張 瑩

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 引言

在爆炸性環(huán)境內(nèi),電力裝置的設(shè)計(jì)一般遵循以下步驟:爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分、爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域范圍界定、針對爆炸性環(huán)境內(nèi)的可燃性物質(zhì)和可燃性粉塵進(jìn)行分級、分組、根據(jù)以上結(jié)論,選擇與爆炸性環(huán)境相適應(yīng)的電氣設(shè)備、并有針對性地進(jìn)行電氣設(shè)備的安裝設(shè)計(jì)、電氣線路設(shè)計(jì)、爆炸性環(huán)境的接地設(shè)計(jì)等。

爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜而困難的問題。準(zhǔn)確地進(jìn)行爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分和爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域范圍界定,是爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)的先決條件,也是其設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,城市垃圾量也飛速增長。垃圾焚燒發(fā)電廠占地面積相對于填埋方式小、長期綜合處理量大、能源可以回收利用、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著,因其眾多優(yōu)勢,逐步被廣大地區(qū)的環(huán)保部門所采用。至2019 年,我國垃圾處置的主流工藝包括填埋(占比56%)與焚燒(占比38%)兩種工藝,隨著填埋工藝擴(kuò)張降速,填埋產(chǎn)能的收縮只是時(shí)間問題。

垃圾焚燒發(fā)電廠中可能出現(xiàn)爆炸性混合物環(huán)境的場所有若干種,不同場所的可燃?xì)怏w/粉塵的組成不同、危險(xiǎn)區(qū)域等級也不相同,電氣設(shè)計(jì)需要有針對性的進(jìn)行爆炸性環(huán)境下電力裝置的設(shè)計(jì)。在危險(xiǎn)區(qū)域等級低的區(qū)域采用設(shè)備保護(hù)級別高的設(shè)備會提高工程造價(jià),導(dǎo)致不必要的浪費(fèi);而在危險(xiǎn)區(qū)域等級高的區(qū)域采用設(shè)備保護(hù)級別低的設(shè)備將對生產(chǎn)運(yùn)行留下隱患。

本文結(jié)合筆者設(shè)計(jì)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際設(shè)計(jì)范例,介紹了垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分及相關(guān)電力裝置設(shè)計(jì)。

筆者設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)主要依據(jù)是《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50058—2014),以下文本中敘述部分所提到的規(guī)范如無特殊說明,都是指該規(guī)范。另外規(guī)范明確指出“本規(guī)范不適用災(zāi)難性事故。不考慮間接危害對于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分及相關(guān)電力裝置設(shè)計(jì)的影響?！币虼艘韵滤龅慕榻B及分析都是基于這一前提展開。

1 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)簡介

1.1 爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分應(yīng)按釋放源級別和通風(fēng)條件確定,存在連續(xù)級釋放源的區(qū)域可劃為0 區(qū),存在一級釋放源的區(qū)域可劃為1 區(qū),存在二級釋放源的區(qū)域可劃為2 區(qū),并應(yīng)根據(jù)通風(fēng)條件按下列規(guī)定調(diào)整區(qū)域劃分:

(1)當(dāng)通風(fēng)良好時(shí),可降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級;當(dāng)通風(fēng)不良時(shí),應(yīng)提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級。

(2)局部機(jī)械通風(fēng)在降低爆炸性氣體混合物濃度方面比自然通風(fēng)和一般機(jī)械通風(fēng)更為有效時(shí),可采用局部機(jī)械通風(fēng)降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級。

(3)在障礙物、凹坑和死角處,應(yīng)局部提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級。

(4)利用堤或墻等障礙物,限制比空氣重的爆炸性氣體混合物的擴(kuò)散,可縮小爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。

1.2 爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域范圍

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍應(yīng)根據(jù)釋放源的級別和位置、可燃物質(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),經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較綜合確定。

建筑物內(nèi)部宜以廠房為單位劃定爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。當(dāng)廠房內(nèi)空間大時(shí),應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的具體情況劃分,釋放源釋放的可燃物質(zhì)量少時(shí),可將廠房內(nèi)部按空間劃定爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域范圍,并應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

