钻井井场防爆电气设备应用探讨

周俊军

（中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井二公司，辽宁 盘锦 124010）

1 防爆电气设备概述

因为油田钻井作业主要是针对油气层进行勘探和开发，所以作业过程中不可避免地会产生大量的可燃且容易爆炸的伴生气体，根据危险环境区域可以将钻井经常分为1区和2区危险区域。因此，钻井井场范围内所应用的电气设备，应当能够有效避免火花、危险温度、电弧或者爆炸性混合物所造成的爆炸，从而保证钻井井场作业人员的人身安全。

防爆电气设备的类型主要包括防爆型d、充油型o、本质安全型、正压型p、增加安全型e、组合型s等。因为防爆电气设备所具有的特殊性，产品的质量直接决定了设备的安全性，设备的型号选择、安装、应用、保养维护以及使用环境等也会影响电气设备的性能发挥，也就是说，就算防爆电气设备拥有绝好的质量，如果不进行有效的维护和保养，也会失去其应有的防爆性能。

2 钻井井场防爆电气设备应用中存在的问题

2.1 防爆电气设备型号选择不科学

钻井井场在配备防爆电气设备时应当依据安全区域的划分进行产品型号和防爆等级的选择，产品所标示的防爆等级应当高于环境中存在的危险物的等级，比如，旋转电机应当分为爆炸隔离型、正压型和增安型；变压器、仪表以及电抗线圈所使用的互感器可以分为爆炸隔离型、正压型以及增安型；控制器以及压力较小的开关均为隔爆型；灯具的类型通常为固定式，指示灯以及镇流器都属于隔爆型、本安型、正压型以及增安型，移动式开关都属于增安型和隔爆型；报警设备以及信号灯都是隔爆型、本安型、正压型和增安型；电气仪表应当属于隔爆型、增安型和正压型。经调查研究可以发现，当前许多钻井经常中存在型号选择不科学以及选择使用不具备防爆性能电气设备的情况，比如，在坐岗房以及干燥房中使用不具备防爆属性的插座、监视仪、控制箱、灯具等。

2.2 防爆电气设备安装敷设不规范

（1）导线跟电缆连接不规范。在具有较高爆炸风险的环境中，电缆之间不应当直接进行连接，需要在对应的防爆接线盒中进行连接或者通过分路，电缆线路当中不可存在中间接头，绝缘导线的连接需要敷设在钢管当中，但是，当前许多钻井井场的导线或者电缆却使用直连方式，存在许多的接口。（2）弹性密封圈没有进行规范化密封。防爆电气设备通过密封圈实现跟装置的连接，需要将电缆进行密封，密封所使用的电缆断面应当类似圆形，可以将电缆顺着周边均匀地进行挤压紧实，密封圈的内部直径跟电缆的外部直径之间的差值应当保持在正负1mm；但是，当前许多钻井经常中使用的电缆为扁形，甚至许多密封圈使用两根或者两根以上导线，这样无法把电缆顺着圆周进行挤压紧实，甚至许多电缆没有配备密封圈。（3）金属密封圈缺少或者没有进行规范安装。按照有关的标准需要将电缆的表面进行全面的清理，然后利用金属密封环进行引入。在GB50257中提出，通过金属环进行引入的过程中，需要将电缆进行整体贯通，电缆应当保持干燥清洁。但是，当前许多钻井井场的金属环没有旋转挤紧或者存在许多的生锈老化问题。（4）中性线没有规范化敷设。电气设备所使用的中性线绝缘层所拥有的额定电压应当跟相线电压一样，并且在同一钢管或者护套中进行敷设，但是，许多钻井井场所使用的相线跟中性线的截面存在较大的差距。（5）防爆电动机的配线不符合防爆要求。在进行防爆电动机电缆配线的引入过程中，应当挠性连接管，依据有关的爆炸防范要求跟防爆电动机的接线盒进行配合，当应用环境存在差异时，所使用的挠性连接管的材质也会不同。许多钻井井场中的离心泵、电动机等都使用直接配线，与防爆配线的规范化标准不符。（6）未对电气设备、端子箱、接线盒中的多余孔密封。电气设备、端子箱以及接线盒中未进行使用的孔需要利用丝堵进行密封。在容易进水或者室外环境中，连接到设备引入装置的电缆管口应当进行规范化的封堵；当孔中存在密封圈的情况下，外侧应当配备钢质堵板，厚度应当超过2mm，并使用螺母或者压盘进行挤紧。（7）引入装置夹紧元件损坏或者不配套。电缆引入装置应当能够利用密封圈、填料或者夹紧装置将电缆进行夹紧，避免电缆在跟引入装置连接过程中出现扭转或者脱落，所以引入装置需要与各种型号的电缆相匹配。电气设备与电缆进行连接的过程中，所使用的人引入装置需要与电缆的外部直径匹配，如果不配套，需要利用过渡接线方法在对应的防爆接线盒中完成连接。（8）电缆和保护管易损位置未进行保护，存在老化问题。在进行线路的敷设过程中，要尽量绕开可能出现震动、腐蚀、发热的位置，假如无法避开，需要采用相应的防范和保护措施，但是，当前许多钻井井场的电缆没有设置护套存在露铜的情况，许多保护管存在老化问题。（9）钢管没有进行规范敷设。配线钢管应当利用镀锌焊进行焊接，通过螺纹进行连接，不可以利用套管进行焊接，在螺纹上不能缠结布料或者绝缘胶带，管径不超过0.25cm的情况下钢管应当多于5扣，管径不超过0.32cm的情况下，钢管应当多于6扣，螺纹连接位置要将螺母进行锁紧，外面落后的丝扣应当尽量的短。

