沉積在低洼處，通風(fēng)不良時更易形成局部高濃度爆炸性氣團(tuán)，而低密度氣體則容易上升并在空間頂部聚集，環(huán)境溫度升高會加快氣體的揮發(fā)和擴(kuò)散，濕度變化可能影響氣體的擴(kuò)散速度以及靜電積聚風(fēng)險?；ぼ囬g工藝操作頻繁、設(shè)備種類多、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得爆炸性氣體的分布有高度的不確定性以及動態(tài)變化特征。要結(jié)合具體工藝流程、設(shè)備布局、通風(fēng)條件以及操作習(xí)慣，對爆炸性氣體環(huán)境開展動態(tài)監(jiān)測及風(fēng)險評估，及時發(fā)現(xiàn)并消除潛在的危險源[2]。

三、化工車間防爆電氣設(shè)備在建筑配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）配電系統(tǒng)設(shè)計中的防爆電氣設(shè)備應(yīng)用

在配電系統(tǒng)的設(shè)計工作里，防爆電氣設(shè)備的選用特別關(guān)鍵，這關(guān)乎整個配電網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)安全情況。傳統(tǒng)的建筑配電系統(tǒng)在一般的環(huán)境當(dāng)中可采用經(jīng)濟(jì)且高效的通用設(shè)備，然而在存在爆炸性混合物的化工車間內(nèi)部，就一定要把防爆等級當(dāng)作前提，進(jìn)行防護(hù)型式的劃分和電氣設(shè)備的選型工作。就像在Zone 1和Zone 2這樣典型的爆炸危險區(qū)域內(nèi)安裝配電裝置，要選用擁有隔爆型或者增安型結(jié)構(gòu)的防爆開關(guān)柜、變壓器、接線盒、管線系統(tǒng)，而且要從施工階段就開始，充分去考慮布置方式、散熱處理、防護(hù)等級以及設(shè)備和可燃介質(zhì)的隔離措施。對于主供電與分支回路，應(yīng)該采取不同形式的防爆措施，比如在供電干線接入點(diǎn)，要布置防爆型斷路裝置以及隔離開關(guān)；而在分區(qū)負(fù)載當(dāng)中，控制與切換設(shè)備同樣要選用有相應(yīng)“Ex”標(biāo)志的合格產(chǎn)品，以此保證當(dāng)電弧或者異常發(fā)熱出現(xiàn)的時候不會成為引燃源。布線方式一般采用穿金屬導(dǎo)管或者鎧裝電纜，提升整條線路的氣密性以及抗干擾能力，同時盡量防止使用裸露式或者拖纜形式布線。在電纜引入口處設(shè)置防爆電纜密封組件并且留有電纜余量，方便后期進(jìn)行維護(hù)。配電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)需要非常嚴(yán)謹(jǐn)，要覆蓋所有的電氣金屬殼體，又要構(gòu)建可靠的等電位連接網(wǎng)絡(luò)，消除因電位不均所帶來的感應(yīng)火花危險。

（二）動力設(shè)備中的防爆電氣設(shè)備應(yīng)用

動力設(shè)備在化工生產(chǎn)過程中屬于關(guān)鍵負(fù)載，它對防爆電氣設(shè)備的依賴程度更為突出，像各類攪拌泵、輸送泵、反應(yīng)罐攪拌器、壓縮機(jī)以及風(fēng)機(jī)等設(shè)備，大量分布于充斥著甲烷、苯系物、乙炔類氣體的操作區(qū)域，并且在運(yùn)行時呈現(xiàn)出高頻、高負(fù)載以及長期持續(xù)工作的特性，電氣控制單元在選型時要謹(jǐn)慎對待。作為動力源頭的電動機(jī)需是防爆電機(jī)，常見的有隔爆型或者正壓型產(chǎn)品，它們分別對應(yīng)不同的氣體組別以及溫度組別要求。化工工藝中大量采用變頻調(diào)速，而防爆型變頻器在電磁兼容性、散熱性能方面需要嚴(yán)格開展熱管理以及防火設(shè)計。一般這類變頻器被安置在專用本安控制室或者機(jī)柜內(nèi)，部分功能也可借助本質(zhì)安全柵來限制控制信號，以此保證動力系統(tǒng)中的每個部件都符合整體的防爆等級。在控制啟動、順序操作、設(shè)備保護(hù)這些方面，防爆型軟啟動器、過載保護(hù)器以及溫度監(jiān)測裝置需要同步配置。為了保障過程安全，還得借助在線監(jiān)測技術(shù)實(shí)時收集電動機(jī)工作狀態(tài)，比如溫升、振動、軸承狀態(tài)等，并且憑借有防爆認(rèn)證的分析儀表進(jìn)行控制反應(yīng)，及時發(fā)覺潛在故障，有效避免因電氣故障引發(fā)的爆炸性事故[3]。

