油田钻井井场危险区域的划分

张若诚，王宇超，王建华，尹后凤

（1.中美防爆电机电器有限公司，山东淄博255200；2.吉林油田扶余采油厂，吉林松原138000；3.西部钻探青海钻井公司安全质量环保科，青海花土沟816400；4.华港燃气集团有限公司，河北任丘062552）①

油田钻井井场危险区域的划分

张若诚1，王宇超2，王建华3，尹后凤4

（1.中美防爆电机电器有限公司，山东淄博255200；2.吉林油田扶余采油厂，吉林松原138000；3.西部钻探青海钻井公司安全质量环保科，青海花土沟816400；4.华港燃气集团有限公司，河北任丘062552）①

分析了油田井场危险区域的特点，介绍了国内外关于爆炸性危险场所划分涉及到的相关标准、法规及对危险场所划分的相同性和差异性。根据目前实际情况列举了石油钻井行业应用最广泛的美国APIR500标准对井场防爆危险区域具体划分的图例，以便于相关人员设计井场标准化防爆电路和选择不同类型的防爆电气设备时参考。

油田井场；危险区域；划分

随着防爆电气设备在石油钻井中的应用，尤其是油田钻井标准化防爆电路的使用，充分保证了钻井过程中设备和人身的安全。油田钻井标准化防爆电路无论是设计、选型、安装还是操作使用都涉及到一个防爆危险区域问题。然而在石油设备制造业及钻井技术行业大多都遵循北美体系标准（美国API系列标准）。国内防爆电气设备制造业采用的是国家标准，国家防爆标准大都等效采用国际电工委员会IEC标准。国家标准、国际电工委员会IEC标准和北美体系标准对防爆危险区域定义和划分既有相同性又有不同性，很多人不能正确领会。因此，正确认识油田井场爆炸危险场所的划分是极其重要的。

1 钻井井场爆炸性危险的特点

1.1 爆炸性气体释放源多

油田井场整个钻井区域大体可分为主机区、固控区、泵房区、井控区、油罐区、水罐区、SCR／MCC房区等。在钻井过程中，原油、天燃气随时都可以产生，与空气混合后很容易发生爆炸。尤其是钻井作业中，钻井液含有大量油气，在净化循环过程中易形成爆炸危险源释放集中区。在井口、钻台、振动筛、除气器、除砂器、除泥器、离心机、剪切泵等处，大约有近百个释放源。

1.2 气体多样性且危险性大

井场上出现的天燃气、伴生气、蒸汽都是复合气体（混合气体），主要成分有甲烷、乙烷、丙烷和少量氢气、硫化氢、乙炔等（不同的地方气体的成份不一样）。这些气体的防爆级别一般不高，最高为IIB级，温度组别最多为T2～T3（200℃），所选用的防爆产品防爆标志ExdIIBT3足够，但在实际中大多选用ExdIIBT4。然而爆炸下限比较低（易爆），石油气爆炸下限为1.1%～6.4%，天燃气爆炸下限为5%～15%，燃烧速度快，温度也高［1］。

1.3 井场点燃源多

1） 静电火花 当某种液体的电阻系数＞1× 1010Ω·cm时就比较危险，应考虑防静电措施。石油及其制品的电阻率约为1×1012Ω·cm，因此泵送、罐装、运输等都容易产生静电火花，引起火灾或爆炸事故。

2） 机械火花 钻井设施及其用具几乎全是金属对金属，较容易产生撞击火花引起爆炸。

3） 电气设备火花 井场上所有危险场所均安装有大量防爆电气设备，产生的火花也会引起爆炸。

1.4 露天作业

露天条件直接受外界高温、冷冻、冰雪、日晒、风砂、雨淋等大气自然条件的影响。防爆电气设备的最高适用温度为＋40℃，温度过高会使爆炸性气体的传播能力增强；最低适用温度为－20℃，温度过低会造成爆炸性气体的分子密度增大，爆炸压力也升高，金属或塑料外壳的脆性增加，强度下降。由于露天条件要求电气产品有较好的防护等级，要达到防尘防水要求，否则容易进水破坏绝缘，造成短路放电产生火花，发生爆炸。

1.5 经常搬迁

钻井工作完成就搬迁，容易出现安装配线不认真、不规范的问题。在实际井场，架空线祼露，杆距大（规定≤50m），杆间有“T”型接线。大多数井场人员（包括部分领导，技术人员）总认为是露天作业，钻井时间短，爆炸性气体不容易积聚达到爆炸浓度。

