電石渣生產水泥工藝危爆環境的電氣設計

軒新軍

電石渣生產水泥工藝危爆環境的電氣設計

軒新軍

闡述了水泥廠爆炸氣體危險環境的劃分，電氣設備的選擇和防爆電氣的基礎知識，介紹了爆炸危險環境的電氣設計，整體防爆和防雷接地的設計思路和設計要點。

電石渣；乙炔氣體；爆炸危險環境；防爆電器

1 引言

隨著國家對于氯堿行業相關準入條件的制定和鼓勵利用電石渣生產水泥等鼓勵政策的發布，利用電石渣生產水泥已成為電石渣資源化最成熟、最經濟的方法，既可節約水泥生產所用的天然石灰石資源，降低水泥成本，又可減少二氧化碳排放和廢物堆存造成的污染，具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益，符合發展循環經濟的要求。因此，電石渣生產水泥生產線項目在多個地區建設、生產，帶來了較好的社會和經濟效益。

電石渣為氯堿生產企業電石法聚氯乙烯項目和燒堿項目的工業廢渣。由于其在儲存、轉運過程中會有未完全反應乙炔氣體逸出，形成爆炸性氣體混合物。《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》（GB50058-92）中指出，具有爆炸性混合物，以致有爆炸危險的場所，被稱為爆炸危險環境。在電石渣生產水泥生產線中，爆炸物質為爆炸性氣體混合物，即乙炔氣體混合物。

爆炸危險環境的電氣設計具有一定的特殊性。首先，應對其環境作危險區域的劃分；其次，根據危險區域的等級和范圍，以及爆炸性物質的級別、組別，依照現行國家標準，合理選用相關的防爆產品；再次，依據現行國家標準和規范的規定，針對爆炸危險環境，做好防雷、照明、動力等電氣設計工作。我院近年來在國內設計了多條電石渣水泥生產線，現結合工程實踐作一介紹。

2 爆炸危險環境中危險區域的劃分

爆炸危險環境分區應由懂得可燃物性質性能、設備和工藝性能的專業人員進行，還應與懂安全、電氣及其他專業的工程技術人員商議。危險場所分類應由工藝等專業提出可燃性物質明細表及其性質，提供危險場所的釋放源明細表，如釋放源位置、釋放等級、可燃性物質的工作溫度和壓力、通風類型、等級、有效性、危險場所的區域類型、區域范圍、參考圖布局等相關資料，還應提供可燃性物質名稱、化學性質、閃點、爆炸下限、揮發性、蒸氣壓力、沸點、氣體或蒸氣與空氣的相對密度、點燃溫度、級別與溫度組別等作為設備選擇的依據。

表1 氣體或蒸氣爆炸性混合物環境特征

表2 爆炸性氣體環境釋放源分級

根據爆炸性氣體環境出現的頻繁程度、持續時間及發生事故的可能性和后果，將爆炸性氣體環境分為3個區，見表1。

劃分氣體或蒸氣爆炸性混合物的爆炸危險區域時應考慮釋放源的影響，首先應按釋放源的級別劃分區域。可燃性氣體、蒸氣或液體可能釋放出能形成爆炸性氣體環境的部位或地點為釋放源，釋放源分為3級，見表2。

爆炸和危險環境的電氣設計中，危險區域等級和范圍的劃分是一項重要的工作。它是選擇防爆產品和設置保護裝置的前提條件。如果危險區域等級和范圍劃分不正確，就會留下嚴重的事故隱患。

電石渣生產水泥工藝中，爆炸危險區域的劃分應該根據電石渣處理工藝的布局來進行劃分。由于工藝布局的不同，水泥廠電石渣處理工藝包含下列工藝子項：電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間、電石渣堆棚、電石渣輸送、電石渣烘干及電石渣庫。電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間屬于爆炸危險1區，電石渣庫視其工藝布置和通風情況，庫底及庫內通風良好時屬于爆炸危險2區，當通風不好時屬于1區。電石渣堆棚、電石渣輸送、電石渣烘干屬于爆炸危險2區。水泥生產線由于其工藝布局和工藝的不同，相應的工藝子項也不相同，在具體的設計過程中要根據實際情況進行劃分。

