催化剂生产厂房内防爆区域如何划分

王 莉



催化剂生产厂房内防爆区域如何划分

王 莉

（中国寰球工程公司辽宁分公司， 辽宁 抚顺 113006）

从释放源分级到爆炸危险区域划分概念分析，通过采取安装精密的易燃易爆气体检测仪表与连锁启动风机、关断易燃易爆气体管道阀门等措施将催化剂厂房降为非防爆区域，通过方案对比提出催化剂生产厂房不执行《石油化工企业设计防火规范》，从而达到即安全又节省工程费用的目的。

催化剂厂房；释放源分级；爆炸危险区域；划分

长期以来我们从事石油化工企业全厂或生产装置的设计，对安全生产特别重视，因为这是石油化工厂本质安全所在，一直严格执行《石油化工企业设计防火规范》[1]，而为石油化工生产装置所提供的催化剂多数为无机不可燃的介质，其生产厂房里只有为加热炉或焚烧炉提供燃料的燃料气是属于易燃易爆介质，这样的催化剂生产厂房设计是否必须执行《石油化工企业设计防火规范》？若不执行则应遵循什么标准规范呢？这个问题长期困扰着一些设计人员。本文就此问题给出了自己的观点，恰与国外的同类设计相吻合。

1 释放源划分

1.1 催化剂生产厂房内爆炸物质

石油化工生产装置所用的催化剂多数为无机物质，其本身为非爆炸物质，但是为催化剂生产过程中加热炉提供的燃料是烃类物质，其主要成份是甲烷和氢气，这些物质与空气混合物浓度达到爆炸极限遇到明火或火花则会产生爆炸，因此，能够形成爆炸极限的物质就称为爆炸物质。爆炸物质分为爆炸气体，如氢气、甲烷、乙烷、液化气等；爆炸液体，如汽油、煤油、苯、原油等和爆炸固体。爆炸液体通过挥发的蒸气与空气形成爆炸极限混合物；爆炸固体即粉尘爆炸，粉尘与空气形成爆炸极限。

在催化剂生产厂房内没有爆炸液体和爆炸固体，只有爆炸气体，即为加热炉提供燃料的燃料气。

1.2 释放源分级

能释放出爆炸物质的地方称为释放源，释放源按危险物质的释放频繁程度和持续时间长短进行分级。

1.2.1 连续释放源

连续释放或预计长期释放或短时频繁的释放源称为连续释放源。

1.2.2 第一级释放源

预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源称为第一级释放源。

1.2.3 第二级释放源

预计在正常情况下不会释放，即使释放也仅是不经常且短时释放的释放源称为第二级释放源，例如：

（1）正常运行时，不可能出现释放的泵、压缩机和阀门的密封处；

（2）法兰、螺纹连接件和管接头；

（3）正常运行时，不可能向空间释放可燃物质的安全阀、排气孔和其它开口；

（4）正常运行中，不可能向空间释放危险物质的取样口。

1.2.4 多级释放源

由上述两种或三种级别组成的释放源称为多级释放源，多级释放源基本上划为连续级或第一级释放源。

根据释放源的分级，在催化剂生产厂房出现最多的是第二级释放源。

2 爆炸危险区域的划分

爆炸危险区域按爆炸气体混合物的形成和出现的频繁程度和持续时间进行划分。与释放源的级别有关。一般来说，连续释放源可形成0区，第一级释放源可形成1区，第二级释放源可形成2区。

2.1 爆炸危险0区

连续地出现或长期出现爆炸气体混合物环境。一般情况下，除了密闭的容器、储油罐等内部的气体空间外很少存在0区。

2.2 爆炸危险1区

在正常运行时可能出现爆炸性气体环境。正常运行系指所有设备都在其设计参数范围内运行。包括在正常的开车、运转、停车时，作为产品的危险物料的取出和密闭容器的开闭。除上述第一级释放源还有2区的地面以下部位，如水坑、凹槽和明沟等低洼处以及位于储存挥发性可燃液体容器的放气口附近的厂房内。

2.3 爆炸危险2区

在正常运行时，不可能出现爆炸性气体混合物环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸气体混合物的环境，包括仅在密闭容器或管道系统发生故障或误操作时才能逸出爆炸性气体的区域；也包括在正常情况下，采用了正压通风之后可燃气体不可能达到危险浓度的区域。具体属于2区的有如通风良好的工艺设备厂房、泵房、压缩机厂房，紧靠近有第一级释放源的外围15 m的区域。总之，通风良好的邻近设备、机泵的工艺生产区，都可划为2区。

2.4 爆炸危险附加2区

当易燃物质可能大量释放并扩散到15 m以外时，爆炸危险区域的范围应划为附加2区，以释放源为中心，总半径为30 m，地坪上高度为0.6 m，且在2区以外的范围划为附加2区。

2.5 非爆炸危险区

对于没有释放源且不可能被可燃气体侵入的区域，或可燃物质虽然可能出现，但其最大体积浓度不超过爆炸下限值的10%的区域，可以划为非爆炸危险区[2]；此外，对于在生产过程中使用明火的设备或使用炽热部件其表面温度超过该场所内可燃物质的引燃温度时，即使处于其它释放源形成的爆炸危险场所内，其壳体（壁）外1.2 m以内的区域可划为非爆炸危险区域。

