化工企業(yè)中爆炸危險區(qū)域的劃分及防爆電氣設(shè)備的選型

王晨光

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務中心，山西 太原 030006）

化工生產(chǎn)中需要用到各類危險系數(shù)較高的生產(chǎn)裝置，此類裝置所用物料介質(zhì)往往存在火災性或者爆炸性危險因素。因此，化工企業(yè)要想保證日常安全生產(chǎn)，首先應排除此類危險因素，并結(jié)合國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》合理選擇防爆電氣設(shè)備。但是，如果因為某個裝置所用原料或者生產(chǎn)產(chǎn)品中包含易燃物質(zhì)，就將這一裝置整體劃歸為爆炸危險區(qū)域，既不具備可行性和合理性，也難以體現(xiàn)經(jīng)濟性［1-3］。因此，對于化工企業(yè)而言，劃分危險區(qū)域以及選擇防爆電氣設(shè)備，應結(jié)合自身基礎(chǔ)條件予以充分考慮。

1 爆炸的形成

爆炸的形成包括3個要素，即，易燃液體或者氣體形成薄霧與蒸汽、物料操作溫度超出可燃液體閃點或液體泄漏產(chǎn)生蒸汽、閃點不超過環(huán)境溫度的可燃液體的薄霧或者蒸汽，三者任意一種與空氣混合都會成為具有爆炸危險的氣體混合物，經(jīng)過不斷蓄積后，濃度值大于爆炸極限時，一旦出現(xiàn)高溫、火花以及電弧等點火源即可引發(fā)爆炸，見圖1。

圖1 爆炸的成因與過程

鑒于此，我們應重點分析如下幾個概念：1）閃點。可燃液體在標準試驗狀態(tài)下釋放足量蒸汽、聚集在液體表面并與空氣混合形成可引起閃燃的氣體混合物的液體最低溫度。2）引燃溫度。可燃物質(zhì)在標準試驗環(huán)境下不借助外來火源引燃即可自行燃燒的臨界值溫度，通常又叫做自燃點。3）點火源。包括熾熱表面、摩擦、明火、電氣火花、沖擊以及靜電火花等［4］。

2 合理劃分爆炸危險區(qū)域

工藝人員在化工工程設(shè)計時應明確設(shè)計條件，并提供包括釋放源位置、操作溫度、物料名稱、壓力、級別、閃點、沸點、釋放速度以及組別等指標在內(nèi)的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合國標規(guī)范開展電氣設(shè)計工作，合理劃分爆炸危險區(qū)域，為電氣設(shè)備的選型奠定基礎(chǔ)。

2.1 釋放源的分析與確定

任意工程項目都離不開各類罐、泵、容器以及管道等加工設(shè)備，其中不可避免地存在易燃性物料，對于此種物料應將其納入潛在釋放源中，結(jié)合易燃物質(zhì)釋放持續(xù)時間以及頻繁程度來劃分釋放源等級。遵循已有規(guī)范將其分為3個等級：1）連續(xù)級。對于短時間內(nèi)頻繁多次釋放或者長期持續(xù)釋放的釋放源，應納入連續(xù)級釋放源的范疇。包括固定頂貯罐排氣口以及上部空間、水分離器以及油分離器、易燃液體與空氣直接接觸的表面；持續(xù)性將易燃液體以及易燃氣體蒸汽釋放至局部空間的各類孔口或自由排氣孔。2）Ⅰ級釋放源。偶爾釋放或者預計正常運行時周期性釋放的釋放源，可納入Ⅰ級釋放源。主要包括正常運行狀態(tài)下可向外釋放易燃物質(zhì)的閥門、泵以及壓縮機取樣口與密封處等。3）Ⅱ級釋放源。正常狀態(tài)下預計不會釋放或者偶爾短時釋放的釋放源，可納入Ⅱ級釋放源范疇。主要包括正常運行狀態(tài)下不會向外釋放易燃物質(zhì)的閥門、泵以及壓縮機密封部位；正常工作狀態(tài)下不會向外部釋放易燃物質(zhì)的安全閥、取樣口、法蘭、管道接頭、排氣孔以及連接件等等。對于同時合并不少于2種的釋放源，我們將其定義為多級釋放源［5-7］。

2.2 合理劃分爆炸危險區(qū)域

按照爆炸性混合物持續(xù)時間以及釋放頻繁程度來劃分爆炸危險區(qū)域，共分為zone-0、zone-1、zone-2 3個區(qū)域。首先，設(shè)計人員應結(jié)合相關(guān)專業(yè)規(guī)定的釋放源等級以及爆炸危險區(qū)域劃分條件對爆炸危險區(qū)域進行劃分，基本原則是，zone-0區(qū)為存在連續(xù)釋放源的區(qū)域，zone-1區(qū)為存在Ⅰ級釋放源的區(qū)域，zone-2區(qū)為存在Ⅱ級釋放源的區(qū)域。其次，應結(jié)合通風狀況來對區(qū)域劃分作出調(diào)整。對于通風狀況良好的區(qū)域，應適當降低該區(qū)域危險等級；相反地，如果原本屬于低等級爆炸危險區(qū)域的情況，倘若伴有通風不良的問題，則應提高該區(qū)域危險等級。在化工企業(yè)各類生產(chǎn)裝置中，僅有極少數(shù)可劃分為zone-0區(qū)，而大部分區(qū)域均劃分為zone-2區(qū)。所以，設(shè)計人員在對化工企業(yè)生產(chǎn)場所進行爆炸危險區(qū)域劃分時，應采取有效措施，確保劃分的合理性，盡量減少zone-1區(qū)的數(shù)量。

