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石化企业爆炸性气体环境 防爆电气设计

发布时间:

2023-09-22 08:39

众所周知, 易燃气体或其与空气的混合物遇到火花、 电弧或危险高温就会被点燃, 形成燃烧或爆炸。 石油和化工企业经常要加工和处理易燃性液体或气体, 其原料中也有相当多的品种是易燃性的, 如常用原料中的石油、 天然气和氢气; 半成品中的烷类、 烃类化合物; 成品中的汽油、 柴油等。 这些易燃性物质在被加工、贮存的过程中不可避免地会从管道及其连接处、 反应器和贮罐中逸出或漏出, 与空气中氧气混合后形成爆炸性混合物, 如果当时现场有点燃源, 就会形成爆炸, 造成人员伤亡和财产损失。

由于上述特点, 石化企业的防爆安全就成为设计工作中的关键。 为了防范爆炸的发生, 需要在工程中采取相应措施进行预防。 工程上采用的防爆安全措施一般分两类, 第一类称为一次防爆措施, 如建筑物的防爆设计, 通风设施等。第二类称为二次防爆措施, 如选用防爆电气设备等。 这些措施都需要增加工程投资, 且平时的运行和维护都比普通电气设备难度大。 如何在设计中正确划分爆炸危险区域, 合理地按级选用防爆电气设备, 成为了设计工作的重中之重。

爆炸危险区域的划分

如果对于一个装置区域, 因为它的原料或产品有易燃性物质, 就把整个装置区域甚至厂区都认定为爆炸危险场所是不合理的, 显然也是极不经济的。

易燃性物质的出现形成了一个潜在的爆炸性环境。 所谓潜在, 说明它们并不是时刻出现的, 频率或高或低, 危险性或大或小。 因此, 就有必要对这些危险场所进行场所分类。 分类实际上是将场所按其危险程度划分, 以便按照不同的危险区域类型采取不同的防爆措施。

爆炸危险性场所的分类, 应由懂得易燃物质性质、 设备工艺性能的技术人员提出易燃性介质及其释放源; 由懂得安全、电气的工程技术人员根据有关规范, 来划分爆炸危险区域。 场所分类对工程设计很重要, 为了尽量准确地划分区域, 在根据有关标准和规范划分的同时, 还应参考以往的经验和行业的特点。 既要保证生产装置安全可靠, 又要避免人为提高爆炸危险区域等级而造成工程投资浪费。

爆炸危险场所的划分首先要查找和确定释放源, 根据释放源的等级, 划分爆炸危险区域, 还应结合释放源所在处的通风条件调整区域划分。

(1) 查找和确定释放源

涉及 易 燃 易 爆 物 质 的 设 备, 如 罐、泵、 管道及其接口处等, 应视为潜在释放源。 其中易燃性气体或液体的排入口、 取样点及可能泄漏的阀门等都是释放源; 而有的易燃性物料不会向环境中释放, 如全部焊接的管道等, 则不可视为释放源。 在场所分类中, 首先应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间 长短确定释放源的等级。 根据 GB50058-1992《 爆炸和火灾危险环境电气装置设计规范》 中的规定共分为三级:

1) 连续级释放源。 预计长期释放或短时频繁释放的释放源, 可划为连续级释放源。 如没有用惰性气体覆盖的固定顶盖储罐中的易燃液体的表面; 油、 水分离器等直接与空间接触的易燃液体的蒸气的自 由排气孔和其他孔口; 经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸气的自 由排气孔或其他孔口等。

2) 第一级释放源。 预计正常运行时周 期或偶尔释放的释放源, 可划为第一级释放源。 如正常运行时会释放易燃物质的泵、 压缩机和阀门等的密封处; 正常运行时, 会向空间释放易燃物质,安装在贮有易燃液体的容器上的排水系统; 正常运行时会向空间释放易燃物质的取样口。

3) 第二级释放源。 预计在正常运行下不会释放, 即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源,可划为第二级释放源。 如正常运行时不能出现释放易燃物质的泵、 压缩机和阀门的密封处; 正常运行时不能释放易燃物质的法兰、 连接件和管道接头; 正常运行时不能向空间释放易燃物质的安全阀、 排气孔和其他孔口 处; 正常运行时不能向空间释放易燃物质的取样点。

4) 多级释放源。 由 上述两种或三种级别释放源组成的释放源。

(2) 爆炸危险区域的划分

爆炸危险区域的划分是根据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间确定的, 分为 0 区、 1区和2 区。 首先根据工艺等有关专业提供的爆炸危险区域划分条件图和释放源的等级划分爆炸危险区域:

