浅谈石化装置防爆设计及爆炸危险区域划分

孙彦军，张婷婷， 包磊（宁夏宝塔石化集团设计院（有限公司），宁夏 银川 750001）

马程（银川宝塔精细化工有限公司，宁夏 银川 750001）

在石油化工企业中，大部分装置的物料都是易燃易爆，爆炸和火灾事故是威胁石化企业安全的一个重要问题。因此装置大都处于爆炸危险环境。如：常减压、催化裂解、加氢制氢、重整-柴油加氢、聚丙烯等属于爆炸危险环境。在这种环境中，电动仪表和电气设备的火花常常是引起爆炸事故的主要原因之一。因此，严格、细致地划分爆炸危险场所的等级和危险介质的级别，经济合理的选用防爆设备，并辅以建筑物的防爆设计、加强通风等措施，以防止爆炸条件的形成和减轻爆炸危险的严重程度，是工程设计的一项基础性工作。

目前，国内外对危险区域的划分基本分为两大系列：美国和加拿大采用美国NEC标准；中国和欧洲国家采用国际电工协会IEC标准。国内现行的爆炸危险区域GB与IEC标准是完全对应的。本文论述主要以中国国家标准（GB）为主。

1 爆炸危险的产生

首先，在石化装置中可燃气体的泄露是不可避免的，这是由工艺介质自身物性和设备及过程特点决定；还有物系自一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间以机械功的形式放出大量能量的过程。这些都为爆炸提供的一种潜在的爆炸危险环境。

气体爆炸发展程度由多方面因素决定，但准确定义时必须同时具备下面三个条件:

(1)存在易燃气体、易燃液体的蒸汽或薄雾;

(2)上述物质与空气混合其浓度在爆炸极限以内;

(3)存在足以点燃爆炸性混合物的火花，电弧或高温。

以上三个条件，石化企业任何一套装置都同时具备，为了保证企业的安全生产，我们必须对石化企业进行爆炸危险区划的划分。

其次，可燃气体混合物的爆炸性是由于可燃物质性质的不同和爆炸感度的不同所决定的，即引起爆炸程度的参数不同决定的。爆炸的参数一般指闪点、自燃温度、最小点燃电流、最小点燃电流比、爆炸上下限和最大试验安全间隙[1]。

(1) 闪点是指引起闪燃时的温度。闪燃是指可燃液体或固体的表面上，在一定温度时产生一定的可燃蒸汽的浓度。当其在空气中达到一定的可燃性混合物浓度时，遇到火源就可发生燃烧瞬间火光的现象。故易燃液体或固体在闪点以上温度时，遇到明火会随时发生点燃的危险。相反，在闪点以下温度时，可燃蒸汽的压力低，其与空气混合生成的混合物还不足以与明火相遇而被点燃的危险。

(2) 自燃是物质因长期的缓慢氧化作用，在无明火或电火花情况下而自发地发生燃烧现象。该易燃物质因受外界热源作用下升温达到自燃温度或者是由于自身内部化学或物理作用或生化过程使热量积聚，升高温度而达到自燃点温度。

(3) 最小点燃电流（MIC）：在规定的实验装置上，用直流24V，95mH的电感电路的火花进行3000次点燃试验时，能够发生点燃的最小电流。

(4) 最小点燃电流比（MICR）是各种可燃气体或蒸汽与空气相混合的混合物的最小点燃电流对甲烷/空气混合物的最小点燃之比值。

(5) 爆炸极限值是指可燃气体或蒸汽与空气混合形成的可燃气体浓度低于该可燃气体爆炸下限（LEL）或高于其爆炸上限（UEL）都不会发生爆炸。上限和下限间的可燃气体浓度称为爆炸范围区，不属于上限和下限内的范围称为非爆炸范围区。

(6) 最大试验安全间隙（MESG）是指在规定的标准试验条件下测定的。在一定壳体内充有一定浓度的被试验气体或蒸汽与空气的混合物，点燃后，通过25mm长的结合面均不能点燃壳体外爆炸性气体混合物的外壳空腔与壳内两部分的最大间隙。

对于设计而言，可燃气体混合物的引起爆炸程度的参数很说明装置的某个区域的爆炸危险程度，所以采用不同的爆炸参数来研究爆炸区域划分是很有必要的。

2 爆炸危险区域[2]

爆炸危险性场所的分类，应由懂得易燃性材料性能、设备工艺性能的技术人员提出易燃性介质及其释放源和懂得安全、工程技术人员根据有关规范，来划分爆炸危险区域。为尽量准确地划分区域，在根据有关标准和规范划分的同时，还应参考以往的经济和行业特点。既要保证生产装置的安全可靠，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，然后还应结合释放源所处的通风条件调整区域的划分。

2.1 查找和确定释放源

在每个工程项目中，每一台加工设备(如罐、泵、管道、容器、调节阀等)，其内部含有易燃性物料，就应视为潜在释放源。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。根据规范规定共分为三级:

(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:固定顶贮罐的上部空间和排气口;油、水分离器等，直接与空气接触的易燃液体的表面;经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸汽的自由排气孔或其它孔口等。

(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、取样口等。 在此“正常运行”是指正常的开车、运转、停车、易燃物质产品的装卸、密闭容器盖的开闭，安全阀、排污阀以及所有工厂设备都在其设计参数范围内工作的状态。

