化工企业的电气设计要点分析

孙志春

（天津渤化工程有限公司，天津300192）

1 降低爆炸性环境的危险区域等级

化工厂电气设计要结合易燃物性质、释放源位置、运行经验与通风条件等因素，准确划分爆炸危险区域等级。降低爆炸性环境的危险区域的措施，首先要从化工工艺把关，减少连续释放源的出现和限制一级释放源；其次加强装置区内通风设计，通过保证区域内换气次数，保证易燃物质浓度不超过爆炸下限值的10%，可划为非爆炸危险区，最后还可以利用围堰控制重于空气的爆炸性危险气体的流动。在建筑物内部，比较适宜按照厂房单位确定危险区域；在生产中大多数情况属于II区，根据通风是否良好相应的降低或提高爆炸危险区域的等级。场所分类很重要，为了尽量准确的划分区域，在根据有关标准和规范的同时，还应参考以往的经验和行业的特点，既要保证生产装置安全可靠，又要避免人为提高安全等级而造成工程投资浪费。

2 变配电设计

2.1 化工企业车间变电所设计

所有变电所都应尽量设置在爆炸危险区域外面。当车间变电设计条件难以满足要求，布置在附加II区附近时，保证配电室地面距室外地面距离不小于0.6m，以阻挡比空气重的易燃物质沿地面扩散至变电所。当车间变电所放置在II区时，可以采取正压通风防爆措施。针对生产中的负荷多为一级，二级负荷的情况，配电系统设计中应能保证一级负荷的双重电源供电，二级负荷的两回线路供电。对于特殊重要负荷，必须加配应急电源。在实际设计过程中，需要结合允许断电时间以及产品生产工艺选择应急电源。进入装置区内的低压电源供电采用TN-S系统接地形式。在爆炸性气体I以及II区域，电缆导线的绝缘选择阻燃型的，且导体允许载流量应大于1.25倍熔体额定电流和1.25倍自动开关长延时过电流脱扣器整定电流。1 000 V以下的引向电压鼠笼感应电动机支线载流量需要大于1.25倍电动机额定电流。

2.2 防爆电气设备的选择

化工企业按照划分的防爆区域合理选择防爆电气设备的组别与级别。化工企业的防爆厂房应选用特种电气设备，防止电弧和电火花外泄，降低电气设备表面温度。最新开发的一种无火花型电气设备，正常运行时不会产生火花、电弧和危险温度。它的基本保证措施是采用绝缘等级较高的绝缘材料，防止热量聚集，从而使得无火花电气设备重量轻，结构简单，维修方便。我国绝缘材料发展较慢，使得无火花电气设备的价格现阶段还是偏高，所以没能广泛应用在工程中。但是这种技术在日本、德国等国家广泛应用，我们在今后的设计中也应逐步推广这种设备。化工厂内尽量不用携带式或移动式设备，因为铁壳的碰撞摩擦会产生火花，使其成为点燃源。现阶段，我国大部分的防爆电动机都是卡套式接口，在接线过程中需要采用填料密封，但是不易安装且安全系数较低。一般处理方式为：1）将卡套拆掉，重新送到防爆电器加工厂进行丝扣加工，加强与防爆挠接管相配套，不仅外形美观，而且安全系数非常高，大幅度降低了成本。2）丝扣式接线口，这种电动机与防爆挠接管直接配套，安全系数高、美观、便于安装，但是价格比较高。

2.3 电缆敷设

通过实际工作经验可知，在易燃易爆环境中的电气线路的设计与安装，都是桥架方式为主，电缆沟与钢管铺设为辅。一般来说，先通过室外桥架引进，沿着墙体或柱体引入电缆沟，敷设到电机旁边，然后使用防爆挠接管与电动机接口相连。在钢管、桥架以及电气线路沟等穿过不同区域之间的孔洞，必须采用非燃性材料进行严密封堵。在铺设架空桥时，应该选择阻燃电缆，在爆炸性气体I区、II区线路不能出现接头。电气设计中常见的缺陷是缺少密封处理，与设备相连的导管一定要密封，防止设备发生燃烧时，通过电气保护管传到另一个地方。如果在电气施工中不做密封，将使防爆电气设备的可靠性大大降低。

2.4 照明选择安装

防爆灯具形式特殊，是一种封闭灯具，结构复杂，不易检修。灯具布置时，尽量远离释放源，清晰的了解厂房人流、物流走向以及设备的外形尺寸，避免灯具安装位置不合理造成检修困难。一般情况下，化工装置区内照明灯具多用防爆金属卤化物灯，随着科学技术进步，LED灯与金卤灯相比有较大的优势。第一，发光效率高，比金属卤化物灯的光效提高了30%左右，可以在后期长时间运行时节省电能，更容易满足照明设计规范的能耗指标。第二，使用寿命长，LED光源为固体发光体，采用环氧树脂封装，可承受高强度的机械振动和机械冲击，不易破碎。LED灯具使用寿命高达5～10年，将在很大程度上降低灯具检修频次，从而大大减少灯具后期维护成本。第三，响应时间快，所以LED灯具也可以作为厂房应急照明灯具，满足启动时间要求。还有LED灯具制造过程对环境友好，可以回收利用，LED照明灯具有较宽的电压输入范围。随着LED灯具性价比提高，投资回报周期将会越来越短。贯彻国家节能减排的政策，今后要应用在更多的合适的项目上。

3 防雷防静电系统

化工企业的防雷系统包括两部分：外部防雷和内部防雷。外部防雷包括接闪，引流，均压，接地。内部防雷包括屏蔽，合理布线，安装SPD。对于爆炸危险环境的防雷系统来说，除了建（构）筑物及设备本身防雷外，还需要考虑排放爆炸危险气体的排空管、放散管和呼吸阀等是否在规范规定的接闪杆的保护范围之内。

对于化工企业，静电接地是防止静电危害的主要措施之一，它将带电体泄露出来的静电荷提供一条导入大地的通道。一般情况下，保护人身安全的保护接地，把接闪杆雷电流泄放到大地的防雷接地以及减少装置产生静电的静电接地合用一套接地系统。所有进出装置区内的金属管道，电缆金属外皮，金属保护管都应在入户处做接地。全部电气设备、压力容器、机械设备等金属外壳全部进行接地处理。化工企业环境中一般有腐蚀性物质，选择接地材料时要考虑实际环境的腐蚀性。

综上所述，首先要明确生产工艺流程，主要物料的物理化学性质及物料的分布情况，准确划分爆炸危险区域。然后再进行配电设计、爆炸危险场所电气设备选择、装置的防雷防静电设计。还需要与工艺、土建、暖通、设备等专业相互配合，最大程度降低生产活动的危险程度，确保装置安全可靠的运行。