鄭庚然

（唐山三友化工股份有限公司設(shè)計(jì)公司）

唐山三友集團(tuán)是一所大型的化工集團(tuán)。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及經(jīng)營(yíng)品種的增多，易燃、易爆物料介質(zhì)也越來越多，嚴(yán)重威脅著生產(chǎn)的安全。如有機(jī)硅的107膠車間、石灰窯的液氧系統(tǒng)、股份公司氨庫、天然氣站等均屬于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。在這些環(huán)境中，電氣設(shè)備的火花常常是引起爆炸事故的主要原因之一。因此正確分析爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所環(huán)境因素，嚴(yán)格細(xì)致確定爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，經(jīng)濟(jì)合理選用防爆電氣設(shè)備等，以防止爆炸條件的形成和減輕爆炸危險(xiǎn)的程度，是我們電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1 爆炸危險(xiǎn)產(chǎn)生的原因

爆炸是物質(zhì)的一種非常急劇的物理－化學(xué)變化，一種在限制狀態(tài)下系統(tǒng)潛能突然釋放并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能而對(duì)周圍介質(zhì)發(fā)生作用的現(xiàn)象。

當(dāng)可燃性氣體與空氣混合成一定比例，形成爆炸性混合物時(shí)，如果此時(shí)遇見電器開關(guān)在分合過程中產(chǎn)生的電弧以及電機(jī)或燈具表面積累熱量形成的高溫，或其它情況引起的電火花等，這就構(gòu)成了爆炸發(fā)生的三要素（即釋放源、爆炸濃度極限、點(diǎn)燃源），從而造成爆炸事故。

爆炸發(fā)生的三要素，缺一不可。因此，防爆設(shè)計(jì)必須以這三個(gè)方面作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，使其同時(shí)出現(xiàn)的可能性降到最低。

2 電氣防爆設(shè)計(jì)

在易燃、易爆化學(xué)工廠內(nèi)，密閉容器和通道本身不視為釋放源。當(dāng)事故情況或在正常操作過程中產(chǎn)生易爆可燃物質(zhì)外泄，如果此時(shí)再遇到電氣設(shè)備由于過電流或過電壓而引起的火花、電弧或高溫，就極易造成爆炸事故。電氣防爆設(shè)計(jì)的主要作用就是避免電氣設(shè)備或線路成為點(diǎn)燃源。

2.1 正確劃分爆炸區(qū)域

劃分爆炸區(qū)域是防爆電氣選型、選擇電線電纜及敷設(shè)方式、廠房設(shè)備防雷接地的前提條件，應(yīng)當(dāng)根據(jù)釋放源的級(jí)別和位置、易燃物質(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(yàn)等方面來綜合確定。下面就我公司的蒸吸、濾過廠房舉例說明。

圖中R1401A、B，R1402A、B、C為蒸吸、濾過廠房的母液吸氨器，生產(chǎn)過程中會(huì)釋放氨氣氣體危險(xiǎn)爆炸介質(zhì)，氨氣的理性特性見表1。

表1 氨氣的理性特性

由表1可知，氨氣屬于輕于空氣的易燃易爆危險(xiǎn)性氣體，但由于本廠房通風(fēng)良好，根據(jù)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，確定母液吸氨器為第二級(jí)釋放源，與空氣混合的爆炸性氣體混合物分級(jí)分組為ⅡA級(jí)T1組，其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍劃分為其水平方向周邊4.5m范圍內(nèi)，垂直方向7.5m范圍內(nèi)為氣體爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)。

圖1 蒸吸、濾過廠房爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

2.2 爆炸環(huán)境中電氣設(shè)備的選擇

防爆電氣設(shè)備區(qū)別于普通設(shè)備的重要一點(diǎn)，就是能有效的防止電火花外泄。其根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分為隔爆型d、增安型e、正壓型p、無火花型n、充油型o、本質(zhì)安全型i等。

一般來講，防爆電氣設(shè)備首先要確定的就是防爆等級(jí)。蒸吸、濾過廠房防爆區(qū)域內(nèi)，根據(jù)氨氣的物理特性及防爆區(qū)域劃分，其設(shè)備防爆等級(jí)不應(yīng)低于ExdIIAT1。根據(jù)防爆等級(jí)來確定防爆設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型。

對(duì)于電氣防爆設(shè)備選型，雖然按爆炸區(qū)域分區(qū)，我集團(tuán)爆炸環(huán)境大部分為2區(qū)，但為了安全起見，一般選用安全等級(jí)較高的隔爆型電氣設(shè)備，但隔爆型設(shè)備體積大、成本高、安裝和維修困難。為了降低成本，對(duì)于處于2區(qū)的設(shè)備我們正在嘗試增安型的。但增安型電機(jī)外殼不具備隔爆外殼的保護(hù)特性，其保護(hù)還應(yīng)引入t E時(shí)間（在最高環(huán)境溫度下達(dá)到額定運(yùn)行最終穩(wěn)定溫度后的電機(jī)繞組，從開始通入最初啟動(dòng)電流時(shí)計(jì)起直至繞組溫度上升到極限溫度的時(shí)間）保護(hù)概念，即配備過載反時(shí)限保護(hù)裝置，保證電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)在電機(jī)銘牌規(guī)定的時(shí)間內(nèi)斷開電源。

在防爆廠房?jī)?nèi)盡量不使用攜帶式或移動(dòng)式設(shè)備。因?yàn)樵O(shè)備外殼之間的碰撞、摩擦以及放在水泥地面時(shí)均可能產(chǎn)生火花成為點(diǎn)燃源。設(shè)備選型也要配套，如果電機(jī)是隔爆型的，而控制設(shè)備是增安型的，就極易產(chǎn)生電火花，引起爆炸事故。

