李 平

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西太原 030001)

1 概述

儲(chǔ)罐是用于儲(chǔ)存各種液體原料、半成品或者成品的設(shè)備，又稱為儲(chǔ)槽、貯罐。在化工企業(yè)中廣泛采用鋼制儲(chǔ)罐作為儲(chǔ)存各種液體(或氣體)原料及成品的專用設(shè)備。化工儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的物質(zhì)大多為易燃、易爆物質(zhì)，例如油、酸、醇、氣體等。

化工儲(chǔ)罐作為生產(chǎn)、加工、處理、儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)運(yùn)易燃、易爆化學(xué)物質(zhì)的設(shè)備，在操作過(guò)程中難免會(huì)有可燃?xì)怏w或液體從儲(chǔ)罐逸出和泄漏的情況發(fā)生，與空氣中的氧氣混合達(dá)到一定比例后就會(huì)產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境，如果再遇到明火，比如電氣火花、靜電火花、雷電火花、機(jī)械火花、危險(xiǎn)高溫等點(diǎn)燃源，滿足了爆炸產(chǎn)生的三要素:易燃物質(zhì)、助燃?xì)怏w、點(diǎn)火源，極易發(fā)生爆炸和火災(zāi)，所以該區(qū)域是典型的危險(xiǎn)場(chǎng)所。因此在電氣設(shè)計(jì)階段，對(duì)化工儲(chǔ)罐進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分和電氣選型十分重要。

2 化工儲(chǔ)罐的電氣防爆設(shè)計(jì)程序

1)判斷該場(chǎng)所是否存在爆炸性氣體混合物環(huán)境。

爆炸性氣體混合物環(huán)境包括:在大氣條件下，易燃?xì)怏w、易燃液體的蒸氣或薄霧等易燃物質(zhì);閃點(diǎn)不高于環(huán)境溫度的可燃液體的蒸氣或薄霧;操作溫度高于可燃液體閃點(diǎn)的有可能泄露的引燃液體，與空氣混合形成爆炸性氣體混合物的環(huán)境。爆炸性氣體混合物按其最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流比分為A，B，C三級(jí)，按其引燃溫度分為T(mén)1組～T6組。只有可燃物質(zhì)與空氣一起存在時(shí)，才能形成爆炸性氣體混合物環(huán)境。因此必須確定有關(guān)場(chǎng)所內(nèi)是否存在可燃性物質(zhì)，并且是否會(huì)產(chǎn)生與空氣混合的可能性。對(duì)于化工儲(chǔ)罐而言，要根據(jù)儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部存儲(chǔ)的物質(zhì)明細(xì)表，如物質(zhì)名稱、主要成分、揮發(fā)性、是否為可燃或易燃物質(zhì)(對(duì)液體物料應(yīng)根據(jù)閃點(diǎn)來(lái)判斷)，來(lái)判斷儲(chǔ)罐內(nèi)部是否會(huì)產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境，儲(chǔ)罐外部是否會(huì)因?yàn)榭扇嘉镔|(zhì)的釋放而產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境，同時(shí)確定爆炸性氣體混合物的分組分級(jí)情況。

2)確定釋放源的位置和等級(jí)。

如果已經(jīng)確定儲(chǔ)罐內(nèi)部及周圍環(huán)境會(huì)產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境，就要進(jìn)一步確定該儲(chǔ)罐釋放源的位置和等級(jí)。釋放源指可燃物質(zhì)可能釋放出能形成爆炸性氣體環(huán)境的部位或地點(diǎn)。為盡量減少產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境的可能性，通常把釋放源分為下列三個(gè)基本等級(jí)(見(jiàn)表1)。

表1 釋放源基本等級(jí)

實(shí)際的釋放源可能會(huì)是上述釋放源等級(jí)中的任何一種釋放源，或一種以上釋放源的組合。電氣專業(yè)可根據(jù)可燃物質(zhì)的釋放位置、釋放頻率、釋放速度、釋放濃度、持續(xù)時(shí)間來(lái)確定釋放源類型。

對(duì)于存儲(chǔ)可燃或易燃物質(zhì)的化工儲(chǔ)罐，應(yīng)視為潛在釋放源。儲(chǔ)罐的上部空間和常溫下開(kāi)放的放空口可視為連續(xù)級(jí)釋放源。

