談化工儲罐的電氣防爆設計

李 平

(山西省化工設計院，山西太原 030001)

1 概述

儲罐是用于儲存各種液體原料、半成品或者成品的設備，又稱為儲槽、貯罐。在化工企業中廣泛采用鋼制儲罐作為儲存各種液體(或氣體)原料及成品的專用設備。化工儲罐儲存的物質大多為易燃、易爆物質，例如油、酸、醇、氣體等。

化工儲罐作為生產、加工、處理、儲存或轉運易燃、易爆化學物質的設備，在操作過程中難免會有可燃氣體或液體從儲罐逸出和泄漏的情況發生，與空氣中的氧氣混合達到一定比例后就會產生爆炸性氣體環境，如果再遇到明火，比如電氣火花、靜電火花、雷電火花、機械火花、危險高溫等點燃源，滿足了爆炸產生的三要素:易燃物質、助燃氣體、點火源，極易發生爆炸和火災，所以該區域是典型的危險場所。因此在電氣設計階段，對化工儲罐進行爆炸危險區域的劃分和電氣選型十分重要。

2 化工儲罐的電氣防爆設計程序

1)判斷該場所是否存在爆炸性氣體混合物環境。

爆炸性氣體混合物環境包括:在大氣條件下，易燃氣體、易燃液體的蒸氣或薄霧等易燃物質;閃點不高于環境溫度的可燃液體的蒸氣或薄霧;操作溫度高于可燃液體閃點的有可能泄露的引燃液體，與空氣混合形成爆炸性氣體混合物的環境。爆炸性氣體混合物按其最大試驗安全間隙和最小點燃電流比分為A，B，C三級，按其引燃溫度分為T1組～T6組。只有可燃物質與空氣一起存在時，才能形成爆炸性氣體混合物環境。因此必須確定有關場所內是否存在可燃性物質，并且是否會產生與空氣混合的可能性。對于化工儲罐而言，要根據儲罐結構及其內部存儲的物質明細表，如物質名稱、主要成分、揮發性、是否為可燃或易燃物質(對液體物料應根據閃點來判斷)，來判斷儲罐內部是否會產生爆炸性氣體環境，儲罐外部是否會因為可燃物質的釋放而產生爆炸性氣體環境，同時確定爆炸性氣體混合物的分組分級情況。

2)確定釋放源的位置和等級。

如果已經確定儲罐內部及周圍環境會產生爆炸性氣體環境，就要進一步確定該儲罐釋放源的位置和等級。釋放源指可燃物質可能釋放出能形成爆炸性氣體環境的部位或地點。為盡量減少產生爆炸性氣體環境的可能性，通常把釋放源分為下列三個基本等級(見表1)。

表1 釋放源基本等級

實際的釋放源可能會是上述釋放源等級中的任何一種釋放源，或一種以上釋放源的組合。電氣專業可根據可燃物質的釋放位置、釋放頻率、釋放速度、釋放濃度、持續時間來確定釋放源類型。

對于存儲可燃或易燃物質的化工儲罐，應視為潛在釋放源。儲罐的上部空間和常溫下開放的放空口可視為連續級釋放源。

3)對爆炸性氣體環境的危險區域進行等級劃分。

劃分等級是對可能出現爆炸性氣體環境的場所進行分析和分類的一種方法。根據爆炸性氣體環境出現的頻率和持續時間把爆炸危險場所分為三種(見表2)。

表2 爆炸危險場所分區環境特征

原則上，在沒有任何外界影響的情況下，連續級釋放源周圍形成0區;第一級釋放源周圍形成1區;第二級釋放源形成2區。

在實際設計中，爆炸危險區域的劃分應考慮通風情況及周圍環境的影響。通風可以促進可燃性氣體或蒸氣的逸散或擴散，使爆炸性氣體混合物濃度低于爆炸下限。良好的通風可能使爆炸危險區域的范圍縮小或危險等級降低;當通風狀況不好或無通風時，可適當提高爆炸危險區域的等級。如果周圍有堤或墻等障礙物時，可限制比空氣重的爆炸性氣體混合物的擴散，也可縮小爆炸危險區域的范圍，但在障礙物、凹坑和死角處，由于通風不良，應局部提高爆炸危險區域的等級。

因此，存在爆炸性氣體的可能性和由此形成的區域類型主要取決于釋放源的等級以及周圍環境的通風狀況。爆炸危險區域的等級劃分可根據釋放源的等級以及其他專業所提供該環境通風類型、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最終確定。

對化工儲罐來說除了密閉空間外很少存在0區，但對于雖然濃度高于爆炸上限的氣體混合物，可能會因為空氣進入而達到爆炸極限要求的環境仍應劃為0區，如儲存物質為易燃液體的固定頂的儲罐，當液面以上空間未充惰性氣體時應劃為0區。