2.3 设备自身缺陷

（1）透明罩跟灯管距离不够。有关规范中提出，灯管跟透明罩之间应当保持一定的距离，不超过100瓦的情况下需要超过5mm，从而有效地使灯具温度降低，避免出现过热破损。（2）移动式灯具的使用与环境不符。在GB7000中提出，应用于恶劣环境中的灯具，其所具备的防身、防水以及防固体异物的等级应当超过IP54。（3）灯具节点电阻超过标准。照明灯具所使用的接地线通常选择与可靠电器进行连接的金属管线系统，因此，灯具的支架管线需要跟前提通过焊接等有效手段进行固定，从而保证灯具能够有效的与地面连接。（4）防爆设备存在结合面腐蚀、螺钉缺失问题。隔爆型电气设备利用结合面之间的空隙实现电气控制元件与容易爆炸和燃烧气体的隔离，将螺钉进行拧紧固定是保证隔爆性能的重要措施，但是，当前许多钻井井场存在隔爆面生锈以及螺钉配备不全等问题，使得隔爆型电气设备丧失防爆性能，许多增安型防爆设备的密封沉淀存在严重的老化现象。（5）正压型电气设备不规范。正压型电气设备需要具有一个或者几个进气和排气口，实现与通风系统的连接。微压继电器应当安装敷设在气体和风力压力最小的出口位置，并在铭牌上标注好最小的风量、风的压力、换气时间以及正压体积。但是，许多井场的变频调速电机铭牌上没有对有关参数进行标示，利用通风机进行现场的气体吸入和排出，安全性较差，空气的质量无法保证，而且没有进行微压继电器的安装，与GB3836.5中提出的标准不符，现场的取气使得爆炸的危险性不断提高。

2.4 接电线或者接零保护线与标准不符

（1）接地线的尺寸与标准不符。接电线应当选择多股软绞线，内部的铜线截面积最小也要超过4mm2，容易出现机械损伤的位置应当进行保护管的安装敷设。但是，许多钻井井场的接电线选择使用的是内部具有三根芯线的护套软线或者内芯为铝材的橡皮线。（2）隔爆型电机没有单独的接电线。许多井场会将循环罐跟电机底座进行焊接使它们成为一体结构，所以认为不需要进行单独的接地，然而，GB3836.2标准中提出，隔爆型电气设备的接地需要使用单独的线路，间接连接可能会造成接地的不稳固或者与地面之间的电阻过大。（3）隔爆型控制箱没有单独的接地线。GB50085中提出，在导线情况不好的位置，额定交流电压不超过380V、额定直流电压不超过440V的电器设备使用的外壳为金属时需要进行接地；在环境较为干燥的情况下，额定交流电压不超过127V、直流电压不超过110V的电气设备使用外壳为金属，应用在爆炸环境中需要进行接地。（4）井场接地系统不规范。井场所使用的电力配给系统主要包括TN-C和IT系统，也具有采用TT系统。电工作业规范中，需要某些电器设备进行保护接地而某些设备需要保护接零，在具有爆炸风险的场所需要利用TN-S系统，也就是将工作零线与保护零线分开，即常说的三相五线制。

