爆炸危险化工企业电气设计概览

赵晓麟，冯颖

（天津市化工设计院，天津 300193)

1 爆炸危险区域划分

1.1 释放源的点选

在实际设计过程中，释放源的位置是由工艺专业设计人员确定的，电气设计人员需根据工艺专业提供的释放源条件图来进行细致的爆炸危险区域划分。

1.1.1 释放源的概念

根据《爆规》（GB50058-92）附录一名词解释给出的描述，释放源是可能放出形成爆炸性混合物的物质所在的位置或地点。而在概念之后又明确注明了：在确定释放源时，不应考虑工艺容器、大型管道或贮罐等的毁坏性事故等。

1.1.2 这一条解释就确定了，工艺专业在为电气专业提供释放源条件图时不应该将所有设备，如罐体，管道、设备等外壁作为释放源泛泛的标注，而是应该将释放源作为一个个具体的释放点来提出，如阀门、法兰、管道接头等。造成泛泛的将工艺设备本体作为释放源条件的这种粗估方法的原因也是有的，由于设计过程中普遍存在的释放源均为二级释放源，而最典型的二级释放源危险区域划分距离为15m，以15m 为半径的区域很大，多数情况会将装置内各个真实的释放点包含进去，实际的危险区域划分范围与粗估的不会有太大差别，但是也会存在很多设计初期考虑不到的释放源点被遗漏的问题。例如罐区、总图等的爆炸危险区域。

1.1.3 例如罐区，如果单纯以罐体作为释放源参考的规范典型图为2.3.5-1 和2.3.5-2。图中解释了如何划分罐区的爆炸危险区域，而按照粗估的方式提出的释放源条件最终的爆炸危险区域划分往往将危险区域限制在防火堤内，而没有防火堤的罐区也仅仅以3m 为半径做出的范围。其实，罐体上有输送管道，罐体内的爆炸危险介质沿管道由输送泵与工艺生产的各个环节联通，那么管道上必定有管道接头、阀门之类的释放点，而这些往往由于初期管道布置图没有绘制出而被忽略了。罐区、管廊等这些遗漏的释放点会影响最终的危险区域范围，使最终的划分范围出现偏差。

1.1.4 我的意见是上述粗估的版本适用于方案和初步设计阶段，而到了施工图阶段的防爆分区图应按照工艺专业最终的管道布置将有可能影响到最终范围的释放源点位标出，由电气设计人员将初设阶段的防爆分区图加以修正，确保准确无误。

1.2 危险区域划分应注意的问题

有了准确的释放源条件（包括位置、可燃气体比重、级别和温度组别等），就可以根据《爆规》的各种典型图来绘制爆炸危险区域划分图。《爆规》中的各种典型图主要是来源于《API RP500》规范当中，实际绘制过程中应多注意不同危险介质所形成危险区域的边界。例如比重、气体等级及温度等级。同时还应注意不同高度之间形成的立体空间。笔者认为绘制爆炸危险区域划分图不应只绘制平面图，还应补充绘制立面图，同时平面图中不同平台的危险区域沉降和浮升也要体现在图中，这样能形成一幅更有参考价值且更加立体的危险区域划分图。

2 变配电室建筑设计应注意的问题

2.1 化工企业中的变配电站或者配电室一般设置在爆炸危险区域以外，并应当考虑到主导风向等因素。虽说在《爆规》2.5.7 规定了正压通风的配电室可以布置在1，2 区爆炸危险环境内，但实际设计过程中这种现象很少见到。由于重于空气密度的爆炸危险气体的危险半径很大，通风专业若取得正压通风的新风会十分困难，若不小心将危险气体引入到配电室内，会使爆炸危险系数大增。因此在为变配电站及配电室选择位置时大多放置在爆炸危险区域之外，并将配电室抬高600mm，这么做的目的也是要躲过重于空气密度气体的附加二区。

2.2 某些车间需要设置配电室而又没有条件将配电室放在非防爆区，只好与二区爆炸危险环境的建筑物贴临，而这种贴临的原则却涉及到三本规范中的条款，掌握好这些条款既能保证生产区域的安全，又能节省配电室的土建投资。将配电室与爆炸危险车间贴临应该是：配电室只应单面贴临爆炸危险区域、配电室不能布置在爆炸危险区域的正上方、配电室不能布置在爆炸危险区域的正下方、爆炸危险车间的配电室只能作为该车间的专用配电室、附加二区内的配电室应抬高600mm。三本规范的条款分别是《10kV 及以下变电所设计规范》（GB50053-94）2.0.1 第八条、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）3.3.14、《爆规》2.3.15 及2.5.7。