爆炸危险区域的划分除与释放源关系密切以外，和通风条件也有一定的关系，良好的自然通风和一般的机械通风可使爆炸危险区域的范围缩小，或可使其等级降低，甚至划为非爆炸危险区域。

3 催化剂生产厂房爆炸危险环境划分

3.1 按照石油化工企业设计防火规范划分

3.1.1 不采取措施方案

以上对释放源分级和爆炸危险区域划分都是基于石油化工企业，现在将催化剂生产按照此规定执行，那么整个催化剂生产厂房就划为爆炸危险环境2区。因为厂房内有一条从外边引至厂房内加热炉供其燃料的燃料气管道，管道上有手动阀门和自动控制阀等2级释放源，且位于炉壁1.2 m以外，若不正常时燃料气大量释放出来，与空气的混合浓度将达到爆炸下限。因此炉壁1.2 m以外至厂房范围内一定为爆炸危险2区，整个厂房将设计成防爆厂房[3]。按照爆炸危险环境电力装置设计规范，厂房内的所有电气设备、仪表均选用防爆型或隔爆型，这样将比非防爆电气、仪表设备增加大量投资。

3.1.2 采取强制通风措施

根据石油化工企业防火规范要求，此催化剂厂房可采取强制通风措施，使其降为非爆炸危险区域，这样的电气、仪表设备就可选用非防爆型，但是对于一个上万立方米催化剂厂房达到每小时6次的换气量，需要很多大风机连续运转，不仅增加大量设备投资而且运行费用也会大幅度增加。另外对于北方厂房大量换气冬季无法解决防冻问题。

3.2 采取可燃气体报警连锁停车方案

为石油化工企业提供催化剂的生产企业并非属于石油化工企业，故这种催化剂生产厂房爆炸危险环境电力装置设计可不执行《石油化工企业设计防火规范》。

根据爆炸危险环境电力装置设计规范，使用于特殊环境中的设备和系统可不按照危险环境考虑，但应采取措施确保不形成爆炸危险性环境[4]。

3.2.1 安装可燃气体报警器

在燃料气调节阀组的四周附近（也可以更多方向）安装可燃气体报警器[5]，确定该燃料气（如氢气）爆炸下限的10%为报警值。由于仪表技术的进步，现在检测精度高运行可靠的可燃气体报警器已经能够检测出浓度为几个ppm的可燃气体，完全能够满足需要，即当可燃气体泄漏时，尚未达到其爆炸下限就由可燃气体报警器检测到，并连锁自动关断调节阀，同时连锁启动厂房的通风机对厂房通风。

3.2.2 手动关断阀门

当可燃气体报警器发出声光报警时，操作人员立即关断手动阀门，安全切断燃料气的供应。

采取以上措施，催化剂厂房可以划为非防爆区域，催化剂厂房内的电气仪表设备可选择非防爆型的，厂房也可设计成非防爆厂房，大大减少工程投资，只有增加一些可燃气体检测设施。

3.3 国内外催化剂厂房设计

国内这种工业催化剂生产厂房（包括引进UOP技术的催化剂生产厂房），设计均与上述第三种方案相同，这也解释了引进的UOP催化剂生产厂房为什么如此设计的原因[6]。

4 结论

从以上分析和三种方案的对比，可以得出以下结论：

（1）催化剂生产厂房爆炸危险环境区域划分可不执行《石油化工企业设计防火规范》；

（2）对于催化剂生产厂房电气、仪表设备的选择必须执行《爆炸危险环境电力装置设计规范》；

（3）催化剂生产厂房内采取可燃气体报警并连锁关断阀组，同时开启风机等措施，可将厂房降为非爆炸区域，厂房设计成非防爆厂房，电气仪表设备可选择非防爆型，节省大量投资。

［1］ GB50160-2008，石油化工企业设计防火规范[S].

［2］ 张德姜，王杯义，丘平，等. 石油化工装置工艺管道安装设计手册[M]. 北京：中国石化出版社，2014：70-72.

［3］ GB50016-2014，建筑设计防火规范[S].

［4］ GB50058-2014，爆炸危险环境电力装置设计规范[S].

［5］ GB50493-2009，石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S].

［6］ 蔡尔辅. 石油化工管线设计[M]. 北京：化学工业出版社，1986：84-86.

How to Divide Explosion-proof Area in Catalyst Production Plant

(HQC Liaoning Company, Liaoning Fushun 113006, China)

The concepts of release source classification and explosion hazard area were analyzed. By installing instruments for flammable and explosive gas detection, interlocking fan and shut-off valves, the catalyst plant can be reduced to non-explosion proof area. Through comparing schemes, it’s proposed that catalyst production plant need not perform, so as to achieve the purpose of safety and engineering cost-saving.

catalyst plant; release source classification; explosion hazard area; division

TQ 426

A

1671-0460（2016）07-1660-03

2016-04-28

王莉（1967-），女，辽宁省抚顺市人，工程师，1990年毕业于抚顺大学有机化工专业，研究方向：从事石油化工设计及新技术开发管理工作。E-mail：amjs033@126.com。