3 防爆电气设备整改建议

3.1 设备的整改

（1）要对隔爆结合面进行维修。针对隔爆结合面没有进行规范化密封的情况，要及时进行重新的检查和维修，要重点关注结合面之间的空隙，并进行润滑脂的涂抹，从而进行有效的保护。

（2）使用频率较低的线路和设备。对于不再使用的设备，要将与其存在连接的所有电源导线进行切断和拆除，或者连接到合理的外壳端子上。

（3）剩余进线孔的处理。针对端子箱、接线盒以及电气设备中没有使用的孔，要利用丝进行严密的封堵，孔中具有弹性密封圈的情况下，要利用2mm的钢质堵板柱通过螺母或者压盘进行紧密的压实。

（4）接地线的处理。针对没有进行接地处理的设备，需要尽快依据有关规范进行接地线的安装和铺设。

（5）容易老化元件的处理。针对容易出现老化的电缆、保护管以及衬垫，要定期进行检查和更换。

（6）不具备防爆性能产品的处理。在具有爆炸风险的环境中，不可使用非防爆产品，要及时地利用防爆设备进行替换。

（7）钻井井场的电路要利用具有橡胶外套的电缆，从而保证绝缘效果，其他的照明线路可以利用防腐蚀电缆。电缆的走向要依据一定的次序和规律进行安排，电路连接方式要依据有关标准进行，并进行严格的监督和管理。

（8）要把以前的三项闸刀开关替换成具有较高安全系数的空气开关，并将其与防漏电保护设备有效地连接，提高设备的安全性，避免由于漏电造成火灾风险事故。

（9）要把普遍使用的液处理系统分散管理模式进行完善，将一配一的模式替换成总控制中心模式，对电气设备进行统一的管理，并将控制中心放在专门的室内，避免由于天气原因造成损害。

3.2 防爆电气设备的维护

首先，针对容易损坏元件的维护。对于挠性管、软电缆以及各种容易出现损坏的终端部分，要依据有关规定定期地进行检查，如果出现损坏或者破损的情况，要及时用新的部件进行替换。其次，容易松动部位的维护。针对存在振动部位的元件，需要重点关注设备中的螺栓，如果发现脱落要及时进行拧紧，要及时对电缆引入装置的牢固性进行检查，如果发现松动，要及时拧紧。再次，容易腐蚀设备的维护。针对具有金属外壳的防爆电气设备，要进行保护涂层的涂抹，从而达到防腐的效果。最后，要减少对设备接口位置和密封处的检查频率。如果要进行检查，要严格地依据有关规范开展，在检查结束后，要对检查位置进行全面的清理，保证没有异物会对设备的正常运行造成影响，在清理结束后，要进行防锈剂的涂抹。最后，要保证防爆电气设备都接地，要选择符合国家标准的品牌，保证接地效果的良好性，使用符合统一标准的设备。

3.3 防爆电气设备的管理

（1）设备购买源头的管理。不具备防爆电器设备安装和生产资质的企业，要尽快地获得有关的资质，并且在进行设备的安装过程中，应当聘请专业的机构进行指导与检查。

（2）员工的培训。要安排具有专业知识和相关经验的员工进行防爆电气设备的检查和维护，要对他们进行定期的培训，安排他们进行继续教育，并考取有关的资质证书，通过实践获得有关的设备管理经验。

（3）设备的初始检查。在防爆电气设备安装完成后，要对其防爆性能以及安装规范进行检查，保证其满足环境标准。

（4）设备抽样检查。为了保证及早地发现设备存在的故障，在设备投入运行后，要对更换、修改、调整和修理过的设备进行定期的抽样检查，并进行持续动态的监督。

4 结语

钻井井场作业具有非常高的危险性，因此，需要加强对防爆工作的重视。防爆电气设备的重要性不断凸显，需要对设备进行不断的改造和完善，总体来说，石油钻井的安全需要从设备自身的性能出发，以安全作为切入点，依据设备所处环境情况保证防护措施的全面性和有效性。