1.3 爆炸性氣體混合物的分級、分組

表1 爆炸性氣體混合物分級

表2 引燃溫度分組

1.4 爆炸性粉塵環(huán)境

爆炸性粉塵環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分和危險(xiǎn)區(qū)域范圍的界定原則與爆炸性氣體環(huán)境類似,區(qū)別僅在于由于形成爆炸性環(huán)境的介質(zhì)不同,因此爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域范圍界定的邊界差異、以及在不同介質(zhì)的爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備防爆結(jié)構(gòu)也有所不同。

2 垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2.1 示例工程概況

一般城市典型的垃圾焚燒發(fā)電廠,其工藝系統(tǒng)包括:垃圾接收及儲存系統(tǒng)、垃圾焚燒系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組、汽水循環(huán)系統(tǒng)、灰渣處理及儲存系統(tǒng)、飛灰處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、化學(xué)水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、測量及控制系統(tǒng)、滲濾液收集處理系統(tǒng)等。垃圾焚燒發(fā)電廠中可能出現(xiàn)爆炸性混合物環(huán)境的場所通常有滲濾液泵操作間、滲濾液間及相鄰樓梯間、SNCR 間、蓄電池室、垃圾倉及受料平臺、活性炭間等多種場所,不同場所的可燃?xì)怏w/粉塵的組成不同、危險(xiǎn)區(qū)域等級也不相同。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分應(yīng)由負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝加工介質(zhì)性能、設(shè)備和工藝性能的專業(yè)人員和安全、電氣專業(yè)的工程技術(shù)人員共同商議完成。

2.2 垃圾焚燒發(fā)電廠爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分和區(qū)域范圍界定

2.2.1 垃圾焚燒發(fā)電廠爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分

(1)滲濾液泵操作間、滲濾液溝道間及相鄰樓梯間、垃圾倉及受料平臺

垃圾在垃圾倉存儲過程中發(fā)酵產(chǎn)生滲濾液及可燃性氣體,與空氣混合形成爆炸性氣體混合物。這些氣體混合物會彌散到滲濾液泵操作間、滲濾液溝道間及相鄰樓梯間、垃圾倉及受料平臺。

由于可燃性氣體是垃圾易腐敗物質(zhì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的,而厭氧發(fā)酵過程與接觸方式、接觸時(shí)間、環(huán)境溫度密切相關(guān),因此不同季節(jié)的垃圾產(chǎn)生的可燃性氣體的組成和濃度均有不同。目前這些可燃?xì)怏w的組成成分筆者尚未看到直接有力的論證文章,筆者參考關(guān)于城市垃圾臭氣成分分析的文章,文章說明生活垃圾在堆放過程中會產(chǎn)生發(fā)酵臭氣,其主要成份為H2S 和NH3,此外還有甲硫醇、甲胺、甲基硫等有機(jī)氣體。在氧氣量足夠時(shí),垃圾中的有機(jī)成份如蛋白質(zhì),在好氧細(xì)菌作用下產(chǎn)生NH3;在氧氣不足時(shí),厭氧細(xì)菌將有機(jī)物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物H2S 和NH3、SO2、硫醇類、胺類等化合物。生活垃圾在堆放過程中也會產(chǎn)生沼氣,沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下,經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的一種混合氣體。沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%～80%甲烷(CH4)、20%～40%二氧化碳(CO2)、0%～5%氮?dú)?N2)、小于1%的氫氣(H2)、小于0.4%的氧氣(O2)與0.1%～3%硫化氫(H2S)等氣體組成?？諝庵腥绾?.6%～20.8%(按體積計(jì))的沼氣時(shí),就會形成爆炸性的混合氣體。結(jié)合生活垃圾產(chǎn)生的臭氣和沼氣的成分分析資料,筆者認(rèn)為垃圾在垃圾倉存儲過程中發(fā)酵產(chǎn)生的可燃性氣體的主要成分是硫化氫(H2S)、甲烷(CH4)、NH3、硫醇類氣體。規(guī)范GB 50058—2014 中說明“當(dāng)存在有兩種以上可燃物質(zhì)形成的爆炸性混合物時(shí),應(yīng)按照混合后的爆炸性混合物的級別和組別選用防爆設(shè)備,無據(jù)可查又不可能進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),可按危險(xiǎn)程度較高的級別和組別選用防爆電氣設(shè)備?！崩诶鴤}存儲過程中發(fā)酵產(chǎn)生的可燃性氣體中硫化氫的危險(xiǎn)程度最高,它的級別和組別分別是IIB 和T3。