1.6 井喷发生

钻井过程中，随时有可能发生井喷。一旦井喷失控，油、气和伴随而来的砂、石与井架等金属的撞击火花随之将引起火灾或爆炸。

2 划分爆炸危险场所的相关标准和法规

2.1 国内情况

20世纪70年代中期编写的《电力设计技术规范》第18部分：在爆炸和火灾危险场所的设备中，将爆炸危险场所分为Q-1、Q-2、Q-3级场所，对不同的场所中允许使用的电气设备防爆类型作了规定。

《爆炸危险场所电气安全规程》（试行）—1983是原劳动人事部组织8个部门的专家起草编写的，它参照IEC60079-10以及德国电气规范VDE0165的规定，采用了IEC60079-10中危险场所的分级定义即0区、1区和2区，在各区域中允许使用的防爆电气设备的类型方面也采用了IEC标准的规定。此标准至今还在石油、石化等建设工程中在参考、采用或引用。

GB50058—1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》是由中国寰球工程公司联合相关单位起草的，该标准把危险场所分级定义为0区、1区和2区。列举危险场所实例时参考了《美国国家电气法规》和美国石油协会API中的图例，但偏重于石化工程，同时也保留了我国原来的工程安装和验收规范的部分内容。

在石油行业，陆上和海上固定式平台危险区域的划分制定了2项该方面的标准：SY／T0025—1995《石油设施电气装置场所分类》及SY／T10041—2002《石油设施电气设备安装一级一类和二类区域划分的推荐作法》。这2个标准等同采用了APIRP500石油设施电力装置场所分类推荐作法。

目前，新修订的GB3836.14—2011《爆炸性环境》第14部分：场所的分类——爆炸性气体环境，等效采用了IEC60079—10.1—2008《爆炸性环境》第10.1部分：场所的分类——爆炸性气体环境，明确在我国爆炸性气体危险场所的分类，即0区、1区和2区。对每一个区域给出了确切的定义，是我国各行各业所遵循的标准规范。

2.2 国际情况

2.2.1 以IEC60079—10.1为代表的国际标准模式

国际电工委员会标准IEC60079—10.1—2008《爆炸性环境》第10.1部分：场所的分类——爆炸性气体环境，将危险场所分类为0区、1区和2区。标准中对场所分类进行了定量计算，并且列举了具体的计算示例。在附录中列举了一些典型的石油化工工艺装置的释放特性和危险场所区域划分示例。

IEC60079—10.1在世界上的使用比较普遍，西欧国家大多采用IEC标准中的危险场所区域划分模式，但是某些国家在具体划分规定方面稍有区别，因此也有人将IEC60079—10.1称为欧洲模式。

2.2.2 以美国电气法规为代表的美国模式

美国电气法规——NEC500-Hazardous（classified）location，classⅠ，classⅡ，classⅢ，Division 1 and 2。

美国国家防火协会规范NFPA495—1996，Explosive Material Code。

石油工业协会电气安装危险场所分级示例API RP500A。

陆地和海上钻井平台危险场所分级示例API PR500B。

石油和气体管线运输险场所分级实例API PR500C。

美国NFPI和API中针对不同的工业设备，例如钻井、采油、运输以及炼油设施等都列举了详细的场所划分示例，并且标注了具体尺寸，实用性很好。API中的分级图例被世界上很多国家采用。

2.2.3 日本模式

日本劳动省产业安全研究所技术指南——《工厂防爆电气设备用户指南》，在爆炸性气体场所划分中也等效采用了IEC60079—10.1中0区、1区和2区的术语和定义，但是该标准对区域划分上又采用了美国国家防火协会和美国石油协会的标准中的图例，同时兼顾了国际电工委员会标准和以美国为代表的北美体系标准，形成了自己国家的特色。

