关于钻机司钻房电气柜正压防爆系统的若干思考

摘要：司钻房一般位于钻井离井口较近位置，属于一级二区危险区域，为确保房体内大量电气设备和人员安全，顺利完成各项钻井工艺，必须对司钻房电气柜采取正确防爆措施。本文主要从原理、设计及安全等方面浅析正压防爆系统在司钻电气柜中的应用情况，表明正压防爆系统能够较好满足司钻电气柜防爆要求。

关键词：钻机司钻房；电气柜；正压防爆系统

作为石油钻机的“心脏”，司钻房是显示与控制系统的核心部件，包含大量电气元件，且由于经常处于易燃易爆的工作环境之中，防爆系统就尤为必要。按照《石油设施电气设备安装一级一类和二类区域划分的推荐做法》要求，必须对司钻房电气柜安装合适的防爆系统，以此维护钻井工程与人员安全。正压力防爆技术能够从根本上实现电气柜防爆，增加电气元件防爆、防潮及防尘性能，提高司钻房的环境适应性，优化司钻房整体性能。

1.系统原理

一般，可燃气体、空气与点火源是发生爆炸不可或缺的三个因素，对司钻房电气柜采取防爆措施时必须避免同时满足三者的工作环境。正压防爆系统就是通过保持空气或不可燃性气体等防爆壳内部保护气体压力高于外部爆炸性环境压力，阻断爆炸物进入壳体接触点火源，由此来实现防爆目的。

按照正压防爆系统工作流程，在电气柜通电之前，必须先向柜内通入净化、干燥的保护气体，并迅速稀释或排出柜内危险气体，使柜内危险气体的浓度降至安全程度；在通电运行之后，必须自动关闭排气口，使柜内保护气体压力值不低于外界气压值；如果保护气体压力值过低，必须能够自动报警，打开排气口，并通入一定量保护气体，维持系统运转的稳定性。可燃气体传感器、防爆控制器、压力表等都是正压防爆系统必备设计。

2.优点分析

与本安型、增安型等其他防爆措施相比，正压防爆系统具有功率低、性能优、通用强等特点，能够同时满足司钻房多个电气柜的需求。司钻房配电盘设计容量一般为60A，基本不受正压防爆系统限制。外壳加工相对容易、耐腐蚀性与难燃性好，按《外壳防护等级的分类》规定，防护等级只要不低于IP40就能耐传导最高表面温度而不影响正压防爆性能，承受不低于200Pa的压力。壳体设计时，可根据本单位具体需求，灵活调整，通用性能优越。

3.结构设计

在选用材料与机械强度上，由于热表面温度本身就是极具危险的点燃源，因此，司钻房电气柜连接管道及正压外壳选材时必须谨慎，需选用一些不会损伤防爆性能的具有不燃性、难燃性、耐腐蚀性及耐高温的材料。对于塑料选材，要预防静电聚集，控制绝缘电阻范围；对于铝合金选择，则要预防机械火花，控制镁含量比重，使其不高于0.5%。电气柜连接管道及正压外壳受力程度要超过正常运行受力值的1.5倍，一般不低于200Pa，能够通过《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》规定的冲击试验。

在系统监控上，防爆控制器居于核心地位，能够对所有外围设备进行控制，往往采用隔爆形式。虽其内部所属的防爆控制回路、风机供电电路与配电箱供电电路自身并不具有防爆功能，但隔爆箱体足够坚固，能有效控制爆炸范围，不会引起箱外可燃性气体爆炸。控制器上涵括全部外围防爆设备的开关按钮，能够监测可燃性气体与电气柜内压力值情况，对于异常情况，能够及时发出防爆警报、切断非防爆电源。一般只有压力值出现异常5s以上，控制器才会起作用，提高了防爆系统的稳定性。

在通风设计上，为维持柜内气体正常压力，必须在外壳的适当部位设置一些进、排气口与进、出风管道相连，避免出现气体滞留问题，充分保持气流通畅，满足换气要求。可采用防爆鼓风机、空气压缩机、通风机等将清洁干燥的空气由进风管道通入，将爆炸性气体从出风口排出。通过调节进出口风闸，能够在柜内形成一定正压力，维持柜内正常压力值。

4.安全事项

防爆的目的在于维护安全，设计正压防爆系统必须将安全作为基本原则。钻机司钻房电气柜安装正压防爆装置时，需要着重考虑安全装置性能，确保选用与钻井爆炸危险环境相适宜的防爆安全产品。其一，必须设置流量检测器、压力控制器、可燃气体传感器、时间继电器等安全装置，以顺利进行保护气体换气，并将电气柜内爆炸性气体浓度比例控制在安全线以内。其中，最小换气量要符合国家标准，不得低于正压外壳与连接管道总容量的5倍。其二，正压外壳内的电气设备若无防爆功能则不能接通电源，电气柜内保护气体正压值降至最低规定值时，则必须切断电源及安全保护装置。保护气体供给系统出现故障，压力值异常时，要采用正压上限报警等安全装置。其三，在正压外壳泄露部位、进排气管口安置阻火元件器或其他阻挡层，防止柜内火花、炽热微粒溅出柜外，引起爆炸。根本上，司钻房电气柜防爆系统应结合自身实际情况，严格执行国家行业标准，做好安全装置设计与维修工作。

5.其他问题

首先，要做好防爆安检认证工作。按照国家相关防爆规定与标准，进行专业性、规范性防爆冲击试验，并到防爆电气检验中心进行认证，确保系统质量达标。

其次，司钻房电气柜与外部电气设备之间的连线，可直接导入外壳内部，但要做好连线拔脱的补救准备，避免损坏电气柜外壳的密封性能及正压防爆性能。进行司钻房多个电气柜排气管线连接时，要尽量简短连线长度，避免排气滞留，影响防爆安全。

再者，要限制防爆机柜的最高表面温度，不得使排气口、连接管道、正压外壳表面及易泄露部位的最高温度超过组别允许温度。当以上某个部件表面温度超过组别允许温度，保护气体又中断的时候，工作人员必须启用辅助冷却通风系统、将器件制成气密结构或采用发热元等措施，确保该部件在表面温度降至允许值时，才能与外界爆炸危险性气体接触。

6.结语

正压防爆系统广泛适用于充满爆炸性危险气体的工作环境，在钻井作业中应用前景广阔。特别随着我国石油开采行业的发展，正压防爆系统将进一步得到推广，它在运行中的表现出来的可靠性与安全性将备受瞩目，并在实践中摒弃不足、趋向完善。

参考文献：

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作者简介：尉文慧 （1983.12.5-） 学历：本科 职称： 助理工程师 目前从事的工作：机械工程师。