防爆电气设备的安全运行

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(1.中海油安全技术服务有限公司，天津 300452;2.佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

0 引言

在石油、化工、冶金等特殊环境的工业生产中，存在着易燃易爆的危险。火灾和爆炸的发生必须具备三个条件：可燃性物质、助燃物质、引燃源。只要控制了其中一个条件，就能够避免爆炸的形成。经过多年实践，采用防爆电气设备来限制产生火花、电弧、危险温度等引燃源是比较科学和经济的措施。通过对海上钻井平台及部分化工企业的现场检查发现隔爆型电气设备在选型、安装、维护、产品结构等方面均存在问题，形成安全隐患，严重影响现场的安全运行。

1 隔爆型电气设备使用中的典型问题

1.1 设备类别与使用环境不相符

隔爆型电气设备按照使用场所的气体环境分为I类和II类，其中I类设备用于煤矿瓦斯气体环境，II类设备用于除煤矿瓦斯气体之外的爆炸性气体环境。

图1所示为海上石油平台选用了dI类设备，由于不同类别的气体爆炸时的最大爆炸压力和最大试验安全间隙不同，其对应设备在隔爆结构、参数上有不同的要求，其隔爆外壳的防爆性能是完全不同的。那么在II类场所海上石油平台使用了I类设备，等同于选用了非防爆设备。

图1 海上石油平台选用dI产品

1.2 未按标准要求进行安装

电气设备因运行及控制要求需将外部电缆引入到壳体内，为满足现场不同的使用方案，设备制造商会在设备上预留电缆引入口。GB 3836.2标准规定，隔爆外壳上设置的如电缆引入装置和导管密封装置的开孔如果不使用，应用封堵件将其封堵，使外壳保持隔爆性能。图2为隔爆箱多余电缆引入口未封堵，导致隔爆腔与外部环境相通，失去了隔爆外壳的作用，防爆性能失效。

图2 电缆引入口未进行封堵

1.3 使用中未保证产品结构完整性

按 GB 3836.1标准规定，防爆电气设备必须进行防爆性能测试，样机合格后，产品制造商不得随意更改产品结构及参数。在产品使用过程中同样要注意保证产品的结构完整性。图3为照明开关壳盖与壳体紧固螺栓应为4个，而现场只安装了2个，降低了产品承受爆炸压力的联接强度。现场产品的结构状态与进行隔爆性能检验时不一致，不能保证产品仍具有原来的防爆性能。

图3 照明开关紧固螺栓缺失

1.4 产品结构不符合隔爆型规定

GB 3836.2标准对隔爆型设备隔爆接合面结构型式、紧固件及相关的孔进行了详细的规定，隔爆外壳不同部件相对应的表面或外壳连接处配合在一起，应能够阻止内部爆炸传播到外壳周围爆炸性气体环境。连接隔爆接合面的紧固件不应穿透隔爆外壳壁，除非它们与壳壁构成隔爆接合面并且与外壳不可分开，例如使用焊接、铆固或其他等效方法。图4为隔爆型控制箱紧固螺栓孔与隔爆腔通透，产品结构不符合标准规定，不能作为隔爆产品使用。

图4 紧固螺栓孔与隔爆腔通透

通过以上4个案例分析，隔爆型电气设备在现场使用中存在的问题涵盖了制造、选型、安装及使用各方面的问题。产生这些问题的主要原因是相关人员对防爆基础知识缺乏了解，缺乏管理。普及防爆专业知识、规范设备管理是确保现场安全运行必要的措施。

2 设备选型应注意的问题

防爆标志是防爆电气设备的最重要技术参数，包括符号Ex、防爆型式、设备类别、温度组别、保护级别。对于爆炸性气体环境选择防爆电气设备时应根据危险场所区域、气体类别、气体引燃温度及使用环境条件来确定防爆标志及相应要求。

2.1 按照爆炸性气体存在的不同状况，爆炸性气体环境分为0区、1区和2区。防爆电气设备根据采取技术措施的不同分为隔爆型“d”、增安型“e”、本质安全型“i”、浇封型“m”、油浸型“o”、无火花型“n”、充砂型“q”、正压型“p”等防爆型式。电气设备的防爆型式与区域对应关系见表1。

表1 防爆型式与区域对应关系

注：适用于0区的设备还可使用于1区和2区；适用于1区的设备还可使用于2区。

2.2 爆炸性气体分为I类和II类，其中I类为煤矿环境用，II类为工厂环境用。II类按气体/蒸汽最大试验安全间隙及最小点燃电流比可分为IIA、IIB和IIC三种类别。气体分类与设备的类别标志对应关系见表2。

表2 气体/蒸汽分类与设备防爆等级间的关系

2.3 电气设备的最高表面温度不应超过气体或蒸汽的引燃温度。例如现场气体温度组别为T3，那么标志T3、T4、T5和T6的设备即满足要求。隔爆型设备最高表面温度指壳体外表面温度，增安型设备最高表面温度包括内部元器件和壳体外表面温度。电气设备上温度组别标志意义见表3。