除此，防爆設(shè)備選型要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)來選擇，避免容量過大造成資源浪費(fèi)或容量太小引起發(fā)熱燒毀設(shè)備、甚至引發(fā)爆炸等惡性事故。

2.3 配電中需注意的問題

根據(jù)《供配電設(shè)計(jì)規(guī)范》，我公司的負(fù)荷等級(jí)一般為二級(jí)負(fù)荷，由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源能保持持續(xù)供電，以保證我公司正常生產(chǎn)、運(yùn)行。

對(duì)于配電所的位置，一般設(shè)在遠(yuǎn)離爆炸環(huán)境的區(qū)域。當(dāng)配電室為正壓室時(shí)可布置在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)，對(duì)于易燃物質(zhì)比空氣重的變配電室的地面，應(yīng)高出室外地面0.6m，且不應(yīng)設(shè)在有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的正上方或正下方，其門窗應(yīng)通向無火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境。

進(jìn)入爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的電源應(yīng)采用TN－S接地系統(tǒng)，即三相五線制；如果是三相四線制，則應(yīng)在安全場(chǎng)所首先轉(zhuǎn)化為三相五線制，即TN－C－S系統(tǒng)。保證電氣設(shè)備有專用的接地線。

2.4 爆炸氣體環(huán)境下的線路敷設(shè)

對(duì)于電氣線路的敷設(shè)，我們以蒸吸、濾過廠房的配電和有機(jī)硅107硅膠車間來說明。蒸吸、濾過廠房爆炸釋放源氣體為氨氣，屬于介質(zhì)比空氣輕的氣體，所以其敷設(shè)路徑不能架空敷設(shè)，應(yīng)從下方樓板穿管引上至本層的電氣設(shè)備，電纜均應(yīng)采用阻燃型的，外套管采用鍍鋅焊接鋼管。而對(duì)于有機(jī)硅107硅膠車間，其釋放源為乙醇的揮發(fā)物，屬于介質(zhì)比空氣重的氣體，電纜敷設(shè)方式選擇橋架架空敷設(shè)，電纜同樣選擇阻燃型的。電纜敷設(shè)的原則就是遠(yuǎn)離釋放源。

一般環(huán)境下，當(dāng)管線穿墻引入時(shí)，其孔洞應(yīng)做防火封堵。但在易燃易爆環(huán)境下還應(yīng)考慮其管線的隔離密封設(shè)計(jì)，即在不同環(huán)境之間、導(dǎo)體引入裝有開關(guān)、繼電器、熔斷器等可能產(chǎn)生電弧或火花的電氣設(shè)備外殼的接頭部件處前都加裝隔離密封盒，隔離密封盒應(yīng)盡量靠近隔墻。

2.5 防雷與接地

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，我集團(tuán)的有機(jī)硅107膠車間、石灰窯的液氧系統(tǒng)、股份公司氨庫、天然氣站等爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所均屬于二類防雷建筑。對(duì)于其防雷，除考慮構(gòu)筑物及設(shè)備本身的防雷外，還應(yīng)考慮其排放爆炸危險(xiǎn)氣體的放散管、呼吸閥、排風(fēng)管等管口外分以下空間是否處于接閃器保護(hù)范圍內(nèi)：當(dāng)有管帽時(shí)，應(yīng)按表2確定；當(dāng)無管帽時(shí)，應(yīng)為管口上方半徑5m的半球體。接閃器與雷閃的接觸點(diǎn)要在上述空間之外。

相對(duì)密度小于或等于0.75的爆炸性氣體規(guī)定為輕于空氣的氣體，大于0.75的爆炸性氣體規(guī)定為重于空氣的氣體。

在爆炸性氣體環(huán)境中，當(dāng)發(fā)生短路、泄漏電流增大、雷電感應(yīng)過電壓或產(chǎn)生靜電時(shí)，為抑制危險(xiǎn)電壓及過電流，極為有效的防護(hù)措施就是接地。

表2 有管帽的管口外處于接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的空間

①在廠房爆炸區(qū)域內(nèi)，電氣設(shè)備的外殼都必須可靠接地，且其接地端子應(yīng)與電纜中專門配置的地線相連。

②由于在爆炸危險(xiǎn)廠房?jī)?nèi)，金屬容器、管道、構(gòu)架及操作平臺(tái)很多，且大多工藝管道及電氣管線多為明敷，長(zhǎng)短不一，極易形成不同的感應(yīng)電位造成靜電荷聚積，引起靜電而產(chǎn)生火花。為消除靜電，所有廠房?jī)?nèi)金屬構(gòu)件及管道進(jìn)入建筑物時(shí)均應(yīng)做等電位連接，以消除電位差。圖2為蒸吸、濾過廠房爆炸區(qū)域內(nèi)的防靜電接地圖。圖中，除了母液洗氨塔應(yīng)可靠接地、等電位連接外，其管道也應(yīng)可靠接地，并且其閥門和儀表兩端均應(yīng)用專用軟銅線RVS－1＊6 mm2進(jìn)行跨接。

圖2 蒸吸、濾過廠房爆炸區(qū)域內(nèi)的防靜電接地

3 結(jié) 語

在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)，防爆是電氣設(shè)計(jì)必須做到的，還需要綜合考慮工藝、土建、通風(fēng)、設(shè)備等各專業(yè)的相互配合，優(yōu)化爆炸區(qū)域附近安全場(chǎng)所的建筑布置，合理實(shí)施工藝流程，在綜合防爆的理念下，安全、經(jīng)濟(jì)的確定防爆方案，杜絕爆炸事故的發(fā)生。

［1］ GB 50058—1992爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［2］ 王純.爆炸性氣體環(huán)境設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］.電氣防爆，2008（4）