垃圾在垃圾倉存儲過程中發(fā)酵是一個(gè)持續(xù)的過程,屬于連續(xù)級釋放源。

但是基于以下原因,垃圾倉及受料平臺又很難有爆炸性氣體的集聚。

①垃圾在垃圾倉的存儲過程中會被翻撿,而且垃圾倉內(nèi)垃圾占容比較低、空氣流通性好、因此其厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的氣體總量不多,更不會有短時(shí)內(nèi)突然產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w的可能。

②垃圾倉內(nèi)設(shè)有風(fēng)口與焚燒爐相連,連續(xù)生產(chǎn)時(shí),一次風(fēng)機(jī)將垃圾倉內(nèi)的空氣引入焚燒爐,使垃圾倉保持負(fù)壓,防止臭氣逸散到空氣中,也使可燃?xì)怏w很快稀釋。

③在垃圾倉內(nèi)還設(shè)置了除臭風(fēng)機(jī),在焚燒爐停止工作時(shí)啟動,保證了垃圾倉的負(fù)壓環(huán)境。除臭風(fēng)機(jī)按一用一備配置,每套除臭風(fēng)機(jī)可達(dá)到對垃圾倉及相通環(huán)境至少1 h 換氣6 次的工作能力。因此垃圾倉及相通環(huán)境符合規(guī)范GB 50058—2014 中對通風(fēng)良好場所的定義。

因?yàn)闉V液泵操作間、滲濾液溝道間及相鄰樓梯間,與垃圾倉及受料平臺區(qū)域雖然都連續(xù)級釋放源,但具體情況又有區(qū)別,因此其危險(xiǎn)區(qū)域劃分將在后續(xù)章節(jié)中、結(jié)合危險(xiǎn)區(qū)域界定再做論述。

(2)氣瓶間

合理地利用和控制乙炔-空氣混合氣爆炸產(chǎn)生沖擊波的能量,可以達(dá)到對余熱鍋爐受熱面清灰的作用。因此一般垃圾焚燒發(fā)電廠都會配備氣瓶間,存放余熱鍋爐清灰用的乙炔氣體。因此氣瓶間可能出現(xiàn)的爆炸性氣體混合物,是由乙炔與空氣混合形成,乙炔的級別和組別分別是IIC 和T2。

氣瓶間的氣瓶儲罐及相通管道、閥門,在正常運(yùn)行時(shí),預(yù)計(jì)不可能釋放,當(dāng)出現(xiàn)釋放,僅是偶爾和短期釋放,屬于規(guī)范定義中的二級釋放源。而且氣瓶間都是三面有墻、一面對室外敞開(僅有圍欄遮擋)的半封閉建筑,使其具有自然通風(fēng)的條件。因此筆者認(rèn)為氣瓶間可以定義為2 區(qū)。

(3)SNCR 間

一般城市典型的垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化采用的工藝多為“旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫酸+Ca(OH)2干法噴射+活性炭噴射+SNCR 工藝”。其中SNCR 系統(tǒng)采用氨水作為還原劑。因此SNCR 間可能出現(xiàn)的爆炸性氣體混合物,是由氨水揮發(fā)的氨氣與空氣混合形成。氨氣的級別和組別分別是IIA 和T1。