4)確定爆炸危險區域的具體范圍。

在相關規范和手冊中，也對儲存易燃液體的戶外儲罐其爆炸危險區域的等級及范圍的劃分做了詳細的規定(見圖1，圖2)。

對于開頂儲罐液體表面為連續級釋放源的，其爆炸危險區域的范圍劃分應為:距開頂儲罐外壁的水平距離半徑為3 m，從液體表面上方至地坪上高度為3 m的范圍內劃為2區。

5)繪制爆炸危險區域劃分圖。

圖1 設在戶外地坪上的固定頂儲罐

圖2 設在戶外地坪上的浮頂式儲罐

爆炸危險區域劃分圖應在設備平面布置圖的基礎上，根據“可燃物質明細表”“釋放源明細表”按照相關規范及爆炸性氣體環境分區方法來繪制。圖上應標明區域類型及范圍，可燃物質名稱、級別和組別以及所依據的規范名稱。

對化工儲罐來說爆炸危險區域劃分圖應根據其具體位置、尺寸大小、排空口位置、罐內物質化學特性以及周圍環境具體情況來繪制。

6)爆炸危險區域內電氣設備的選擇。

爆炸危險區域內應選用防爆電氣。防爆電氣設備分為兩類，工廠用電氣設備屬于Ⅱ類。Ⅱ類電氣設備的本安型和隔爆型電氣設備，按其適用于爆炸性氣體混合物最大試驗安全間隙和最小點燃電流分為A，B，C三級，Ⅱ類電氣設備按其最高表面溫度分為T1組～T6組。盡量避免明火或火花等點燃源在爆炸危險區域內出現，從而降低爆炸危險出現的可能性，是選擇該區域電氣設備的基本原則。具體依據如下:

a．電氣設備特別是正常運行時會產生電火花的設備，應盡量布置在爆炸危險環境以外;當必須設在危險環境內時，應布置在危險性較小的地點。在爆炸危險區域內應盡量少用攜帶式電氣設備。b．在爆炸性氣體混合物的爆炸危險環境內，設計中應選擇與爆炸危險分區、爆炸危險氣體的級別和組別及周圍環境相適應的防爆電氣設備，且防爆電氣設備的最高表面溫度不應超過允許值。c．爆炸危險區域內的電氣設備，應符合周圍環境內化學腐蝕、機械振動的、高溫雨水的、霉菌沙塵等不同環境條件對電氣設備的要求。

在化工企業實際工程中，在眾多防爆形式的電氣設備中，一般選用隔爆型。對于化工儲罐爆炸危險區域內的電氣設備選型，應根據罐內存儲物質的級別和組別來進行，以及該區域的分區結果來進行。

3 應用實例

本人曾多次對化工項目罐區進行電氣安全設計，其中《某焦化廠油庫工段》項目中有三個輕苯儲罐具體設計如下。這三個儲罐尺寸相同，具體規格為:直徑11．5 m，高度10．5 m，容量1 000 m3。設在通風狀況良好的戶外地坪上，不設內浮頂，設有排空口，周圍無防火堤，儲存物質苯屬于可燃物質，易揮發，蒸氣比重大于空氣，為ⅡA類爆炸性混合物，溫度組別為T1。根據以上論述，這三個儲罐防爆區域的劃分結果如圖3所示。根據防爆區域劃分的結果，與工廠設備選型的慣例，該區域的電氣設備選型等級應達到爆炸危險環境2區的要求，實際防爆等級選型為隔爆型dⅡAT1。該項目已通過相關部門的安全檢查，至今運行良好。

圖3 爆炸危險區域等級和范圍劃分圖

4 結語

對于化工儲罐來說，劃分爆炸危險區域的意義在于確定儲罐周圍可能存在爆炸性氣體混合物的范圍，盡量避免明火或火花等點燃源在這一范圍內出現，從而將爆炸危險出現的可能性降到最小程度。化工儲罐在做電氣防爆設計時應首先鑒別儲罐的釋放源和確定釋放源的等級，其次根據儲罐周圍實際環境對該區域的爆炸危險等級進行分區，并繪制出“爆炸危險區域劃分圖”，最后根據分區結果對該環境內所使用的電氣設備進行合理選型。

［1] GB 50074-2011，石油庫設計規范［S］．

［2] GB 50058-92，爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范［S］．

［3] GB 3836．1-2000，爆炸性氣體環境用電氣設備［S］．

［4] 中國航空工業規劃設計研究院．工業與民用配電設計手冊［M］．第3版．北京:中國電力出版社，2005．