天然气调压站防爆设计探讨

上海燃气浦东销售有限公司 刘春艳

天然气调压站防爆设计探讨

上海燃气浦东销售有限公司 刘春艳

文章根据天然气爆炸物释放源的类型，采取适当的通风措施，划分了调压站的爆炸危险区域。并根据爆炸危险区域的类型，选择防爆电气设备，设计了防爆电气线路。

天然气 调压站 防爆

0 概述

燃气调压站是燃气输配系统中的重要设施，在燃气输配过程中燃气不可避免地会从管道、阀门和法兰接口等处漏出，与空气中的氧气混合后形成爆炸性混合物，如果当时现场有点火源，就会产生爆炸事故的危险。

工程上采用的防爆安全措施一般分两类，第一类称为一次防爆措施，如建筑物的防爆设计，通风设施等；第二类称为二次防爆措施，如选用防爆电气设备等。这些措施都需要增加工程的投资，且设备费用、安装费用都高于普通电气产品费用，日常运行和维护难度也比普通电气设备难度大。如何在设计中正确划分爆炸危险区域，按级选用防爆电气设备，事关企业的安全和工程投资的合理性。

本文将以天然气调压站为例，介绍燃气调压站通风措施及防爆电气系统的设计。

1 爆炸危险区域的划分

由于爆炸性物质的物理性质、出现的方式、涉及的范围、存在的概率和持续的时间各不相同，发生爆炸的可能性及危害程度也都不一样，因此，根据爆炸性物质出现的频繁程度和持续时间正确划定爆炸危险场所区域，将有助于对防爆电气设备的选型，和采取其他必要的安全技术措施。

爆炸危险场所的划分首先要查找和确定释放源，根据释放源的等级，划分爆炸危险区域，然后再结合释放源所在处的通风条件调整区域划分。

1.1 查找和确定释放源

根据国家规范规定，释放出爆炸危险物质的可能性大小分为以下四个级别：

(1)连续级释放源是指连续释放或短时频繁释放的释放源。如：燃气调压站中超压时用来释放燃气的放散管等。

(2)第一级释放源是指正常运行时周期或偶尔释放的释放源。如：设备在正常运行时，会释放燃气的调压器和阀门等的密封处。

(3)第二级释放源是指在正常运行下不会释放，即使释放也仅是不经常且短时释放的释放源。如：法兰、连接体和管道接头；在正常运行中不可能向空间释放燃气的安全阀、排气孔和其他开口处。

(4)多级释放源由上述两种或三种级别释放源组成的释放源。

1.2 爆炸危险区域的划分

爆炸危险区域的划分是根据爆炸性气体环境出现的频率和持续时间确定的，分为0区、1区、2区。

1.2.1 存在连续级释放源的区域可划为0区

0区是指爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所，即在正常情况下，爆炸性气体混合物，连续地、短时间频繁地出现或长时间存在的场所。一般情况下，除了封闭的空间，如密闭的容器等内部气体空间外，很少存在0区场所。

1.2.2 存在第一级释放源的区域可划为1区

1区是指在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。

1.2.3 存在第二级释放源的区域可划为2区。

2区是指在正常运行时，不可能出现爆炸气体环境，如果出现也是偶尔发生且仅是短时间存在的场所。然后应根据通风条件调整区域划分。当通风良好时，应降低爆炸危险区域等级；当通风不良时应提高爆炸危险区域等级。燃气调压场站包括天然气门站、高中压调压站、进出站阀井以及用于实现燃气计量的计量室。在燃气调压场站设计中应尽量采用通风设计，可采取以下通风措施：

(1)露天场站。在远离居民区的位置设计成露天场站，并采取适当的降噪音措施。如：金山地区的天然气门站。

(2)敞开式建筑物。在建筑物的墙壁和/或屋顶开口，其尺寸和位置保证建筑物内部通风效果等效于露天场站。如：浦东地区的世博1号高中压调压站。

(3)非敞开式建筑物。体积大于1.5 m3的调压柜，在调压柜上盖设置不小于上盖或最大柜壁面积的50%的爆炸泄压口。建有永久性的开口，使其具有自然通风的条件，在柜体上部设置4%柜底面积的通风口。如：浦东地区高中压调压室。

燃气调压计量站的防爆分区见表1和图1～3。

表1 天然气门站、高中压调压站、计量室防爆分区

图1 通风良好调压室防爆分区示意

图2 无人值守燃气调压室防爆分区示意

图3 地下调压室和阀室防爆分区示意

2 防爆电气设备的选型

2.1 防爆电气设备的选型原则

(1)安全。安全是选用的首要原则，选用防爆电气设备须与爆炸场所的区域等级和爆炸性混合物的级别、组别相适应，否则就不能保证安全。

(2)符合法规。选用防爆电气设备必须遵守国家有关安全法规及相关标准。

(3)环境适应。防爆电气设备规定的环境条件温度范围为：-20～+40℃，温度过高或过低都需采取特殊的设计、试验等措施。

(4)方便维护。防爆电气设备使用期间的维护和保养是确保安全可靠的重要保证。在相同的功能要求的条件下，选择结构越简单越好。此外还须考虑同一工程项目内使用防爆电气设备的互换性，便于维护管理。必要时，还应考虑系统运行要求，如连续运行的自动化系统应优先选用本质安全型产品。

