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        爆炸危險區域的劃分及防爆電氣設備的選型
        時間:2021-11-08 16:37:54 來源: 一通防爆

        化工項目是電氣設計不可回避的一個重要領域,而設計安全、運行安全等等都是每個設計者必須認真考慮的。爆炸.......,我們每個從電氣設計業者必須面對,又要竭力避免。根據標準、規范合理劃定爆炸危險區域和選擇電氣設備可以有效地避免爆炸的發生,保證生產的安全運行。當我們拿到一個項目時,如果原料、中間體、成品等有爆炸危險氣體或氣體的混合物,都需要考慮是否要畫爆炸危險區域,如何根據區域和介質來選擇防爆電氣設備。

        01.爆炸的重要性

        眾所周知,易燃氣體或蒸汽與空氣的混合物遇到火花、電弧或危險高溫就會被點燃,會形成燃燒或爆炸。石化和化工企業經常要加工和處理易燃性液體或氣體,石化工業的原料中有相當多的品種是易燃性的,如常用的原料中的石油、天然氣、氫氣是易燃性物質;半成品中的烷類、烴類化合物多數是易燃性物質;成品中的汽油、柴油等也是易燃性物質。

        這些易燃性物質在被加工、貯存的過程中不可避免會從管道、反應器、貯罐中逸出或漏出,與空氣中的氧氣混合后形成爆炸性混合物,如果當時現場有點燃源,就會形成爆炸。爆炸產生高溫和沖擊波,造成人員傷亡和財產的巨大損失。

        02爆炸危險區域的劃分

        如果對于一個煉油廠或其中的一個裝置,由于它的原料、產品有易燃性物質,就把整個廠區或裝置都認定為爆炸危險場所,是極不經濟的,顯然也是不合理的。易燃性物質的出現形成了一個潛在的爆炸性環境。所謂潛在的,就意味著它們并不是時刻出現的,有的出現頻率高,有的出現頻率低。

        在這種情況下,就存在危險性大的場所和危險性小的場所。因此,就有必要對這些危險場所進行的“場所分類”。按照場所中氣體環境出現的頻率和存在的時間的長短,將場所的危險程度分類,以便按照危險區域類型采用不同的防爆措施。

        爆炸危險場所的劃分首先要查找和確定釋放源,根據釋放源的等級,劃分爆炸危險區域,然后還應結合釋放源所在處的通風條件調整區域劃分。

        (1)查找和確定釋放源

        在每個工程項目中,每一臺加工設備(如罐、泵、管道、容器等),其內部含有易燃性物料,就應視為潛在釋放源,如易燃性氣體或液體的排入口、取樣點、泄漏的閥門等,都是釋放源。設備中含有的易燃性物料不會向環境中釋放的,如全部焊接的管道等,則不可視為釋放源。在場所分類中,首先應按易燃物質的釋放頻繁程度和持續時間長短確定釋放源的等級。

        根據規范規定共分為三級:

        1)連續級釋放源:預計長期釋放或短時頻繁釋放的釋放源,可劃為連續級釋放源。

        如:固定頂貯罐的上部空間和排氣口;油、水分離器等直接與空氣接觸的易燃液體的表面;經?;蜷L期向空間釋放易燃氣體或易燃液體的蒸汽的自由排氣孔或其它孔口等。

        2)第一級釋放源:預計正常運行時周期或偶爾釋放的釋放源,可劃為第一級釋放源。

        如:正常運行時,會釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門等的密封處;正常運行時,會向空間釋放易燃物質、安裝在貯有易燃液體的容器上的排水系統;正常運行時會向空間釋放易燃物質的取樣口。

        3)第二級釋放源:預計在正常下不會釋放,即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源,或劃為第二級釋放源。

        如:正常運行時不能出現釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門的密封處;正常運行時不能釋放易燃物質的法蘭、連接件和管道接頭;正常運行時不能向空間釋放易燃物質的安全閥、排氣孔和其它孔口處;正常運行時不能向空間釋放易燃物質的取樣口。由上述兩種或三種級別釋放源組成的釋放源,稱為多級釋放源。

        (2)爆炸危險區域的劃分

        爆炸危險區域的劃分是根據爆炸性混合物出現的頻繁程度和持續時間確定的,分為0區、1區、2區。

        1)存在連續級釋放源的區域可劃為0區

        正常運行時連續或長時間出現或短時間頻繁出現爆炸性氣體、蒸氣或薄霧的區域。設備環境中已充滿爆炸性氣(液)體,該場所已隨時處于危險狀態下,只要稍有微小火花即可能爆炸起火,通常此場所盡可能不使用電氣設備。若不得不使用,只有EExi本質防爆結構被允許。

        例如:油罐內部液面上部空間。

        2)存在第一級釋放源的區域可劃為1區

        設備環境中,在正常操作下,爆炸性氣體已具危險性,在修理或維護時之泄漏即形成危險的場所。

        3)存在第二級釋放源的區域可劃為2區。

        正常運行時不出現,即使出現也只可能是短時間偶然出現爆炸性氣體、蒸氣或薄霧的區域。爆炸性氣(液)體已被控制住而使用,但若異常撞擊破壞結構,可能使危險氣(液)體溢出而發生危險的場所。例如:油罐外3m內。