3 爆炸气体环境危险场所的分类情况

3.1 气体环境

在大气条件下，可燃性物质以气体或蒸汽的形式与空气形成的混合物被点燃后，能够保持燃烧自行传播的环境。

3.2 危险场所

爆炸性气体环境出现或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采用专门措施的区域。

3.3 区域

根据爆炸性气体环境出现的频率和持续的时间把危险场所划分的区域。

根据上述定义，我国的国家标准、国际电工委员会IEC及世界上大多数国家的标准都根据爆炸性气体环境中危险气体出现的频率和持续的时间，把危险场所划分为以下区域：

1） 0区 爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。

2） 1区 在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。

3） 2区 在正常运行时不可能出现爆炸性气体环境，如果出现，仅是短时间存在的场所［2］。

但在实际应用过程中，无论是国内客户还是国外客户，尤其是国外客户与钻机配套的防爆电路往往首先遵循以美国为代表的北美体系标准所划分的危险区域。美国的危险区域划分的规定与IEC及国内标准不同，美国电气法规NEC500将爆炸和火灾危险区域划分为3级（Class I级、ClassⅡ级ClassⅢ级）和6类（每级各分为Division 1区域1和Division 2区域2）即：

Class I（I级）——可燃性气体或蒸汽形成的爆炸性危险环境。

ClassⅡ（Ⅱ级）——可燃性粉尘形成的爆炸性危险环境。

ClassⅢ（Ⅲ级）——可燃性纤维和悬浮物引起的火灾危险环境。

对于每一个级别又分为：

Division 1（1段）——在正常条件下，可燃性气体、蒸汽或液体的可燃性聚集可始终或有时存在的地方。

Division 2（2段）——在正常条件下，可燃性气体、蒸汽或液体的可燃性聚集不太可能存在的区域段。

例如，对于某油罐区，可划分为I级1段和I级2段。

由此可见，在以上2个体系划分中，最明显和最重要的差别是对危险程度的分级不同。以NEC为代表的北美体系将危险程度分为2级；以国际电工委员会为代表的世界大多数国家将其分为3区。各体系危险区域划分对应关系如表1。

表1 危险区域对应关系

4 爆炸气体环境危险场所划分示例

鉴于国内GB3836.14和GB50058标准中列举的危险场所划分示例大多都是石化类场所，而在石油钻井开采及石油装备制造业也都采用美国APIRP500《I级1段和I级2段石油设施电气安装场所划分建议》标准，为了便于相关人员参考应用，笔者就以上标准涉及到陆上油田钻井设施危险区域划分的基础上，结合实际划分了图例，如图1～4所示。

图1 露天泥浆池的危险区域划分

图2 具有合适通风的泥浆池设在封闭或半封闭空间

图3 旁有生产井的钻井平台

图4 泥浆固控循环净化系统装置

5 结论

1） 石油钻井的危险场所与石油化工危险场所不同，选择和使用防爆电气设备时，应考虑该类危险区域所处的环境因素：户外、高温、低温、干燥、高湿、腐蚀、辐射、盐雾、振动等。

2） 只有正确了解不同的标准在危险区域分类上的相同性和差异性，才能正确设计油田钻井标准化防爆电路，选择合适的防爆电气设备类别，保证产品的可靠性，确保财产和人身安全。

［1］ 常镇江，李合德，马经刚.陆上油气田井场的电气防爆技术［J］.电气防爆，2001（1）：34-40.

［2］ IEC60079-10-1—2008，爆炸性环境——场所的分类：爆炸性气体环境［S］.

Division of Hazardous Zones for Oilfield Drilling Site

ZHANG Ruo-cheng2，WANG Yu-chao2，WANG Jian-hua3，YIN Hou-feng4
（1.Zhongmei Explosion-proof Motor ＆Electrical Apparatus Co.，Ltd.，Zibo 255200，China；2.Fuyu Oil Production Plant of Jilin Oilfield，Songyuan138000，China；3.Qinghai Drilling Company of Xibu Drilling Engineering Co.，Ltd.，Huatugou816400，China；4.Huangang Natural Gas Co.，Ltd.，Renqiu062552，China）

The characteristics of hazardous zones for oilfield drilling site，relative standards of explosive gas atmospheres both at home and abroad were his article analyzed，the same and difference of all kinds of standards and codes as well.According to the reality conditions of current oilfield drilling，some division figures of hazardous area in oilfield drilling site of APIR500standards were cited.It was convenient for selecting and designing standardized explosion-proof electric control system and all kinds of explosion-proof electric apparatus.

oilfield drilling site；hazardous zones；division

TE927

B

1001-3482（2012）05-0080-04

2011-11-19

张若诚（1965-），男，山东淄博人，工程师，主要从事防爆电气设备技术研究与开发工作。