浅谈甲类仓库的电气设计

周坤宏

（厦门华旸建筑工程设计有限公司，福建 厦门 361001）

0 引言

随着国内现代工业的发展以及生产安全意识的普及，甲类仓库已成为众多工业厂区的重要组成部分。甲类仓库基于其储存物品的易燃易爆特性，使得其一旦出现问题，往往会造成严重的火灾或爆炸性事故。例如近年来发生的天津某甲类危险品库的重大火灾爆炸事故，造成非常重大的人员及财产损失。这些触目惊心的案例让业内人员对于甲类仓库的安全运行越来越重视。本文将结合某生产企业的甲类危险品仓库设计实例浅谈甲类仓库的几个电气设计要点。该仓库设有4个储存间和4个危废间，储存的主要危险物品为甲醇、乙醇和氢气。

1 甲类仓库电气设计的相关概述

甲类仓库的电气设计主要包含爆炸性危险区域的划分、配电系统及线路设计、防爆设备的选择、防雷接地系统、危险气体探测系统等。甲类仓库存储的大量爆炸性危险物质有着易燃易爆的特性，而电气装置的存在是点燃源发生的一个重要途径，决定了其对电气设计的许多特殊要求。在设计过程中需要根据不同项目不同的存储方案与其他专业进行综合性的协同设计。在项目方案阶段应明确项目的具体存储物质进行合理的建筑布局，限制爆炸性危险区域的影响范围。在施工图设计阶段以此为依据进行危险环境的电气设计，从而得出科学合理且经济的设计成果。

2 甲类仓库电气设计要点分析

2.1 爆炸性危险区域的划分

爆炸性危险区域的划分是甲类仓库电气设计的第一个步骤，是设计的重点，也是设计的难点。如果在前期阶段未能正确地划分爆炸性危险区域而错误地将部分本应为爆炸性危险的区域划分为非爆炸性的区域，则有可能导致甲方在后续的使用中出现严重的事故。因此在项目前期就应详细了解仓库存储的所有爆炸性危险物质的特性，结合建筑环境、工艺特点，按照规范要求制定正确合理的爆炸性危险区域划分布置图。

以下为《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058-2014）规范中对于爆炸性危险区域划分涉及的主要条文要求[1]：

（1）爆炸性气体环境应根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间分为0区、1区、2区，分区应符合下列规定：①0区应为连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境；②1区应为在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境；③2区应为在正常运行时不太可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。

（2）爆炸危险区域应根据爆炸性粉尘环境出现的频繁程度和持续时间分为20区、21区、22区，分区应符合下列规定：①20区应为空气中的可燃性粉尘云持续地或长期地或频繁地出现于爆炸性环境中的区域；②21区应为在正常运行时，空气中的可燃性粉尘云很可能偶尔出现于爆炸性环境中的区域；③22区应为在正常运行时，空气中的可燃粉尘云一般不可能出现于爆炸性粉尘环境中的区域，即使出现，持续时间也是短暂的。

接下来笔者将结合设计实例分析爆炸性危险区域的确定。该甲类仓库设有4个储存间和4个危废间。其中储存1房间和危废2房间的爆炸性危险物质为甲醇和乙醇；存储2房间、存储4房间、危废1房间和危废3房间的爆炸性危险物质为氢气。考虑甲醇和乙醇在挥发的状态下均为密度大于空气的物质，而氢气为密度小于空气的物质。各存储间和危废间除大门外均未设置其他孔洞，且各房间内为通风不良区域，危险物质在正常情况下有可能在房间内取样泄露。故本项目爆炸危险区应划分作如下考虑：①各储存有甲醇、乙醇和氢气的房间内均定性为爆炸性危险1区；②存放有甲醇和乙醇的房间，以房间门为中心，15米为半径，距地坪高度为7.5米的垂直范围内定性为爆炸性危险2区。在爆炸危险二区域内地坪下的坑、沟也划为1区；③存放有氢气的房间，以房间门为中心，4.5米为半径，释放源上方7.5米高度的范围内定性为爆炸性危险2区。

该目最终爆炸危险区划分平面图如下：

图1 爆炸危险区划分平面图

基于以上设计实例我们不难发现在爆炸性危险区域的划分过程中需要熟知仓库内甲类物质的特性并在设计过程中主动与建筑、通风等其他专业协商，以确定出合理的爆炸性危险区域布置图。比如在方案阶段应尽量避免将电气间布置于爆炸危险区域，可采用调整甲类房间门的位置或可以把电气间布置在端头，电气间与甲类房间之间用非燃烧体的防爆墙隔开等措施；应与建筑专业协商使得甲类房间除门洞以外不再开多余的孔洞，以避免爆炸性危险区域不必要的扩大。