        然后應根據通風條件調整區域劃分。當通風良好時,應降低爆炸危險區域等級;當通風不良時應提高爆炸危險區域等級。

        在生產裝置中0區是極個別的,大多數屬于2區,在設計中劃分爆炸危險區域時,應采取合理措施盡量減少1區。

        (3)爆炸危險區域的范圍

        火災爆炸危險區域范圍的確定,應根據爆炸性混合物持續存在的時間和出現的頻繁程度,危險物品的種類、數量、物化性質,通風條件,生產條件,以及由于通風而形成的聚積和擴散,危險氣體或蒸氣的密度、數量、產生的速度和放出的方向、壓力等因素來確定。在建筑物內部,危險區域范圍宜以廠房為單位確定。在危險區域范圍內,應根據危險區域的種類、級別,并考慮到電氣設備的類型和使用條件,選用相應的電氣設備。

        爆炸危險區域的范圍劃分,除了按照規范條文的規定以外,還與以下幾個因素有關:

        • 易燃物質的泄出量;

        • 釋放速度;

        • 釋放的爆炸性氣體混合物的濃度;

        • 易燃液體的沸點,液體混合物沸點;

        • 爆炸下限;

        • 閃點;

        • 通風量等。

        這些量的增加與減少都與爆炸危險區域范圍的大小有直接的關系。因這些量界定的因素較復雜。所以上述所列的影響范圍大小的參數,只是采用了IEC規定,而該規定迄今為止只是一個原則性規定,無具體尺寸可遵循。由于實際生產裝置的工藝、設備、儀表、通風布置等條件各不相同,在具體設計中均需結合實際情況妥善選擇,才能確保安全。具體劃分尺寸見有關規范GB50058-92。

        (4)電氣火災爆炸危險區域的分類

        為防止因電氣設備、線路火花、電弧或危險溫度引起火災爆炸事故,按發生火災爆炸的危險程度以及危險物品狀態,將火災和爆炸危險區域劃分為3類8區。并按不同類別和分區采取相應措施,預防電氣火災和爆炸事故的發生。

        第一類(爆炸性氣體環境)是指爆炸性氣體、可燃液體蒸氣或薄霧等可燃物質與空氣混合形成爆炸性混合物的環境。根據爆炸性混合物出現的頻繁程度和持續時間劃分為0區、1區、2區三個區域。

        第二類(爆炸性粉塵環境)是爆炸性粉塵和可燃纖維與空氣形成的爆炸性粉塵混合物環境。根據爆炸性粉塵混合物出現的頻繁程度和持續時間劃分為10區、11區二個區域。

        第三類(火災危險環境)是指生產、加工、處理、運輸或儲存閃點高于環境溫度的可燃液體,不可能形成爆炸性粉塵混合物的懸浮狀、堆積狀可燃粉塵或可燃纖維以及其他固體狀可燃物質,并在數量上和配置上能引起火災危險的環境。根據火災事故發生的可能性和后果,以及危險程度及物質狀態的不同劃分為21區、22區、23區三個區域。

        正常運行指正常的開車、運轉、停車,易燃物質產品的裝卸,密閉容器蓋的開閉,安全閥、排放閥以及所有工廠設備都在其設計參數范圍內工作的狀態。

        (5)與爆炸危險區域相鄰場所的等級劃分

        與爆炸危險區域相鄰廠房之間的隔墻應是密實堅固的非燃性實體,隔墻上的門應由堅固的非燃性材料制成,且有密封措施和自動關閉裝置,其相鄰廠房等級劃分見下表。

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        03防爆電氣結構及適用場所

        防爆電氣:為了避免電氣產生的火花及過熱溫升引起危險,特別在危險場所制作的電氣設備。防爆電機主要用于煤礦、石油天然氣、石油化工和化學工業。此外,在紡織、冶金、城市煤氣、交通、糧油加工、造紙、醫藥等部門也被廣泛應用。防爆電機作為主要的動力設備,通常用于驅動泵、風機、壓縮機和其他傳動機械。

        一般防爆電氣構造及其適用的防爆場所如下表所列:

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        04防爆標志說明

        防爆電氣設備按GB3836標準要求,防爆電氣設備的防爆標志內容包括:防爆型式+設備類別+(氣體組別)+溫度組別。

        (1)防爆型式

        根據所采取的防爆措施,可把防爆電氣設備分為隔爆型、增安型、本質安全型、正壓型、油浸型、充砂型、澆封型、n型、特殊型、粉塵防爆型等。

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        防爆基本類型

        (2)設備類別

        爆炸性氣體環境用電氣設備分為:

        I類:煤礦井下用電氣設備;