SNCR 間的氨水儲罐、泵及輸送管道在正常運(yùn)行時(shí)其氨氣,預(yù)計(jì)不可能釋放,當(dāng)出現(xiàn)釋放,僅是偶爾和短期釋放,屬于規(guī)范定義中的二級釋放源。有的SNCR 間是三面有墻、一面對室外敞開(僅有圍欄遮擋)的半封閉建筑,使其具有自然通風(fēng)的條件;而對于有些封閉建筑內(nèi)SNCR 間,也都設(shè)置了通風(fēng)風(fēng)機(jī),保證了至少1 h 換氣6 次的工作能力。因此筆者認(rèn)為SNCR 間可以定義為2 區(qū)。

(4)活性炭間

煙氣凈化工藝中還用到了活性炭。在綜合主廠房內(nèi)會設(shè)置一個(gè)活性炭間,配置1 套活性炭噴射裝置,1 臺活性炭倉,活性炭倉上配有高、低料位計(jì)、倉頂除塵器、防爆裝置、真空壓力釋放閥、倉壁振動器和人孔等附屬設(shè)施?；钚蕴刻砑訛檫B續(xù)作業(yè),獨(dú)立供料,由定量給料機(jī)控制活性炭添加量,經(jīng)給料機(jī)直接將活性炭噴入反應(yīng)塔出口管道。活性炭粉塵屬于IIIC 級導(dǎo)電性粉塵。根據(jù)規(guī)范說明,活性炭倉相通管道為全部焊接的輸送管,不應(yīng)視為釋放源;但是其敞開的上料口是一級釋放源。為了滿足國標(biāo)《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》(CJJ90—2009)要求,活性炭倉設(shè)有氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng),以杜絕失火、爆炸等事故的發(fā)生。在活性炭間內(nèi)也設(shè)置了通風(fēng)風(fēng)機(jī),保證了至少1 h 換氣6 次的工作能力。因此筆者認(rèn)為活性炭間可以定義為22 區(qū)。

(5)蓄電池室

根據(jù)規(guī)范DL/T 5044—2014《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的介紹,閥控式密封鉛酸蓄電池具有發(fā)電性能好、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、占地面積小河維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。相對于固定型排氣式鉛酸蓄電池和鎘鎳堿性蓄電池,在發(fā)電廠項(xiàng)目中,閥控式密封鉛酸蓄電池技術(shù)技經(jīng)綜合優(yōu)勢明顯。目前一般城市典型的垃圾焚燒發(fā)電廠都采用閥控式密封鉛酸蓄電池,一般兩爐兩機(jī)的垃圾焚燒發(fā)電廠蓄電池容量為400 Ah。

老式鉛酸蓄電池充電時(shí)水的電解。當(dāng)充電達(dá)到一定電壓時(shí)在蓄電池的正極上放出氧氣,負(fù)極上放出氫氣。一方面釋放氣體帶出酸霧污染環(huán)境,另一方面電解液中水份減少,必須隔一段時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)加水維護(hù)。閥控式鉛酸蓄電池就是為克服這些缺點(diǎn)而研制的產(chǎn)品,其基本特點(diǎn)是使用期間不用加酸加水維護(hù),電池為密封結(jié)構(gòu),不會漏酸,也不會排酸霧,電池蓋子上設(shè)有單向排氣閥(也叫安全閥),該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過一定值(通常用氣壓值表示),即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時(shí),排氣閥自動打開,排出氣體,然后自動關(guān)閥,防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。

因此蓄電池間可能出現(xiàn)的爆炸性氣體混合物,是由鉛酸蓄電池水的電解產(chǎn)生的氫氣與空氣混合形成,氫氣的級別和組別分別是IIC 和T1。閥控式密封鉛酸蓄電池在正常運(yùn)行時(shí)其氫氣,預(yù)計(jì)不可能釋放,當(dāng)出現(xiàn)釋放,僅是偶爾和短期釋放,屬于規(guī)范定義中的二級釋放源。在蓄電池間內(nèi)還設(shè)置了通風(fēng)風(fēng)機(jī),保證了至少1 h 換氣6 次的工作能力。《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50058—2014)附錄B 的第23 條增加了對蓄電池室危險(xiǎn)區(qū)域的劃分建議。結(jié)合目前一般城市典型的垃圾焚燒發(fā)電廠蓄電池室的情況,筆者認(rèn)為可以參考第23 -3)、23 -5)兩條,將蓄電池室區(qū)域劃為非危險(xiǎn)區(qū)域考慮。