1) 存在连续级释放源的区域可划分为 0 区。

2) 存在第一级释放源的区域可划分为 1 区。

3) 存在第二级释放源的区域可划分为2 区。

其次应根据通风条件调整区域划分。 当通风良好时, 应降低爆炸危险区域等级; 当通风不良时或局部存在障碍物、 凹坑和死角处应提高爆炸危险区域等级。

在生产装置中0区是极个别的, 大多数属于2区, 在划分爆炸危险区域时, 应采取合理措施尽量减少 1区。

(3) 爆炸危险区域的范围

爆炸危险区域的范围划分, 除了按照规范条文的规定以外, 还与易燃物质的泄出量、 释放速度、 释放的爆炸性气体混合物的浓度、 易燃液体的沸点、 液体混合物初沸点、 爆炸下限、 闪点和通风量等因素有关。 而利用堤或墙等障碍物, 限制比重比空气重的爆炸性混合物的扩散, 可缩小爆炸危险区域的范围。

特别要注意的是, 装置区内 的变电所、 配电所和控制室应尽量布置在爆炸危险区域范围以外,对于易燃物质比空气重的爆炸性气体环境, 位于1、 2 区附近的变电所、 配电所和控制室的室内地面应高出室外地面 0.6 m。

在爆炸危险区 域划 分后, 应对其结果画 出“ 爆炸危险区域划分图”, 作为在该区域范围内的电气设备的选型依据。

爆炸危险场所防爆电气设备选型

在选择使用 于爆炸危险场所的电气设备前,应首先明确以下内容:

1) 设备的类、 级和组别应与爆炸危险环境相适应, 如明确爆炸危险场所环境的类别是爆炸性气体环境还是爆炸性粉尘环境。 不同的爆炸性介质其电气设备的防爆结构要求不一样。 通常所说的防爆设备大多指在爆炸性气体环境中使用的,如 d II BT4、d II CT6等等。

2) 明确环境中 爆炸性气体混合物的爆炸级别, 即IIA 、IIB 和IIC 。 这是相应于设备的最大试验安全间隙和最小点燃电流比的分级。 其级别根据产生爆炸性气体的介质不同而不同, 如丙烷属IIA、 乙烯属IIB、 乙炔和氢属II等。 从IIA 到IIC随着防爆电气设备的最大试验安全间隙和最小点燃电流比的逐级减小而其防爆要求逐级提高。

3) 明确环境中 爆炸性气体混合物的组别或引燃温度。 这是易燃性物质的气体或蒸汽与空气形成的混合物的规定条件下被热表面引燃的最低温度。 从组别 T1 到T6 ,( 随着引燃温度的降低, 其电气设备的防爆要求逐级提高。

4) 周 围 环境对防爆电气设备的 选型要求。如周围环境内化学、 机械、 热及霉菌等不同环境条件, 在防爆电气设备选型时应同时考虑。

5) 还应遵循经济性原则和环境适应性原则。为了不过分提高工程造价, 在电气设备选型时,只要满足环境要求和爆炸性混合气体级别的要求即可, 不宜为了提高安全度, 而选用更高一级的电气设备。 在同等条件下, 应选用结构简单, 重量轻, 运行可靠性高、 低费用、 低耗能的产品。必要时还应考虑系统运行要求, 如连续的自 动化运行的系统, 应优先选用本质安全型产品。

在考虑以上几条基本要求后, 可选择能满足要求的防爆电气产品。 对于有些必须布置在爆炸危险区域内的电气设备, 而其防爆要求又不能满足场所要求的时候, 可采用正压通风的措施来达到防爆的要求。

爆炸危险场所防爆电气线路设计

防爆设备如果没有正确的配线, 将会失去防爆的意义。 防爆区的电气线路往往不易检修, 因此电气线路的设计非常重要。

(1) 绝缘导线和电缆截面的选择在爆炸性气体环境1、2区内, 绝缘导线和电缆截面的选择应遵循以下原则:

1) 导体允许载流量不应小于熔断器熔体额定电流的 1.25倍, 不应小于自动开关长延时过电流脱扣器额定电流的1.25 倍。

2) 引至电压为1000V以下的笼型异步电动机支线的长期允许载流量不应小于电动机额定电流的1.25倍。

3) 在1 区内, 电力、 照明和控制电缆的截面均应选择 2.5mm2 及以上的铜芯线缆; 接线盒需用隔爆型; 移动电缆应选重型。

4) 在2区内,电力电缆均应选择 1.5 mm及以上的铜芯线缆,或4mm及以上的铝芯线缆照明电缆应选择1.5 mm及以上的铜芯线缆,或2.5mm2及以上的铝芯线缆;控制线应选择1.5 mm及以上的铜芯线缆;接线盒选用隔爆型或增安型:移动电缆选中型

