油田鉆井井場危險區域的劃分

張若誠，王宇超，王建華，尹后鳳

（1.中美防爆電機電器有限公司，山東淄博255200；2.吉林油田扶余采油廠，吉林松原138000；3.西部鉆探青海鉆井公司安全質量環保科，青海花土溝816400；4.華港燃氣集團有限公司，河北任丘062552）①

油田鉆井井場危險區域的劃分

張若誠1，王宇超2，王建華3，尹后鳳4

（1.中美防爆電機電器有限公司，山東淄博255200；2.吉林油田扶余采油廠，吉林松原138000；3.西部鉆探青海鉆井公司安全質量環保科，青海花土溝816400；4.華港燃氣集團有限公司，河北任丘062552）①

分析了油田井場危險區域的特點，介紹了國內外關于爆炸性危險場所劃分涉及到的相關標準、法規及對危險場所劃分的相同性和差異性。根據目前實際情況列舉了石油鉆井行業應用最廣泛的美國APIR500標準對井場防爆危險區域具體劃分的圖例，以便于相關人員設計井場標準化防爆電路和選擇不同類型的防爆電氣設備時參考。

油田井場；危險區域；劃分

隨著防爆電氣設備在石油鉆井中的應用，尤其是油田鉆井標準化防爆電路的使用，充分保證了鉆井過程中設備和人身的安全。油田鉆井標準化防爆電路無論是設計、選型、安裝還是操作使用都涉及到一個防爆危險區域問題。然而在石油設備制造業及鉆井技術行業大多都遵循北美體系標準（美國API系列標準）。國內防爆電氣設備制造業采用的是國家標準，國家防爆標準大都等效采用國際電工委員會IEC標準。國家標準、國際電工委員會IEC標準和北美體系標準對防爆危險區域定義和劃分既有相同性又有不同性，很多人不能正確領會。因此，正確認識油田井場爆炸危險場所的劃分是極其重要的。

1 鉆井井場爆炸性危險的特點

1.1 爆炸性氣體釋放源多

油田井場整個鉆井區域大體可分為主機區、固控區、泵房區、井控區、油罐區、水罐區、SCR／MCC房區等。在鉆井過程中，原油、天燃氣隨時都可以產生，與空氣混合后很容易發生爆炸。尤其是鉆井作業中，鉆井液含有大量油氣，在凈化循環過程中易形成爆炸危險源釋放集中區。在井口、鉆臺、振動篩、除氣器、除砂器、除泥器、離心機、剪切泵等處，大約有近百個釋放源。

1.2 氣體多樣性且危險性大

井場上出現的天燃氣、伴生氣、蒸汽都是復合氣體（混合氣體），主要成分有甲烷、乙烷、丙烷和少量氫氣、硫化氫、乙炔等（不同的地方氣體的成份不一樣）。這些氣體的防爆級別一般不高，最高為IIB級，溫度組別最多為T2～T3（200℃），所選用的防爆產品防爆標志ExdIIBT3足夠，但在實際中大多選用ExdIIBT4。然而爆炸下限比較低（易爆），石油氣爆炸下限為1.1%～6.4%，天燃氣爆炸下限為5%～15%，燃燒速度快，溫度也高［1］。

1.3 井場點燃源多

1） 靜電火花 當某種液體的電阻系數＞1× 1010Ω·cm時就比較危險，應考慮防靜電措施。石油及其制品的電阻率約為1×1012Ω·cm，因此泵送、罐裝、運輸等都容易產生靜電火花，引起火災或爆炸事故。

2） 機械火花 鉆井設施及其用具幾乎全是金屬對金屬，較容易產生撞擊火花引起爆炸。

3） 電氣設備火花 井場上所有危險場所均安裝有大量防爆電氣設備，產生的火花也會引起爆炸。

1.4 露天作業

露天條件直接受外界高溫、冷凍、冰雪、日曬、風砂、雨淋等大氣自然條件的影響。防爆電氣設備的最高適用溫度為＋40℃，溫度過高會使爆炸性氣體的傳播能力增強；最低適用溫度為－20℃，溫度過低會造成爆炸性氣體的分子密度增大，爆炸壓力也升高，金屬或塑料外殼的脆性增加，強度下降。由于露天條件要求電氣產品有較好的防護等級，要達到防塵防水要求，否則容易進水破壞絕緣，造成短路放電產生火花，發生爆炸。

1.5 經常搬遷

鉆井工作完成就搬遷，容易出現安裝配線不認真、不規范的問題。在實際井場，架空線祼露，桿距大（規定≤50m），桿間有“T”型接線。大多數井場人員（包括部分領導，技術人員）總認為是露天作業，鉆井時間短，爆炸性氣體不容易積聚達到爆炸濃度。