2.3 《建筑设计防火规范》3.3.14 提到：供甲、乙类厂房专用的10kv 及以下的变、配电所当采用无门窗洞的防火墙隔开时，可一面贴临建造。这句话不注意很容易将其视为对于建筑的分隔要求，其实还有一个对于供电电源的严格规定，而且此条规范条文为黑体字，即为强制性规范，并且不在电气专业的目录中，所以很容易被电气专业设计人员忽略。条文中提到的“专用”二字后面的条文解释中有详细的阐述。所谓“专用”是指其它厂房不依靠这个变电所、配电所供电。换句话说就是防爆车间贴临的变、配电室应避免出现，如难以避免的出现也将只用于该车间的供配电，而不能就近为其它厂房供电，这一点电气设计人员在做系统供配电规划的时候应尤为注意。

3 事故通风的电气设计

3.1 通风的时机

当一个无人值守的车间发生爆炸危险气体泄漏的时候，第一时间能获得泄露信息的就是可燃气体探测器，探测器会根据预先设定的气体浓度阀值来决定是否报警，当某一区域内浓度超过阀值的时候该区域内探测器报警并将信号上传给控制中心，同时也会启动该区域内的事故排风机，以达到尽快将易爆气体稀释到爆炸下限的目的。

3.2 事故排风机的电源

很多人认为事故通风的电源应该是双电源，因为事故通风比较重要，我认为这是个误区。事故风机工作的时候是火灾还未发生的时候，排风的目的仅仅是稀释可燃性气体。而当火灾发生时，事故风机应作为非消防电源被切掉，否则会起到助燃的作用。

3.3 事故风机的控制与保护

事故排风要求同时兼有手动和自动的功能。自动功能是要将可燃气体探测器的浓度报警信号与事故风机联锁，达到事故时启动所有风机的目的。而手动功能与此类似，是要在室内外设置启动按钮，保证在事故发生时可以手动的将事故区域内所有风机同时启动。化工厂房内为提高通风换气次数，常采用多点控制防爆风机，而风机通常只有几十或几百瓦，而且数量很多，在设计事故风机控制回路时，往往由于节省配电柜回路，而采取一回路串联多个风机的做法，并且控制在回路容量3kW以下，这样就可以不设置热保护继电器了，满足了《通用用电设备配电设计规范》中相关条款的要求。但根据GB3836.12-1991：隔爆电机在内部爆炸时不会引起电机表面温度超标；但这一条未对内部匝间短路或接地等引起的过热是否对外壳引燃温度影响作出规定，因此如未设置过载保护，在发生电机过载时仍有因温度超标而引爆的可能。而设置过载保护又因为回路所串联风机数量较多也起不到很好的保护效果，所以这里建议串联风机数量不宜超过3 个，以两个为宜，这样既做到了过载保护也相应的节约了配电柜空间。

4 合理的用电设备的选型

4.1 防爆电气形式分类

将化工厂爆炸危险介质，按其引燃能量，最小点燃温度以及现场爆炸性危险气体存在的时间周期进行科学分类分级，以确定现场防爆设备的防爆标志和防爆形式。不同的防爆形式可以应对不同防爆等级的区域，它们之间的应用区域也有互相叠加的情况。不同的防爆形式及其特点和应用区域总结如表1：

表1

设备、气体的防爆等级这一项中，我国定制的标准与IEC 标准一致，采用的是最大实验安全间隙(MESG)和最小点燃电流(MICR)两个指标来界定的。最小引爆火花能量也是衡量等级的一个指标，不同标准中的参考值如表2。

表2

这种分类方法显然要比上述标准更加详细。

4.2 防爆电气设备的选择流程

再设计过程中，由工艺专业提出的释放源条件和可燃物的性质，并依据《爆规》中附录三中给出的分组举例，我们可以基本确定危险区域的防爆电气设备等级了。但是设计情况复杂多样，危险区域中的爆炸危险气体往往不是一个类别的，这就需要针对不同性质的可燃气体绘制防爆区域划分图。一般来说轻于空气和重于空气的介质要区分开来，IIA、IIB、IIC 级别的气体也要区分开来。

