易燃易爆危险环境中的电气设计

摘 要 文章对化工、石化行业易燃易爆危险环境中的电气设计进行了详细阐述，结合设计实践中的经验，针对防爆电气设计、防爆电气设备的选型与安装中存在的问题，提出了新的见解和解决办法。

　　关键词 易燃易爆 危险环境 电气设计
　　化工、石化行业多是易燃易爆环境，其生产工艺及控制要求较复杂，且多是连续化生产，对电气设备要求较高。国标ＧＢ５００５８－９２《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》第２．１．１条规定：对于生产、加工、处理、转运或贮存过程中出现或可能出现爆炸性气体混合物环境时应进行爆炸性气体环境的电力设计。下面笔者根据十几年的化工工程设计、施工、维修经验，提出对易燃易爆危险环境中电气设计的几点看法。

　　１ 防爆区域划分
搞好易燃易爆环境电气设计的首要工作就是对生产厂所正确地进行防爆区域划分。这一点直接影响到下面的主要电气设备选型、电线电缆选择与敷设、安装标准等一系列工作，直接涉及生产和人身安全，应当根据释放源的级别和位置、易燃物质的性质、通风条件、障碍物及生产条件、运行经验等因素，综合比较之后确定，还应着重注意以下几个地方：
　　（１）建筑物内部释放源；
　　（２）生产装置区的释放源；
　　（３）重于空气的易燃物质贮罐；
　　（４）易燃液体、液化气、压缩气体等密闭注送系统的槽车；
　　（５）压缩机厂房。
　　２ 易燃易爆环境中的配电设计
　　２．１ 负荷分级
　　关于负荷分级，我们不仅要参照《工业与民用配电设计规范》，更要根据实际的易燃易爆环境的生产工艺及安全要求对负荷进行分级。正常情况下，这类负荷大都划分为一、二类负荷，但标准中特别强调在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷应为特别重要的负荷。如，在工业生产中关断正常电源来处理安全停产所必须的应急照明、通信系统和保 证安全停产的自动控制装置等。
　　２．２ 供电电源的设计
　　针对化工、石化行业较多的一级负荷情况，配电设计应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏，以保持继续供电。对于一级负荷中特别重要的负荷，还必须增设应急电源（如图１）。
　　常用的应急电源有发电机组、干电池、蓄电池以及专用的馈电线路等，应根据产品的生产工艺允许的中断供电的时间来选择：
　　（１）蓄电池（ＵＰＳ）适用于毫秒级负荷；
　　（２）带有自动投入装置的专用馈电线路，适用于中断时间１．５Ｓ或０．６Ｓ的应急电源；
　　（３）快速自启动的发电机组，适用于中断时间１５Ｓ以上的负荷。
　　在实际的设计中，亦可根据实际情况略作变动。如在聚氯乙烯（ＰＶＣ）工程中，通常采用的电源设计方法有：
　　（１）有两路独立电源点的情况下，对特殊重要负荷一般采用蓄电池（ＵＰＳ）做电源（负担照明、通风、安全停车和自动控制装置等），而不用自备发电机组；
　　（２）只有一路进线电源，那么另一路电源就采用自备柴油机组（容量满足安全停车的负荷即可），而特别重要的负荷电源则采用蓄电池（ＵＰＳ）。
　　２．３ 厂区（车间）变配电所的布置
　　对于易燃易爆环境，除了符合正常规范的要求外，还要注意以下几点：
　　（１）不应设在有爆炸危险的区域内，当配电室为正压室时可布置在１区、２区内。对于易燃物质比空气重（化工行业的产品、介质大部分都比空气重）的爆炸性气体环境，位于１区、２区附近的变配电所的室内地面，应高出室外地面０．６ｍ；
　　（２）不应设在有火灾危险区域的正上面或正下面；