3)對(duì)爆炸性氣體環(huán)境的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行等級(jí)劃分。

劃分等級(jí)是對(duì)可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的場(chǎng)所進(jìn)行分析和分類的一種方法。根據(jù)爆炸性氣體環(huán)境出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間把爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所分為三種(見(jiàn)表2)。

表2 爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所分區(qū)環(huán)境特征

原則上，在沒(méi)有任何外界影響的情況下，連續(xù)級(jí)釋放源周圍形成0區(qū);第一級(jí)釋放源周圍形成1區(qū);第二級(jí)釋放源形成2區(qū)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分應(yīng)考慮通風(fēng)情況及周圍環(huán)境的影響。通風(fēng)可以促進(jìn)可燃性氣體或蒸氣的逸散或擴(kuò)散，使爆炸性氣體混合物濃度低于爆炸下限。良好的通風(fēng)可能使爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍縮小或危險(xiǎn)等級(jí)降低;當(dāng)通風(fēng)狀況不好或無(wú)通風(fēng)時(shí)，可適當(dāng)提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)。如果周圍有堤或墻等障礙物時(shí)，可限制比空氣重的爆炸性氣體混合物的擴(kuò)散，也可縮小爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍，但在障礙物、凹坑和死角處，由于通風(fēng)不良，應(yīng)局部提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)。

因此，存在爆炸性氣體的可能性和由此形成的區(qū)域類型主要取決于釋放源的等級(jí)以及周圍環(huán)境的通風(fēng)狀況。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)劃分可根據(jù)釋放源的等級(jí)以及其他專業(yè)所提供該環(huán)境通風(fēng)類型、等級(jí)、有效性、危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域類型、區(qū)域范圍、參考圖布局等相關(guān)資料最終確定。

對(duì)化工儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)除了密閉空間外很少存在0區(qū)，但對(duì)于雖然濃度高于爆炸上限的氣體混合物，可能會(huì)因?yàn)榭諝膺M(jìn)入而達(dá)到爆炸極限要求的環(huán)境仍應(yīng)劃為0區(qū)，如儲(chǔ)存物質(zhì)為易燃液體的固定頂?shù)膬?chǔ)罐，當(dāng)液面以上空間未充惰性氣體時(shí)應(yīng)劃為0區(qū)。

4)確定爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的具體范圍。

在相關(guān)規(guī)范和手冊(cè)中，也對(duì)儲(chǔ)存易燃液體的戶外儲(chǔ)罐其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)及范圍的劃分做了詳細(xì)的規(guī)定(見(jiàn)圖1，圖2)。

對(duì)于開(kāi)頂儲(chǔ)罐液體表面為連續(xù)級(jí)釋放源的，其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍劃分應(yīng)為:距開(kāi)頂儲(chǔ)罐外壁的水平距離半徑為3 m，從液體表面上方至地坪上高度為3 m的范圍內(nèi)劃為2區(qū)。

5)繪制爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖。

圖1 設(shè)在戶外地坪上的固定頂儲(chǔ)罐

圖2 設(shè)在戶外地坪上的浮頂式儲(chǔ)罐

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖應(yīng)在設(shè)備平面布置圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)“可燃物質(zhì)明細(xì)表”“釋放源明細(xì)表”按照相關(guān)規(guī)范及爆炸性氣體環(huán)境分區(qū)方法來(lái)繪制。圖上應(yīng)標(biāo)明區(qū)域類型及范圍，可燃物質(zhì)名稱、級(jí)別和組別以及所依據(jù)的規(guī)范名稱。

對(duì)化工儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖應(yīng)根據(jù)其具體位置、尺寸大小、排空口位置、罐內(nèi)物質(zhì)化學(xué)特性以及周圍環(huán)境具體情況來(lái)繪制。