《爆规》2.5.3 条中的各个表格基本上将爆炸危险区域中所包含的电气设备做了详细的选型推荐，无论是选择旋转电机、变压器、开关及灯具都有据可依。日常设计中隔爆类型电气以d II BT4 和d II CT6最为常用，但是当选择增安型或其它防爆类型的电气设备时应注意在满足一区或者二区要求的同时是否满足气体组别和温度组别等相关信息，否则很可能为生产带来隐患。

4.3 其它应该注意的问题

在化工企业防爆厂房内要尽量不用携带式或移动式设备，因为铁壳之间的碰撞、磨擦，以及落在水泥地面时均可能产生火花,使其成为点燃源。装在反应釜窥视孔上方的局部照明应采用固定安装方式，不允许采用捆扎等临时性固定措施。在设备非移动不可的情况下(如检修等)，应选用铝制件。如果采用合金材料时,则含镁量不得超过6%，铝合金中铝的含量不得少于80%，还应注意，由于锌会引起电弧,因而在导线与设备的联接处，不得采用镀锌方式。设备选型要注意配套，在一些中小型化工厂中常可以看到电机是隔爆型而控制设备是增安型，灯具是隔爆型而开关是普通型，这是十分危险的，因为控制设备和灯开关经常产生电火花。

5 配线的一些要求

5.1 爆炸危险场所电气线路主要有钢管和电缆配线。钢管配线工程必须明敷，应使用镀锌钢管。电缆配线1 区应采用铜芯铠装电缆；2 区也宜采用铜芯铠装电缆。当采用铝芯电缆时，与电气设备连接应有可靠的铜—铝过渡接头等措施。

5.2 钢管配线工程，两段钢管之间，钢管及其附件之间，钢管与电气设备引入装置之间的连接，应采用螺纹连接，其有效啮合扣数不得少于6 扣；钢管与电气设备直接连接有困难处，以及管路通过建筑物的伸缩、沉降缝处应装挠性连接管。

5.3 在爆炸危险场所，不同用途的电缆应分开敷设，动力与照明线路必须分设，严禁合用；不应在管沟、通风沟中敷有电缆和钢管布线；埋设的铠装电缆不允许有中间接头或埋设接线盒；防爆电机、风机宜优先采用电缆进线。

5.4 在本质安全型防爆系统中必须采用本安电缆将一次现场设备与系统连接。我们知道安全栅可将故障状态下，如一次仪表侧的短路、异常电压侵入等过载能量通过(限流、限压、快速切断电路等)箝制住，从而控制点爆能量，保证系统防爆。

6 不可忽视的静电接地

在化工企业防爆厂房中,金属容器、管道、构架及操作平台很多。由于防爆的需要,电气管路大多为明设。这么多的管线长短不一,很容易形成不同的感应电位和静电电位。为了预防不同电位金属件之间的电荷释放而产生电火花,并防止用电设备对操作人员安全的危害,化工企业防爆厂房内一定要采取静电接地措施。

7 降低爆炸危险区域等级的措施总结

规范中一些条款可以缩小或者去除爆炸危险区域，合理设计和布置后能减少爆炸危险区域，已达到减少项目投资，节能环保的目的，列出如下：

规范2.2.5 条通风良好时可降低爆炸危险区域等级局部机械通风可降低爆炸危险区域等级利用堤或墙等障碍物限制比空气重的爆炸性气体混合物的扩散，可缩小爆炸危险区域的范围。

规范2.2.2 条易燃物质可能出现的最高浓度不超过爆炸下限的10%。

规范2.3.17 条工艺设备容积不大于95m3、压力不大于3.5MPa、流量不大于38L/s 的生产装置，且为第二级释放源，其爆炸危险区域范围的半径可缩小到半径为4.5m 的区域。

规范2.3.18 条爆炸性气体环境内的车间采用正压或连续通风稀释措施后，车间可降为非爆炸危险环境。

规范2.3.15 条爆炸危险车间可以通过安排防火墙体、门窗位置、释放源的位置这三方面因素而达到缩小爆炸危险区域的目的。

这里提到的通风良好的概念为：危险区域内的空气流量能使易燃物质很快稀释到爆炸下限值的25%以下时定义为通风良好。