　　（３）变配电所如果与火灾危险区域的建筑物毗连时，应符合下列要求：
　　①电压为１～１０ｋＶ配电所可通过走廊或套间与火灾危险环境的建筑物相通，通向走廊或套间的门应为难燃烧体；②变配电所与火灾危险环境建筑物共用的隔墙应是密封的非燃烧体。管道和沟道穿过墙和楼板处，应采用非燃烧性材料严密堵塞；
　　③变压器室的门窗应通向无火灾危险的环境。
　　３ 防爆电气设备的选择
　　应根据具体场所的危险等级及工作环境选择合适的防爆电气设备类型。同时根据设计要求和技术要求选用参数相匹配的设备，既要避免造成资源浪费，也要避免容量太小引起发热烧毁设备，甚至引发燃爆等其它恶性事故。
　　在选择购买防爆电气设备时，还应注意防爆电气设备的质量问题。个别厂家为了谋利，其产品的各项参数并未全部达到规定要求，甚至市场还出现了铭牌上无防爆合格证号、无生产厂家以及假冒其他厂家的伪劣产品。因此，在购买时应选择正规厂家以及信誉良好的厂家生产的产品。
　　３．１ 防爆电动机的选择
　　防爆电动机的级别、组别应按防爆区域等级及防爆介质等级划定。其形式有两种：
　　（１）接线口为螺纹式。国外防爆电机大多属于这种形式，国内也有不少厂家已开始生产。这种电动机直接与防爆挠接管配套，便于安装、安全、美观，但电动机造价高一些；
　　（２）接线口为卡套式。目前，国内大部分防爆电机都属此类。接线时必须用填料密封，造价低但不易安装、不美观、安全性低，碰到不负责任的或资质不够的施工队伍，其安全性就大打折扣，将给安全生产带来巨大的隐患；
　　通常运用的处理方法为：拆掉卡套口送到防爆电器加工厂重新加工丝扣，与防爆挠接管相配套，既安全、美观，又降低了造价。
　　３．２　电线电缆的选择、安装
　　3.2.1　电线电缆的选择
　　国标ＧＢ５００５８－９２《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》中指出，在爆炸性气体环境１区、２区内：
　　（１）导体允许载流量不应小于熔体额定电流的１．２５倍和自动开关长延时过电流脱扣器整定电流的１．２５倍；（２）引向电压为１０００Ｖ以下的鼠笼感应电动机支线的长期允许载流量不应小于电动机额定电流的１．２５倍。在１区内，铜芯控制电缆的最小截面为２．５ｍｍ２，而在２区内，铜芯控制电缆的最小截面为１．５ｍｍ２。
　　另外，在此规范前提下，还应按经济电流密度来选择电线电缆。从下表中可看出，最经济的选择是Ｓ５；一般来讲，经济截面比载流截面放大级数在３级以内，所以，按经济电流密度选择电缆截面时，要用允许载流量进行校核，然后选择截面较大的一个，以首先保证安全的运行。另外，这种情况是在单根电缆敷设的条件下，实际上，我们在选择电缆时要根据具体的环境条件用适当的系数将载流量加以调整，那么我们选择的载流量截面将会放大，既满足了防爆电气规范，又缩小了与经济截面的差距。
　　3.2.2　电线电缆的安装
　　根据规范要求和经验，化工行业易燃易爆环境车间的配电线路的设计一般都以桥架为主，钢管与电缆沟的敷设为辅。正常情况下，在±０．００ｍ平面，先由室外桥架引入，进入室内后至设备附近沿墙或柱引下至电缆沟（敷设完毕后封死，以防白蚁和进水），然后穿管沿地面敷设至电机旁，再用防爆挠接管接至电机接线口。而在其他高于±０．００ｍ的平面上，电气线路基本上都是由桥架架空引入，然后由桥架穿管架空敷设至电动机旁，再由防爆挠接管引入电机接线口。
　　但敷设电气线路的沟，桥架或钢管所穿过的不同区域之间墙或楼板处的孔洞应采用非燃性材料严密堵塞。
　　另外，架空桥架敷设时宜采用阻燃电缆，在１区、２区内电缆线路不应有接头，穿线钢管应采用低压流体输送用镀锌钢管。