3 低壓配電設計與防爆設備選擇

在水泥廠設計規范中，采用石灰石作為原料生產熟料的生產工藝，對于電氣設計中防爆設計并未進行規定。在采用電石渣生產熟料工藝時，由于工藝專業人員對于電石渣的化學特性不了解，往往不能正確地提出生產車間防爆等級的劃分，導致部分爆炸危險區域按照安全生產區域進行電氣設計，帶來了安全隱患。在筆者曾參與的工程中，電石渣壓濾車間和電石渣庫，在生產調試時因通風不暢，局部地區由于聚集電石渣殘余乙炔氣體，在遇到明火時發生閃爆。雖然沒有造成生產和人員的安全事故，但在爆炸危險區域內防爆設計的重要性應該引起足夠的重視。電氣防爆的設計工作在電石渣工藝中是必需的一項電氣設計工作。

電氣防爆應當強調生產區域的整體防爆，其一即工藝、運行、維護、檢修及生產規章制度等多個環節組成，如果一個環節不防爆，整個生產車間整體就不防爆；其二就是電氣的整體防爆，要求電氣的各個方面和各個局部都要防爆，比如要從強、弱電方面，防雷、防靜電等方面，以及每個局部，每個電氣安裝分部，都要防爆。

為做好電氣防爆，電氣設計應當做好以下方面工作：

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間等1區爆炸危險區，應設乙炔可燃氣體測爆儀，并與通風機聯鎖。測爆儀安裝于工藝現場，根據測爆儀的探測范圍和量程進行布置，要保證所有區域都在測爆儀的探測范圍之內，報警裝置可安裝于值班室或直接將報警信號引至中控室，在中控室操作員站進行警報提示。

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間、電石渣庫、電石渣輸送應該設置通風裝置，可根據工藝布局考慮整體或局部通風，區域通風設置良好，可有效地降低爆炸危險區域等級。

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間等1區爆炸危險區采用隔爆型電氣設備，電石渣庫、電石渣堆棚、電石渣輸送、電石渣烘干等2區爆炸危險區采用增安型電氣設備。爆炸性氣體環境內設置的防爆電氣設備，必須是符合現行國家標準的產品。爆炸危險區域，在滿足工藝生產及安全的前提下，應當將現場按鈕盒、檢修電源等布置在危險區域以外，減少防爆電氣設備的數量。

電氣設備特備是正常運行時能發生電火花的設備，如電動葫蘆、有刷電機等，盡量布置在爆炸危險環境以外，當必須設在危險環境內時，應設在危險性較小的地點。在爆炸危險環境內應盡量少用攜帶式電氣設備。

因乙炔氣體比空氣重，在爆炸危險環境如果有配電間，其配電間的地坪應高于所毗鄰的危險環境室外地坪0.6m。

1區的電力、照明、控制線路不小于2.5mm2；2區的電力、照明、控制線路應不小于1.5mm2。低壓電力、照明線路用的絕緣導線和電纜的額定電壓，必須不低于工作電壓，且不應低于500V。工作中性線的絕緣的額定電壓應與相線電壓相等，并應在同一護套或管子內敷設。爆炸危險環境中的線路和開關的選擇，應注意二者的配合校驗：要求導體的允許載流量不小于熔斷器熔體額定電流的1.25倍，或自動開關延時電流脫扣器額定電流的1.25倍；爆炸危險1區內，單相應設雙級開關，同時切斷相線與中性線。

爆炸危險環境的電氣線路應符合以下要求：

（1）當易燃物質比空氣重時，電氣線路應在較高處敷設或直接埋地，架空敷設時宜采用電纜橋架，電纜溝敷設時，溝內應充沙，并宜設置排水設施。

（2）采用鋼管配線時，應采用低壓電氣流體輸送用鍍鋅焊接鋼管。

（3）直接埋地敷設時，電纜應采用鎧裝電纜。在1區內電纜線路嚴禁有中間接頭，在2區內不應有中間接頭。

4 爆炸危險環境的防雷與接地設計

水泥廠的防雷設計應該按照《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）和《水泥工廠設計規范》（GB20295-2008）的要求來進行設計，根據規范的防雷分類要求，可以劃分為1類防雷建筑物的有1區，劃分為2類的防雷建筑物的有1區、2區。

