化工企业电气安全设计探讨

    近年来，随着对安全生产管理的进一步深入，化学工业等行业在争创效益的同时，以人为本、安全生产的意识正在逐步提高。化工生产的连续性以及有毒有害、易燃易爆等特点决定了其电气系统安全的重要性，因此化工企业的电气安全设计问题越来越得到行业的中重视。本文首先说明了化工企业的生产环境，然后对电气安全设计中的要点做了详细探讨，最后简要阐述了电气安全评价体系的建立。

    化工企业的生产环境

    化工企业在生产、加工、转运、储存过程中容易出现爆炸性气体和爆炸性粉尘，引起爆炸和火灾，生产环境主要包括爆炸性环境和火灾危险环境两种。在进行电气化设计时，应作出相关环境的电气设计。

    爆炸性环境指含有爆炸性气体和爆炸性粉尘的环境。爆炸性气体存在引爆火花、高温或电弧的环境下，会发生爆炸。主要包括爆炸性粉尘(如镁粉、铝粉等，在氧气下很少能着火)、可燃导电粉尘(如石墨、焦炭等，与氧气发生反应会燃烧)、可燃非导电粉尘(如聚乙烯、硫磺、小麦等粮食粉尘)、可燃纤维(如棉花纤维、人造纤维等)四类。

    火灾危险环境，是指在生产、加工、处理和储运的过程中，能引起火灾危险的区域。能引起火灾的物质有：闪点高于环境温度的可燃液体;操作温度高于可燃液体闪点时，有可能泄露但不能形成爆炸性气体混合物的可燃液体;不可能形成爆炸性粉尘混合物的悬浮状、堆积状可燃粉尘或可燃纤维以及其它固体状可燃物质。

    化工企业电气安全设计的要点

    (一)化工电气设备的防爆

    化工企业容易发生爆炸火灾等灾害，目前我国的防爆电气设备类型共有以下几种：隔爆型电气设备、增安型电气设备、本质安全型电气设备、正压型电气设备、充油型电气设备、充沙型电气设备、无火花型电气设备和特殊型电气设备。电气设备的防爆主要是消除或控制电气设备产生的火花、电弧和高温。一般有以下几种途径：

    采用防爆外壳，当爆炸性混合物进入壳体内发生爆炸时，不会引起外壳变形，火焰从外壳之间的间隙传出时，受到足够的冷却，其能量已不能引燃外界的爆炸性混合物，从而起到防爆作用

    采用本质安全电路，当电流和电压都比较小时，在电路中采取一定措施，使线路或设备产生的电火花能量不能引燃外界的爆炸性混合物。

    隔离法，主要是将爆炸性混合物与产生火花等危险因素的部分隔离，如正压型、充油型电气设备。

    (二)爆炸性环境的电气防爆设计

    化工企业变电所尽可能不在爆炸危险环境中，尤其是总变一定不能放于此环境。这在设计中较易实现与危险环境保持距离即可。相对难以保证的是车间变电所。由于我们是以室为单位划分危险区域，尽可能首先在距离上保证，如此办法不行，则应使建筑上的门、窗方位与爆炸危险环境远离，与爆炸危险相近的，用实体墙相隔，这虽然对自然采光来说效果较差，但是值得。如还无法保证则最多放于2区环境，此时变电所有两种方式处理防爆：

    一是采用机械通风，保证变配电室处于正压状况。

    二是变压器室采用正压状况，配电盘采用压通风型，总的说来就是把各设备正压通风或整个房间正压通风。

    显然采用第一种方式较好，其使用设备较少，且变电所其他设备也不用选防爆结构，从经济上来讲更经济。但我们还是应特别强调变电所在危险环境中，给电气及通风专业都带来较大工作量和设备选型的困难，且使整个变电所造价大幅度提高，所以首先应严格划分危险区域，然后采取本文上面提到的措施，尽量不把变电所放入危险环境。

    (三)线路选择及敷设要求

    爆炸危险环境内电气线路应在危险性较小的环境敷设，敷设电气线路的沟道、钢管或电缆，在穿越不同区域之间的墙或楼板处，

应当用非燃烧性材料进行严密堵塞。低压电力、照明线路所用的导线和电缆的额定电压，绝对不能低于工作电压，且不应低于500V，工作中性线的绝缘的额定电压应与相线电压相等。

    对于爆炸性气体环境，当易燃物质比空气轻时，电气线路宜在较低处敷设或电缆沟敷设。当易燃物质比空气重时，电气线路应选择在较高处敷设或直接埋地;电缆沟敷设时，应充砂;架空敷设时，宜采用电缆桥架。电气线路之间一般不能直接连接。必须连接或封端时，应采用压接、熔焊或纤焊。线路为铝芯时，与设备相连应有可靠的铜-铝过渡接头。

    (四)电气防雷接地设计

    1、设置避雷针和设接地装置

    雷电的防护包括直击雷、雷电波侵入、雷电电磁脉冲的防护，一般的防护方法就是通过避雷针、避雷带、屏蔽网、电涌保护器等将雷电流通过接地系统泄放到大地中，所以接地系统的设置是化工车间防雷措施的一个关键项目。

    避雷针的接闪器一般选用ф16mm圆钢，长度为1~2m，其顶端应车制成锥尖。接闪器须热镀锌。设备上的避雷针的防雷引下线可利用该设备的金属结构体，但应保证设备连接。设备所有的动力、控制、照明、信号及通信等线路，应采用钢管敷设。钢管与设备的金属结构体作焊接以保证其接地通道的设备连接。

