覃柳莎，李艷華，吳 磊，許曉麗，蔣 薇

(1. 海洋石油工程股份有限公司 天津300451；2. 中國海洋石油(中國)有限公司天津分公司 天津300451)

0 引 言

防爆電氣設(shè)備在海上平臺油氣生產(chǎn)設(shè)施上廣泛應用，對降低平臺上火災爆炸風險有重要作用。國家相關(guān)法規(guī)、行業(yè)規(guī)范和工程設(shè)計標準對防爆電氣設(shè)備的設(shè)計、選型、制造、檢驗和驗收均有明確規(guī)定[1-4]。但是在工程實踐中由于防爆電氣不合格而影響項目進度的情況時有發(fā)生，主要原因是相關(guān)規(guī)范和標準較多，在工作實踐中難以保證防爆電氣設(shè)備各方面的要求面面俱到。因此，對防爆電氣設(shè)計的相關(guān)理論和國家法規(guī)、標準規(guī)范的強制要求進行梳理和分析，并以此指導海上油氣生產(chǎn)設(shè)施上的防爆電氣的設(shè)計、選型和采辦顯得十分必要。

1 防爆電氣設(shè)計

防爆電氣設(shè)計主要依據(jù)生產(chǎn)設(shè)施上的危險區(qū)進行劃分。危險區(qū)是指生產(chǎn)設(shè)施上存在可燃氣體并且濃度可能達到了其爆炸下限的某個區(qū)域。根據(jù)該區(qū)域可燃氣體濃度達到爆炸下限的可能性高低，劃分不同的等級，表征某個區(qū)域的危險特征，主要考慮如下幾個方面：危險區(qū)類別、危險區(qū)等級、危險區(qū)內(nèi)可燃氣體的成分、可燃氣體被點燃的溫度等級。目前海上油氣生產(chǎn)設(shè)施上危險區(qū)劃分的標準有美國石油協(xié)會的危險區(qū)劃分標準、國際電氣工程師協(xié)會的危險區(qū)劃分標準以及歐盟危險區(qū)劃分標準。各劃分標準在表征危險區(qū)特征的4個參數(shù)上略有差異，對防爆電氣設(shè)備的設(shè)計有較大的影響。

根據(jù)爆炸物質(zhì)的類別，危險區(qū)劃分為 3類，分別是I類危險區(qū)為煤礦瓦斯氣體，II類危險區(qū)為除煤礦瓦斯之外的可燃氣體，III類危險區(qū)為粉塵和纖維。我國國標、國際電氣工程師協(xié)會標準以及歐盟標準均據(jù)此進行分類[5-7]。美國石油協(xié)會的劃分標準與此不同，I類為可燃氣體，II類為爆炸性粉塵，III類為爆炸性纖維[8]。兩者的主要區(qū)別在于煤礦瓦斯氣體沒有單獨分類，在美國石油協(xié)會標準中直接歸入可燃氣體一類。對于海上油氣生產(chǎn)設(shè)施按照國際通用劃分方法，危險區(qū)為 II類除煤礦瓦斯之外的可燃氣體，對應標記為 Group II；按照美國石油協(xié)會標準(API標準)，應該為I類危險區(qū)，對應標記為Class I。

根據(jù)可燃物質(zhì)存在的概率高低，危險區(qū)劃分為3個等級，分別是0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。0區(qū)表示該區(qū)域可燃物質(zhì)達到爆炸下限的時間每年超過 1000h，即每年有10%的時間存在可以被點燃的氣體；1區(qū)表示該區(qū)域可燃物質(zhì)達到爆炸下限的時間每年在 10～1000h之間，即每年有 0.1%～10%的時間存在可以被點燃的氣體；2區(qū)表示該區(qū)域可燃物質(zhì)達到爆炸下限的時間每年低于10h，每年存在被點燃氣體的概率低于 0.1%。在部分使用 API 500進行危險區(qū)劃分的生產(chǎn)設(shè)施上，危險區(qū)只分 2個等級，其中 1級對應0區(qū)和1區(qū)，2級對應2區(qū)。

對于氣體爆炸物，按照氣體爆炸時的爆炸壓力和爆炸安全間隙，可以分為 3類，分別為 A、B、C 3個組別。美國 API RP 500標準將氣體組分劃分為 A、B、C、D 4個組別，其中A組和B組與國際通行標準中的C組對應，C組與國際通行標準中的B組對應，D組與A組對應。

表1列出了目前各主流危險區(qū)劃分規(guī)范的對比。

表1 不同危險區(qū)劃分標準對比Tab.1 Comparison between different hazardous area classification standards

2 防爆電氣設(shè)備選型

防爆電氣設(shè)備最根本的作用是在危險區(qū)內(nèi)使用而不會成為點燃源。根據(jù)國際電工委的標準，防爆電氣設(shè)備可分為隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型、正壓型、充油型、充砂型、澆封型、無引燃設(shè)備型和特殊型。各種不同類型的防爆電氣設(shè)備的主要工作原理以及設(shè)備代號如表 2所示。表 2中所列防爆電氣設(shè)備的形式也可概括歸納為 3種類型：①限制能量型，即限制電能的形式，如本質(zhì)安全型設(shè)備；②囚禁型，即把已引爆的氣體基本囚禁在殼內(nèi)，不引爆殼外的可燃氣體，如隔爆型設(shè)備；③隔離型，即把可能的引爆源與可燃氣源隔開的形式，如充油、充砂、增安、澆封、正壓型等。