（三）照明系統(tǒng)中的防爆電氣設(shè)備應(yīng)用

照明系統(tǒng)盡管單位功率不高，然而因其覆蓋范圍廣泛且設(shè)備分布密集，成為化工安全防爆設(shè)計的關(guān)鍵構(gòu)成部分。在危險區(qū)域、罐區(qū)周邊、走道以及裝置平臺等區(qū)域的固定照明、維修照明、應(yīng)急照明系統(tǒng)中，防爆型燈具的配置要嚴(yán)格按照《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》執(zhí)行。燈具殼體大多采用鋁合金高壓鑄造技術(shù)，內(nèi)部光源借助特制的防爆玻璃進(jìn)行封裝，同時搭配耐高溫的密封膠，以此達(dá)成系統(tǒng)密封性和防塵性。防爆發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）照明如今已成為主流，它擁有節(jié)能、長壽命、低維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，而且由于其表面溫度較低以及電流控制穩(wěn)定，天然具有良好的防爆應(yīng)用條件。照明電源配電回路同樣要使用具有防爆性能的配電箱、開關(guān)、電纜連接箱等附件。在照明控制方面，為防止頻繁接觸危險區(qū)域的電氣設(shè)備，建議采用集中遠(yuǎn)程控制方式，靈活設(shè)計區(qū)域分段照明以及“手動－自動”切換模式。對應(yīng)急照明而言，需要專門配置防爆型備用電源和自動轉(zhuǎn)換電路，保證斷電狀態(tài)下照明不中斷，保障現(xiàn)場人員撤離安全。燈具安裝高度和方向也應(yīng)當(dāng)綜合考慮設(shè)備操作與安全巡視的便利性，避免因死角或過強(qiáng)照射產(chǎn)生熱源積聚。

（四）監(jiān)控與儀表系統(tǒng)中的防爆電氣設(shè)備應(yīng)用

隨著自動化以及信息化管理在化工現(xiàn)場被廣泛運(yùn)用，監(jiān)控與儀表子系統(tǒng)里防爆電氣設(shè)備的應(yīng)用越來越多，現(xiàn)代化工裝置一般都配備了分散控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制器系統(tǒng)以及各類智能化現(xiàn)場儀表，像溫度、壓力、液位、流量等測控設(shè)備，這些系統(tǒng)中的現(xiàn)場部分大多布置在爆炸危險區(qū)，信號采集、線路傳輸、電源供給以及控制執(zhí)行要構(gòu)成一個閉環(huán)防爆系統(tǒng)。智能傳感器和執(zhí)行器要選用帶有防爆認(rèn)證的現(xiàn)場總線通信設(shè)備以及符合本質(zhì)安全的信號放大器、安全柵，以此保證憑借傳輸介質(zhì)傳送的電流、電壓都處在安全范圍，應(yīng)用更為廣泛的隔離式安全柵以及非易升壓的回路控制方式，這些都很大程度上提升了本安系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，在配套監(jiān)控硬件選型這方面，視頻監(jiān)控攝像頭、紅外感應(yīng)器、氣體泄漏檢測器等設(shè)備也需要采用防爆外殼和特種封裝，并且借助本質(zhì)安全電源供電來保證數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。在工業(yè)無線系統(tǒng)被引入之后，低功耗防爆網(wǎng)關(guān)、防爆天線、無線數(shù)據(jù)終端逐漸應(yīng)用到邊緣感知層，并且借助云平臺遠(yuǎn)程后臺完成數(shù)據(jù)的建模分析與狀態(tài)智能評估，同時達(dá)成對遠(yuǎn)程設(shè)備的實(shí)時控制與故障預(yù)警聯(lián)動，整個儀表控制系統(tǒng)在電路保護(hù)方面要實(shí)行冗余設(shè)計機(jī)制，對于生產(chǎn)事故預(yù)警和過程危急信號鏈路，建議整合不間斷電源（Uninterruptible Power Suppiy，UPS）+直流-直流變換器（Direct Current to Direct Current Convreter，DC/DC）防爆電源設(shè)計邏輯，消除信號中斷與系統(tǒng)掉控的風(fēng)險[4]。