2.2 防爆设备选型及配电线路的设计

基于明确的爆炸性危险区域划分布置图，设计过程中应尽量减少电气设备或线路布置于爆炸性危险区域内，对于无法避免而必须安装于爆炸性危险区域内的电气设备及其线路应采取防爆措施。因此甲类仓库内通常仅设置必要的照明灯具及事故风机配电设备，其余非必要的电气设备建议集中设置于非爆炸性危险区域内。在确定电气设备的防爆等级之前设计人员需熟知甲类仓库内存储的甲类物质的特性：①需明确甲类物质的储存环境是属于爆炸性粉尘环境还是属于爆炸性气体环境，不同的爆炸性介质需匹配不同的防爆电气设备结构（EPL）。设计中常见的爆炸性环境为气体环境，其电气设备防爆结构为Ga，Gb，Gc。而在爆炸性粉尘环境中对应的电气设备防爆结构应为Da，Db。应严格根据不同的爆炸性环境选择不同的电气设备防爆结构。②爆炸性气体混合物的级别按照最大试验安全间隙或最小点燃电流依次分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种级别。当存在有两种及以上可燃性物质形成的爆炸性混合物时，应按照混合后的爆炸性混合物的级别和组别选用防爆设备，无据可查又不可能进行试验时，可按危险程度较高的级别和组别选用防爆电气设备。③爆炸性气体的引燃组别。在规定环境与条件下，易燃性物质逸散的蒸汽或气体混合空气形成易燃性或爆炸性混合物受热表面影响而引燃的温度下限值，包括T1～T6不同等级，其引燃温度渐次降低，同时电气设备防爆性能与要求也相应提升。

爆炸性危险区域内的所有电气线路均需采取防爆措施，为降低电气线路采取防爆措施的施工难度以及后续使用过程中电气线路的检修便利，建议爆炸性危险区域内的电气线路均采用穿镀锌焊接钢管沿墙、顶棚或地面明敷设。电气线路宜在爆炸环境危险性较小的环境或远离释放源的地方敷设。设计过程中应采取措施确保电气线路保护管的密闭性，否则容易造成爆炸性气体在保护管内的累积或不同区域的不同类别的爆炸性气体相互混合，从而产生爆炸的隐患。故电气线路保护钢管连接的螺纹部分应涂以铅油或磷化膏，在可能凝结冷凝水的地方，管线上应装设排除冷凝水的密封接头，钢管穿越防爆区域采用非燃性材料严密堵塞。

2.3 防雷和接地系统设计

因甲类仓库易燃易爆的特性，使得此类建筑在遭受雷击损害或接地保护不到位造成的损害比普通建筑要严重得多，一旦出问题往往都很容易造成巨大的破坏及损失。甲类仓库应根据其存储物品的特性来确定其防雷类别。如存储物质为火炸药及其制品，则应按照一类防雷进行设计。其余仓库可根据分区及影响程度确定，大多情况下按照二类防雷进行设计。但是如果遇到甲类仓库存在排放爆炸性气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管的情况时需注意，仅当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧以及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的情况时，通风管、安全阀、接闪器的保护范围可只保护到管帽，无管帽时应保护到管口。其余情况应严格按照《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010第4．2．1条第2款的规定进行防雷保护设计[2]。

甲类仓库的设计中除防雷接地设计外容易被忽略的一点便是防静电接地设计。仓库的仓储属性决定了其在使用过程中必然发生经常性的物品搬运、堆垛等行为、部分仓库对于空气的干燥度也有较高的要求以及人体自带的静电，这些都可能导致静电的积累，如果无法有效地释放这些积累的静电则可能导致静电放电而产生的火花，从而成为爆炸性危险物质的点火源。因此甲类仓库内凡可能产生静电危害的管道和设备均应做静电接地，且一般接地点不少于2处。对于专门用于静电接地的接地系统其接地电阻不宜大于100欧。以某甲类危险品库的设计实例为例，鉴于甲方无法对此仓库后续实际使用中仓储物品或设备的摆放位置在设计阶段明确，故我司只能按照常规做法从室内局部等电位箱引出一根40＊4的热镀锌扁钢，明敷设于四周侧墙踢脚线处并应焊接地螺栓，作为防静电接地的预留干线[3-4]。并明确要求仓库爆炸危险区域内的所有金属设备外壳、金属柜体、金属管道等均应就近至少两处接入防静电接地干线，且接地连接线为截面不小于6平方毫米的铜芯电线或电缆。另外人员经常性的出入使得人体自带静电成为了一个移动的静电源，特别是在气候干燥的地区尤为严重[5-7]。因此建议于在此仓库的入口处设置一个人体静电荷释放球，静电荷释放球与防静电接地网可靠连接。在人员进入仓库前需触摸静电荷释放球释放人体静电荷，方可进入仓库内作业。

2.4 危险气体探测系统

爆炸性危险物质在存储过程中存在泄漏的风险，有可能造成可燃气体或可燃液体的蒸气或薄雾与空气混合形成爆炸性气体混合物。当混合物达到一定的浓度值时就有可能造成爆炸的风险。因此及早地发现并及时地通过安全措施控制爆炸性气体混合物的浓度可大大减少危险物质泄漏引发的事故。应根据仓库各房间内存放的爆炸性危险物质设置相对应的可燃气体探测系统。当房间内可燃气体浓度超过下限值25% LEL时，安装在现场的气体报警装置发出一级报警，同时启动相应区域的事故排风机强制排风，并切断进气阀；当气体浓度超过50% LEL时二级报警设备发出警报后，即使安装场所被测气体浓度发生变化恢复到正常水平，仍应持续报警，只有经确认并采取措施后才能停止报警。可燃气体报警系统发出警报的同时应立即切断除事故风机外的其他所有非消防电源的供电。

3 结语

电气设计是甲类仓库设计的重要组成部分，一个好的电气设计不仅要能保证安全性这个最基本的要求，还应该兼顾实用性及经济性。这就要求我们在设计过程中应严格以国家规范为依据，密切结合实际的工艺设计需求并与其他各专业协同配合，制定出科学合理的设计方案。