1.6 井噴發生

鉆井過程中，隨時有可能發生井噴。一旦井噴失控，油、氣和伴隨而來的砂、石與井架等金屬的撞擊火花隨之將引起火災或爆炸。

2 劃分爆炸危險場所的相關標準和法規

2.1 國內情況

20世紀70年代中期編寫的《電力設計技術規范》第18部分：在爆炸和火災危險場所的設備中，將爆炸危險場所分為Q-1、Q-2、Q-3級場所，對不同的場所中允許使用的電氣設備防爆類型作了規定。

《爆炸危險場所電氣安全規程》（試行）—1983是原勞動人事部組織8個部門的專家起草編寫的，它參照IEC60079-10以及德國電氣規范VDE0165的規定，采用了IEC60079-10中危險場所的分級定義即0區、1區和2區，在各區域中允許使用的防爆電氣設備的類型方面也采用了IEC標準的規定。此標準至今還在石油、石化等建設工程中在參考、采用或引用。

GB50058—1992《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》是由中國寰球工程公司聯合相關單位起草的，該標準把危險場所分級定義為0區、1區和2區。列舉危險場所實例時參考了《美國國家電氣法規》和美國石油協會API中的圖例，但偏重于石化工程，同時也保留了我國原來的工程安裝和驗收規范的部分內容。

在石油行業，陸上和海上固定式平臺危險區域的劃分制定了2項該方面的標準：SY／T0025—1995《石油設施電氣裝置場所分類》及SY／T10041—2002《石油設施電氣設備安裝一級一類和二類區域劃分的推薦作法》。這2個標準等同采用了APIRP500石油設施電力裝置場所分類推薦作法。

目前，新修訂的GB3836.14—2011《爆炸性環境》第14部分：場所的分類——爆炸性氣體環境，等效采用了IEC60079—10.1—2008《爆炸性環境》第10.1部分：場所的分類——爆炸性氣體環境，明確在我國爆炸性氣體危險場所的分類，即0區、1區和2區。對每一個區域給出了確切的定義，是我國各行各業所遵循的標準規范。

2.2 國際情況

2.2.1 以IEC60079—10.1為代表的國際標準模式

國際電工委員會標準IEC60079—10.1—2008《爆炸性環境》第10.1部分：場所的分類——爆炸性氣體環境，將危險場所分類為0區、1區和2區。標準中對場所分類進行了定量計算，并且列舉了具體的計算示例。在附錄中列舉了一些典型的石油化工工藝裝置的釋放特性和危險場所區域劃分示例。

IEC60079—10.1在世界上的使用比較普遍，西歐國家大多采用IEC標準中的危險場所區域劃分模式，但是某些國家在具體劃分規定方面稍有區別，因此也有人將IEC60079—10.1稱為歐洲模式。

2.2.2 以美國電氣法規為代表的美國模式

美國電氣法規——NEC500-Hazardous（classified）location，classⅠ，classⅡ，classⅢ，Division 1 and 2。

美國國家防火協會規范NFPA495—1996，Explosive Material Code。

石油工業協會電氣安裝危險場所分級示例API RP500A。

陸地和海上鉆井平臺危險場所分級示例API PR500B。

石油和氣體管線運輸險場所分級實例API PR500C。

美國NFPI和API中針對不同的工業設備，例如鉆井、采油、運輸以及煉油設施等都列舉了詳細的場所劃分示例，并且標注了具體尺寸，實用性很好。API中的分級圖例被世界上很多國家采用。

2.2.3 日本模式

日本勞動省產業安全研究所技術指南——《工廠防爆電氣設備用戶指南》，在爆炸性氣體場所劃分中也等效采用了IEC60079—10.1中0區、1區和2區的術語和定義，但是該標準對區域劃分上又采用了美國國家防火協會和美國石油協會的標準中的圖例，同時兼顧了國際電工委員會標準和以美國為代表的北美體系標準，形成了自己國家的特色。