表3 温度组别、表面温度和引燃温度之间的关系

如果电气设备未标示环境温度范围，设备应在-20℃～40℃温度范围内使用。如果电气设备标注了温度范围，设备只能在该范围内使用。

2.4 隔爆型电气设备外壳多采用金属制成，这些材料在海洋气候、湿热、腐蚀性等环境下会受到影响，在选定防爆电气设备时应对制造商明确使用环境条件的特殊要求。设备使用时应注意外部热源对设备最高表面温度的影响。

3 现场安装注意事项

3.1 电源系统安装时应限制接地故障电流(幅值和/或持续时间)和防止等电位接地导体电位升高。

如果使用TN型电源系统，应为危险场所中的TN-S型(具有单独的中性线N和保护线PE)，即在危险场所中，中性线与保护线不应连在一起或合并成一根导线，从TN-C到TN-S型转换的任何部位，保护线应在非危险场所与等电位连接系统相连。危险场所内中性线和PE保护线间的漏电监视应给予考虑。

如果在1区使用TT型电源系统(电源接地与裸露导体部件接地分开)，那么电源将使用(剩余)漏电电流动作保护装置进行保护。但接地电阻率高的地方，不允许使用该系统。如果使用IT型电源系统(中性线与地隔离或经阻抗接地)，应提供一绝缘监视装置指示第1次接地故障。

3.2 布线要求

电路安装时，在铝被用作导体材料的地方，导体应采取适当的连接方法，且横截面积不能小于16mm2。1区和2区危险场所用软电缆应选用下列电缆：普通橡胶护套软电缆；普通氯丁护套软电缆；加厚橡胶护套软电缆；与加厚橡胶护套软电缆耐用结构相当的塑料绝缘电缆；加厚氯丁护套软电缆。

无护套单芯电线，应安装在导管系统内，其所用附件应选用隔爆型产品。为了降低导管在同隔爆外壳连通中压力重叠效应，导管应按照下列规定配备密封件：导管进入或离开危险场所的地方；在正常运行时，所有点燃源外壳的450mm范围内；含有分接头、接头、电缆头或终端的外壳，与直径为50mm以上导管连接的地方；导管所有螺纹连接处应严密拧紧。

电气设备的电缆或导管引入装置未使用的通孔应采用隔爆型堵塞元件进行封堵，堵塞元件应保证只能用工具才能拆开。

在危险场所中使用的电缆不能有中间接头。当不能避免时，除适合于机械的、电的和环境情况外，连接应该在适应于场所防爆型式的外壳内进行，或配置的连接不能承受机械应力，应按制造厂说明，用环氧树脂、复合剂或用热缩管材进行密封。但不能在1区使用。

3.3 电缆引入系统

当电缆引入系统直接引入隔爆型设备时，应满足下列条件之一。

(1)电缆引人装置满足GB 3836.2的要求，并满足该设备使用的电缆具体型号要求；

(2)致密和圆形的热塑性、热固性或弹性电缆具有挤压成的衬层和不吸水填料，可以使用隔爆型引入装置，按照GB 3836.15—2000标准中图1选择密封圈与之结合；

(3)有塑料外套或无塑料外套矿物绝缘电缆具有相应的隔爆型电缆引人装置；

(4)设备文件规定的隔爆型密封装置(例如填料盒或密封腔)或者有文件批准并且与使用电缆相适应的电缆引人装置。密封装置如填料盒或密封空腔应有密封填料或其他允许填充在芯线周围的相应密封。密封装置应配置在电缆引入设备的位置；

(5)隔爆型电缆引入装置应采取填料密封各根芯线或其他等效密封措施；

(6) 其他能保证隔爆外壳整体性的措施。

如果隔爆型设备仅含接线端子或有单独接线空腔，其电缆引入可使用带密封圈的装置；如果设备为IIA、IIB级安装于2区或外壳容积小于2 000cm3，其电缆引入可使用带密封圈的装置；除以上情况外，隔爆型设备电缆引入装置须符合(4)或(5)的规定。

4 结语

隔爆型电气设备的使用及工作状态对危险场所安全生产起着至关重要的作用。如何确保现场设备满足安全生产要求，应引起安全管理部门及设备使用单位的高度重视。我国针对防爆电器产品生产采取了防爆证和生产许可证管理制度，不定期对制造企业进行质量监督抽查，但仍有一些假冒伪劣产品流入市场。而产品最终使用单位对产品是否符合规定不具备鉴别能力，在工程改造等项目中会出现一些问题产品。因此，除了正确的选用、安装、使用和维护设备外，还应加强对现场设备的检查，通过专业人员判定或对有异议产品送检验单位检验来杜绝问题产品的使用，确保现场安全运行。

[1] GB 3836.1—2010 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求.

[2] GB 3836.2—2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备.

[3] GB 3836.15—2000爆炸性气体环境用电气设备 第15部分：危险场所电气安装(煤矿除外).

[4] GB 3836.16—2006爆炸性气体环境用电气设备 第16部分：电气装置的检查和维护(煤矿除外).