(2) 线路保护选择

线路保护方面, 在1区内, 单相网路中的相线及中性线应装设短路保护, 并使用双极开关同时切断相线及中性线; 对3-10KV 的电缆线路,宜装设零序电流保护。 在 1 区内保护装置宜动作于跳闸, 2 区内宜动作于信号。

(3) 电气线路布置

在爆炸危险场所, 通常都采用铜芯线穿钢管明敷设的方式。 若厂房美观要求较高时, 可在吊顶内敷设管线。 从吊顶内引下的管线, 穿越不同环境区域时, 应严格按照规范和国标图集的要求,做好密封隔离措施。 隔离点应选择在相对低的危险区一侧, 在连接两个防爆设备的电气管管口处,须各设置一个密封点。 管线与电气设备均采用挠性连接管连接。 上述各项要求均应在电气设计图样中一一做详细说明, 以便在施工中得到很好的贯彻。
爆炸危险场所的等电位联结

防爆区的电气安全, 除了采取非防爆区内 采用的常规措施外, 还要进行等电位联结。

在石化企业厂房内, 有很多的金属容器、 管道和构架等, 加上一些明设的电气管线, 这些管线很容易形成不同的感应电位和静电电压。 为防止不同金属件之间由于电荷释放而产生电火花而引起爆炸, 必须采取等电位联结。

等电位联结分为总等电位联结和辅助等电位联结。 总等电位联结将区域内的接地干线与其他管线等相互连通, 再与整个厂房的防雷接地系统相连。 辅助等电位联结在爆炸性气体环境1区内的所有电气设备, 2区内 除照明以外的其他电气设备应从配电箱引出专用的PE线, 即采用TN—S接地系统。 等电位联结不但包括电气设备的联结,还包括所有金属构件的联结。

常见的防爆电气误区

(1) 误区一: 防爆电气设备能防水

不少人认为, 防爆电气设备的外壳能阻止有爆炸危险的气体进入其内部, 其密封性能一定很好, 同样能阻止雨水进入, 安装在户外露天使用应该没有问题。 这种观点混淆了防爆电气设备的防爆形式和外壳防护等级两个概念。

防爆电气设备按其防爆原理的不同而分为不同的防爆形式。 如隔爆型防爆电气设备能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力, 并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播。 显然其防爆性能与外壳防护等级无关, 国家标准对其外壳防护等级并无特别要求, 只要满足电动机及低压电器外壳防护等级要求即可, 但对其外壳的材质和机械强度作了严格的规定。

因此, 绝大多数防爆电气设备均不能阻止气体或水进入其内 部, 因此不能将这些防爆电气设备直接安装在户外露天场所, 也不能用水冲洗其外壳。 设备的防水性能是由其外壳防护等级决定,因此在购买防爆电气设备时必须同时提出外壳防护等级要求。

(2) 误区之二: 气体防爆电气设备可以用于粉尘爆炸危险场所

许多人对粉尘防爆及粉尘防爆电气设备缺乏充分的认识, 实际应用中不管是气体爆炸危险场所还是粉尘爆炸危险场所, 都选用气体防爆电气设备, 这是错误的。 因为绝大多数气体防爆电气设备外壳防护等级低于粉尘防爆电气设备, 若将防爆形式和外壳防护等级两个概念。防爆电气设备按其防爆原理的不同而分为不同的防爆形式。 如隔爆型防爆电气设备能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力, 并阻止内部的气体防爆电气设备用于粉尘爆炸危险场所, 粉尘会进入设备内部并堆积, 防碍防爆电气设备的安全运行。 当然也可以将气体防爆电气设备的外壳防护等级提高而用于粉尘爆炸危险场所, 但这是极不经济的, 因为用于气体防爆的隔爆、 增安等功能被白白浪费。 反过来, 粉尘防爆电气设备也不可以用于气体性爆炸危险场所。 因为粉尘防爆电气设备只是外壳防护等级较高而已, 并没有隔爆、 增安等防爆措施, 所以这两种防爆电气设备决不能换用。
结束语

进行爆炸性危险场所电气设计, 必须明确生产工艺流程、 主要物料的物理及化学性质以及物料的分布情况, 根据这些准确划分爆炸危险区域。在爆炸危险环境内, 严格执行国家规范, 进行电气设备选型, 电气线路设计等.

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