化工企业爆炸危险环境的电气设计方法的探究

　杜　濛,马　涛,梁兴炜（.中国石油工程建设公司华东设计分公司,山东青岛　6607；.青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司,山东　青岛　66）

化工企业爆炸危险环境的电气设计方法的探究

杜濛1,马涛2,梁兴炜1
（1.中国石油工程建设公司华东设计分公司,山东青岛266071；2.青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司,山东青岛266111）

由于化工企业的电气设备常处于爆炸危险环境中，其电气设计较普通生产场所在安全方面有更高的要求。本文针对化工企业易爆炸危险环境的特殊性从配电设计、事故通风、电气设备选型、配线要求等方面进行了电气设计方法的探究和总结。

电气设计；易燃易爆危险环境；配电设计；事故通风；设备选型

0　引言

化工企业爆炸危险环境的电力系统设计要遵循以预防为主，人身和财产安全第一的原则。设计应考虑到既能保证安全适用、技术先进、经济合理的设计要求，还应具有防范危险的措施。

1　化工企业爆炸危险环境的配电设计

1.1 负荷分级

对于化工企业配电设计时的负荷分级，首先要参照《工业与民用配电设计规范》或GB50052-2009的规定，还要根据实际的易燃易爆环境的生产工艺及安全要求进行分级。一般情况，负荷划分为一、二级负荷[1]。而需要注意：对一级负荷中断供电会发生危险情况（如爆炸火灾、中毒泄露等）的负荷和不允许中断供电的负荷应划分为特别重要负荷。如化工企业中关断正常电源时，需处理安全停产所必须的应急照明、通信系统、自动控制装置等，此类特别重要负荷是化工企业配电设计中需要特别注意的对象。

1.2 供电电源的设计

化工企业大多负荷为一级负荷，配电设计时常设两个以上独立电源，当一个电源故障时，另一个冗余电源可保证持续供电。对于特别重要负荷，还应增设应急电源。如发电机组、蓄电池以及专用馈电线路等都是常用的应急电源。应急电源应根据生产允许的中断供电时间来选择：（1）最大允许中断供电时间为毫秒级可选用UPS不间断电源；（2）最大允许中断供电时间为0.25S以上可选用EPS应急电源；（3）最大允许中断供电时间为1.5S或0.6S以上的可选用带有自动投入装置的专用馈电线路；（4）最大允许中断时间为15S以上可选用快速自启动的发电机组；（5）适用于容量不大的特别重要负荷的蓄电池电源。对于可采用直流电源直接供电的，实际设计中可根据情况稍作变动。

1.3 厂区、车间变配电所及控制室的设计

对于化工企业易燃易爆的特殊环境，厂区、车间的变配电所和控制室的设计除了必须符合相关国家标准规范的要求外，还要特别注意以下几点：（1）不应在爆炸危险的区域内设置，正压室可布置在1区、2区内；（2）不应在有火灾危险区域的正上方或正下方设置；（3）在易燃物质比空气重的气体环境中，设于1区、2区附近的变配电所及控制室的地面需高出室外0.6m；（4）若变配电所与易燃易爆危险区的建筑物毗邻，设计有以下特殊要求：对于电压等级为1～10kV的配电所可由走廊或套间与危险区建筑物连通，通向走廊或套间的门应选用难燃体，共用隔墙应选用密封的非燃烧体；在管道穿过墙体和楼板的位置，应选用非燃烧性材料严密堵塞，且变压器室的门窗应能通向无火灾危险的区域。

2　化工企业爆炸危险环境的电气设备选型

2.1 防爆电气形式分类

针对化工企业进行电气设备选型时，首先要将爆炸危险介质按其引燃能量、最小点燃温度以及存在的时间周期进行分级分类。通过分级分类确定防爆设备的防爆标志和形式。不同防爆等级的区域对应不同的防爆形式，这些区域也有互相叠加的情况。我国标准与欧洲标准都是以最大实验安全间隙和最小点燃电流两个主要指标来划分防爆等级。而最小点燃能量也是衡量防爆等级的重要指标，常见化工气体在各国标准中的等级划分如下表所示。

常见化工气体最小点燃能量分级表

2.2 防爆电气设备的选型

在化工企业电气设计中，首先按照《爆炸与火灾危险环境电力装置设计规范》中附录三中给出的分组规则，根据工艺人员提出的释放源条件和可燃物的性质来确定危险区域的防爆电气设备等级。在实际设计中，针对危险区域中的爆炸危险气体并不单是一个类别的情况，需绘制防爆区域划分图将其区分开。例如，ⅡA、ⅡB、ⅡC级别的气体要区分开，轻于空气和重于空气的介质也要区分开。

《爆炸与火灾危险环境电力装置设计规范》2.5.3条规定了爆炸危险区域中所包含的电气设备的选型要求，所有常见的电气设备如旋转电机、变压器、开关及灯具等都有相应的选型方案。如dⅡBT4和dⅡCT6是设计中最为常用的隔爆类型电气设备。但需要注意：在选择防爆电气设备时，在满足1区、2区要求的同时，还应满足气体组别及温度组别等相关要求，以避免设计方案存在安全隐患。