        II類:除煤礦外的其他爆炸性氣體環境用電氣設備。

        II類隔爆型“d”和本質安全型“i”電氣設備又分為IIA、IIB、和IIC類。

        (3)氣體組別

        爆炸性氣體混合物的傳爆能力,標志著其爆炸危險程度的高低,爆炸性混合物的傳爆能力越大,其危險性越高。爆炸性混合物的傳爆能力可用最大試驗安全間隙表示。同時,爆炸性氣體、液體蒸氣、薄霧被點燃的難易程度也標志著其爆炸危險程度的高低,它用最小點燃電流比表示。II類隔爆型電氣設備或本質安全型電氣設備,按其適用于爆炸性氣體混合物的最大試驗安全間隙或最小點燃電流比,進一步分為IIA、IIB和IIC類。如表所示。

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        爆炸性氣體混合物的組別與最大試驗安全間隙或最小點燃電流比之間的關系

        (4)溫度組別

        爆炸性氣體混合物的引燃溫度是能被點燃的溫度極限值。電氣設備按其最高表面溫度分為T1~T6組,使得對應的T1~T6組的電氣設備的最高表面溫度不能超過對應的溫度組別的允許值。溫度組別、設備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度之間的關系如表所示。

        溫度組別、設備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度之間的關系

        (5)防爆標志舉例說明

        為了更進一步地明確防爆標志的表示方法,對氣體防爆電氣設備舉例如下:

        如電氣設備為I類隔爆型:防爆標志為ExdI

        如電氣設備為II類隔爆型,氣體組別為B組,溫度組別為T3,則防爆標志為:ExdIIBT3。如電氣設備為II類本質安全型ia,氣體組別為A組,溫度組別為T5,則防爆標志為:ExiaIIAT5。

        對使用于礦井中除沼氣外,正常情況下還有II類氣體組別為B組,溫度組別為T3的可燃性氣體的隔爆型電氣設備,則防爆標志為:ExdI/IIBT3。

        另外,對下列特殊情況,防爆標志內容可適當進行調整:

        1)如果電氣設備采用一種以上的復合型式,則應先標出主體防爆型式,后標出其他的防爆型式。如:II類B組主體隔爆型并有增安型接線盒T4組的電動機,其防爆標志為:ExdeIIBT4。

        2)如果只允許使用在一種可燃性氣體或蒸氣環境中的電氣設備,其標志可用該氣體或蒸氣的化學分子式或名稱表示,這時,可不必注明氣體的組別和溫度組別。

        如:II類用于氨氣環境的隔爆型的電氣設備,其防爆標志為:ExdII(NH3)或ExdII(氨)。反過來,利用表2,制造廠可以按照防爆電氣產品的使用環境決定產品的溫度組別,按照溫度組別設計電氣設備的外殼表面溫度或內部溫度。

        防爆電氣設備的用戶可以根據場所中可能出現的爆炸性氣體或蒸氣的種類,方便地選用防爆電氣產品的溫度組別。例如,已知環境中存在異丁烷(引燃溫度460℃),則可選擇T1組別的防爆電氣產品;如果環境中存在丁烷和乙醚(引燃溫度160℃),則須選擇T4組的防爆電氣產品。

        05防爆電氣的選用

        在選擇使用于爆炸危險場所的電氣設備前,應首先明確以下內容:

        (1)燃炸危險場所環境的類別,是燃炸性氣體環境還是燃炸性粉塵環境

        不同的爆炸性介質其電氣設備的防爆結構要求是不一樣的。我們通常在說的防爆設備大多指的是爆炸性氣體環境中使用的,如dⅡBT4、dⅡCT6等等,而用于爆炸性粉塵環境的電氣設備應為防塵結構,標志為DP,主要用于可燃性非導電粉塵和可燃纖維的11區環境或塵密結構,標志為DT,主要用于爆炸性粉塵10區環境和其它爆炸性粉塵11區環境。

        (2)環境中爆炸性氣體混合物的爆炸級別,即ⅡA、ⅡB、ⅡC

        這是相應于設備的最大試驗安全間隙和最小點燃電流比的分極。其級別根據產生爆炸性氣體的介質不同而不同,如丙烷屬ⅡA、乙烯屬ⅡB、乙炔和氫屬ⅡC等。從ⅡA到ⅡC隨著防爆電氣設備的最大試驗安全間隙和最小點燃電流比的逐級減小而其防爆要求逐級提高。

        (3)環境中爆炸性氣體混合物的組別或引燃溫度

        這是易燃性物質的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規定條件下被熱表面引燃的最低溫度。從組別T1到T6隨著引燃溫度的降低,其電氣設備的防爆要求逐級提高。

        (4)周圍環境對防爆電氣設備的選型要求

        如周圍環境內化學的、機械的、熱的、霉菌等不同環境條件,在防爆電氣設備選型時應同時考慮。

        在考慮以上幾條基本要求后,可選擇能滿足要求的防爆電氣產品。對有些必須布置在爆炸危險區域內的電氣設備,而其防爆要求又不能滿足場所要求的時候,可采用正壓通風的措施來達到防爆的要求。

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