2.2.2 垃圾焚燒發(fā)電廠爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域界定

(1)滲濾液泵操作間、滲濾液溝道間及相鄰樓梯間、垃圾倉級受料平臺

垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)生氣體成分復(fù)雜,綜合相對密度是否比空氣重?zé)o法判斷,筆者認(rèn)為在做相關(guān)危險(xiǎn)區(qū)域界定時(shí)只能以最不利的情況考慮,危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)榘幢瓤諝庵睾捅瓤諝廨p兩種情況下確定區(qū)域的疊加。

垃圾倉及受料平臺:其實(shí)像垃圾倉這種區(qū)域在規(guī)范中附錄B.0.1 沒有與之特別相似的分類,筆者結(jié)合之前2.2.1(1)中的分析,認(rèn)為垃圾雖然從性質(zhì)上屬于連續(xù)級釋放源,但其可燃?xì)怏w的釋放量相對于空間來說較低,而且通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置保證了整個(gè)垃圾倉成為一個(gè)通風(fēng)良好的場所,再結(jié)合規(guī)范附錄B.0.1 -1、附錄B.0.1 -5 和附錄B.0.1 -10 的說明最終界定:距離垃圾頂部7.5 m 以下范圍化為2區(qū),這基本上就將2 區(qū)的范圍限制在了垃圾倉倉體空間內(nèi);垃圾受料平臺及以上部分可視為2 區(qū)外部分,即非危險(xiǎn)區(qū)。

滲濾液泵操作間、滲濾液溝道間及相鄰樓梯間:結(jié)合之前的分析,參考規(guī)范附錄B.0.1 -1 和B.0.1-10 的說明界定:滲濾液泵操作間、滲濾液溝道間,類似于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi),地坪下的坑、溝區(qū)域,可化為1 區(qū);相鄰樓梯間,因有密閉前室分隔,可化為2區(qū)。

(2)氣瓶間

乙炔相對密度為0.9,根據(jù)規(guī)范條文解釋,在工程設(shè)計(jì)中視為相對密度比空氣重的物質(zhì)。結(jié)合之前的分析,參考規(guī)范附錄B.0.1 -1 的說明界定:整個(gè)氣瓶間及距離釋放源7.5 m 范圍可化為2 區(qū);以釋放源為中心,總半徑為30 m,地坪上的高度為0.6 m,且在2 區(qū)外的范圍內(nèi)可化為附加2 區(qū)。需說明的是,無論是2 區(qū)還是附加2 區(qū),這個(gè)區(qū)域界定一般已經(jīng)超出氣瓶間的范圍。筆者認(rèn)為對于和氣瓶間相通的室外處可以參考以上危險(xiǎn)區(qū)域范圍界定;而與氣瓶間有無孔洞實(shí)體墻分隔的墻外或是其他車間可以視為非危險(xiǎn)區(qū)。

(3)SNCR 間

氨氣相對密度為0.6。結(jié)合之前的分析,參考規(guī)范附錄B.0.1 -5 的說明界定:整個(gè)SNCR 間可化為2 區(qū);而與SNCR 間有無孔洞實(shí)體墻分隔的墻外或是其他車間可以視為非危險(xiǎn)區(qū)。

(4)活性炭間

目前活性炭倉上料有兩種方式:①活性炭粉料通過人工拆袋手動排空到活性炭倉,類似于規(guī)范附錄D.0.2 描述的情況。②活性炭粉料通過負(fù)壓吸附被吸入活性炭倉,類似于規(guī)范附錄D.0.3 描述的情況。

因?yàn)榛钚蕴總}加料并不頻繁,基于成本考慮,筆者所接觸到的工程基本采用的都是方式一。針對于此上料方式,參考規(guī)范附錄D.0.2 的說明界定:活性炭間內(nèi),活性炭倉內(nèi)部為20 區(qū);活性炭倉敞開的入孔1 m 半徑范圍內(nèi)為21 區(qū);整個(gè)活性炭間內(nèi)、超出21 區(qū)部分為22 區(qū)。