    避雷装置是由接闪器(或避雷器)、引下线的接地装臵组成。而接地装置由接地极和接地线组成。独立避雷针的接地装置应单独安装，与其他保护的接地装置的安装分开，且保持有3m以上的安全距离。

    除独立避雷针外，在接地电阻满足要求的前提下，防雷接地装置可以和其他接地装置共用。接地极宜选用角钢，其规格为40mm×40mm×4mm及以上;若选用钢管，直径应不小于50mm，其壁厚不应小于3.5mm。垂直接地极的长度应为2.5m;接地极间的距离为5m;

接地极埋入地下深度，接地极顶端要在地下0.8m以下。接地极之间的连接是通过规格为40mm×4mm的扁钢焊接。焊接位置距接地极顶端50mm。焊接采用搭接焊。扁钢搭接长度为宽度的2倍，且至少有3个棱边焊接。扁钢与角钢(或钢管)焊接时，为了保证连接可靠，应事先在接触部位将扁钢弯成直角形(或弧形)，再与角钢(或钢管)焊接。

    2、变配电设备的防雷

    变配电设备除了可能遭受直击雷以外，还有可能被雷电波沿着线路侵入而威胁变配电设备的安全。施工现场临时用电的变配电设备的防雷应包括防直击雷和防雷电波侵入两部分。雷云与地面及建筑物间直接产生强烈的放电电流的雷电称为直击雷。雷电侵入波就是由于雷电对架空线路或金属管道的作用而产生的侵害电气设备的电波。

    (1)对直击雷的防护可装设避雷针、避雷网或避雷线。对变配电设备防直击雷的基本原则是：

    ①所有被保护的变配电设备均应处在避雷针、避雷网或避雷线的保护范围之内;

    ②防止由于雷击在避雷针或避雷线上形成高电位对被保护物产生反击。当防雷装臵遭受雷击时，在接闪器、引下线和接地体上都将产生很高的电位，如果防雷装臵与建筑物内外电气设备、电线或其它金属管线的绝缘距离不够，它们之间就会放电，这种现象称为反击。反击可能引起火灾、爆炸或人身伤害。

    (2)雷电侵入波的防护

    由于变配电设备与线路相连，线路遭受雷击的机会很多。又由于雷电波的波幅可能很大，能使变配电设备的绝缘损坏，因此，应从以下两个方面采取保护措施：

    ①装设阀型避雷器

    阀型避雷器应根据所保护的配电设备的额定电压等级选择。阀型避雷器通常装设在母线与接地线之间。由于变压器是最重要的变配电设备且其绝缘水平也最弱，因此阀型避雷器应尽量安装在离变电器的距离近些。

    ②变配电设备的进线保护

    当架空进线采用电缆配线时，避雷器应装设在电缆头附近，且将避雷器的接地端与电缆金属外皮相连。

    建立电气安全评价体系

    对于易发生火灾爆炸等重大损失事故的化工企业，应将电气火灾和爆炸、雷电危害、静电危害作为电气安全评价的重点。首先要对电气设备固有安全性进行评价，电气设备的固有安全性能直接影响了化工企业的电气安全状况，电气设备的固有安全性应从六个方面衡量：

    (一)绝缘

    绝缘是利用绝缘材料对带电体进行封闭和隔离。长久以来，绝缘一直是作为防止触电事故的重要措施，良好的绝缘也是保证电气系统正常运行的基本条件。双重绝缘兼有工作绝缘和附加绝缘，还有加强绝缘是基本绝缘经改进后在绝缘强度和机械性能上具备了与双重绝缘同等防触电能力的绝缘。

    (二)屏护

    屏护是一种对电击危险因素进行隔离的手段，即采用遮栏护罩护盖箱匣等把危险的带电体同外界隔离开来以防止人体触及或接近带电体所引起的触电事故。屏护还起到防止电弧伤人、防止弧光短路或便利检修工作的作用。

    (三)间距

    间距是指带电体与地面之间、带电体与其它设备和设施之间、带电体和带电体之间必要的安全距离。间距的作用是防止人体触及或接近带电体造成触电事故，避免车辆或其它器具碰撞或过分接近带电体造成事故，防止过电压放电及各种短路事故以及方便操作。

    (四)安全特低电压

    安全特低电压兼有防护直接接触电击和间接接触电击的作用。其防护原理是通过对系统中可能作用于人体的电压进行限制，从而使流过人体的电流受到抑制，将触电危险性控制在没有危险的范围内。

    (五)安全装置

    安全装置是在电气设备发生故障或问题时自动启动的，用来防止触电事故以及有关的火灾爆炸和机械伤害等。它是防止事故发生的最后一道屏障，也是保证用电系统安全运行的关键，因此是电气设备固有安全性的较重要的因素之一。用电安全装置的种类很多，主要包括安全联锁装置继电保护装置和漏电保护装置等。在评价安全装置的情况时要综合考虑各项影响因素，选用合格的安全装置，选用的安全装置与被保护设备相匹配，定期检修维护正确动作率的大小。

    结语

    综上，化工企业电气设计时，应根据环境存放、使用和产生的物质情况进行危险区域划分，再根据危险区域的范围、危险物的级别和组别，进行电气设备选型和安全设计，这样才能保证化工企业的长期安全生产。

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