電石渣輸送泵房、電石渣壓濾車間、電石渣庫屬于爆炸危險環境1區，但不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡，劃分為第2類防雷建筑物，防雷措施按照2類防雷建筑進行設置，采取防直擊雷、防感應雷、防雷電波侵入等，其作法與工業建筑的要求相同。防雷裝置采用避雷帶網的形式，防雷引下線采用明敷設引下線，突出屋面的放散管、風管、煙囪等物體，在管口設置避雷針，使管口在規范中要求的區域處于避雷針的保護范圍內。對于入庫提升機的防雷，在提升機頭部設置單根避雷針，用于保護提升機及其電氣設備。所有避雷針采用避雷帶相互連接。電石渣輸送、電石渣烘干屬于爆炸危險環境2區，劃分為第2類防雷建筑物，防雷措施按照2類防雷建筑進行設置。

根據爆炸危險環境的防雷特點，在設計中還應注意以下幾點：

（1）防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統的接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻不應大于4Ω。

（2）做好等電位連接。

（3）電源采用TN系統時，從建筑物內總配電盤引出的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統。在供配電系統的電源端應安裝與設備耐壓水平相適應的電涌保護器。

防爆場所的電氣接地設計除了電氣規范的一般規定外，還有其特殊性。在進行接地設計時，應當符合下列要求：

（1）按有關電力設備接地設計技術規程規定不需要接地的下列部分，在爆炸氣體環境仍應進行接地：

在不良導電地面處，交流額定電壓為380V及以下和直流額定電壓為440V及以下的電氣設備正常不帶電的金屬外殼；

在干燥環境，交流額定電壓為127V及以下，直流電壓為110V及以下的電氣設備正常不帶電的金屬外殼；

安裝在已接地的金屬結構上的電氣設備。

（2）在爆炸危險環境內，電氣設備的金屬外殼應可靠接地。爆炸性氣體環境1區內的所有電氣設備以及爆炸性氣體環境2區內除照明燈具以外的其他電氣設備，應采用專門的接地線。該接地線若與相線敷設在同一保護管內時，應具有與相線相等的絕緣。引時爆炸性氣體環境的金屬管線、電纜的金屬包皮等，只能作為輔助接地線。爆炸性氣體環境2區內的照明燈具，可利用有可靠電氣連接的金屬管線系統作為接地線，但不得利用輸送易燃物質的管道。

（3）接地干線應在爆炸危險區域不同方向不少于兩處與接地體連接。

（4）電氣設備的接地裝置與防止直接雷擊的獨立避雷針的接地裝置應分開設置，與裝設在建筑物上防止直接雷擊的避雷針的接地裝置可合并設置；與防雷電感應的接地裝置亦應通過等電位聯結共用接地裝置，接地電阻值應取其中最低值。

5 結束語

電石渣生產水泥熟料生產線在多個地區新建，電氣防爆設計工作應當引起廣大電氣設計工作者的足夠重視。對于從事建材行業的專業設計，但對爆炸危險環境不很熟悉的設計師而言，希望本文能對大家有所幫助，使大家在設計工作中更好地掌握國家規范，各項工作完全符合國家相關規范的要求。希望在水泥工廠設計規范的電氣相關章節能夠補充對防爆區域劃分的要求，使設計工作能夠更好地符合國家規范。

[1]廖珍書,馮北平,秦亮.淺談爆炸危險環境的電氣設計[J].建筑電氣,2008,27（5）;7,8,11.

Explosive Proof Electrical Design in Cement Plant using Carbide Slag for Raw Material

XUAN Xin-jun(Xinjiang Triumph Building Material Designing Institute,Urumqi 830000,China)

The article describes the division of explosive gases hazardous environments in the cement plant,and choice of electrical equipment and basic knowledge of the explosive proof electric.The explosive proof electrical designs including the design ideas and points of overall explosion-proof and lightning protection and grounding are introduced.

Carbide Slag;Acetylene Gas;Explosive Hazardous Environment;Explosive Proof Wiring.

TQ172.44

A

1001-6171（2012）02-0089-03

通訊地址：新疆凱盛建材設計研究院，新疆烏魯木齊 830000；

2011-11-15；

趙 蓮