2.3 其他设备选型问题

（1）化工企业的防爆厂房内尽量不选用携带式或移动式设备，由于设备金属壳体之间的碰撞、磨擦，以及落地时都可能产生火花。必须采用移动设备时（如检修设备），尽量选用铝制件。若为合金材料设备，镁含量不得超过6%，铝合金中铝含量不得少于80%。另外，导线与设备的联接处不得采用镀锌方式以避免产生电弧。（2）防爆厂房内反应釜窥视孔上方的局部照明必须采用固定安装方式，不得采用捆扎等临时性固定措施。（3）电气设备选型还要注意配套问题。如设计中常出现的灯具是隔爆型而开关是普通型，电机是隔爆型而控制设备是增安型的情况，这样的设计方案是不允许的，控制设备和灯开关产生电火花都会成为化工厂房爆炸的危险源。

3　化工企业爆炸危险环境的电气配线设计

3.1钢管敷设和连接

化工企业爆炸环境的电气线路主要有钢管和电缆配线组成。钢管必须明敷，且采用镀锌钢管。钢管连接均采用螺纹连接方式，且有效啮合扣数不得低于6扣；在钢管与电气设备无法直接连接处，以及建筑物的伸缩、沉降缝的管路应采用挠性连接管。

3.2 电缆配线

化工企业爆炸环境中的电缆配线应遵循以下原则：（1）不同用途的电缆应分开敷设，如照明和动力线路严禁合用；（2）1区及2区的电缆配线宜采用铜芯铠装电缆；采用铝芯电缆时，设备连接处应采用可靠的铜铝接头等过渡连接措施。（3）在管沟、通风沟中不允许进行电缆和钢管布线；（4）埋设的铠装电缆不应有接线盒及中间接头；（5）防爆电机、风机等设备宜采用电缆进线方式。

另外，本质安全型防爆系统的一次现场设备必须通过本安电缆连接。通过安全栅采取限流、限压、快速切断电路等保护方式可达到系统防爆的目的。

3.3 防护措施

由于防爆的需要，化工企业防爆厂房的电气管线多为明设[2]。由于众多的管线易形成不同的感应电位和静电电位。为了防止电位不平衡的金属件之间的放电产生电火花，以及防止设备放电漏电对操作人员安全的危害，化工企业防爆厂房内设计必须要采取接地防护措施。

4　　化工企业爆炸危险环境事故通风的电气设计

4.1 可燃气体探测器

可燃气体探测器的工作原理如下：可燃气体探测器是用于在探测爆炸危险气体泄漏的设备。若探测器检测到的气体浓度超过了预先设定的气体浓度阀值等级就会触发报警，同时探测器会将报警信号传输至控制中心，并自动启动该区域内的事故排风机，以实现在最短时间内将易爆气体浓度稀释到爆炸下限的目的。

4.2 事故排风机电源

很多设计者存在一个误区，认为由于事故通风的重要性，排风机电源应为双电源。实际上事故风机的工作时间是火灾发生前，用以稀释可燃气体浓度。而当火灾发生时，事故风机作为非消防电源需被切除，避免会起到助燃的作用。

4.3 事故排风机

化工厂房内事故排风的控制与保护设计必须同时兼有手动和自动功能[3]。自动功能是要求事故发生时可燃气体探测器的报警信号能够自动启动所有风机；手动功能是通过在室内外设置启动按钮以保证紧急境况时可手动启动事故区域内的所有风机。

设计中为了提高通风换气次数，常采用由多点控制且数量众多的小功率型防爆风机，为了节省配电柜回路，风机控制回路常采取单回路串联多个风机的设计方式，且容量控制在3kw以下，这种方式即使设置热保护继电器，也可满足《通用用电设备配电设计规范》的要求。但是，虽然隔爆电机内部爆炸不会引起电机表面温度超标[4]；电机匝间短路或接地故障等引起的过热仍可至电机外壳达到引燃温度。因此，未设置过载保护的电机发生过载时仍有爆炸的危险。而由于回路串联风机数量过多会影响过载保护效果，故建议串联数量以2个为宜，既可实现过载保护也节约了配电柜空间。

5　结结

化工企业因其电气设备处于爆炸危险环境的特殊性。电气设计人员应引起重视，遵循相关的设计规范，合理选取设计方案，通过完善和优化的设计防范措施以杜绝爆炸事故的发生。

[1]GB50052-2009 供配电系统设计规范[S].

[2]张艳轮.浅谈化工企业爆炸危险环境电气设计的若干问题[J].中国化工贸易，2011(03):16-17.

[3]陆棋，胡嗣炯，夏明奎.石化工程电气设计中的环境判据[J].电气技术，2008(07)114-115.

[4]GB 3836.12 爆炸性环境用防爆电气设备 第12部分：气体或蒸气混合物按照其最大试验安全间隙和最小点燃电流的分级[S].

杜濛,女,助理工程师,大学本科,研究方向: 石油化工电气系统设计。