四、防爆電氣設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)

（一）日常檢查與維護(hù)

日常檢查對于防爆電氣設(shè)備維護(hù)工作而言是一項(xiàng)基礎(chǔ)任務(wù)，從事運(yùn)維工作的人員需要著重關(guān)注設(shè)備外觀的完整性，認(rèn)真檢查防爆外殼是否存在裂紋、發(fā)生變形或者出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，仔細(xì)確認(rèn)緊固件有無松動情況，查看密封件是否已經(jīng)老化，其中防爆接線盒的密封性顯得非常關(guān)鍵，要仔細(xì)檢查電纜引入裝置的密封狀況，以此來防止危險氣體滲透進(jìn)來。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行的時候應(yīng)當(dāng)留意觀察其溫度上升情況，借助測溫儀器監(jiān)測外殼表面溫度是否超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，接地裝置的完好程度直接和防爆安全相關(guān)聯(lián)，需要定期測量接地電阻值，保證其一直符合設(shè)計所規(guī)定的要求。

（二）故障診斷與處理

防爆電氣設(shè)備的定期維護(hù)工作應(yīng)構(gòu)建起詳盡的計劃，依據(jù)設(shè)備的類型以及使用環(huán)境來制定恰當(dāng)合理的維護(hù)周期，針對關(guān)鍵部件開展檢測和更換操作。需要定期對防爆燈具透明件進(jìn)行清潔，更換老化的密封圈，對燈具內(nèi)部的電器元件進(jìn)行檢查；要著重對防爆開關(guān)柜操作機(jī)構(gòu)加以維護(hù)，保證其動作靈活且可靠，對柜內(nèi)電器元件的接觸性能展開檢查。防爆電機(jī)的維護(hù)覆蓋軸承潤滑、絕緣電阻測量、定子線圈檢查等多方面內(nèi)容，所有的維護(hù)工作都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行詳細(xì)記錄，創(chuàng)建設(shè)備檔案，為后續(xù)的維護(hù)工作提供相應(yīng)依據(jù)[5]。

（三）應(yīng)急故障的處理與電氣安全培訓(xùn)

應(yīng)急故障處理對于檢驗(yàn)維護(hù)團(tuán)隊(duì)的應(yīng)變能力而言，是非常關(guān)鍵的一個方面。化工企業(yè)需要構(gòu)建起完備的應(yīng)急預(yù)案，清晰明確各類故障的處理流程以及職責(zé)分工。當(dāng)出現(xiàn)緊急故障的時候，首先應(yīng)當(dāng)采取安全措施，在必要的情況下切斷電源，疏散現(xiàn)場的人員。應(yīng)急處理團(tuán)隊(duì)要迅速抵達(dá)現(xiàn)場，依據(jù)故障的性質(zhì)來采取相應(yīng)的措施。在處理的過程中，要格外留意防爆安全，防止產(chǎn)生火花或者靜電。故障排除之后，要對原因展開分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，完善預(yù)防措施。

電氣安全培訓(xùn)是提升運(yùn)維水平的關(guān)鍵方式，培訓(xùn)的內(nèi)容包含防爆電氣基礎(chǔ)知識、設(shè)備結(jié)構(gòu)原理、操作規(guī)程、故障處理方法等多個方面。理論培訓(xùn)要與實(shí)際案例相結(jié)合，以此提高學(xué)習(xí)的效果。實(shí)操訓(xùn)練要設(shè)置不同的故障情景，提高故障處理能力。要定期組織應(yīng)急演練，檢驗(yàn)培訓(xùn)的效果，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行改進(jìn)，建立考核機(jī)制，把培訓(xùn)結(jié)果與崗位準(zhǔn)入相掛鉤，保證運(yùn)維人員必須具備專業(yè)素質(zhì)[6]。

結(jié)語

化工車間防爆電氣設(shè)備在建筑配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)本質(zhì)安全、提升生產(chǎn)效率和推動智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過科學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計、合理的設(shè)備選型、嚴(yán)格的運(yùn)行維護(hù)和持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，能夠有效防控爆炸危險，保障企業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著新材料、新工藝和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，防爆電氣設(shè)備將在化工行業(yè)發(fā)揮更加重要的作用，為行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展和本質(zhì)安全水平提升提供有力支撐。

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