表2 不同類型防爆電氣設(shè)備及主要工作原理Tab.2 Types of explosion-proof electrical equipment and their working principles

爆炸性氣體環(huán)境用防爆電氣設(shè)備分為 I類和II類，該分類與危險區(qū)劃分中危險區(qū)類型分類相同。I類設(shè)備用于煤礦爆炸環(huán)境，II類設(shè)備用于其他氣體爆炸環(huán)境。在海上油氣生產(chǎn)設(shè)施上用到的防爆電氣設(shè)備屬于 II類設(shè)備。不同防爆類型的電氣設(shè)備適用于不同類別和等級的危險區(qū)。表 3列出了防爆設(shè)備類型與危險區(qū)類別和等級的對應關(guān)系。由表 3可知，0區(qū)對防爆電氣設(shè)備的選用要求最為嚴格。除了無引燃型設(shè)備只能用于2區(qū)，大部分防爆電氣設(shè)備在1區(qū)和2區(qū)是可以通用的。增安型、澆封型、正壓型、充油型和充砂型設(shè)備，也就是說所有的隔離型設(shè)備可適用于任何種類的可燃性氣體環(huán)境中，因為它們的防爆工作原理與氣體性質(zhì)沒有關(guān)系。但是隔爆型與本安型的工作原理與每種氣體的性質(zhì)密切相關(guān)，在選用這2類設(shè)備時要考慮氣體組分。氣體組分的劃分與危險區(qū)劃分中的氣體組分相同。

表3 各危險區(qū)所適宜的標準的防爆電氣設(shè)備形式Tab.3 Standard explosion-proof electrical equipment suitable for each hazardous area

防爆設(shè)備的選擇還需要考慮設(shè)備表面溫度不能超過對應氣體組分的最低點燃溫度，各氣體組分對應的溫度等級如表 4所示。在表 4中設(shè)備的級別從上到下越來越高，也可以說設(shè)備從上到下檔次越來越高。如果設(shè)備溫度組別相同，如都是T1組設(shè)備，那么IIB T1設(shè)備就比 IIAT1高一檔，在實際選擇時，如IIAT1設(shè)備不可獲得，可用IIB T1設(shè)備來代替，反之則不行。表中同一氣體組分內(nèi)，從左往右溫度級別越來越高，如 IIBT3可以代替 IIBT2，反之不行。表中IICT6是最高等級，可以替代表中所有的溫度等級。在同一個危險區(qū)范圍內(nèi)如果有多種可燃氣體組分存在，在防爆設(shè)備選型上就要按照最高級別的防爆設(shè)備選取。

表4 設(shè)備和氣體級別以及溫度組別對應序列Tab.4 Corresponding sequence of equipment, gas level and temperature groups

3 防爆電氣設(shè)備采購

防爆電氣設(shè)備的采購是防爆電氣設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。防爆電氣設(shè)備采購是落實危險區(qū)劃分和防爆電氣設(shè)備選型技術(shù)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在。目前我國對于防爆電氣設(shè)備采取了嚴格的認證制度，對生產(chǎn)企業(yè)有防爆電氣設(shè)備生產(chǎn)許可證書要求，對產(chǎn)品有防爆產(chǎn)品認證證書要求。因此在設(shè)備采購環(huán)節(jié)，對防爆產(chǎn)品證書進行嚴格把關(guān)是保證防爆電氣設(shè)備質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。防爆證書上有防爆證書編號和防爆認證標志兩項重要信息。表 5列出了防爆證書編號和防爆認證標志的組成和含義。在證書上還應關(guān)注防爆設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成并與實物進行對比驗證，確保設(shè)備結(jié)構(gòu)與證書一致，是沒有經(jīng)過修改的防爆結(jié)構(gòu)。通過防爆證書編號可以在國家相關(guān)網(wǎng)站上進行證書真?zhèn)舞b別，保證證書的真實可靠。

表5 防爆證書主要信息組成Tab.5 Main information in explosion-proof certification

4 結(jié)論與展望

防爆電氣設(shè)備對保障海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的安全非常重要，從前期危險區(qū)的劃分、設(shè)備選型、設(shè)備采購到后期設(shè)備的安裝、驗收以及設(shè)備變更管理應該形成閉環(huán)，嚴格遵守國家法律法規(guī)和標準規(guī)范要求。設(shè)備的設(shè)計、選型和采購是防爆電氣設(shè)備管理的前期環(huán)節(jié)，設(shè)備設(shè)計和選型的正確與否，產(chǎn)品質(zhì)量好與壞直接影響后期的安裝和驗收。目前關(guān)于防爆電氣設(shè)備的設(shè)計、選型和制造等國際上相關(guān)標準規(guī)范較多，但大部分要求都是一致的。在使用不同標準規(guī)范時要留意其中的差異，在危險區(qū)劃分、設(shè)備選型、設(shè)備制造等各個環(huán)節(jié)應盡量選擇同一體系的標準，既為后期設(shè)備采辦和驗收提供便利，也可以避免因標準差異導致的設(shè)備不滿足要求的情況發(fā)生。