2.3 爆炸危險區(qū)域范圍

在劃分爆炸危險區(qū)域時，既要參考相關(guān)條文規(guī)范與規(guī)定，也應充分考慮如下因素：1）易燃物質(zhì)釋放速度；2）易燃物質(zhì)逸出量；3）爆炸氣體混合物蓄積濃度；4）易燃液體沸點；5）閃點；6）爆炸下限；7）通風情況。上述因素的變化均會直接影響爆炸危險區(qū)域面積的劃分。但受多種復雜因素的影響，我們尚難以精確界定上述指標的量，因此，大多沿襲IEC規(guī)定來確定上述因素影響范圍。而這一規(guī)定僅僅是原則性的，缺乏具體可遵循的數(shù)據(jù)尺寸，加上生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)裝置、通風布置、設(shè)備條件以及儀表性能也有一定的差異，所以設(shè)計人員應根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理規(guī)劃，確保生產(chǎn)安全。具體劃分參考數(shù)值見設(shè)計規(guī)范BG50058-92。另外，在劃分爆炸危險區(qū)域時，還應特別重視裝置區(qū)域變配電所的布設(shè)，一般應在爆炸危險區(qū)域外布設(shè)。對于區(qū)域內(nèi)附加zone-2區(qū)的變配電所，應確保室內(nèi)外地坪高度差不低于0.6m；加熱爐區(qū)爐子外壁1.5m范圍內(nèi)均設(shè)置為非防爆區(qū)。

3 化工企業(yè)爆炸危險區(qū)域防爆電氣設(shè)備的合理選型

3.1 防爆電氣設(shè)備選型的前提要素

設(shè)計人員在選擇爆炸危險區(qū)域防爆電氣設(shè)備時，應對如下幾個要素予以明確：1）明確爆炸危險區(qū)域的具體環(huán)境，分析其屬于燃炸性粉塵環(huán)境還是燃炸性氣體環(huán)境，因為爆炸性介質(zhì)的差異必然會影響防爆電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)。通常情況下所指的防爆設(shè)備一般是用于爆炸性氣體彌散區(qū)域的，包括dⅡBT4、dⅡCT6等多種類型。在爆炸性粉塵區(qū)域應用的電氣設(shè)備一般采用防塵結(jié)構(gòu)，其標志為DP，主要用于可燃纖維以及可燃性非導電粉塵的11區(qū)環(huán)境；或者可采用標志為DT，主要用于爆炸性粉塵10區(qū)環(huán)境以及其他爆炸性粉塵11區(qū)環(huán)境的塵密結(jié)構(gòu)。2）明確爆炸性氣體混合物逸散區(qū)域的爆炸級別，判定其屬于ⅡA、ⅡB還是ⅡC，這是基于設(shè)備最小點燃電流比以及試驗安全間隙最大數(shù)值的分級，并且受到產(chǎn)生爆炸性氣體介質(zhì)差異性的影響。例如，丙烷可劃入ⅡA級，乙烯則屬于ⅡB級，氫和乙炔均屬于ⅡC級，見表1。防爆電氣設(shè)備從ⅡA級至ⅡC級，其最小點燃電流比以及試驗安全間隙最大數(shù)值逐級減低，相應的防爆要求也不斷提升。3）防爆電氣設(shè)備選型受周圍環(huán)境的影響，如化學性、霉菌、機械性以及高溫等，各類環(huán)境條件下防爆電氣設(shè)備的應用存在差異性，需要綜合考慮。4）爆炸性氣體混合物引燃溫度或組別。在規(guī)定環(huán)境與條件下，易燃性物質(zhì)逸散的蒸汽或氣體混合空氣形成易燃性或爆炸性混合物受熱表面影響而引燃的溫度下限值，包括T1～T6不同等級，其引燃溫度漸次降低，同時電氣設(shè)備防爆性能與要求也相應提升。

表1 爆炸性氣體混合物組別與引爆能量

3.2 防爆電氣設(shè)備的選型與適用區(qū)域

1）防爆型，代號為d，國家標準 GB3836.2，適用于zone-1、zone-2區(qū)，通過將存在的點火源予以有效隔離來實現(xiàn)防爆的目的；2）增安型，代號為e，GB3836.3，適用于zone-1、zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生；3）本安型，代號為ia、ib，GB3836.4，適用于zone-0、zone-1、zone-2區(qū)，以限制點火源能量達到防爆目的；4）正壓型，代號為p，GB3836.5，適用于zone-1、zone-2區(qū)，將點火源隔離于危險物質(zhì)區(qū)域外；5）充油型，代號為o，GB3836.6，適用于zone-1、zone-2區(qū)，將點火源隔離于危險物質(zhì)區(qū)域外；6）充砂型，代號為q，GB3836.7，適用于zone-1、zone-2區(qū)，將點火源隔離于危險物質(zhì)區(qū)域外；7）無火花型，代號為n，GB3836.8，適用于zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生；8）澆封型，代號為 m，GB3836.9，適用于zone-1、zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生；9）氣密型，代號為h，GB3836.10，適用于zone-1、zone-2區(qū)，采取有效措施盡量避免點火源的產(chǎn)生。

4 小結(jié)

化工企業(yè)安全生產(chǎn)是重中之重，需要相關(guān)設(shè)計人員合理規(guī)劃，精密布局。筆者在文中闡述了爆炸危險區(qū)域的規(guī)劃以及根據(jù)實際情況合理選擇防爆電氣設(shè)備的要點，希望對化工企業(yè)安全生產(chǎn)有所指導和幫助。

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