(5)经济合理。选择防爆电气设备，不仅要考虑价格，还需对设备的可靠性、寿命、运行费用、耗能、维修时的备件等作分析平衡，才能选择最佳的防爆电气设备。

2.2 电气设备防爆型式

爆炸性气体环境用电气设备可根据区域类别选型，电气设备的防爆型式如表2所示。

表2 电气设备防爆型式

3 燃气调压场站防爆系统设计

以浦东地区唐镇高中压调压站为例，介绍燃气高中压调压站电气设备与电路设计。唐镇站位于顾唐路、唐龙路路口，站区占地30×30 m，建设规模为20 000 m3/h，调压站设计进口压力1.6 MPa，出口压力0.1 MPa，工况进口压力0.6 MPa，出口压力0.1 MPa。

3.1 燃气调压系统中的电气设备

燃气调压系统由进口单元A、过滤计量单元B、调压单元C和出口单元D构成，如图4所示。

由于在调压柜箱体上采取了通风窗和防爆泄压顶，可以认为调压柜内为爆炸危险区域2区，调压系统中的地下集污池划分为爆炸危险区域1区。

图4 燃气高中压调压站流程

燃气调压系统中的电气设备主要由显示监控和数据采集系统(SCADA)、燃气泄漏监测系统、计量系统、电伴热装置、照明系统以及防爆接线箱构成。

SCADA系统是对门站、高中压站的运行情况进行监控，实现数据采集、测量、设备控制、参数调节以及报警功能的系统。主要用于监测进出口压力、进出口温度以及过滤器压差，电气设备为进出口压力变送器、进出口温度变送器和过滤器压差变送器。

燃气泄漏监测系统用于监测可燃气体浓度并实现报警功能的系统，电气设备为点型可燃气体探测器。探测器在被监测区域内的可燃气体浓度达到报警设定值时，发出报警信号，报警设定值为燃气在空气中25%爆炸下限。

计量系统包括用于实现专门计量的全套计量仪表和其他设备，电气设备为体积修正仪。体积修正仪通过读取工况体积低频脉冲信号，测量工况压力和工况温度，计算压缩因子k和修正系数C，然后计算得到燃气标况体积、标况流速和工况流速。

根据《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)，调压装置应根据燃气流量、压力降等工艺条件确定设置加热装置，目的是防止在天然气调压降温后产生凝析水或可能的水化物。本方案采用了电伴热装置，通过在外部使用的伴热板、伴热垫和相关元件，可提高或保持管道及相关设备内的燃气温度。

照明系统用于设备巡视、检修及数据采集时提供光源，电气设备为防爆灯。

3.2 燃气调压站防爆系统的电路设计

燃气调压站防爆系统的电路设计为本安系统。本安系统由本安现场设备、关联设备(也称安全栅)和连接电缆三部分组成，如图5所示。

图5 本安系统组成

本安电气设备包括简单设备，如伴热板、伴热垫和相关元件；本安电气设备即安装于现场的本安设备，如压力变送器、温度变送器和压差变送器等。

关联设备(安全栅)是从控制室设备配置角度考虑，该部分电气回路必须具备无论系统处于正常工作状态还是事故状态，均能够将从安全场所的非本安回路传到危险场所的本安设备的能量抑制在点火极限(最小点燃能量)以下的保护功能。关联设备的防爆标志等级必须不低于本安现场设备的防爆标志的等级。建议采用隔离型安全栅，以防构成本安系统的电路将可能存在的两个接地点而产生的地电位差所形成的地电流。

由于连接电缆存在分布电容和分布电感，连接电缆成为储能元件。当它们的储能达到爆炸性气体混合物的最小点燃能量时，电路一旦发生故障，将导致点燃的危险，因此表征连接电缆本安性能的基本参数是电缆最大允许分布电容Ce和电感Le，其关系如下：

式中：Ck和Lk分别为电缆单位长度分布电容和电感；L为实际配线长度。

由于电缆分布电容反比于芯线间距。电缆芯间距离越小，即电缆越细，电容越大。电缆分布电感正比于电缆芯线间距。电缆分布电感随电缆尺寸的增大而增大。所以用于本安系统中连接本安现场设备与安全栅的连接电缆，符合以下条件。

(1)连接电缆规格：连接电缆为铜芯绞线，且每根芯线的截面积不小于15 mm2。

(2)连接电缆长度的限制：在本安系统中，现场本安仪表和连接电缆同为安全栅的负载，当安全栅与现场本安仪表选定后，也就决定了连接电缆的长度。这也限制了控制室与现场电气设备的距离。

本安系统现场布线，从控制室到现场的本安电缆与非本安电缆分别敷设在各自的汇线槽内，中间用隔板分开。从现场接线盒或汇线槽引到本安仪表的电缆敷设在钢管内。

4 结语

在燃气高中压调压站设计中，要充分考虑以下几点：应正确划分爆炸危险区域，合理地按级选用防爆电气设备；应尽量采用通风设计，降低防爆等级；既要做到合规也要做到合理，因地制宜，综合利用场站，合理布置。

Discussion on Explosion-proof Design of NG Regulation Station

Shanghai Pudong Gas Co., Ltd. Liu Chunyan

This paper discusses the division of explosion danger zone in natural gas station according to the sources of natural gas release and ventilation. On this basis, it describes the explosion-proof equipment selection and electrical circuit design.

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