6)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的選擇。

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)應(yīng)選用防爆電氣。防爆電氣設(shè)備分為兩類，工廠用電氣設(shè)備屬于Ⅱ類。Ⅱ類電氣設(shè)備的本安型和隔爆型電氣設(shè)備，按其適用于爆炸性氣體混合物最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃電流分為A，B，C三級(jí)，Ⅱ類電氣設(shè)備按其最高表面溫度分為T(mén)1組～T6組。盡量避免明火或火花等點(diǎn)燃源在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，從而降低爆炸危險(xiǎn)出現(xiàn)的可能性，是選擇該區(qū)域電氣設(shè)備的基本原則。具體依據(jù)如下:

a．電氣設(shè)備特別是正常運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花的設(shè)備，應(yīng)盡量布置在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境以外;當(dāng)必須設(shè)在危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)時(shí)，應(yīng)布置在危險(xiǎn)性較小的地點(diǎn)。在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)應(yīng)盡量少用攜帶式電氣設(shè)備。b．在爆炸性氣體混合物的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)，設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇與爆炸危險(xiǎn)分區(qū)、爆炸危險(xiǎn)氣體的級(jí)別和組別及周圍環(huán)境相適應(yīng)的防爆電氣設(shè)備，且防爆電氣設(shè)備的最高表面溫度不應(yīng)超過(guò)允許值。c．爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，應(yīng)符合周圍環(huán)境內(nèi)化學(xué)腐蝕、機(jī)械振動(dòng)的、高溫雨水的、霉菌沙塵等不同環(huán)境條件對(duì)電氣設(shè)備的要求。

在化工企業(yè)實(shí)際工程中，在眾多防爆形式的電氣設(shè)備中，一般選用隔爆型。對(duì)于化工儲(chǔ)罐爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備選型，應(yīng)根據(jù)罐內(nèi)存儲(chǔ)物質(zhì)的級(jí)別和組別來(lái)進(jìn)行，以及該區(qū)域的分區(qū)結(jié)果來(lái)進(jìn)行。

3 應(yīng)用實(shí)例

本人曾多次對(duì)化工項(xiàng)目罐區(qū)進(jìn)行電氣安全設(shè)計(jì)，其中《某焦化廠油庫(kù)工段》項(xiàng)目中有三個(gè)輕苯儲(chǔ)罐具體設(shè)計(jì)如下。這三個(gè)儲(chǔ)罐尺寸相同，具體規(guī)格為:直徑11．5 m，高度10．5 m，容量1 000 m3。設(shè)在通風(fēng)狀況良好的戶外地坪上，不設(shè)內(nèi)浮頂，設(shè)有排空口，周圍無(wú)防火堤，儲(chǔ)存物質(zhì)苯屬于可燃物質(zhì)，易揮發(fā)，蒸氣比重大于空氣，為ⅡA類爆炸性混合物，溫度組別為T(mén)1。根據(jù)以上論述，這三個(gè)儲(chǔ)罐防爆區(qū)域的劃分結(jié)果如圖3所示。根據(jù)防爆區(qū)域劃分的結(jié)果，與工廠設(shè)備選型的慣例，該區(qū)域的電氣設(shè)備選型等級(jí)應(yīng)達(dá)到爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)的要求，實(shí)際防爆等級(jí)選型為隔爆型dⅡAT1。該項(xiàng)目已通過(guò)相關(guān)部門(mén)的安全檢查，至今運(yùn)行良好。

圖3 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)和范圍劃分圖

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于化工儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的意義在于確定儲(chǔ)罐周圍可能存在爆炸性氣體混合物的范圍，盡量避免明火或火花等點(diǎn)燃源在這一范圍內(nèi)出現(xiàn)，從而將爆炸危險(xiǎn)出現(xiàn)的可能性降到最小程度。化工儲(chǔ)罐在做電氣防爆設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先鑒別儲(chǔ)罐的釋放源和確定釋放源的等級(jí)，其次根據(jù)儲(chǔ)罐周圍實(shí)際環(huán)境對(duì)該區(qū)域的爆炸危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行分區(qū)，并繪制出“爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖”，最后根據(jù)分區(qū)結(jié)果對(duì)該環(huán)境內(nèi)所使用的電氣設(shè)備進(jìn)行合理選型。

［1] GB 50074-2011，石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2] GB 50058-92，爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［3] GB 3836．1-2000，爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備［S］．

［4] 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院．工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．第3版．北京:中國(guó)電力出版社，2005．