3 爆炸氣體環境危險場所的分類情況

3.1 氣體環境

在大氣條件下，可燃性物質以氣體或蒸汽的形式與空氣形成的混合物被點燃后，能夠保持燃燒自行傳播的環境。

3.2 危險場所

爆炸性氣體環境出現或預期可能出現的數量達到足以要求對電氣設備的結構、安裝和使用采用專門措施的區域。

3.3 區域

根據爆炸性氣體環境出現的頻率和持續的時間把危險場所劃分的區域。

根據上述定義，我國的國家標準、國際電工委員會IEC及世界上大多數國家的標準都根據爆炸性氣體環境中危險氣體出現的頻率和持續的時間，把危險場所劃分為以下區域：

1） 0區 爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的場所。

2） 1區 在正常運行時，可能出現爆炸性氣體環境的場所。

3） 2區 在正常運行時不可能出現爆炸性氣體環境，如果出現，僅是短時間存在的場所［2］。

但在實際應用過程中，無論是國內客戶還是國外客戶，尤其是國外客戶與鉆機配套的防爆電路往往首先遵循以美國為代表的北美體系標準所劃分的危險區域。美國的危險區域劃分的規定與IEC及國內標準不同，美國電氣法規NEC500將爆炸和火災危險區域劃分為3級（Class I級、ClassⅡ級ClassⅢ級）和6類（每級各分為Division 1區域1和Division 2區域2）即：

Class I（I級）——可燃性氣體或蒸汽形成的爆炸性危險環境。

ClassⅡ（Ⅱ級）——可燃性粉塵形成的爆炸性危險環境。

ClassⅢ（Ⅲ級）——可燃性纖維和懸浮物引起的火災危險環境。

對于每一個級別又分為：

Division 1（1段）——在正常條件下，可燃性氣體、蒸汽或液體的可燃性聚集可始終或有時存在的地方。

Division 2（2段）——在正常條件下，可燃性氣體、蒸汽或液體的可燃性聚集不太可能存在的區域段。

例如，對于某油罐區，可劃分為I級1段和I級2段。

由此可見，在以上2個體系劃分中，最明顯和最重要的差別是對危險程度的分級不同。以NEC為代表的北美體系將危險程度分為2級；以國際電工委員會為代表的世界大多數國家將其分為3區。各體系危險區域劃分對應關系如表1。

表1 危險區域對應關系

4 爆炸氣體環境危險場所劃分示例

鑒于國內GB3836.14和GB50058標準中列舉的危險場所劃分示例大多都是石化類場所，而在石油鉆井開采及石油裝備制造業也都采用美國APIRP500《I級1段和I級2段石油設施電氣安裝場所劃分建議》標準，為了便于相關人員參考應用，筆者就以上標準涉及到陸上油田鉆井設施危險區域劃分的基礎上，結合實際劃分了圖例，如圖1～4所示。

圖1 露天泥漿池的危險區域劃分

圖2 具有合適通風的泥漿池設在封閉或半封閉空間

圖3 旁有生產井的鉆井平臺

圖4 泥漿固控循環凈化系統裝置

5 結論

1） 石油鉆井的危險場所與石油化工危險場所不同，選擇和使用防爆電氣設備時，應考慮該類危險區域所處的環境因素：戶外、高溫、低溫、干燥、高濕、腐蝕、輻射、鹽霧、振動等。

2） 只有正確了解不同的標準在危險區域分類上的相同性和差異性，才能正確設計油田鉆井標準化防爆電路，選擇合適的防爆電氣設備類別，保證產品的可靠性，確保財產和人身安全。

［1］ 常鎮江，李合德，馬經剛.陸上油氣田井場的電氣防爆技術［J］.電氣防爆，2001（1）：34-40.

［2］ IEC60079-10-1—2008，爆炸性環境——場所的分類：爆炸性氣體環境［S］.

Division of Hazardous Zones for Oilfield Drilling Site

ZHANG Ruo-cheng2，WANG Yu-chao2，WANG Jian-hua3，YIN Hou-feng4
（1.Zhongmei Explosion-proof Motor ＆Electrical Apparatus Co.，Ltd.，Zibo 255200，China；2.Fuyu Oil Production Plant of Jilin Oilfield，Songyuan138000，China；3.Qinghai Drilling Company of Xibu Drilling Engineering Co.，Ltd.，Huatugou816400，China；4.Huangang Natural Gas Co.，Ltd.，Renqiu062552，China）

The characteristics of hazardous zones for oilfield drilling site，relative standards of explosive gas atmospheres both at home and abroad were his article analyzed，the same and difference of all kinds of standards and codes as well.According to the reality conditions of current oilfield drilling，some division figures of hazardous area in oilfield drilling site of APIR500standards were cited.It was convenient for selecting and designing standardized explosion-proof electric control system and all kinds of explosion-proof electric apparatus.

oilfield drilling site；hazardous zones；division

TE927

B

1001-3482（2012）05-0080-04

2011-11-19

張若誠（1965-），男，山東淄博人，工程師，主要從事防爆電氣設備技術研究與開發工作。