(3)第二级释放源:预计在正常时不会释放，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:正常运行时不会出现释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封处;正常运行时不会释放易燃物质的法兰、连接件、管道接头、安全阀、排气孔和取样口。

由上述两种或三种级别释放源组成的释放源，称为多级释放源。

2.2 爆炸危险区域的划分

石化装置中根据爆炸性气体出现的频率和持续时间将危险场所划分为三个区域：即0区、1区、2区。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，

首先根据有关专业提供的爆炸危险区域划分条件和释放源的等级划分爆炸危险区域:

(1) 爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所或者存在连续释放源的区域可划分为0区;

(2) 在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所或者存在第一级释放源的区域可划分为1区;

(3) 在正常运行时，不可能出现爆炸性气体的环境，如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所或者存在第二级释放源的区域可划分为2区。

然后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，在设计中划分爆炸危险区域时，应采取合理措施尽量减少1区。

2.3 爆炸危险区域的范围

爆炸危险区域的范围划分，除了按照规范条文规定以外，还与以下几个因素有关:

(1) 易燃物质的泄出量;

(2) 释放速度;

(3) 释放的爆炸气体混合物的浓度;

(4) 易燃液体的沸点(液体混合物初沸点);

(5) 爆炸下限;

(6) 闪点 ;

(7) 通风量等。

这些量的增加与减少都与爆炸危险区域范围的大小有直接的关系。因这些量界定的因素较复杂。所以上述所列影响范围大小的参数，只是采用了IEC规定，而该规定迄今为止只是一个原则性规定，无具体尺寸可遵循。由于实际生产装置的工艺、设备、仪表、通风布置等条件各不相同，在具体设计中均需结合实际情况妥善选择，才能确保安全。

在区域划分中有些场所要特别引起注意，一是装置内的中央控制室和变配电所，应尽量布置在爆炸危险区域范围以外，位于爆炸危险区域场所附加2区内，设计中其室内外地坪高差应大于0.6 m.二是加热炉区的爆炸危险区域，离炉子外壁1.5 m内应视为非防爆区[3]。

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设备的选型依据。

3 爆炸危险场所防爆设备选型

在选择使用于爆炸危险场所的设备（包括电气、仪表、泵、罐、塔、容器等）前，应首先明确以下内容:

（1）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设备的防爆结构要求是不一样的。我们通常所说的防爆设备大多数指的是爆炸性气体环境中使用的，如dⅡBT4,dⅡCT6等，而用于爆炸性粉尘环境的设备应为防尘结构(标志为DP，主要用于可燃性非导电粉尘和可燃纤维的11区环境)或尘密结构(标志为DP，主要用于爆炸性粉尘10区环境和其它爆炸性粉尘11区环境。)

（2） 根据可能引爆的最小火花能量，环境中爆炸性气体混合物的爆炸级别，即Ⅰ、ⅡA , ⅡB ,ⅡC。其级别根据产生爆炸性气体的介质不同而不同，见表1。

表1 爆炸气体组别

气体组别对应设备分类，对于隔爆型设备，按最大实验安全间隙划分；对于本安型设备，按最小引燃电流划分，从表1中可以看出，ⅡC组设备具备对ⅡA , ⅡB组的通用性。

3.1 环境中爆炸性气体混合物的组别或温度等级

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。温度等级通常被定义为引燃温度，可燃气体的引燃温度越高越难引燃，越低越易引燃。爆炸性气体环境中电气设备温度组别见表2。从组别T1到T6随着引燃温度的降低，其设备的防爆要求逐级提高。

表2 Ⅱ类爆炸性气体环境中电气设备温度组别

可选设备温度等级见表3：

表3 可选设备温度等级

爆炸性气体的分类、分级、气体组别和温度等级见表4。

表4 爆炸性气体的分类、分级、气体组别和温度等级[1]

3.2 周围环境对防爆设备的选型要求

如周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌等不同环境条件，在防爆设备选型时应同时考虑。

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，具体要求详见国标GB50058—92。

各种防爆类型标志如下:

隔爆型 d 充油型 o

增安型 e 充沙型 q

本质安全型 ia,ib 无火花型 n

正压型P 特殊型 s

以上防爆型式，在石油化工企业经常用到的有隔爆型 d、本质安全型 ia,ib、增安型 e、正压型P，其他防爆型式在石化装置中的设备上基本无应用。爆炸危险区适用防爆类型见表5。

表5 爆炸危险区适用防爆类型[4]

4 结 语

在爆炸危险区域环境内，除本文所述爆炸危险区的划分、设备的选型外，要保证安全生产，还有许多方面要考虑。如仪表和电气线路的设计安装、系统接地的设计安装等，这方面国家规范和有关设计手册都有严格的标准和详细的介绍，所以，正确理解和运用爆炸设计手册和标准规范来进行正确的工程设计，以避免错误设计和过度设计。

[1]陆德民,张振基,黄步余. 石油化工自动化控制设计手册[M]. 北京:化学工业出版社.2000.

[2]SH3063-2009. 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S].

[3]GB50160-2008. 石油化工企业防火设计规范[S].

[4]薛东胜. 爆炸危险区划分和仪表防爆设计[J]. 石油化工自动化,2010,46(4)14-16.