2.2.3 垃圾焚燒發(fā)電廠爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分及相應(yīng)電氣設(shè)備保護(hù)級別表格

綜上所述,筆者對一般城市典型的垃圾焚燒發(fā)電廠各爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域劃分及相關(guān)環(huán)境電氣裝置保護(hù)級別總結(jié)如下:

表3 垃圾焚燒發(fā)電廠各爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域劃分及相關(guān)環(huán)境電氣裝置保護(hù)級別

2.3 垃圾焚燒發(fā)電廠爆炸性環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)

筆者對一般城市典型的垃圾焚燒發(fā)電廠各爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域劃分及相關(guān)環(huán)境電氣裝置保護(hù)級別做了匯總表格,但針對不同區(qū)域的電力裝置設(shè)計(jì),筆者還有一些想法闡述。

(1)垃圾倉及受料平臺

如圖1,±0.00 水平線為垃圾倉裝載垃圾的設(shè)計(jì)界限,我們之前分析的倉爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域界定是以此線為依據(jù)的。但實(shí)際運(yùn)行中,會有垃圾焚燒廠垃圾裝載量呈上行曲線所示,這就是俗稱的爆倉情況。在垃圾倉內(nèi)的電氣設(shè)備有消防炮、垃圾吊、照明燈具。筆者目前接觸的多個(gè)項(xiàng)目,業(yè)主對消防炮和垃圾吊都沒有提出防爆要求,而對照明燈具有的業(yè)主專門提出了設(shè)置防爆燈具的要求。筆者認(rèn)為,從理論分析來說,裝設(shè)在垃圾倉頂上的燈具可以按非防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

圖1 垃圾倉堆料示意

(2)氣瓶間

氣瓶間內(nèi)可能涉及到的用電設(shè)備只有照明設(shè)備,考慮到氣瓶間操作一般都安排的白班,極少夜晚操作,而且如前所述垃圾電廠的氣瓶間都是三面有墻、一面對室外敞開(僅有圍欄遮擋)的開敞式建筑,因此筆者會建議業(yè)主采用了路燈照明作為氣瓶間的照明、或采用防爆行燈,而不在氣瓶間內(nèi)設(shè)置常用照明燈具,降低了該區(qū)域的爆炸危險(xiǎn)性。

(3)SNCR 間

國家能源局關(guān)于印發(fā)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的通知中、1.8.19 說明“氨區(qū)所有電氣設(shè)備、遠(yuǎn)傳儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、熱控盤柜等均選用相應(yīng)等級的防爆設(shè)備,防爆結(jié)構(gòu)選用隔爆型(Exd),防爆等級不低于IIA T1”。此條文為SNCR 間電氣設(shè)備的選型提供了依據(jù)。

(4)蓄電池室

其實(shí)對于蓄電池室電力裝置是否采用防爆設(shè)計(jì),不同規(guī)范觀點(diǎn)也不盡相同。如《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5044—2014)不區(qū)分電池種類,對所有的蓄電池室統(tǒng)一按爆炸性氣體環(huán)境考慮,條目8.1.7 中要求“蓄電池室內(nèi)應(yīng)有良好的通風(fēng)設(shè)施。通風(fēng)電動機(jī)應(yīng)為防爆式”;而《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》(DL 5027—2015)按不同電池種類的特性,將蓄電池室的環(huán)境區(qū)分為酸性蓄電池室和其他蓄電池室,10.6.2 說明“其他蓄電池室(閥控式密封鉛酸蓄電池室、無氫蓄電池室、鋰電池室、鈉硫電池、UPS 室等)應(yīng)符合下列要求:1.蓄電池室應(yīng)有通向室外的有效通風(fēng)裝置,閥控式密封鉛酸蓄電池室內(nèi)的照明、通風(fēng)設(shè)備可不考慮防爆。”;《國家電網(wǎng)有限公司關(guān)于印發(fā)十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施(修訂版)的通知》5.3.1.5 說明“酸性蓄電池室(不含閥控式密封鉛酸蓄電池室)照明、采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)施均應(yīng)為防爆型,開關(guān)和插座等應(yīng)裝在蓄電池室的門外”。

規(guī)范DL 5027—2015 和《國網(wǎng)反措》中的要求,應(yīng)充分考慮目前設(shè)備實(shí)際的技術(shù)發(fā)展水平,認(rèn)為閥控式密封鉛酸蓄電池正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氫氣量極低,在設(shè)置有效通風(fēng)裝置后,其可能出現(xiàn)的最高濃度不足以在蓄電池室形成達(dá)到氫氣爆炸下限值的10% 的爆炸性環(huán)境,滿足規(guī)范DL 50058—2014 3.3.3 中“爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)的車間采用正壓或連續(xù)通風(fēng)稀釋措施后,不能形成爆炸性氣體環(huán)境時(shí),車間可將為非爆炸危險(xiǎn)環(huán)境?！币?因此在閥控式密封鉛酸蓄電池室區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備不要求考慮防爆。這與筆者之前將蓄電池室劃分為非危險(xiǎn)區(qū)域的分析相符。

但規(guī)程DL/T 5044—2014 關(guān)于“蓄電池室內(nèi)通風(fēng)電動機(jī)應(yīng)為防爆式?！惫P者認(rèn)為也有一定道理。因?yàn)?無論哪本規(guī)范規(guī)程,對于在蓄電池室內(nèi)設(shè)置良好的通風(fēng)裝置都是有統(tǒng)一要求的,正是在通風(fēng)良好后,蓄電池室的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級才得以降低,而通風(fēng)設(shè)備所接觸部分的可燃?xì)怏w濃度相對要高于蓄電池室。因此對蓄電池室內(nèi)通風(fēng)電動機(jī)采用防爆式,造價(jià)提升不多但安全性有了較大的保證。

另外,一方面由于業(yè)主和設(shè)計(jì)人員對安全性的強(qiáng)調(diào);另一方面,蓄電池室內(nèi)采用防爆型電氣設(shè)備對整個(gè)工程造價(jià)增加微乎其微,因此在實(shí)際操作中,筆者接觸、了解的工程,在垃圾焚燒發(fā)電廠蓄電池室的照明、通風(fēng)等電氣設(shè)備都采用了防爆型的電氣設(shè)備。

綜上所述,筆者對一般城市典型的垃圾焚燒發(fā)電廠各爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域劃分及相關(guān)環(huán)境電氣裝置防爆設(shè)計(jì)總結(jié)如下:0 區(qū)內(nèi)電氣設(shè)備、燈具、接線盒、分支盒、撓性連接管采用澆封型,1 區(qū)、2 區(qū)內(nèi)電氣設(shè)備、燈具、接線盒、分支盒、撓性連接管采用隔爆型,22 區(qū)內(nèi)電氣設(shè)備、燈具、接線盒、分支盒、撓性連接管采用本質(zhì)安全型。鋼管螺紋旋合不應(yīng)少于5扣,且電纜線路不應(yīng)有中間接頭。

(1)鋼管配線的電氣線路必須作好隔離密封,其穿過墻或樓板的孔洞應(yīng)用非燃性材料嚴(yán)密堵塞,做法見標(biāo)準(zhǔn)12D401-3《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電氣線路和電氣設(shè)備安裝》。

(2)室內(nèi)配電線路采用電纜穿鋼管,鋼管應(yīng)采用低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管,鋼管連接的螺紋部分應(yīng)涂以鉛油或磷化膏。

3 結(jié)論

垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的問題。其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于,針對可能出現(xiàn)的爆炸性環(huán)境、準(zhǔn)確地進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域等級劃分和危險(xiǎn)區(qū)域范圍界定。只有對爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了準(zhǔn)確地劃分和范圍界定,才能有針對性地進(jìn)行電氣設(shè)備的安裝、電氣線路、接地等方面的設(shè)計(jì),使工程設(shè)計(jì)在保證技術(shù)可靠的前提下、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化。